Ficha Técnica de Display LED de Sete Segmentos 0,56 Polegadas - Altura do Dígito 14,22mm - Tensão Direta 2,6V - Potência 70mW - Cor Super Vermelha - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um display LED de sete segmentos com altura de dígito de 0,56 polegadas (14,22mm). O dispositivo foi projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras e confiáveis com baixo consumo de energia. A sua filosofia de design centraliza-se em fornecer excelente desempenho visual através de alto brilho e contraste, mantendo a fiabilidade do estado sólido.

O display utiliza tecnologia semicondutora avançada de AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) para os seus segmentos emissores de luz. Este sistema de material é conhecido por produzir luz vermelha e âmbar de alta eficiência. Os chips específicos utilizados são fabricados num substrato não transparente de GaAs (Arsenieto de Gálio), o que ajuda a melhorar o contraste minimizando a dispersão e reflexão interna de luz. O produto final apresenta um painel frontal cinza claro com segmentos brancos, uma combinação escolhida para melhorar a legibilidade sob várias condições de iluminação.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho óptico é caracterizado sob condições de teste padrão a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. O parâmetro chave, Intensidade Luminosa Média (Iv), tem um valor típico de 700 µcd (microcandelas) quando alimentado por uma corrente direta (IF) de 1mA por segmento, com um valor mínimo especificado de 320 µcd. Esta medição é realizada utilizando um sensor e filtro calibrados para a curva de resposta fotópica do olho CIE, garantindo que o valor se correlaciona com a perceção visual humana.

As características de cor são definidas pelo comprimento de onda. O Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λp) é tipicamente 639 nm, enquanto o Comprimento de Onda Dominante (λd) é tipicamente 631 nm, ambos medidos a IF=20mA. A diferença entre estes dois valores e a Largura a Meia Altura da Linha Espectral (Δλ) de 20 nm descrevem a pureza espectral e o tom específico de luz vermelha emitida, que se enquadra na categoria "super vermelho", oferecendo alta visibilidade.

É especificada uma Proporção de Correspondência de Intensidade Luminosa (IV-m) de 2:1 (máximo). Esta proporção indica a variação máxima permitida no brilho entre os diferentes segmentos de um único dispositivo quando alimentados em condições idênticas, garantindo uma aparência uniforme ao exibir números.

2.2 Características Elétricas e Térmicas

Os parâmetros elétricos destacam a adequação do dispositivo para sistemas de baixa potência. A Tensão Direta por Segmento (VF) varia de 2,0V a 2,6V a uma corrente de acionamento de 1mA. A Corrente Reversa por Segmento (IR) é limitada a um máximo de 100 µA quando uma tensão reversa (VR) de 5V é aplicada, indicando as características de fuga da junção.

Os limites térmicos e de potência são definidos nos Valores Máximos Absolutos. A Corrente Direta Contínua por Segmento é classificada em 25 mA, mas esta deve ser reduzida linearmente a partir de 25°C a uma taxa de 0,33 mA/°C à medida que a temperatura ambiente aumenta. A Dissipação de Potência por Segmento não deve exceder 70 mW. Para operação pulsada, é permitida uma Corrente Direta de Pico de 90 mA sob um ciclo de trabalho de 1/10 com uma largura de pulso de 0,1ms. O dispositivo é classificado para uma Faixa de Temperatura de Operação e Armazenamento de -35°C a +85°C.

3. Sistema de Categorização e Seleção

A ficha técnica indica que os dispositivos são "Categorizados por Intensidade Luminosa". Isto implica um processo de categorização onde as unidades fabricadas são classificadas com base na sua saída de luz medida (Iv) em diferentes grupos ou "categorias". Isto permite aos designers selecionar componentes com níveis de brilho consistentes para a sua aplicação, o que é crucial para displays multi-dígitos onde a uniformidade é fundamental. Embora códigos de categoria específicos não sejam listados neste resumo, as categorias típicas definiriam intervalos para intensidade luminosa (ex., 500-600 µcd, 600-700 µcd) e possivelmente tensão direta.

4. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas". Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, as curvas padrão para tais dispositivos tipicamente incluiriam:

• Intensidade Luminosa Relativa vs. Corrente Direta (Curva I-V):Este gráfico mostra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. É tipicamente não linear, com a eficiência frequentemente a diminuir em correntes muito altas.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta:Isto mostra a característica I-V do díodo, importante para projetar o circuito limitador de corrente.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva demonstra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura da junção aumenta, um fator crítico para a gestão térmica em projetos.
• Distribuição Espectral:Um gráfico que mostra a intensidade relativa da luz emitida através de diferentes comprimentos de onda, centrado no comprimento de onda de pico de ~639 nm.

Estas curvas são essenciais para compreender o comportamento do dispositivo em condições não padrão e para otimizar o circuito de acionamento para eficiência e longevidade.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

5.1 Dimensões Físicas e Contorno

As dimensões do encapsulamento do dispositivo são fornecidas num desenho (referenciado mas não detalhado no texto). Todas as dimensões são especificadas em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,25 mm salvo indicação em contrário. A altura do dígito de 0,56 polegadas (14,22mm) define o tamanho geral do caráter. O encapsulamento é uma configuração padrão de um dígito, com 10 pinos, comum para displays de sete segmentos com ponto decimal à direita.

5.2 Configuração dos Pinos e Identificação de Polaridade

O display tem uma configuração de Cátodo Comum, o que significa que os cátodos (terminais negativos) de todos os segmentos LED estão ligados internamente e trazidos para pinos comuns. Este é um design comum para acionamento multiplexado. A ligação dos pinos é explicitamente definida:

1. Ânodo E
2. Ânodo D
3. Cátodo Comum
4. Ânodo C
5. Ânodo D.P. (Ponto Decimal)
6. Ânodo B
7. Ânodo A
8. Cátodo Comum
9. Ânodo F
10. Ânodo G

Os pinos 3 e 8 são ambos Cátodos Comuns. O diagrama de circuito interno mostra o layout padrão de sete segmentos mais ponto decimal, com o ânodo de cada segmento ligado ao seu respetivo pino e todos os cátodos ligados em conjunto aos pinos comuns.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

Um parâmetro de montagem chave especificado é o perfil de temperatura de soldadura. O dispositivo pode suportar uma temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1/16 de polegada (aproximadamente 1,59mm) abaixo do plano de assentamento do encapsulamento. Este é um parâmetro crítico para processos de soldadura por onda ou reflow para prevenir danos térmicos nos chips LED ou no encapsulamento plástico. Os designers devem garantir que o seu processo de montagem não exceda esta combinação tempo-temperatura. Para armazenamento, a faixa especificada de -35°C a +85°C deve ser mantida num ambiente seco para prevenir a absorção de humidade.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este display é ideal para dispositivos portáteis alimentados a bateria, painéis de instrumentação, eletrónica de consumo e controlos industriais onde é necessária uma leitura numérica clara e de baixa potência. Exemplos incluem multímetros, temporizadores, balanças, dispositivos médicos e painéis de controlo de eletrodomésticos. A sua operação de baixa corrente (até 1mA por segmento) torna-o adequado para sistemas acionados por microcontroladores onde os pinos GPIO podem frequentemente fornecer ou drenar corrente limitada.

7.2 Considerações de Design e Circuitaria

Ao projetar o circuito de acionamento, os seguintes pontos são cruciais:

• Limitação de Corrente:Utilize sempre resistências limitadoras de corrente em série para cada ânodo de segmento. O valor da resistência é calculado com base na tensão de alimentação (Vcc), na tensão direta do LED (Vf, use o valor máximo por segurança) e na corrente direta desejada (If): R = (Vcc - Vf) / If.
• Multiplexagem:Para displays multi-dígitos, um esquema de acionamento multiplexado é padrão. Os cátodos comuns de cada dígito são comutados sequencialmente (escaneados) enquanto os ânodos para os segmentos desejados são acionados em sincronia. Isto reduz o número de pinos de microcontrolador necessários e o consumo total de energia. A corrente de pico durante o curto tempo de LIGADO pode ser superior à classificação DC, conforme permitido pela especificação de corrente de pico (90mA a 1/10 de ciclo de trabalho).
• Interface com Microcontrolador:O display pode ser acionado diretamente a partir de pinos GPIO de microcontrolador se a corrente por segmento estiver dentro da capacidade de acionamento do pino do MCU (tipicamente 20-25mA). Para maior brilho ou multiplexagem com mais dígitos, são recomendados acionadores externos (ex., arrays de transístores ou ICs dedicados de acionamento de LED).
• Ângulo de Visão:A característica de "Ângulo de Visão Ampla" significa que o display permanece legível a partir de posições fora do eixo, o que é importante para painéis visualizados de vários ângulos.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais fatores diferenciadores deste display são a sua utilização da tecnologia AlInGaP e o seu desempenho otimizado de baixa corrente. Comparado com a tecnologia LED mais antiga de GaAsP ou GaP, o AlInGaP oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando numa saída mais brilhante à mesma corrente ou brilho equivalente a uma corrente mais baixa. O teste explícito e a seleção para "excelentes características de baixa corrente" e correspondência de segmentos são garantias de qualidade chave. A capacidade de operar eficazmente a correntes tão baixas quanto 1mA por segmento é uma vantagem distinta para projetos de ultra-baixa potência em relação a displays que requerem 5-20mA para brilho adequado.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

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

R: O comprimento de onda de pico (λp) é o comprimento de onda no qual o espectro de luz emitida tem a sua intensidade máxima. O comprimento de onda dominante (λd) é o comprimento de onda de uma luz monocromática pura que pareceria ter a mesma cor para o olho humano que a luz do LED. O λd é mais relevante para a perceção de cor.

P: Posso acionar este display sem resistências limitadoras de corrente?

R: Não. Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. Ligá-los diretamente a uma fonte de tensão fará com que uma corrente excessiva flua, potencialmente destruindo o LED instantaneamente devido a sobrecarga térmica. Uma resistência em série ou um circuito de corrente constante é obrigatório.

P: A ficha técnica mostra dois pinos de cátodo comum (3 e 8). Preciso de ligar ambos?

R: Sim, para um desempenho e distribuição de corrente ótimos, ambos os pinos de cátodo comum devem ser ligados ao terra (ou ao dreno de corrente) no seu circuito. Isto ajuda a equilibrar a carga térmica e garante um brilho uniforme dos segmentos.

P: Como calculo o valor de resistência apropriado para uma alimentação de 5V e uma corrente de segmento de 10mA?

R: Usando o Vf máximo de 2,6V: R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohms. O valor padrão mais próximo (220 ou 270 Ohms) seria utilizado. Verifique sempre se o brilho real atende às suas necessidades.

10. Estudo de Caso de Design e Utilização

Cenário: Projetar um temporizador digital de 4 dígitos alimentado a bateria.

O objetivo é maximizar a vida útil da bateria mantendo uma boa legibilidade. O display será acionado por um microcontrolador de baixa potência usando um esquema de multiplexagem.

Implementação:Os cátodos comuns dos quatro dígitos são ligados a quatro transístores NPN (ou um IC de array de transístores) controlados por pinos do MCU. Os sete ânodos de segmento (A-G) e o ponto decimal são ligados a pinos de saída do MCU através de resistências limitadoras de corrente individuais. O MCU executa uma interrupção de temporizador (ex., a 1kHz). Em cada ciclo de interrupção, desliga todos os cátodos dos dígitos, define os pinos de ânodo para o padrão de segmento do próximo dígito na sequência e, em seguida, liga o transístor de cátodo desse dígito. Isto cicla rapidamente através dos quatro dígitos, criando a ilusão de todos os dígitos estarem ligados simultaneamente.

Otimização de Potência:Ao acionar cada segmento a apenas 2-3mA (bem dentro da especificação) e usando um ciclo de trabalho de multiplexagem de 1:4, a corrente média por segmento é muito baixa, estendendo significativamente a vida útil da bateria em comparação com o acionamento estático (não multiplexado). A alta eficiência dos LEDs AlInGaP garante que o display permaneça claramente visível mesmo a estas baixas correntes médias.

11. Introdução ao Princípio Técnico

Um display LED de sete segmentos é um conjunto de Diodos Emissores de Luz (LEDs) individuais dispostos num padrão de oito. Cada um dos sete segmentos principais (rotulados de A a G) é um LED separado, e um LED adicional serve como ponto decimal (DP). Ao iluminar seletivamente combinações específicas destes segmentos, todos os dígitos decimais (0-9) e algumas letras podem ser formados.

O princípio subjacente da emissão de luz é a eletroluminescência numa junção p-n de semicondutor. Quando uma tensão direta que excede a tensão de bandgap do díodo é aplicada, os eletrões da região do tipo n recombinam-se com as lacunas da região do tipo p na camada ativa (neste caso, feita de AlInGaP). Esta recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz é determinado pela energia de bandgap do material semicondutor. O AlInGaP tem um bandgap correspondente à luz vermelha/laranja/âmbar. O substrato não transparente de GaAs absorve a luz dispersa, melhorando o contraste ao impedir que ela se disperse através dos lados ou da parte de trás do chip.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Embora existam tecnologias de display mais recentes como OLED e LEDs de matriz de pontos de alta resolução, o display LED de sete segmentos permanece uma solução robusta, económica e altamente fiável para aplicações que requerem saída numérica simples. A tendência dentro deste segmento é para maior eficiência (mais luz por watt), tensões de operação mais baixas para corresponder aos níveis lógicos modernos e consistência melhorada (categorização mais apertada). A tecnologia AlInGaP representa um passo significativo em eficiência sobre os materiais mais antigos. Além disso, há uma ênfase crescente em displays que funcionam bem sob correntes de acionamento muito baixas para permitir dispositivos da Internet das Coisas (IoT) energeticamente eficientes e alimentados a bateria. O dispositivo descrito nesta ficha técnica, com o seu foco na operação de baixa corrente e intensidade luminosa categorizada, alinha-se bem com estas tendências da indústria em direção à eficiência, fiabilidade e flexibilidade de design para eletrónica portátil.