Ficha Técnica do Display LED LTD-5023AJR - Dígito 0,56 Polegadas (14,22mm) - Tensão Direta 2,6V - Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTD-5023AJR é um módulo de display LED de sete segmentos de alto desempenho e baixo consumo. Sua função principal é fornecer uma saída numérica e alfanumérica limitada, clara e brilhante, para dispositivos eletrónicos que necessitam de uma leitura digital. A tecnologia central é baseada no material semicondutor AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio), especificamente desenvolvido para produzir uma cor super vermelha com alta eficiência e fiabilidade.

O dispositivo é categorizado como do tipo cátodo comum, o que significa que todos os cátodos dos LEDs de cada dígito estão ligados internamente. Esta configuração simplifica o circuito de acionamento, particularmente para aplicações multiplexadas. Apresenta um ponto decimal à direita por dígito, permitindo uma representação numérica flexível. O display caracteriza-se pela sua construção de estado sólido, oferecendo vantagens face a tecnologias mais antigas, como displays fluorescentes a vácuo ou incandescentes, em termos de resistência a choques, vida útil e eficiência energética.

2. Análise Profunda das Especificações Técnicas

2.1 Características Fotométricas e Óticas

O desempenho ótico é central para a funcionalidade deste display. A cor primária é definida como "super vermelho", obtida através dos chips AlInGaP. Os principais parâmetros óticos, medidos a uma temperatura ambiente de 25°C, incluem:

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Varia de um mínimo de 320 µcd a um máximo típico de 700 µcd quando acionada com uma corrente direta (I_F) muito baixa de 1mA por segmento. Esta elevada luminosidade a baixa corrente é uma característica significativa.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):Tipicamente 639 nanómetros (nm). Este define o ponto específico de maior intensidade no espetro de luz emitida.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 631 nm. Este é o comprimento de onda percebido pelo olho humano e é crucial para a especificação da cor.
• Largura a Meia Altura do Espetro (Δλ):Aproximadamente 20 nm. Este parâmetro indica a pureza espetral ou a estreiteza da banda de luz emitida.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):Máximo de 2:1 a I_F=1mA. Isto garante uniformidade no brilho entre diferentes segmentos do mesmo dígito, sendo crítico para uma aparência visual consistente.

Todas as medições de intensidade luminosa são realizadas utilizando uma combinação de sensor e filtro calibrada para a curva de resposta fotópica do olho da CIE, garantindo a relevância dos dados para a visão humana.

2.2 Valores Elétricos e Máximos Absolutos

A adesão a estes valores é essencial para uma operação fiável e para prevenir danos permanentes no dispositivo.

• Corrente Direta Contínua por Segmento:O máximo absoluto é 25 mA. Um fator de derating linear de 0,33 mA/°C é aplicado para temperaturas ambientes (T_A) acima de 25°C.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:Máximo de 90 mA, mas apenas em condições pulsadas com um ciclo de trabalho de 1/10 e uma largura de pulso de 0,1ms. Isto permite um sobreacionamento breve para alcançar um pico de brilho mais elevado em sistemas multiplexados.
• Dissipação de Potência por Segmento:Máximo de 70 mW. Este limite, combinado com a classificação de corrente direta, dita a tensão direta máxima permitida em condições de operação.
• Tensão Inversa por Segmento:Máximo de 5 Volts. Exceder este valor pode danificar a junção do LED.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):Tipicamente 2,6V, com um máximo de 2,6V a uma corrente de teste (I_F) de 20mA. O mínimo é listado como 2V.
• Corrente Inversa por Segmento (I_R):Máximo de 100 µA quando uma tensão inversa (V_R) de 5V é aplicada.

2.3 Especificações Térmicas e Ambientais

• Gama de Temperatura de Operação:-35°C a +85°C. Esta ampla gama torna o display adequado para várias condições ambientais, desde controlos industriais até eletrónica de consumo.
• Gama de Temperatura de Armazenamento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:O dispositivo pode suportar uma temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6mm) abaixo do plano de assentamento. Isto é compatível com os processos padrão de soldadura por refluxo sem chumbo.

3. Sistema de Binning e Categorização

A ficha técnica afirma explicitamente que o dispositivo é "categorizado por intensidade luminosa." Isto indica um processo de binning de produção onde os displays são classificados com base na sua saída de luz medida a uma corrente de teste padrão (provavelmente 1mA ou 20mA). Os bins são definidos por valores de intensidade mínimos e/ou típicos (por exemplo, a gama de 320-700 µcd). Isto permite aos projetistas selecionar componentes com níveis de brilho consistentes para a sua aplicação, garantindo uma aparência uniforme em várias unidades num produto. Embora não detalhado nesta ficha específica, dispositivos semelhantes costumam ter bins para tensão direta (V_F) e comprimento de onda dominante (λ_d) para garantir consistência elétrica e de cor.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas/Óticas." Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, as curvas padrão para tal dispositivo normalmente incluiriam:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Mostra a relação exponencial, crucial para projetar circuitos limitadores de corrente. A tensão de joelho está em torno do V_Ftípico de 2,6V.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Curva I-L):Demonstra como a saída de luz aumenta com a corrente, geralmente numa relação quase linear dentro da gama de operação. Destaca a alta eficiência a baixas correntes (1mA).
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra a diminuição da saída de luz à medida que a temperatura da junção aumenta, importante para aplicações de alta temperatura ou alta potência.
• Curva de Distribuição Espetral:Um gráfico da intensidade relativa versus comprimento de onda, centrado na região de 631-639 nm com a meia largura especificada de 20 nm.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões Físicas

O display apresenta uma altura de dígito de 0,56 polegadas (14,22 mm). O desenho das dimensões da embalagem é referenciado, especificando todas as medidas em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25mm, salvo indicação em contrário. A embalagem física aloja dois dígitos completos de sete segmentos mais os seus respetivos pontos decimais.

5.2 Ligação dos Pinos e Circuito Interno

O dispositivo tem uma configuração de 18 pinos. A pinagem é claramente definida:

• Pinos 1-12, 15-18: Ligações de ânodo para segmentos individuais (A-G, DP) para o Dígito 1 e Dígito 2.
• Pinos 13 e 14: Cátodo Comum para o Dígito 2 e Dígito 1, respetivamente.

O diagrama do circuito interno mostra o arranjo de cátodo comum: todos os LEDs para um determinado dígito partilham um pino de cátodo comum, enquanto cada segmento (e o ponto decimal) tem o seu próprio pino de ânodo independente. Esta é a configuração padrão para um display de múltiplos dígitos com cátodo comum.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A principal especificação de montagem fornecida é o perfil de soldadura: 260°C durante 3 segundos num ponto a 1,6mm abaixo do plano de assentamento. Isto está alinhado com os padrões IPC/JEDEC para soldadura por refluxo de dispositivos de montagem em superfície. As melhores práticas incluem:

• Utilizar um forno de refluxo controlado com um perfil que aqueça e arrefeça da temperatura de pico de forma adequada para minimizar o stress térmico.
• Evitar soldar manualmente diretamente na embalagem do LED para prevenir sobreaquecimento e danificar os chips semicondutores ou a lente de plástico.
• Garantir que o display é armazenado num ambiente seco antes da montagem para prevenir a absorção de humidade, que pode causar "popcorning" durante o refluxo.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este display é ideal para aplicações que requerem leituras numéricas claras e de baixo consumo:

• Equipamento de Teste e Medição:Multímetros, contadores de frequência, fontes de alimentação.
• Controlos Industriais:Medidores de painel, indicadores de processo, displays de temporizador.
• Eletrónica de Consumo:Equipamento de áudio (amplificadores, recetores), eletrodomésticos, relógios.
• Automóvel (Aftermarket):Medidores e ferramentas de diagnóstico (onde as especificações ambientais são adequadas).

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. Cada pino de ânodo deve ser acionado através de uma resistência limitadora de corrente em série. O valor da resistência é calculado como R = (V_fonte- V_F) / I_F. É comum utilizar o V_Ftípico de 2,6V e um I_Fdesejado de 5-10mA para um bom brilho.
• Multiplexagem:Para displays de múltiplos dígitos, a multiplexagem é usada para controlar muitos segmentos com menos pinos de acionamento. Isto envolve alternar rapidamente a alimentação entre o cátodo comum de cada dígito enquanto se acendem os segmentos correspondentes. O design de cátodo comum do LTD-5023AJR é perfeito para isto. A classificação de corrente de pico (90mA) permite correntes instantâneas mais elevadas durante o curto pulso de multiplexagem para alcançar um brilho médio comparável a uma corrente contínua mais baixa.
• Interface com Microcontrolador:Normalmente requer pinos GPIO ou um CI dedicado para acionamento de LEDs (como um registo de deslocamento ou um driver de corrente constante) para controlar os ânodos e um transistor (NPN ou MOSFET de canal N) para drenar a corrente de cada pino de cátodo comum durante a multiplexagem.
• Ângulo de Visão:A ficha técnica menciona um "ângulo de visão amplo", o que é benéfico para aplicações onde o display pode ser visto a partir de posições fora do eixo.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTD-5023AJR diferencia-se através de várias características-chave:

• Tecnologia AlInGaP:Comparado com LEDs mais antigos de GaAsP ou GaP, o AlInGaP oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, especialmente no espetro vermelho/laranja/âmbar, resultando numa saída mais brilhante a correntes mais baixas.
• Operação a Baixa Corrente:O teste e seleção explícitos para excelentes características a baixa corrente (até 1mA/segmento) tornam-no superior para aplicações alimentadas por bateria ou sensíveis à energia, onde cada miliampere conta.
• Correspondência de Segmentos:A garantia de uma taxa de correspondência de intensidade luminosa (máx. 2:1) garante consistência visual, o que nem sempre é garantido com displays de qualidade inferior.
• Contraste:A combinação de uma face cinza claro e cor de segmento branca, juntamente com alta luminosidade, contribui para uma excelente aparência dos caracteres e alto contraste para uma fácil legibilidade.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este display diretamente a partir de um pino de microcontrolador de 5V?

R: Não. Deve usar uma resistência limitadora de corrente em série com cada ânodo. Para uma fonte de 5V e uma corrente alvo de 10mA, a resistência seria aproximadamente (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohms.

P: Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico e comprimento de onda dominante?

R: O comprimento de onda de pico é o ponto físico de maior saída de energia do LED. O comprimento de onda dominante é a perceção da cor pelo olho humano como um único comprimento de onda, que pode diferir ligeiramente. Ambos são fornecidos para uma especificação ótica completa.

P: Como uso os dois dígitos de forma independente?

R: Controla-os através dos seus pinos de cátodo comum separados (Pino 14 para o Dígito 1, Pino 13 para o Dígito 2). Ao colocar um cátodo em nível baixo (terra) enquanto mantém o outro em nível alto (desligado), pode selecionar qual dígito está ativo. Em seguida, aplique tensão aos pinos de ânodo para os segmentos que deseja iluminar nesse dígito.

P: Este display é adequado para uso exterior?

R: A gama de temperatura de operação (-35°C a +85°C) é bastante robusta. No entanto, a ficha técnica não especifica uma classificação de Proteção contra Ingressos (IP) contra poeira e água. Para uso exterior, provavelmente necessitaria de uma capa ou invólucro protetor adicional.

10. Exemplo Prático de Projeto e Utilização

Cenário: Projetar uma leitura de voltímetro simples de 2 dígitos usando um microcontrolador.

1. Ligação de Hardware:Ligue os 18 pinos do display ao sistema do microcontrolador. Os dois pinos de cátodo comum (13, 14) são ligados a dois transistores NPN (por exemplo, 2N3904), com os coletores dos transistores ligados aos cátodos, emissores à terra e bases a pinos GPIO do microcontrolador através de resistências de base. Os 16 pinos de ânodo (para segmentos A-G e DP de ambos os dígitos) são ligados a 16 pinos GPIO do microcontrolador, cada um através de uma resistência limitadora de corrente de 220-330 Ohm.
2. Lógica de Software (Multiplexagem):O firmware executa uma interrupção de temporizador a cada poucos milissegundos. Na rotina de serviço de interrupção:
   • Desligue ambos os transistores de acionamento do cátodo (coloque os GPIOs em nível alto).
   • Configure os GPIOs para os pinos de ânodo correspondentes aos segmentos que precisam de estar LIGADOS para oDígito 1.
   • Ligue o transistor para o cátodo doDígito 1(coloque o GPIO em nível baixo).
   • Aguarde um curto período (por exemplo, 1-5ms).
   • Desligue o cátodo do Dígito 1.
   • Configure os GPIOs para os pinos de ânodo para oDígito 2.
   • Ligue o transistor para o cátodo doDígito 2 cathode.
   • Aguarde um curto período.
   • Repita. O olho humano percebe esta comutação rápida como ambos os dígitos estando continuamente acesos.
3. Cálculo da Corrente:Se cada dígito estiver LIGADO 50% do tempo (ciclo de trabalho de 50%) e quiser uma corrente média de segmento de 5mA, deve definir a corrente instantânea durante o seu tempo de LIGADO para 10mA. O valor da resistência seria calculado usando esta figura de 10mA.

11. Princípio de Funcionamento

O dispositivo funciona com base no princípio da eletroluminescência numa junção P-N semicondutora. Quando uma tensão direta que excede o potencial intrínseco da junção (aproximadamente 2,0-2,6V para AlInGaP) é aplicada, os eletrões do material tipo N recombinam-se com as lacunas do material tipo P na região ativa. Este evento de recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). A composição específica da rede cristalina de AlInGaP determina a energia da banda proibida, que dita diretamente o comprimento de onda (cor) da luz emitida — neste caso, no espetro vermelho (631-639 nm). Os sete segmentos são chips de LED individuais dispostos num padrão de oito. Ao alimentar seletivamente diferentes combinações destes segmentos, podem ser formados os numerais 0-9 e algumas letras.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Este produto representa um segmento maduro e altamente otimizado da tecnologia de display LED. O AlInGaP é um sistema de material bem estabelecido para LEDs vermelhos, laranjas e âmbar de alta eficiência. As tendências atuais na tecnologia de display estão a mover-se para soluções de maior densidade e cor total, como OLEDs e micro-LEDs, para gráficos complexos. No entanto, os displays LED de sete segmentos permanecem insubstituíveis em aplicações que priorizam extrema fiabilidade, longa vida útil (muitas vezes superior a 100.000 horas), baixo custo, alta luminosidade, simplicidade de interface e excelente legibilidade em várias condições de iluminação. Os desenvolvimentos neste campo focam-se em aumentar ainda mais a eficiência (lúmens por watt), melhorar as taxas de contraste e permitir correntes de acionamento ainda mais baixas para dispositivos IoT de ultra baixo consumo, garantindo a contínua relevância desta tecnologia em aplicações industriais, de instrumentação e de consumo específicas num futuro previsível.