Ficha Técnica do Display LED LTS-4301JD - Altura do Dígito 0,4 Polegadas - Hiper Vermelho 650nm - Tensão Direta 2,6V - Dissipação de Potência 70mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTS-4301JD é um módulo de display numérico compacto e de alto desempenho para um único dígito, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras e brilhantes. A sua função principal é representar visualmente os dígitos de 0 a 9 utilizando uma configuração padrão de sete segmentos, complementada por um ponto decimal à direita. O dispositivo é concebido para integração numa vasta gama de equipamentos eletrónicos onde o espaço, a eficiência energética e a legibilidade são fatores críticos.

O display utiliza tecnologia semicondutora avançada de AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio) para os seus elementos emissores de luz. Este sistema de materiais é especificamente escolhido pela sua eficiência na produção de luz vermelha de alto brilho. Os chips são fabricados num substrato não transparente de GaAs (Arsenieto de Gálio), que melhora o contraste ao evitar a dispersão interna de luz e melhorar a definição dos segmentos apagados. O encapsulamento apresenta um painel frontal cinza com marcações de segmentos brancas, proporcionando uma excelente aparência quando desligado e alto contraste quando os segmentos estão iluminados.

Os principais mercados-alvo para este componente incluem instrumentação industrial, eletrodomésticos, equipamentos de teste e medição, sistemas de ponto de venda e mostradores de painel de instrumentos automóvel. A sua intensidade luminosa categorizada garante níveis de brilho consistentes entre lotes de produção, o que é vital para aplicações que requerem desempenho visual uniforme.

2. Interpretação Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho óptico é definido sob condições padrão de teste a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. O parâmetro chave, Intensidade Luminosa Média (Iv), tem um valor típico de 650 µcd (microcandelas) quando alimentado por uma corrente direta (IF) de 1 mA. O valor mínimo especificado é de 200 µcd, garantindo um nível de brilho base. A intensidade luminosa é medida utilizando uma combinação de sensor e filtro calibrada para a curva padrão de resposta fotópica do olho da CIE (Commission Internationale de l'Eclairage), garantindo que os valores reportados correspondem à perceção visual humana.

O dispositivo emite luz no espectro hipervermelho. O Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λp) é tipicamente 650 nanómetros (nm). O Comprimento de Onda Dominante (λd), que está mais relacionado com a cor percecionada, é especificado em 639 nm. A Largura a Meia Altura Espectral (Δλ) é de 20 nm, indicando a pureza espectral e a gama estreita de comprimentos de onda emitidos, o que resulta numa cor vermelha saturada. É especificada uma Relação de Correspondência de Intensidade Luminosa máxima de 2:1, o que significa que a diferença de brilho entre quaisquer dois segmentos sob condições de acionamento idênticas não excederá esta relação, garantindo uma aparência uniforme do dígito formado.

2.2 Parâmetros Elétricos

As características elétricas definem os limites de operação e o desempenho típico. A Tensão Direta por segmento (VF) varia entre 2,1V e 2,6V a uma corrente de teste de 20 mA. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento pode fornecer tensão suficiente para superar este valor. As Especificações Absolutas Máximas estabelecem limites rigorosos: a Corrente Direta Contínua por segmento não deve exceder 25 mA, com um fator de derating linear de 0,33 mA/°C acima de 25°C. Este derating é crucial para a gestão térmica; à medida que a temperatura ambiente aumenta, a corrente máxima permitida deve ser reduzida para evitar sobreaquecimento e danos permanentes.

É permitida uma Corrente Direta de Pico de 90 mA sob condições pulsadas (ciclo de trabalho 1/10, largura de pulso 0,1 ms), que pode ser usada em esquemas de multiplexagem ou para realce de brilho de curta duração. A Tensão Reversa Máxima (VR) por segmento é de 5V; exceder este valor pode danificar a junção PN do LED. A Corrente Reversa (IR) é especificada com um máximo de 100 µA quando são aplicados 5V em polarização reversa, indicando a característica de fuga da junção.

2.3 Parâmetros Térmicos e de Fiabilidade

O dispositivo é classificado para uma Gama de Temperatura de Operação de -35°C a +85°C. Esta ampla gama torna-o adequado para ambientes sujeitos a variações significativas de temperatura. A Gama de Temperatura de Armazenamento é idêntica (-35°C a +85°C). A Dissipação de Potência por segmento está limitada a 70 mW. Gerir esta dissipação através de uma limitação de corrente adequada e, se necessário, de dissipadores de calor, é essencial para a fiabilidade a longo prazo. A ficha técnica também especifica um perfil de temperatura de soldadura: o dispositivo pode suportar 260°C durante 3 segundos num ponto a 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6 mm) abaixo do plano de assentamento, o que orienta o processo de soldadura por refluxo.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica indica que os dispositivos são "Categorizados por Intensidade Luminosa". Isto implica um processo de binning ou triagem pós-fabrico. Embora os detalhes específicos dos códigos de bin não sejam fornecidos neste excerto, a categorização típica para estes displays envolve agrupar unidades com base na intensidade luminosa medida a uma corrente de teste padrão (ex.: 1 mA). Isto garante que os clientes recebem produtos com níveis de brilho consistentes. Os projetistas que adquirem estes componentes devem confirmar a estrutura de binning específica com o fabricante para garantir que a categoria de intensidade selecionada cumpre os requisitos de uniformidade da sua aplicação, especialmente quando vários displays são usados lado a lado.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas" na página final. Embora os gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, tais curvas normalmente incluídas em fichas técnicas completas são críticas para o projeto. Estas normalmente ilustrariam:

• 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 a correntes muito elevadas.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta:Esta curva ajuda a projetar o circuito limitador de corrente ao mostrar a resistência dinâmica do LED.
• Intensidade Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta mostra o derating da saída de luz à medida que a temperatura aumenta, o que é vital para aplicações que operam em condições não ambientes.
• Distribuição Espectral:Um gráfico da intensidade relativa versus comprimento de onda, confirmando visualmente as especificações de comprimento de onda de pico e dominante e a largura a meia altura espectral.

Os engenheiros devem usar estas curvas para otimizar as condições de acionamento para um equilíbrio entre brilho, eficiência e longevidade, em vez de operar apenas nos limites absolutos máximos.

5. Informação Mecânica e de Encapsulamento

O dispositivo é apresentado com um desenho detalhado das dimensões do encapsulamento. Todas as dimensões são fornecidas em milímetros, com uma tolerância geral de ±0,25 mm (0,01 polegada), salvo indicação em contrário. O display tem uma altura de dígito de 0,4 polegadas (10,0 mm). O desenho mecânico definiria o comprimento, largura e altura totais do encapsulamento, a colocação dos segmentos e do ponto decimal, o espaçamento e dimensões dos terminais (pinos) e quaisquer características de chavetamento ou orientação. Esta informação é essencial para criar a pegada na PCB, garantir um encaixe adequado dentro do invólucro do produto e alinhar corretamente o display na placa.

6. Ligação dos Pinos e Circuito Interno

O LTS-4301JD é um dispositivo de Cátodo Comum. O diagrama de ligação dos pinos é explicitamente fornecido:

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

A presença de dois pinos de cátodo comum (3 e 8) é típica, servindo para reduzir a densidade de corrente no encapsulamento e melhorar a fiabilidade. O diagrama do circuito interno mostra que todos os ânodos dos segmentos (A-G e DP) estão eletricamente isolados uns dos outros, enquanto os seus cátodos estão ligados internamente aos dois pinos de cátodo comum. Esta configuração requer que o circuito de acionamento forneça corrente para os ânodos individuais dos segmentos e drene a corrente combinada através da(s) ligação(ões) do cátodo comum.

7. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A diretriz de montagem chave fornecida é o limite de temperatura de soldadura: o componente pode suportar 260°C durante 3 segundos num ponto a 1,6 mm abaixo do plano de assentamento. Esta é uma referência padrão de perfil de refluxo IPC. Para montagem:

• Utilize um perfil de refluxo recomendado para soldadura sem chumbo (como indicado pela temperatura de pico de 260°C).
• Certifique-se de que o desenho das pastilhas da PCB corresponde às dimensões do encapsulamento para evitar tombamento ou desalinhamento.
• Evite tensão mecânica nos terminais durante a manipulação. A lente de plástico não deve ser tocada diretamente com ferramentas contaminadas.
• Siga as precauções padrão de ESD (Descarga Eletrostática) durante a manipulação e montagem para proteger as junções semicondutoras.
• Cumpra a gama de temperatura de armazenamento especificada (-35°C a +85°C) e as condições de humidade antes da utilização.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este display é ideal para qualquer dispositivo que necessite de uma leitura numérica única e altamente legível. Aplicações comuns incluem: termómetros/higrómetros digitais, mostradores de temporizador e contador, leituras de medidores de tensão/corrente, painéis de controlo de eletrodomésticos (ex.: fornos, micro-ondas), mostradores básicos de calculadora e indicadores de código de estado em equipamentos de rede ou industriais.

8.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Utilize sempre uma resistência limitadora de corrente em série com cada ânodo de segmento. O valor da resistência é calculado como R = (V_alimentação - VF) / IF, onde VF é a tensão direta (use o valor máximo por segurança) e IF é a corrente de operação desejada (não excedendo a classificação contínua).
• Multiplexagem:Para aplicações multi-dígito que utilizem vários destes displays, um esquema de acionamento multiplexado é padrão. Isto envolve energizar sequencialmente o cátodo comum de um dígito de cada vez, enquanto se apresentam os dados de segmento para esse dígito. A classificação de corrente de pico permite correntes pulsadas mais elevadas neste modo, mas o ciclo de trabalho e a corrente média devem ser geridos para permanecer dentro dos limites de dissipação de potência contínua.
• Interface com Microcontrolador:O display é facilmente acionado pelos pinos GPIO de um microcontrolador, frequentemente através de um CI driver ou de um array de transístores para lidar com os requisitos de corrente mais elevados, especialmente para o cátodo comum.
• Ângulo de Visão:A ficha técnica afirma um amplo ângulo de visão. Para uma colocação ideal, considere as linhas de visão primárias do utilizador final em relação ao display instalado.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com tecnologias mais antigas como os LEDs vermelhos de GaAsP (Fosfeto de Arsénio e Gálio), a tecnologia AlInGaP no LTS-4301JD oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de entrada ou brilho equivalente a menor potência. O uso de um substrato não transparente melhora o contraste em comparação com dispositivos em substratos transparentes, pois evita emissões indesejadas dos lados do chip. A face cinza com segmentos brancos oferece uma aparência profissional e de alto contraste mesmo quando desligada, o que é superior a displays totalmente pretos ou de face transparente em muitas condições de iluminação ambiente. A sua altura de dígito de 0,4 polegadas preenche um nicho específico entre displays mais pequenos e menos legíveis e outros maiores e mais consumidores de energia.

10. Perguntas Frequentes Baseadas em Parâmetros Técnicos

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

R: Não. Deve usar uma resistência limitadora de corrente em série com cada segmento. Para uma alimentação de 5V e uma corrente desejada de 20 mA, usando o VF máximo de 2,6V, o valor da resistência seria (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohms. Verifique sempre a capacidade de fornecimento de corrente do pino do microcontrolador.

P: O que significa "cátodo comum" para o meu projeto de circuito?

R: Significa que todos os cátodos (lados negativos) dos segmentos LED estão ligados internamente no encapsulamento. Para acender um segmento, aplica uma tensão positiva (através de uma resistência) ao seu pino de ânodo específico e liga o(s) pino(s) de cátodo comum à terra (0V).

P: A corrente contínua máxima é de 25 mA, mas a condição de teste para VF usa 20 mA. Qual devo usar?

R: 20 mA é uma condição de teste padrão e um ponto de operação típico e seguro que proporciona um bom brilho mantendo a longevidade. Pode operar até 25 mA se for necessário maior brilho, mas deve aderir estritamente às regras de temperatura ambiente e derating. Operar no ou perto do limite máximo pode reduzir a vida útil operacional.

P: Porque existem dois pinos de cátodo comum?

R: Para simetria mecânica e para distribuir a corrente total do cátodo (que é a soma das correntes de todos os segmentos acesos) por dois pinos. Isto reduz a densidade de corrente por pino, melhora a fiabilidade e pode facilitar o layout da PCB.

11. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar uma Leitura Simples de Voltímetro Digital.

Um projetista está a criar um voltímetro DC de 0-5V. Um conversor analógico-digital (ADC) com uma saída de 3 dígitos está ligado a um microcontrolador. O firmware do microcontrolador converte a leitura digital num número de 3 dígitos (ex.: 4,23V). Para exibir isto, são usadas três unidades LTS-4301JD. O projeto emprega multiplexagem por divisão de tempo. O microcontrolador usa uma porta para acionar os ânodos dos segmentos (A-G, DP) para os três displays em paralelo. Três transístores NPN (ou um CI driver dedicado) são usados para drenar corrente através do cátodo comum de cada dígito, um de cada vez, em sequência rápida (ex.: a 100 Hz por dígito). O firmware sincroniza os dados do segmento com o cátodo do dígito ativo. As resistências limitadoras de corrente são colocadas em cada uma das oito linhas de segmento. O alto brilho e contraste garantem que a leitura seja clara mesmo em ambientes bem iluminados. A intensidade luminosa categorizada garante que os três dígitos aparecem igualmente brilhantes.

12. Introdução ao Princípio

Um display de sete segmentos é uma forma de dispositivo de visualização eletrónico composto por sete díodos emissores de luz (LEDs) dispostos num padrão retangular de oito. Cada LED é chamado de segmento porque forma parte de um dígito quando iluminado. Ao ligar seletivamente combinações específicas destes sete segmentos, o display pode representar os dez dígitos decimais (0-9) e algumas letras hexadecimais (A, b, C, d, E, F). Um LED adicional para um ponto decimal (DP) é frequentemente incluído. O LTS-4301JD implementa este princípio usando material semicondutor de AlInGaP. Quando uma tensão de polarização direta que excede o potencial de junção do díodo é aplicada através do ânodo e cátodo de um segmento, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa do semicondutor, libertando energia na forma de fotões (luz) a um comprimento de onda determinado pela banda proibida do material — neste caso, aproximadamente 650 nm (vermelho). O substrato não transparente absorve fotões dispersos, melhorando o contraste.

13. Tendências de Desenvolvimento

A evolução dos displays de sete segmentos segue tendências mais amplas na optoeletrónica. Embora o fator de forma básico de sete segmentos permaneça duradouramente útil para leituras numéricas, a tecnologia subjacente continua a avançar. Existe uma constante busca por maior eficácia luminosa (mais saída de luz por watt de entrada elétrica), o que melhora a eficiência energética e permite operação a menor potência ou brilho aumentado. Gamas de cores mais amplas e o desenvolvimento de LEDs verdes e azuis mais eficientes baseados em materiais como InGaN (Nitreto de Índio e Gálio) permitiram que displays matriciais de pontos multi-dígitos a cores completas se tornassem mais comuns, embora os de sete segmentos permaneçam dominantes para aplicações puramente numéricas devido à sua simplicidade e custo-eficácia. A integração é outra tendência, com a eletrónica de acionamento, microcontroladores e por vezes até sensores a serem combinados em módulos de "display inteligente". No entanto, componentes discretos como o LTS-4301JD mantêm uma posição forte em projetos que requerem flexibilidade, características de desempenho específicas ou otimização de custos em volumes mais elevados.