Ficha Técnica do Display LED de Sete Segmentos LTS-5601AJG 0,56 Polegadas - Altura do Dígito 14,22mm - Verde AlInGaP - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTS-5601AJG é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e um dígito de alto desempenho. A sua função principal é fornecer uma representação clara e brilhante de caracteres numéricos e alfabéticos limitados em dispositivos eletrónicos. A tecnologia central é baseada no material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP), especificamente desenvolvido para emissão de luz de alta eficiência no espectro verde-amarelo. Este dispositivo é configurado como ânodo comum, o que significa que os ânodos de todos os segmentos LED estão conectados internamente a pinos comuns, simplificando o circuito de acionamento de corrente. O display apresenta um painel frontal cinza que melhora o contraste e a legibilidade sob várias condições de iluminação ambiente, reduzindo reflexos. Os próprios segmentos emitem uma cor verde distinta, escolhida pela sua alta eficácia luminosa e excelente visibilidade para o olho humano. Este produto é projetado para aplicações que requerem indicação numérica confiável, duradoura e energeticamente eficiente.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O display oferece várias vantagens-chave que o tornam adequado para uma ampla gama de aplicações industriais e de consumo. O seu baixo requisito de energia é um benefício significativo, permitindo a integração em sistemas alimentados por bateria ou com consciência energética. O alto brilho e a relação de contraste garantem legibilidade mesmo em ambientes bem iluminados. Um amplo ângulo de visão proporciona desempenho visual consistente a partir de várias perspetivas, o que é crucial para medidores de painel e instrumentação. A fiabilidade de estado sólido da tecnologia LED, sem partes móveis e com alta resistência a choques e vibrações, garante uma longa vida útil operacional. O dispositivo também é categorizado por intensidade luminosa, o que significa que as unidades são classificadas e testadas para atender a critérios específicos de brilho, garantindo consistência de desempenho nas séries de produção. Os mercados-alvo para este componente incluem equipamentos de teste e medição, painéis de controlo industrial, dispositivos médicos, painéis de instrumentos automotivos (para displays auxiliares ou do mercado secundário), eletrodomésticos de consumo e qualquer sistema eletrónico que necessite de uma leitura numérica durável e clara.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros elétricos, ópticos e térmicos especificados na ficha técnica. Compreender estes valores é fundamental para um projeto de circuito adequado e para garantir que o display opere dentro da sua janela de desempenho segura e ideal.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de tensão além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Não se destinam à operação normal.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a quantidade máxima de energia elétrica que pode ser convertida em calor (e luz) por um único segmento sem risco de dano. Exceder este valor, especialmente de forma contínua, pode levar a sobreaquecimento, depreciação acelerada do lúmen e eventual falha.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:60 mA (a um ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1ms). Esta classificação permite pulsos breves de corrente mais alta para atingir picos momentâneos de brilho, útil para esquemas de multiplexação ou realce. O ciclo de trabalho e a largura de pulso especificados são críticos; a corrente média ainda deve cumprir a classificação contínua.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA (a 25°C). Esta é a corrente máxima recomendada para a iluminação contínua e em estado estacionário de um segmento. A ficha técnica especifica um fator de derating de 0,33 mA/°C acima de 25°C. Isto significa que se a temperatura ambiente (Ta) aumentar, a corrente contínua máxima permitida deve ser reduzida linearmente para evitar sobreaquecimento. Por exemplo, a 50°C, a corrente máxima seria 25 mA - (0,33 mA/°C * 25°C) = 16,75 mA.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V. Os LEDs têm uma baixa tensão de ruptura reversa. Aplicar uma polarização reversa superior a 5V pode causar um aumento súbito da corrente reversa, potencialmente danificando a junção PN.
• Gama de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo é classificado para funcionar e ser armazenado dentro desta ampla gama de temperatura, tornando-o adequado para ambientes severos.
• Temperatura de Soldagem:260°C durante 3 segundos, medido a 1/16 de polegada (≈1,6mm) abaixo do plano de assentamento. Isto define o perfil de soldagem por refluxo para evitar danos térmicos aos chips LED durante a montagem.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são medidos sob condições de teste específicas (normalmente Ta=25°C) e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):320 μcd (Mín.), 900 μcd (Típ.) a I_F=1mA. Esta é a medida da potência de luz percebida emitida por um segmento. A ampla gama (Mín. a Típ.) indica a variação natural na fabricação; os projetistas devem usar o valor mínimo para cálculos de brilho no pior caso. A corrente de teste de 1mA é uma condição padrão de baixa corrente para caracterizar a eficiência de brilho.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):571 nm (Típ.) a I_F=20mA. Este é o comprimento de onda no qual a distribuição espectral de potência da luz emitida é máxima. 571 nm está na região verde-amarela do espectro visível.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):15 nm (Típ.). Isto indica a pureza espectral ou largura de banda da luz emitida. Um valor de 15 nm é relativamente estreito, característico dos LEDs AlInGaP, resultando numa cor verde saturada.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):572 nm (Típ.). Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano que melhor corresponde à cor da luz. Neste caso, está muito próximo do comprimento de onda de pico.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):2,05V (Mín.), 2,6V (Típ.) a I_F=20mA. Esta é a queda de tensão através do segmento LED durante a operação. É crucial para projetar o circuito limitador de corrente. A tensão de alimentação do driver deve ser superior a V_F. O valor típico de 2,6V é superior ao dos LEDs vermelhos GaAsP padrão, mas inferior ao de muitos LEDs azuis/brancos.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx.) a V_R=5V. Esta é a corrente de fuga quando a tensão reversa máxima é aplicada.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx.). Isto especifica a taxa máxima permitida entre o segmento mais brilhante e o mais fraco dentro de um único dispositivo quando acionado sob condições idênticas (I_F=1mA). Uma taxa de 2:1 garante uma uniformidade razoável na aparência.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica indica que o produto é "categorizado por intensidade luminosa". Isto refere-se a um processo de triagem pós-produção conhecido como "binning". Após a fabricação, os displays individuais são testados e classificados em diferentes grupos de desempenho (bins) com base em parâmetros-chave. Para o LTS-5601AJG, a principal característica categorizada é a sua intensidade luminosa numa corrente de teste padrão (provavelmente 1mA ou 20mA). Isto garante que os clientes recebam unidades com níveis de brilho consistentes. Embora a ficha técnica forneça a gama completa Mín./Típ., os lotes de produção são normalmente oferecidos dentro de faixas de intensidade mais estreitas. Os projetistas devem consultar a documentação de aquisição específica ou o fabricante para obter os códigos de bin disponíveis. O binning consistente é essencial para aplicações onde múltiplos displays são usados lado a lado, evitando diferenças de brilho perceptíveis entre as unidades.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas". Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, podemos inferir o seu conteúdo padrão e importância. Estas curvas representam visualmente a relação entre parâmetros-chave, fornecendo uma visão mais profunda do que os dados de ponto único.

4.1 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Esta curva fundamental mostra a relação exponencial entre a corrente que flui através do LED e a tensão através dele. Ela ilustra graficamente a especificação da tensão direta (V_F). A curva mostrará uma tensão de "joelho" (cerca de 2V) após a qual a corrente aumenta rapidamente com um pequeno aumento na tensão. Isto destaca porque os LEDs devem ser acionados por uma fonte limitada de corrente, não por uma fonte de tensão, para evitar fuga térmica.

4.2 Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta

Esta curva mostra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. Para LEDs AlInGaP, a relação é geralmente linear numa ampla gama de correntes, mas eventualmente torna-se sublinear em correntes muito altas devido à queda de eficiência (aumento da geração de calor). Esta curva ajuda os projetistas a escolher uma corrente de operação para atingir o brilho desejado, equilibrando eficiência e vida útil.

4.3 Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva descreve a dependência térmica da saída de luz. À medida que a temperatura de junção do LED aumenta, a sua intensidade luminosa normalmente diminui. A inclinação desta curva quantifica a redução térmica do brilho. Isto é crítico para projetos que operam em ambientes de temperatura elevada, pois o display pode parecer mais fraco do que o esperado à temperatura ambiente.

4.4 Intensidade Relativa vs. Comprimento de Onda (Espectro)

Este gráfico traça a distribuição espectral de potência, mostrando a intensidade da luz emitida em cada comprimento de onda. Ele estaria centrado em torno do comprimento de onda de pico/dominante de 571-572 nm com uma forma definida pela largura a meia altura de 15 nm. Esta curva confirma as características de cor do LED.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

O dispositivo é apresentado com um desenho detalhado das dimensões do encapsulamento (referenciado, mas não detalhado no texto). As características mecânicas-chave incluem uma altura de dígito de 0,56 polegadas (14,22 mm), que é um tamanho padrão para displays numéricos médios/grandes. O encapsulamento é do tipo furo passante (DIP - Dual In-line Package) com 10 pinos num espaçamento de 0,1 polegada (2,54 mm), um padrão comum para fácil montagem em PCB e prototipagem manual. A face cinza e os segmentos verdes fazem parte do design do pacote. A nota "Rt. Hand Decimal" na descrição indica a posição do ponto decimal em relação ao dígito. Um ponto decimal à direita é padrão para a maioria dos displays numéricos. O diagrama de circuito interno mostra a conexão de ânodo comum: os pinos 3 e 8 estão internamente ligados como o ânodo comum para todos os segmentos, enquanto os pinos 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9 e 10 são os cátodos individuais para os segmentos E, D, C, DP, B, A, F e G, respetivamente. Esta configuração é ideal para multiplexação com um microcontrolador, onde os ânodos comuns são acionados sequencialmente (fonte) e os cátodos são ligados ao terra através de resistências limitadoras de corrente para iluminar segmentos específicos.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A manipulação adequada é essencial para manter a fiabilidade. O valor máximo absoluto especifica uma temperatura de soldagem de 260°C durante 3 segundos, medido a 1,6mm abaixo do plano de assentamento. Isto está alinhado com os perfis padrão de soldagem por refluxo sem chumbo (por exemplo, IPC/JEDEC J-STD-020). Durante a soldagem por onda ou soldagem manual, deve-se ter cuidado para minimizar o tempo total de exposição ao calor para evitar danos ao chip LED, ligações de fio ou ao encapsulamento plástico. Recomenda-se o uso de um dissipador de calor nos terminais durante a soldagem manual. Evite aplicar tensão mecânica ao encapsulamento ou aos terminais. O armazenamento deve ser num ambiente seco e antiestático dentro da gama de temperatura especificada de -35°C a +85°C para evitar absorção de humidade (que pode causar "estouro" durante o refluxo) e degradação do material.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O método de acionamento mais comum para um display de ânodo comum como o LTS-5601AJG é a multiplexação. Num circuito multiplexado, os pinos de ânodo comum (3 e 8) são conectados ao coletor (ou dreno) de um transistor NPN (ou MOSFET de canal N) que atua como um interruptor de lado alto. O emissor/fonte é conectado à alimentação positiva (Vcc). A base/porta é controlada por um pino GPIO do microcontrolador. Cada pino de cátodo do segmento é conectado a uma resistência limitadora de corrente, que por sua vez se conecta a um segundo transistor ou a um CI driver de LED dedicado (configurado como um sumidouro de corrente) controlado pelo microcontrolador. O microcontrolador cicla rapidamente, ligando o transistor de ânodo de um dígito de cada vez, enquanto define os padrões de cátodo apropriados para esse dígito. A persistência da visão faz com que todos os dígitos pareçam continuamente acesos. Uma corrente direta típica de 10-20 mA por segmento é usada, com resistências calculadas como R = (Vcc - V_F- V_CE(sat)) / I_F. Para uma alimentação de 5V, V_F=2,6V, e V_CE(sat)=0,2V, visando I_F=15mA dá R = (5 - 2,6 - 0,2) / 0,015 ≈ 147 Ω (use 150 Ω).

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Use sempre resistências em série ou drivers de corrente constante. Nunca conecte um LED diretamente a uma fonte de tensão.
• Frequência de Multiplexação:Use uma taxa de atualização suficientemente alta para evitar cintilação visível, tipicamente >60 Hz por dígito. Para uma multiplexação de 4 dígitos, a taxa de varredura deve ser >240 Hz.
• Corrente de Pico na Multiplexação:Como cada dígito está ligado apenas por uma fração do tempo (ciclo de trabalho = 1/N para N dígitos), a corrente instantânea por segmento pode ser definida mais alta do que a classificação DC contínua para atingir um brilho médio desejado, mas não deve exceder a classificação de corrente direta de pico. Por exemplo, numa multiplexação de 4 dígitos (ciclo de trabalho 1/4), para atingir um brilho médio equivalente a 10mA DC, poderia acionar com pulsos de 40mA, o que está dentro da classificação de pico de 60mA.
• Ângulo de Visão:Posicione o display considerando o seu amplo ângulo de visão para garantir a legibilidade para o utilizador final.
• Proteção contra ESD:Embora não seja explicitamente declarado como sensível, precauções padrão contra ESD durante a manipulação e montagem são aconselháveis para todos os dispositivos semicondutores.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTS-5601AJG diferencia-se principalmente pelo uso da tecnologia AlInGaP. Comparado com tecnologias mais antigas como o GaAsP padrão (Fosfeto de Arsénio de Gálio) usado para LEDs vermelhos e amarelos, o AlInGaP oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em displays mais brilhantes para a mesma corrente de entrada, ou brilho equivalente com menor potência. Também proporciona melhor estabilidade térmica e saturação de cor. Comparado com LEDs verdes GaP (Fosfeto de Gálio), o AlInGaP verde tem tipicamente uma cor verde mais pura (comprimento de onda mais curto) e maior eficiência. Quando comparado com LEDs modernos InGaN (Nitreto de Gálio e Índio) azuis/verdes/brancos, o AlInGaP é geralmente mais eficiente no espectro vermelho-âmbar-amarelo-verde, mas não pode produzir luz azul ou branca. Para um display numérico verde puro, o AlInGaP representa uma escolha de tecnologia madura e de alto desempenho. A sua configuração de ânodo comum também é uma vantagem prática para sistemas baseados em microcontrolador, pois simplifica o lado da fonte do circuito de acionamento.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros)

9.1 Qual é a finalidade de ter dois pinos de ânodo comum (3 e 8)?

Os dois pinos estão internamente conectados. Este design serve múltiplos propósitos: 1) Proporciona simetria e estabilidade mecânica para o encapsulamento. 2) Permite uma melhor distribuição de corrente, reduzindo a densidade de corrente através de um único pino, o que é benéfico para aplicações de alto brilho. 3) Oferece flexibilidade no layout da PCB; o projetista pode escolher conectar um ou ambos os pinos ao circuito de acionamento.

9.2 Posso acionar este display com um sistema de microcontrolador de 3,3V?

Sim, mas é necessário um projeto cuidadoso. A tensão direta típica (2,6V) é inferior a 3,3V, por isso é possível. No entanto, a margem de tensão (3,3V - 2,6V = 0,7V) é baixa para uma simples resistência em série. Esta pequena queda de tensão significa que variações menores em V_Fou na tensão de alimentação causarão grandes alterações na corrente. Para uma operação estável, é melhor usar um CI driver de LED de corrente constante dedicado ou uma fonte de corrente baseada em transistor que possa operar com baixa margem de tensão, em vez de uma simples resistência.

9.3 Como calculo o consumo total de energia do display?

Para um display estático (não multiplexado) com todos os segmentos e o ponto decimal acesos: Potência = Número_de_segmentos_acesos * I_F* V_F. Para 8 segmentos (7+DP) a I_F=20mA e V_F=2,6V, P = 8 * 0,02 * 2,6 = 0,416 W. Numa aplicação multiplexada, a potência média é a soma da potência em cada segmento aceso, média ao longo do tempo. Para uma multiplexação de 4 dígitos com um dígito ativo de cada vez, a corrente média por segmento é I_F/ 4.

10. Estudo de Caso Prático de Projeto

Cenário:Projetar um display simples de voltímetro de 4 dígitos usando um microcontrolador.

Implementação:São usados quatro displays LTS-5601AJG. Os ânodos comuns de cada dígito são conectados a quatro pinos GPIO separados via transistores NPN (por exemplo, 2N3904). Os oito cátodos de segmento (A-G e DP) dos quatro displays são conectados em conjunto e depois conectados a outros oito pinos GPIO via resistências limitadoras de corrente de 150Ω. O microcontrolador mede uma tensão com o seu ADC, converte-a num número decimal e extrai quatro dígitos. Em seguida, entra num ciclo contínuo: desliga todos os transistores de ânodo, define o padrão de cátodo para o valor do Dígito 1, liga o transistor de ânodo do Dígito 1, aguarda um curto período (~2ms), depois repete para os Dígitos 2, 3 e 4. Este ciclo repete-se a uma taxa superior a 100 Hz, fazendo com que o display pareça sólido. O brilho é controlado pelo valor da resistência limitadora de corrente e/ou pelo ciclo de trabalho (tempo de ligação) dentro do período de cada dígito.

11. Princípio de Funcionamento

O LTS-5601AJG é baseado no princípio da eletroluminescência numa junção PN semicondutora. A região ativa é composta por camadas de AlInGaP crescidas num substrato de GaAs não transparente. Quando uma tensão de polarização direta que excede o potencial interno da junção é aplicada (ânodo positivo em relação ao cátodo), os eletrões do material tipo N e as lacunas do material tipo P são injetados na região ativa. Lá, eles recombinam-se, libertando energia na forma de fotões. A composição específica da liga AlInGaP determina a energia da banda proibida, que por sua vez dita o comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, verde (~572 nm). O substrato não transparente ajuda a refletir a luz emitida para fora, melhorando a eficiência geral de extração de luz. O filtro de face cinza absorve a luz ambiente, aumentando o contraste ao reduzir reflexos no material subjacente.

12. Tendências Tecnológicas

A tecnologia AlInGaP é uma solução madura e altamente otimizada para LEDs vermelhos, âmbar e verdes puros de alta eficiência. As tendências atuais na tecnologia de display para tais indicadores incluem um impulso contínuo para uma eficácia luminosa ainda maior (mais lúmens por watt) para permitir menor consumo de energia e redução da geração de calor. Há também um desenvolvimento contínuo em encapsulamento para permitir correntes de acionamento máximas mais altas e melhor gestão térmica, permitindo displays mais brilhantes. Além disso, a integração é uma tendência-chave; enquanto os displays de sete segmentos discretos permanecem populares pela sua simplicidade e custo-eficácia, há um mercado crescente para módulos de display integrados que incluem o CI driver, interface de microcontrolador (como I2C ou SPI) e, por vezes, até um gerador de caracteres, simplificando o processo de projeto para os engenheiros finais. No entanto, para aplicações que requerem personalização, alto brilho ou fatores de forma mecânicos específicos, componentes discretos como o LTS-5601AJG continuam a ser uma escolha vital e confiável.