Folha de Dados do Display LED LTC-4724JS - Dígito de 0,4 Polegadas - Amarelo AlInGaP - Tensão Direta de 2,6V - Dissipação de Potência de 40mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTC-4724JS é um módulo de display de sete segmentos triplo, compacto e de alto desempenho, projetado para aplicações que requerem leituras numéricas claras. Sua função principal é representar visualmente três dígitos (0-9) e os pontos decimais associados utilizando segmentos LED individuais. O dispositivo é projetado para integração em vários sistemas eletrónicos onde a eficiência de espaço, legibilidade e confiabilidade são considerações-chave.

A tecnologia central utiliza o material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP) para os chips LED. Este sistema de material é conhecido pela sua alta eficiência e excelente desempenho na região espectral do amarelo ao vermelho. Os chips são fabricados num substrato não transparente de Arsenieto de Gálio (GaAs), o que ajuda a direcionar a saída de luz para a frente, aumentando o brilho e o contraste. O display apresenta um painel frontal cinza com marcações de segmentos brancas, proporcionando um fundo de alto contraste que melhora a legibilidade dos caracteres em várias condições de iluminação.

O display emprega uma configuração multiplexada de cátodo comum. Este projeto reduz significativamente o número de pinos de acionamento necessários em comparação com um método de acionamento estático. Em vez de exigir um pino dedicado para cada segmento de cada dígito, os cátodos de cada dígito são conectados juntos e controlados sequencialmente (multiplexados), enquanto os ânodos para cada tipo de segmento (A-G, DP) são compartilhados entre todos os dígitos. Isto torna-o altamente eficiente para sistemas baseados em microcontroladores com pinos de I/O limitados.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho óptico é central para a funcionalidade do display. Os parâmetros-chave são medidos sob condições de teste padronizadas, tipicamente a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Intensidade Luminosa Média (I_V):Este parâmetro define o brilho percebido de um segmento. Com uma corrente de teste (I_F) de 1mA, o valor típico é 650 µcd (microcandelas), com um valor mínimo garantido de 200 µcd. A ampla gama indica um processo de categorização ou "binning" para intensidade, comum na fabricação de LEDs para garantir níveis mínimos de desempenho.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):Medido a I_F=20mA, o comprimento de onda de pico típico é 588 nanómetros (nm). Isto coloca a emissão firmemente na região amarela do espectro visível.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):Este é 587 nm, muito próximo do comprimento de onda de pico. O comprimento de onda dominante é o comprimento de onda único que melhor representa a cor percebida da luz e é crucial para aplicações críticas em termos de cor.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):A 15 nm (típico), este parâmetro indica a pureza espectral ou largura de banda da luz emitida. Uma largura a meia altura relativamente estreita, como observada aqui, é característica dos LEDs AlInGaP e contribui para uma cor amarela saturada e pura.
• Taxa de Correspondência de Intensidade Luminosa (I_V-m):Esta taxa, especificada como máxima de 2:1, define a variação permitida no brilho entre diferentes segmentos dentro do mesmo display. Uma taxa de 2:1 significa que o segmento mais brilhante não deve ser mais do que duas vezes mais brilhante que o segmento mais fraco sob condições de acionamento idênticas, garantindo uma aparência uniforme.

Todas as medições de intensidade luminosa são realizadas utilizando uma combinação de sensor de luz e filtro calibrada para aproximar a curva padrão de resposta fotópica do olho da CIE (Commission Internationale de l'Eclairage), garantindo que as medições se correlacionem com a perceção visual humana.

2.2 Características Elétricas e Valores Máximos Absolutos

A adesão a estes limites é crítica para a longevidade do dispositivo e para evitar falhas catastróficas.

• Corrente Direta Contínua por Segmento:A corrente DC contínua máxima permitida através de qualquer segmento LED individual é de 25 mA a 25°C. Além desta temperatura, a classificação deve ser reduzida linearmente a uma taxa de 0,33 mA por grau Celsius de aumento na temperatura ambiente.
• Corrente Direta de Pico por Segmento:Para operação pulsada, uma corrente mais alta é permitida. Sob um ciclo de trabalho de 1/10 com uma largura de pulso de 0,1ms, a corrente de pico pode atingir 60 mA. Isto é útil para esquemas de multiplexação onde é necessário um brilho instantâneo mais alto durante o curto tempo de LIGADO.
• Dissipação de Potência por Segmento:A potência máxima que pode ser dissipada como calor por um único segmento é de 40 mW. Isto é calculado como Tensão Direta (V_F) multiplicada pela Corrente Direta (I_F). Exceder este limite arrisca o sobreaquecimento da junção semicondutora.
• Tensão Direta por Segmento (V_F):A uma corrente de acionamento de 20 mA, a queda de tensão direta típica através de um segmento LED é de 2,6V, com um mínimo de 2,05V. Este parâmetro é vital para projetar o circuito limitador de corrente no acionador.
• Tensão Reversa por Segmento:A tensão de polarização reversa máxima que pode ser aplicada através de um segmento LED é de 5V. Exceder isto pode causar danos imediatos e irreversíveis ao LED devido à ruptura da junção.
• Corrente Reversa por Segmento (I_R):Com uma polarização reversa de 5V aplicada, a corrente de fuga é tipicamente de 100 µA ou menos.

2.3 Especificações Térmicas e Ambientais

• Faixa de Temperatura de Operação:O dispositivo é especificado para funcionar corretamente dentro de uma faixa de temperatura ambiente de -35°C a +85°C. O desempenho fora desta faixa não é garantido.
• Faixa de Temperatura de Armazenamento:O dispositivo pode ser armazenado sem operação dentro da mesma faixa de -35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:Durante a montagem, o dispositivo pode suportar uma temperatura máxima de soldadura de 260°C por uma duração máxima de 3 segundos, medida a 1,6mm abaixo do plano de assentamento do encapsulamento. Isto é crítico para processos de soldadura por onda ou de refluxo.

3. Sistema de Categorização e "Binning"

A folha de dados afirma explicitamente que o dispositivo é "Categorizado para Intensidade Luminosa". Isto implica um processo de triagem pós-produção ("binning"). Embora códigos de "bin" específicos não sejam fornecidos neste excerto, a categorização típica para tais displays envolve agrupar unidades com base na intensidade luminosa medida a uma corrente de teste padrão. Isto garante que os clientes recebam displays com níveis mínimos de brilho consistentes. Os valores especificados mínimo (200 µcd) e típico (650 µcd) para I_Vdefinem os limites desta categorização. Os projetistas devem estar cientes de que o brilho pode variar entre unidades dentro da taxa de correspondência especificada de 2:1 e entre os diferentes "bins" de intensidade, o que pode afetar a calibração do sistema para brilho uniforme em múltiplos displays.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados referencia "Curvas Típicas de Características Elétricas / Ópticas" que são essenciais para trabalhos de projeto detalhados. Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, com base nas características padrão dos LEDs, estas curvas tipicamente incluiriam:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V):Esta curva não linear mostra a relação entre a tensão aplicada através do LED e a corrente resultante. É crucial para projetar acionadores de corrente constante, pois uma pequena mudança na tensão pode causar uma grande mudança na corrente (e, portanto, no brilho). O "joelho" da curva, em torno do V_Ftípico de 2,6V a 20mA, é a região de operação normal.
• Intensidade Luminosa vs. Corrente Direta (Curva I-L):Este gráfico mostra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. É geralmente linear numa faixa, mas saturará em correntes muito altas devido ao "droop" térmico e de eficiência. O ponto de teste de 1mA para I_Ve o ponto de 20mA para outros parâmetros fornecem duas referências-chave nesta curva.
• Intensidade Luminosa vs. Temperatura Ambiente:A saída de luz dos LEDs tipicamente diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta curva é vital para aplicações que operam numa ampla faixa de temperatura para garantir que a legibilidade seja mantida a altas temperaturas.
• Distribuição Espectral:Um gráfico de intensidade relativa versus comprimento de onda, mostrando o pico em ~588 nm e a estreita largura a meia altura de 15 nm, confirmando a emissão de cor amarela pura.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões Físicas e Tolerâncias

O desenho do encapsulamento fornece dados mecânicos críticos para o layout da PCB e o design do invólucro. Todas as dimensões são fornecidas em milímetros. A tolerância geral para dimensões não especificadas é de ±0,25 mm (o que equivale a ±0,01 polegadas). Os projetistas devem incorporar estas tolerâncias nos seus projetos mecânicos para garantir um encaixe adequado. O desenho detalharia o comprimento, largura e altura total do módulo de display, o espaçamento entre dígitos, o tamanho do segmento e a posição e diâmetro dos pinos de montagem.

5.2 Configuração de Pinos e Diagrama de Ligação

A tabela de ligação de pinos é o mapa de interface entre o circuito interno e o mundo externo. O LTC-4724JS utiliza um arranjo de 15 pinos (com vários pinos marcados como "Sem Ligação" ou "Sem Pino").

• Cátodos Comuns:Os pinos 1, 5, 7 e 14 são ligações de cátodo. O pino 1 é para o Dígito 1, o pino 5 para o Dígito 2, o pino 7 para o Dígito 3, e o pino 14 é um cátodo comum para os pontos decimais do lado esquerdo (L1, L2, L3). Esta estrutura permite o esquema de multiplexação.
• Ânodos de Segmento:Os pinos restantes (2, 3, 4, 6, 8, 11, 12, 15) são ânodos para segmentos específicos: A, B, C, D, E, F, G e DP (ponto decimal). Os segmentos C e G são compartilhados com os pontos decimais esquerdos L3 e geral, respetivamente, conforme indicado no diagrama de circuito interno.

O diagrama de circuito interno representa visualmente esta arquitetura multiplexada, mostrando como os três cátodos de dígitos e os ânodos de segmento compartilhados estão interligados. Compreender este diagrama é essencial para desenvolver o temporizador de software correto e o circuito de acionamento de hardware.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

O valor máximo absoluto para a temperatura de soldadura (260°C por 3 segundos a 1,6mm abaixo do plano de assentamento) fornece uma orientação clara para o processo de montagem. Esta classificação é compatível com perfis padrão de soldadura por refluxo sem chumbo (que muitas vezes têm uma temperatura de pico em torno de 245-250°C). Para soldadura por onda, o tempo de exposição dos pinos à solda fundida deve ser controlado para permanecer dentro deste limite. Recomenda-se seguir as diretrizes padrão IPC para soldadura de componentes de orifício passante. O pré-aquecimento é aconselhado para minimizar o choque térmico. Após a soldadura, o display deve ser deixado arrefecer gradualmente. Procedimentos adequados de manuseio de ESD (Descarga Eletrostática) devem ser sempre seguidos durante a montagem para evitar danos às sensíveis junções LED.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O LTC-4724JS é bem adequado para uma variedade de aplicações que requerem um display numérico compacto, brilhante e confiável. Usos comuns incluem:

• Equipamentos de Teste e Medição:Multímetros digitais, contadores de frequência, fontes de alimentação, onde a resolução de 3 dígitos é suficiente (por exemplo, mostrar 0-999).
• Controlos Industriais e Instrumentação:Medidores de painel para temperatura, pressão, velocidade ou contagens.
• Eletrónica de Consumo:Equipamentos de áudio (displays de volume de amplificador), eletrodomésticos de cozinha (temporizador, leituras de temperatura).
• Pós-venda Automotivo:Medidores e displays para tensão, RPM ou temperatura.

7.2 Considerações de Projeto Críticas

• Circuito de Acionamento:É necessário um circuito acionador de multiplexação. Isto tipicamente envolve um microcontrolador ou um CI acionador de display dedicado que pode drenar corrente através dos cátodos dos dígitos (geralmente via transistores) e fornecer corrente aos ânodos dos segmentos. Resistências limitadoras de corrente são obrigatórias para cada ânodo de segmento (ou possivelmente compartilhadas se usar um acionador de corrente constante) para definir o I_Fpara um valor seguro, tipicamente entre 10-20 mA para um equilíbrio entre brilho e longevidade.
• Frequência de Multiplexação:A taxa de atualização deve ser alta o suficiente para evitar cintilação visível, tipicamente acima de 60 Hz. Com três dígitos, cada dígito é iluminado por aproximadamente 1/3 do ciclo. A corrente de pico pode ser definida mais alta (até a classificação pulsada de 60mA) para compensar o ciclo de trabalho reduzido e manter o brilho médio.
• Fonte de Alimentação:O requisito de tensão direta (~2,6V) significa que a fonte de alimentação do sistema deve fornecer uma tensão superior a esta para permitir a queda de tensão na resistência limitadora de corrente e no circuito acionador. Uma alimentação de 5V é comum e conveniente.
• Ângulo de Visão e Contraste:A folha de dados afirma um "ângulo de visão amplo" e "alto contraste". O painel frontal cinza/segmentos brancos melhora o contraste. Para uma visualização ideal, o display deve ser montado perpendicularmente à direção de visualização principal. Em condições de alta luz ambiente, o alto brilho (650 µcd típ.) é benéfico.
• Gestão Térmica:Embora a dissipação de potência por segmento seja baixa, o calor cumulativo de múltiplos segmentos acesos simultaneamente, especialmente a correntes mais altas, deve ser considerado. Ventilação adequada no invólucro é recomendada, particularmente se operar perto do limite superior de temperatura.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os fatores diferenciadores-chave do LTC-4724JS residem na sua tecnologia de material e encapsulamento. Em comparação com tecnologias mais antigas como LEDs padrão de GaP ou GaAsP, o AlInGaP oferece uma eficiência luminosa significativamente maior, resultando em maior brilho para a mesma corrente de acionamento. A cor amarela produzida também é mais saturada e pura. Em comparação com alternativas contemporâneas, a sua altura de dígito de 0,4 polegadas oferece um equilíbrio específico entre tamanho e legibilidade. O design de cátodo comum multiplexado é um padrão para displays multi-dígitos, mas a pinagem específica e o circuito interno (incluindo o cátodo compartilhado para os decimais esquerdos) são únicos para este número de peça e devem ser correspondidos pelo software acionador. A categorização para intensidade luminosa fornece um nível de controlo de qualidade que pode não estar presente em todos os displays.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

• P: Posso acionar este display com um microcontrolador de 3,3V?R: Possivelmente, mas é necessário um projeto cuidadoso. O V_Ftípico é 2,6V. Após contabilizar uma pequena queda de tensão no transistor acionador e numa resistência limitadora de corrente, a margem de uma fonte de 3,3V pode ser muito apertada ou insuficiente, especialmente considerando a variação de V_F. Uma fonte de 5V é mais confiável. Pode precisar de um deslocador de nível ou de um CI acionador alimentado por uma linha separada de 5V.
• P: Por que a corrente de pico (60mA) é maior que a corrente contínua (25mA)?R: Os LEDs podem suportar correntes instantâneas mais altas se o ciclo de trabalho for baixo, pois a dissipação de potência média e a temperatura da junção permanecem dentro de limites seguros. Isto é explorado na multiplexação para alcançar um brilho percebido mais alto.
• P: Qual é o propósito dos pinos "Sem Ligação"?R: Eles são provavelmente espaçadores mecânicos para se ajustarem a uma pegada padrão de DIP (Dual In-line Package) de 15 pinos. Eles fornecem estabilidade física durante a soldadura, mas não têm função elétrica. Não os ligue a nenhum circuito.
• P: Como calculo o valor da resistência limitadora de corrente?R: Use a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F- V_{queda_acionador}) / I_F. Para uma fonte de 5V, um V_Fde 2,6V, uma queda do acionador de 0,2V e um I_Fdesejado de 15mA: R = (5 - 2,6 - 0,2) / 0,015 = 146,7 Ω. Uma resistência padrão de 150 Ω seria apropriada. Sempre verifique a dissipação de potência na resistência: P = I²* R.

10. Exemplo Prático de Projeto e Uso

Considere projetar um voltímetro simples de 3 dígitos usando um microcontrolador. O ADC do microcontrolador lê uma tensão, converte-a para um número entre 0 e 999 e precisa exibi-lo.

1. Interface de Hardware:Três pinos de I/O do microcontrolador são configurados como saídas para controlar transistores NPN (ou um array de transistores) que drenam corrente dos três pinos de cátodo de dígitos (1,5,7). Outros oito pinos de I/O (ou um registo de deslocamento para economizar pinos) são configurados como saídas para fornecer corrente aos oito pinos de ânodo de segmentos (A,B,C,D,E,F,G,DP) através de resistências limitadoras de corrente individuais de 150Ω.
2. Rotina de Software:O loop principal implementa a multiplexação. Ele desliga todos os cátodos de dígitos. Em seguida, define o padrão de segmentos nos pinos de ânodo para o Dígito 1 (por exemplo, para mostrar "5"). Depois, ativa (fornece um caminho para terra via o transistor) o cátodo para o Dígito 1. Aguarda um curto período (por exemplo, 2-3 ms). Em seguida, desativa o Dígito 1, define o padrão de segmentos para o Dígito 2, ativa o cátodo do Dígito 2, aguarda e repete para o Dígito 3. Este ciclo repete-se continuamente. A corrente de pico por segmento pode ser definida para ~20mA. Com um ciclo de trabalho de 1/3, a corrente média é de ~6,7mA, bem dentro da classificação contínua.
3. Resultado:Devido à persistência da visão, todos os três dígitos parecem estar acesos simultânea e firmemente, exibindo a tensão medida.

11. Introdução ao Princípio Tecnológico

O LTC-4724JS é baseado na tecnologia de iluminação de estado sólido usando semicondutores de AlInGaP (Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio). Quando uma tensão direta que excede a tensão de "bandgap" do díodo é aplicada, eletrões e "buracos" são injetados na região ativa da estrutura semicondutora. Eles recombinam-se, libertando energia na forma de fotões (luz). A composição específica da liga AlInGaP determina a energia do "bandgap", que dita diretamente o comprimento de onda (cor) da luz emitida—neste caso, amarelo (~587-588 nm). O substrato não transparente de GaAs absorve qualquer luz emitida para trás, melhorando a eficiência geral ao reduzir reflexões internas que não contribuem para a saída de luz útil para a frente. O formato de sete segmentos é um método padronizado de formar caracteres numéricos iluminando seletivamente sete segmentos LED independentes em forma de barra (rotulados de A a G).

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Embora esta peça específica use a tecnologia madura de AlInGaP, o panorama mais amplo dos displays LED continua a evoluir. As tendências incluem a adoção de materiais ainda mais eficientes como o InGaN para azul/verde/branco, o desenvolvimento de encapsulamentos "chip-on-board" (COB) e de dispositivo de montagem em superfície (SMD) para maior densidade e pegadas menores, e a integração de acionadores e controladores diretamente no módulo de display (displays inteligentes). No entanto, para aplicações específicas que requerem uma cor amarela pura e eficiente num encapsulamento padrão de orifício passante, displays baseados em AlInGaP como o LTC-4724JS permanecem uma solução confiável e económica. A sua simplicidade, robustez e facilidade de interface com microcontroladores básicos garantem a sua relevância contínua em muitos projetos industriais e de consumo onde displays gráficos personalizados são desnecessários.