Ficha Técnica de Display LED de 7 Segmentos de Dígito Único 0,56 Polegadas - Altura do Dígito 14,22mm - Verde AlInGaP - Tensão Direta 2,6V - Dissipação de Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O dispositivo é um display alfanumérico de sete segmentos e dígito único, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras e brilhantes. A sua função principal é representar visualmente os dígitos de 0 a 9 e algumas letras utilizando segmentos controlados individualmente. A tecnologia central é baseada no material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP), especificamente concebido para emissão de luz de alta eficiência no espectro verde-amarelo. Este sistema de material é cultivado num substrato de Arsenieto de Gálio (GaAs) não transparente, o que ajuda a gerir a saída de luz e o contraste. O display apresenta uma placa frontal de cor cinzenta que serve para melhorar a relação de contraste entre os segmentos verdes iluminados e o fundo, melhorando a legibilidade em várias condições de iluminação. O dispositivo é categorizado pela sua intensidade luminosa, garantindo consistência nos níveis de brilho para aplicações onde uma aparência uniforme entre múltiplas unidades é crítica.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma análise detalhada dos limites operacionais e das características de desempenho do dispositivo sob condições especificadas.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estes parâmetros definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação nestes ou perto destes limites não é recomendada para um desempenho fiável e de longo prazo.

• Dissipação de Potência por Segmento:70 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que pode ser convertida com segurança em calor e luz por um único segmento sem risco de dano térmico.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:60 mA. Esta especificação aplica-se em condições pulsadas (ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso de 0,1ms). Permite breves períodos de corrente mais elevada para alcançar um brilho muito alto para aplicações de multiplexagem ou estroboscópicas.
• Corrente Direta Contínua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corrente deve ser reduzida linearmente a uma taxa de 0,33 mA/°C à medida que a temperatura ambiente (Ta) sobe acima de 25°C para evitar sobreaquecimento.
• Tensão Reversa por Segmento:5 V. Exceder esta tensão na direção de polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Intervalo de Temperatura de Operação e Armazenamento:-35°C a +85°C. O dispositivo é classificado para ambientes de temperatura de grau industrial.
• Temperatura de Soldadura:O dispositivo pode suportar uma temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos a uma distância de 1/16 de polegada (aproximadamente 1,59 mm) abaixo do plano de assento.

2.2 Características Elétricas e Ópticas (Ta=25°C)

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos em condições de teste padrão, fornecendo o comportamento esperado do dispositivo em operação normal.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):320 μcd (Mín), 900 μcd (Típ) a I_F=1mA. Isto quantifica o brilho percebido do segmento. A ampla gama indica um processo de binning para intensidade.
• 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 potência óptica de saída é máxima, colocando a emissão na região verde-amarela do espectro visível.
• Meia-Largura da Linha Espectral (Δλ):15 nm (Típ) a I_F=20mA. Este parâmetro descreve a pureza espectral da luz emitida; uma meia-largura mais estreita indica uma cor mais monocromática.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):572 nm (Típ) a I_F=20mA. Este é o comprimento de onda único percebido pelo olho humano que melhor corresponde à cor da luz emitida, estando intimamente relacionado com o 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 quando conduz a corrente especificada. É crucial para projetar o circuito limitador de corrente.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R=5V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o segmento está polarizado inversamente.
• Razão de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):2:1 (Típ) a I_F=1mA. Esta razão define a variação máxima permitida de brilho entre diferentes segmentos do mesmo dígito ou entre diferentes dispositivos, garantindo uniformidade visual.

Nota sobre Medição:A intensidade luminosa é medida utilizando uma combinação de sensor e filtro que aproxima a função de luminosidade fotópica CIE, que modela a sensibilidade do olho humano padrão a diferentes comprimentos de onda.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica indica que o dispositivo é "Categorizado por Intensidade Luminosa." Isto implica um processo de binning ou classificação baseado na saída de luz medida.

• Binning por Intensidade Luminosa:A intensidade luminosa típica especificada de 900 μcd com um mínimo de 320 μcd sugere que os dispositivos são testados e agrupados (binning) de acordo com o seu brilho real medido na corrente de teste padrão de 1mA. Isto permite aos projetistas selecionar componentes com níveis de brilho consistentes para a sua aplicação, o que é vital para displays multi-dígitos onde um brilho desigual seria desagradável.
• Consistência do Comprimento de Onda:Embora não seja explicitamente declarado como um parâmetro de binning, os valores típicos apertados para o Comprimento de Onda de Emissão de Pico (571 nm) e Comprimento de Onda Dominante (572 nm) indicam um processo de fabrico que produz uma saída de cor altamente consistente, o que é uma vantagem característica do sistema de material AlInGaP.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas." Embora os gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, as curvas padrão para tais dispositivos normalmente incluem:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I_F-V_F):Esta curva não-linear mostra como a tensão direta muda com o aumento da corrente. É essencial para determinar a tensão de acionamento necessária e para projetar drivers de corrente constante.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Curva I_V-I_F):Este gráfico mostra a relação entre a corrente de acionamento e a saída de luz. É geralmente sub-linear; duplicar a corrente não duplica o brilho e aumenta a geração de calor.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva demonstra como a saída de luz diminui à medida que a temperatura de junção do LED aumenta. Compreender esta derating é crítica para aplicações que operam em altas temperaturas ambientes.
• Distribuição Espectral:Um gráfico que mostra a potência óptica relativa em diferentes comprimentos de onda, centrada em torno do comprimento de onda de pico de ~571 nm, com uma meia-largura típica de 15 nm.

5. Informações Mecânicas e do Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo tem uma altura de dígito de 0,56 polegadas (14,22 mm). As dimensões do encapsulamento são fornecidas num desenho com todas as medidas em milímetros. A tolerância padrão para dimensões é de ±0,25 mm (±0,01 polegadas), salvo indicação em contrário no desenho. Esta informação é crítica para o projeto da área de montagem na PCB e para garantir um encaixe adequado dentro do invólucro do produto final.

5.2 Ligação dos Pinos e Diagrama de Circuito

O display tem uma configuração de 10 pinos com um design de cátodo comum. O diagrama de circuito interno mostra que todos os cátodos dos segmentos LED (A a G e o Ponto Decimal) estão ligados internamente a dois pinos de cátodo comum (Pino 3 e Pino 8). Esta é uma configuração padrão para simplificar o circuito de acionamento em aplicações multiplexadas.

Pinagem:

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

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

As especificações máximas absolutas definem um parâmetro de soldadura chave: o dispositivo pode suportar um ferro de soldar ou um perfil de reflow que atinja 260°C num ponto 1/16 de polegada (1,59 mm) abaixo do plano de assento do encapsulamento por uma duração máxima de 3 segundos. Esta diretriz destina-se a prevenir danos térmicos nos chips LED e nas ligações internas de fio durante o processo de montagem. Para soldadura por onda, o tempo de exposição ao soldador deve ser minimizado. As precauções padrão de ESD (Descarga Eletrostática) devem ser observadas durante a manipulação e montagem para prevenir danos nas junções semicondutoras.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este display é adequado para uma ampla gama de aplicações que requerem um único indicador numérico altamente visível:

• Equipamento de Teste e Medição:Multímetros digitais, contadores de frequência, fontes de alimentação, onde é necessária uma leitura clara e brilhante.
• Controlos Industriais:Medidores de painel, indicadores de processo, displays de temporizador em máquinas.
• Eletrónica de Consumo:Contadores autónomos, placas de pontuação, displays de eletrodomésticos (ex.: fornos micro-ondas, equipamento de som antigo).
• Automóvel (Aftermarket):Medidores e ferramentas de diagnóstico (embora as especificações ambientais devam ser verificadas para requisitos automóveis específicos).

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. Um resistor limitador de corrente em série ou um circuito driver de corrente constante é obrigatório para cada ânodo de segmento para evitar exceder a corrente direta contínua máxima (25 mA a 25°C). O valor do resistor pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F, onde V_Fé a tensão direta típica (ex.: 2,6V).
• Multiplexagem:Para displays multi-dígitos, é utilizado um esquema de multiplexagem onde os dígitos são iluminados um de cada vez rapidamente. A especificação de corrente direta de pico (60 mA) permite correntes pulsadas mais altas para compensar o ciclo de trabalho reduzido, mantendo o brilho percebido.
• Gestão de Calor:Embora a dissipação de potência seja baixa por segmento, em aplicações onde todos os segmentos estão acesos continuamente (ex.: exibindo '8.'), a potência total pode aproximar-se de 0,5W. Garanta ventilação adequada ou dissipação de calor se operar em altas temperaturas ambientes, e lembre-se de reduzir a corrente contínua.
• Ângulo de Visão:A ficha técnica afirma um "ângulo de visão amplo," o que é típico para displays LED de sete segmentos. Isto deve ser verificado para o cone de visão exigido pela aplicação específica.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais fatores diferenciadores deste display, com base nos dados fornecidos, são a sua tecnologia de material e as características de desempenho específicas.

• AlInGaP vs. Materiais Tradicionais:Comparado com tecnologias mais antigas como LEDs verdes padrão de GaP (Fosfeto de Gálio), o AlInGaP oferece uma eficiência luminosa e brilho significativamente mais altos. Isto resulta numa melhor visibilidade em condições de luz ambiente elevada ou a correntes de acionamento mais baixas, melhorando a eficiência energética.
• Cor e Contraste:A combinação de segmentos verdes de AlInGaP e uma face cinzenta proporciona um display de alto contraste e fácil leitura. O verde é frequentemente escolhido pela sua alta eficácia luminosa percebida pelo olho humano, fazendo-o parecer muito brilhante para uma determinada entrada elétrica.
• Fiabilidade de Estado Sólido:Como todos os LEDs, oferece vantagens sobre displays incandescentes ou fluorescentes a vácuo (VFDs), incluindo resistência a choques/vibrações, tempo de resposta mais rápido, tensão de operação mais baixa e maior tempo de vida.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

1. P: Qual é o propósito dos dois pinos de cátodo comum (3 e 8)?
   
   R: Eles estão ligados internamente. Fornecer dois pinos ajuda a distribuir a corrente total do cátodo (que pode ser a soma de até 8 segmentos), reduz a densidade de corrente nas trilhas da PCB e pode melhorar a dissipação térmica do encapsulamento.
2. P: Posso acionar este display diretamente a partir de um pino de um microcontrolador de 5V?
   
   R: Não. Deve usar um resistor limitador de corrente. Para uma fonte de 5V e uma corrente alvo de 20 mA com uma V_Fde 2,6V, o valor do resistor seria R = (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ω. O pino do microcontrolador também deve ser capaz de drenar ou fornecer a corrente de segmento necessária.
3. P: O que significa "Razão de Correspondência de Intensidade Luminosa de 2:1"?
   
   R: Significa que o segmento (ou dispositivo) mais brilhante não será mais do que duas vezes mais brilhante do que o segmento (ou dispositivo) mais fraco nas mesmas condições de teste. Isto garante uniformidade visual em todo o display.
4. P: Como alcanço o brilho típico de 900 μcd?
   
   R: A intensidade luminosa típica é especificada a uma corrente direta (I_F) de 1 mA. Para alcançar este nível de brilho no seu projeto, deve acionar cada segmento com 1 mA. Para um brilho mais alto, pode aumentar a corrente até ao valor máximo contínuo (25 mA a 25°C), mas consulte a curva I_V-I_Fpois a relação não é linear.

10. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Cenário: Projetando uma Leitura Simples de Voltímetro Digital

Um projetista está a criar um voltímetro DC de 0-99V. Eles precisam de dois destes displays. O ADC do microcontrolador lê a tensão e converte-a em dois dígitos. O projetista utiliza uma técnica de multiplexagem: O Dígito 1 (casa das dezenas) é iluminado durante 5ms, depois o Dígito 2 (casa das unidades) durante 5ms, repetindo continuamente. Para manter um bom brilho percebido durante o ciclo de trabalho de 50% por dígito, eles decidem acionar cada segmento com uma corrente pulsada de 15 mA (bem abaixo da especificação de pico de 60 mA). Eles usam um transistor no lado do cátodo comum para cada dígito, controlado pelo microcontrolador, e resistores limitadores de corrente em cada ânodo de segmento ligado aos pinos de porta do microcontrolador configurados como saídas. A face cinzenta e os segmentos verdes garantem que a leitura seja clara mesmo num ambiente de oficina moderadamente iluminado. O projetista seleciona componentes do mesmo bin de intensidade luminosa para garantir que ambos os dígitos tenham brilho correspondente.

11. Princípio de Funcionamento

Um display de sete segmentos é um conjunto de sete díodos emissores de luz (LEDs) dispostos num padrão de figura de oito. Cada LED forma um segmento (rotulado de A a G). Um LED adicional é usado para o ponto decimal (DP). Ao aplicar polarização direta (ligando) combinações específicas destes segmentos, podem ser formados os padrões para os numerais de 0 a 9. Por exemplo, para exibir um "7," os segmentos A, B e C são iluminados. Numa configuração de cátodo comum como esta, todos os cátodos (terminais negativos) dos LEDs de segmento estão ligados juntos a um ou mais pinos comuns. Para acender um segmento, o seu pino de ânodo correspondente é levado a uma tensão positiva (através de um resistor limitador de corrente), enquanto o cátodo comum é ligado ao terra. O material semicondutor AlInGaP emite luz quando os eletrões se recombinam com lacunas através da junção p-n do dispositivo, libertando energia na forma de fotões com um comprimento de onda característico da banda proibida do material, neste caso, luz verde.

12. Tendências Tecnológicas

Embora os displays LED de sete segmentos discretos permaneçam relevantes para aplicações específicas, as tendências mais amplas na tecnologia de display são dignas de nota. Existe uma mudança geral para displays de matriz de pontos integrados (tanto LED como LCD/OLED) que oferecem capacidades alfanuméricas e gráficas completas em encapsulamentos de tamanho semelhante. Estes proporcionam maior flexibilidade, mas muitas vezes requerem eletrónica de acionamento mais complexa. Para aplicações onde apenas números são necessários, o formato de sete segmentos permanece altamente eficiente e económico. Os avanços nos materiais LED, como o uso de AlInGaP nesta ficha técnica, continuam a melhorar a eficiência, o brilho e a pureza da cor. Além disso, as versões de dispositivo de montagem em superfície (SMD) dos displays de sete segmentos estão a tornar-se mais comuns, permitindo montagem automatizada e fatores de forma mais pequenos em comparação com designs de orifício passante como o provavelmente descrito neste documento. As vantagens centrais dos LEDs — longa vida, robustez e baixo consumo — garantem que eles permanecerão um elemento básico em aplicações de indicador e leitura simples num futuro previsível.