Ficha Técnica do Display LED LTS-4301SW - Dígito de 0,4 Polegadas - Segmentos Brancos - Face Preta - Cátodo Comum - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTS-4301SW é um módulo de display alfanumérico de sete segmentos e um único dígito, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas nítidas e brilhantes. Sua função principal é representar visualmente os dígitos de 0 a 9 e algumas letras através da iluminação seletiva de seus sete segmentos individuais de LED (rotulados de A a G) e de um ponto decimal opcional (D.P.). O dispositivo é construído com chips de LED branco InGaN (Nitreto de Gálio e Índio), montados atrás de uma máscara segmentada para formar os elementos do caractere. O display possui uma face preta, que fornece um fundo de alto contraste para os segmentos brancos iluminados, melhorando significativamente a legibilidade sob várias condições de iluminação. Esta combinação é particularmente eficaz em aplicações onde a legibilidade à distância ou sob luz ambiente é crítica.

As principais vantagens deste display incluem sua excelente aparência de caractere, alcançada através de segmentos uniformes e contínuos que criam uma forma de dígito coesa. Ele oferece alta luminosidade, com intensidades luminosas típicas atingindo até 28.000 mcd por chip sob condições de teste padrão, garantindo visibilidade mesmo em ambientes muito iluminados. O amplo ângulo de visão de 130 graus (2\u03c6_1/2) permite uma legibilidade clara a partir de posições fora do eixo, tornando-o adequado para medidores de painel, instrumentação, eletrodomésticos e painéis de controle industrial onde o ângulo de visão pode não ser diretamente frontal. Além disso, sua baixa exigência de potência por segmento contribui para projetos energeticamente eficientes.

1.1 Interpretação Profunda dos Parâmetros Técnicos

1.1.1 Características Fotométricas e Ópticas

O principal parâmetro fotométrico é a Intensidade Luminosa Média (I_V). Para os chips brancos InGaN utilizados, o valor típico é de 28.000 milicandelas (mcd) quando acionados com uma corrente direta (I_F) de 10 mA. O valor mínimo especificado é de 13.700 mcd. Este parâmetro é medido usando uma combinação de sensor e filtro que aproxima a curva de resposta fotópica do olho da CIE, garantindo que o brilho reportado se correlacione com a percepção visual humana. O amplo ângulo de visão de 130 graus é definido como o ângulo total no qual a intensidade luminosa cai para metade do seu valor de pico (no eixo). Esta especificação é crucial para determinar o cone de visão efetivo para o utilizador final.

As coordenadas de cromaticidade são fornecidas como x=0,294 e y=0,286 (medidas em I_F=5mA). Estas coordenadas no diagrama de cromaticidade CIE 1931 definem o ponto branco da luz emitida. Os valores fornecidos sugerem uma temperatura de cor branca fria. A Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa para áreas de luz semelhantes é especificada como máxima de 2:1. Isto significa que a diferença de brilho entre o segmento/chip mais escuro e o mais brilhante sob condições de acionamento idênticas não deve exceder um fator de dois, garantindo uma aparência uniforme do dígito iluminado.

1.1.2 Parâmetros Elétricos

A Tensão Direta (V_F) por chip de LED mede tipicamente 3,15V, com uma variação de 2,70V a 3,15V a uma corrente de teste de 5 mA. Os projetistas devem considerar esta queda de tensão ao projetar o circuito de acionamento. A Corrente Reversa (I_R) é especificada como máxima de 10 \u00b5A quando uma polarização reversa de 5V é aplicada, indicando a característica de fuga da junção do LED.

As Especificações Absolutas Máximas definem os limites operacionais. A Corrente Direta Contínua por segmento é de 20 mA a 25\u00b0C, com um fator de derating de 0,25 mA/\u00b0C. Isto significa que a corrente contínua permitida diminui linearmente à medida que a temperatura ambiente (T_a) sobe acima de 25\u00b0C para evitar danos térmicos. Por exemplo, a 85\u00b0C, a corrente contínua máxima seria de 20 mA - ((85-25) * 0,25 mA) = 5 mA. A Corrente Direta de Pico, aplicável para operação pulsada (1 kHz, ciclo de trabalho de 10%), é de 60 mA. A Dissipação de Potência máxima por segmento é de 115 mW.

1.1.3 Especificações Térmicas e Ambientais

O dispositivo é classificado para uma Faixa de Temperatura de Operação de -35\u00b0C a +105\u00b0C. A Faixa de Temperatura de Armazenamento é idêntica. Estas amplas faixas indicam robustez para uso em ambientes sujeitos a variações significativas de temperatura. A condição de soldadura é especificada como 260\u00b0C durante 3 segundos, medida a 1/16 de polegada (aproximadamente 1,6 mm) abaixo do plano de assento do componente. A adesão a este perfil é crítica durante a montagem da PCB para evitar danos aos chips de LED ou à embalagem plástica devido ao calor excessivo.

1.2 Informações Mecânicas e de Embalagem

O display tem uma altura de dígito de 0,4 polegadas (10,0 mm). As dimensões da embalagem são fornecidas em milímetros. Notas mecânicas importantes incluem: todas as tolerâncias dimensionais são de \u00b10,25 mm salvo indicação em contrário, e a tolerância de desvio da ponta do pino é de +0,4 mm, o que se refere ao desalinhamento permitido das extremidades dos pinos. O dispositivo utiliza uma configuração de cátodo comum. Isto significa que todos os cátodos (terminais negativos) dos LEDs de segmento individuais estão conectados internamente a um ou dois pinos comuns (pinos 3 e 8), enquanto cada ânodo de segmento (terminal positivo) tem o seu próprio pino dedicado. Esta configuração tipicamente simplifica a multiplexação em displays de múltiplos dígitos e pode influenciar a seleção do CI driver.

1.2.1 Conexão dos Pinos e Circuito Interno

A pinagem é a seguinte: Pino 1: Ânodo G, Pino 2: Ânodo F, Pino 3: Cátodo Comum, Pino 4: Ânodo E, Pino 5: Ânodo D, Pino 6: Ânodo D.P. (Ponto Decimal), Pino 7: Ânodo C, Pino 8: Cátodo Comum, Pino 9: Ânodo B, Pino 10: Ânodo A. Note que existem dois pinos de cátodo comum (3 e 8), que estão internamente conectados. Este design de duplo pino ajuda a distribuir a corrente e pode melhorar a fiabilidade. O diagrama do circuito interno mostra cada um dos oito LEDs (sete segmentos mais o ponto decimal) com o seu ânodo conectado ao respetivo pino e todos os cátodos ligados em conjunto aos pinos de cátodo comum.

1.3 Diretrizes de Soldadura e Montagem

O método de montagem principal é a soldadura por refluxo. A ficha técnica fornece um perfil de refluxo recomendado, especificando uma temperatura de pico de 260\u00b0C. O parâmetro crítico é que a temperatura no corpo do componente não deve exceder a classificação de temperatura máxima durante a montagem. A condição afirma explicitamente soldadura a 260\u00b0C durante 3 segundos quando medida num ponto a 1/16 de polegada abaixo do plano de assento. Esta diretriz é essencial para que os engenheiros de processo configurem corretamente a velocidade da esteira e as temperaturas das zonas do forno de refluxo, evitando choque térmico ou degradação dos materiais enquanto garantem uma junta de soldadura fiável.

1.4 Sugestões de Aplicação

1.4.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este display é ideal para qualquer dispositivo que necessite de uma leitura numérica clara de um único dígito. Aplicações comuns incluem: medidores de painel para tensão, corrente ou temperatura; temporizadores e contadores; eletrodomésticos como fornos, micro-ondas ou máquinas de lavar; equipamentos de teste e medição; painéis de controlo industrial; e dispositivos médicos. O alto contraste e brilho tornam-no adequado para aplicações onde o display pode ser visualizado à distância ou em condições de alta luz ambiente.

1.4.2 Considerações de Projeto

Ao integrar o LTS-4301SW, os projetistas devem considerar a limitação de corrente. Um resistor em série é obrigatório para cada ânodo de segmento (ou um driver com corrente regulada) para definir a corrente direta para o nível desejado, tipicamente entre 5-20 mA, dependendo do brilho necessário e do ambiente térmico. A curva de derating para a corrente direta deve ser respeitada se a temperatura ambiente de operação for esperada ser alta. A configuração de cátodo comum requer que o circuito driver drene a corrente. Ao multiplexar múltiplos dígitos (embora esta seja uma unidade de um dígito, o princípio aplica-se a sistemas que usam vários deles), é necessário um CI driver adequado capaz de fornecer corrente aos ânodos e drenar a corrente agregada do cátodo. O layout da PCB deve garantir trilhas de alimentação limpas para minimizar o ruído.

1.5 Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com displays de um dígito semelhantes, o uso da tecnologia de LED branco InGaN no LTS-4301SW oferece vantagens sobre tecnologias mais antigas, como LEDs vermelhos GaAsP ou luz branca filtrada. Os LEDs InGaN geralmente fornecem maior eficiência e brilho. A face preta com segmentos brancos é um diferenciador chave em relação a displays com face cinzenta ou clara, oferecendo uma relação de contraste superior, que é um fator crítico para a legibilidade. A taxa de correspondência de intensidade luminosa especificada (2:1) garante a uniformidade dos segmentos, o que nem sempre é garantido em displays de baixo custo. A ampla faixa de temperatura de operação (-35\u00b0C a +105\u00b0C) também o torna mais robusto para aplicações industriais ou externas em comparação com displays com uma faixa mais estreita.

1.6 Perguntas Frequentes Baseadas em Parâmetros Técnicos

P: Qual é a finalidade dos dois pinos de cátodo comum (3 e 8)?

R: Eles estão internamente conectados. Ter dois pinos ajuda a distribuir a corrente total do cátodo (que é a soma das correntes de todos os segmentos iluminados) por duas juntas de solda e trilhas de PCB, melhorando a capacidade de manuseio de corrente, o desempenho térmico e a fiabilidade da conexão mecânica.

P: Como calculo o valor do resistor em série para um segmento?

R: Use a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Por exemplo, com uma fonte de 5V, uma V_Ftípica de 3,15V, e uma I_Fdesejada de 10 mA: R = (5 - 3,15) / 0,01 = 185 ohms. Use o valor padrão mais próximo (por exemplo, 180 ou 200 ohms). Considere sempre a potência nominal: P = I_F²* R.

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

R: Depende da capacidade de fornecimento de corrente do pino do MCU. Um pino típico de MCU pode fornecer 20-25 mA, o que é suficiente para um segmento com corrente total. No entanto, acionar múltiplos segmentos ou o cátodo comum (que drena a soma de todas as correntes dos segmentos) geralmente excede a capacidade de um único pino. CIs driver dedicados (por exemplo, registo de deslocamento 74HC595 com resistores limitadores de corrente, ou um driver de LED de corrente constante) são fortemente recomendados para uma operação segura e fiável.

P: O que significa "categorizado por intensidade luminosa"?

R: Implica que, durante a fabricação, os chips de LED ou os displays acabados podem ser testados e classificados (separados em lotes) com base na sua intensidade luminosa medida. Isto permite aos clientes selecionar peças com uma faixa de brilho específica para consistência no seu produto, especialmente ao usar múltiplos displays.

1.7 Caso Prático de Projeto e Utilização

Considere projetar um termómetro digital simples com uma leitura de 0-9\u00b0C. Um LTS-4301SW exibiria o dígito das unidades. A saída digital de um sensor de temperatura seria processada por um microcontrolador. O MCU decodificaria o valor do dígito (0-9) no padrão de segmento correspondente (por exemplo, para '5', os segmentos A, F, G, C, D estão LIGADOS). O MCU usaria um expansor de portas ou um registo de deslocamento para fornecer corrente aos ânodos dos segmentos (pinos 1,2,4,5,6,7,9,10) através de resistores limitadores de corrente. O cátodo comum (pinos 3 e 8) seria conectado a um pino de terra capaz de drenar a corrente total (por exemplo, 8 segmentos * 10 mA = 80 mA), provavelmente exigindo um transistor. A face preta garante que o '5' seja facilmente legível no painel do dispositivo.

1.8 Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um display de sete segmentos funciona com um princípio simples: é uma coleção de sete barras de LED (segmentos) controladas independentemente, dispostas num padrão de figura de oito. Ao ligar combinações específicas destes segmentos, todos os dez dígitos decimais (0-9) podem ser formados. Por exemplo, para exibir o número '7', os segmentos A, B e C são iluminados. O ponto decimal é um LED separado adicional. Electricamente, cada segmento é um LED padrão com um ânodo e um cátodo. Num tipo de cátodo comum como o LTS-4301SW, todos os cátodos estão conectados entre si a um terminal comum. Para acender um segmento, uma tensão positiva (através de um resistor limitador de corrente) é aplicada ao seu pino de ânodo específico, enquanto o cátodo comum é conectado ao terra, completando o circuito.

1.9 Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

A tendência nos displays de sete segmentos tem sido em direção a maior eficiência, brilho e miniaturização. A mudança de LEDs coloridos tradicionais (vermelho, verde) para LEDs brancos convertidos por fósforo (como o chip baseado em InGaN neste display) permite uma aparência neutra e de alto contraste adequada para mais aplicações. Há também uma tendência para embalagens de dispositivo de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada, embora tipos de orifício passante como este permaneçam populares para prototipagem, reparação e aplicações que requerem conexões mecânicas robustas. A integração é outra tendência, com a eletrónica do driver e, por vezes, microcontroladores sendo combinados com o próprio módulo de display, reduzindo a contagem de componentes externos. Além disso, os avanços em materiais estão a levar a ângulos de visão mais amplos e a um desempenho melhorado em faixas de temperatura estendidas.