Техническая документация LTC-2621JG - Светодиодный индикатор, 3 цифры, 0.28 дюйма, зеленый, 2.6В

1. Обзор изделия

LTC-2621JG — это компактный высокопроизводительный трехразрядный цифровой индикаторный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого отображения числовых данных. Его основная функция — визуальное представление трех цифр с использованием твердотельной светодиодной технологии. Основная применяемая технология — эпитаксиальные слои AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), выращенные на подложке GaAs, специально разработанные для получения высокоэффективного зеленого свечения. Эта материаловая система выбрана благодаря превосходной световой отдаче и чистоте цвета по сравнению со старыми технологиями, такими как стандартный GaP, что обеспечивает отличную яркость и внешний вид символов даже при низких токах. Устройство классифицируется как индикатор с общим анодом и мультиплексированием, что означает, что все аноды каждого разряда соединены внутри, что позволяет эффективно управлять несколькими разрядами с уменьшенным количеством выводов микроконтроллера за счет временного мультиплексирования.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

Данный индикатор предлагает несколько явных преимуществ, делающих его подходящим для широкого спектра промышленных, потребительских и измерительных применений.

• Оптические характеристики:Высота цифры составляет 0.28 дюйма (7.0 мм) с непрерывными, однородными сегментами без зазоров для чистого профессионального вида. Сочетание высокой яркости и высокого контраста обеспечивает отличную читаемость при различных условиях окружающего освещения. Широкий угол обзора позволяет четко видеть показания сбоку.
• Электрическая эффективность:Устройство имеет низкие требования к мощности, что способствует энергоэффективности системы. Использование технологии AlInGaP обеспечивает высокую силу света при относительно низком прямом токе.
• Надежность и стабильность:Как твердотельное устройство, оно обладает высокой надежностью, не имеет движущихся частей и устойчиво к ударам и вибрации. Изделия сортируются по силе света, что обеспечивает одинаковый уровень яркости между разными индикаторами, что критически важно для продуктов с несколькими модулями.
• Соответствие экологическим нормам:Корпус является бессвинцовым, соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), что делает его пригодным для использования в продуктах, продаваемых на рынках со строгими экологическими нормами.

1.2 Физическое описание

Индикатор имеет серую лицевую панель, которая помогает поглощать окружающий свет и улучшать контраст. Сегменты сами по себе излучают белый свет при подаче питания, который просвечивает через серую панель, создавая видимые символы. Такое сочетание выбрано для оптимальной читаемости. Устройство является трехразрядным, то есть может отображать числа от 000 до 999.

2. Подробный анализ технических характеристик

В этом разделе представлен подробный объективный анализ электрических, оптических и тепловых параметров, указанных в даташите. Понимание этих пределов и характеристик необходимо для надежного проектирования схем.

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется и должна быть исключена.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальная мощность, которую может безопасно рассеивать в виде тепла один светодиодный сегмент. Превышение этого значения может привести к перегреву, сокращению срока службы или отказу.
• Пиковый прямой ток на сегмент:60 мА (при 1 кГц, скважность 25%). Это максимальный мгновенный ток, который сегмент может выдержать в импульсном режиме. Для непрерывного постоянного тока ограничивающим фактором является номинальный непрерывный прямой ток.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Этот ток должен быть снижен линейно на 0.28 мА/°C при повышении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C. Например, при 85°C максимально допустимый непрерывный ток составит: 25 мА - [0.28 мА/°C * (85°C - 25°C)] = 25 мА - 16.8 мА =8.2 мА.
• Обратное напряжение на сегмент:5 В. Приложение обратного напряжения больше этого значения может вызвать пробой и повредить светодиодный переход.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:-35°C до +85°C. Устройство рассчитано на работу и хранение в этом широком температурном диапазоне, что делает его пригодным для жестких условий эксплуатации.
• Условия пайки:260°C в течение 3 секунд, при этом жало паяльника должно находиться не менее чем на 1/16 дюйма (примерно 1.6 мм) ниже плоскости установки компонента. Это стандартная рекомендация по профилю бессвинцовой пайки оплавлением для предотвращения теплового повреждения при сборке.

2.2 Электрические и оптические характеристики (Ta=25°C)

Это типичные параметры производительности, измеренные в указанных условиях испытаний. Конструкторы должны использовать эти значения для расчетов схем.

• Средняя сила света (I_V):320 мккд (мин.), 692 мккд (тип.) при I_F= 1 мА. Это мера светового потока. Широкий диапазон указывает на использование системы сортировки; конструкторы должны учитывать минимальное значение, чтобы обеспечить достаточную яркость во всех устройствах.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):571 нм (тип.) при I_F= 20 мА. Это длина волны, на которой светодиод излучает максимальную оптическую мощность, в зеленой области спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (тип.). Это указывает на спектральную чистоту; более узкая ширина означает более чистый, насыщенный зеленый цвет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):572 нм (тип.). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, близко соответствующая пиковой длине волны для этого зеленого светодиода.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):2.05 В (мин.), 2.6 В (тип.) при I_F= 20 мА. Это падение напряжения на светодиоде при протекании тока. Значение токоограничивающего резистора должно быть рассчитано с использованием максимального V_Fдля гарантии минимально необходимого тока.
• Обратный ток на сегмент (I_R):100 мкА (макс.) при V_R= 5 В. Это небольшой ток утечки, который протекает, когда светодиод смещен в обратном направлении в пределах своего максимального номинала.
• Коэффициент соответствия силы света:2:1 (макс.). Это означает, что разница в яркости между любыми двумя сегментами в "области схожего света" (обычно в пределах одной цифры или между цифрами) не превысит коэффициент два. Это обеспечивает визуальную однородность.

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

В даташите явно указано, что устройство "сортируется по силе света". Это относится к послепроизводственному процессу сортировки.

• Сортировка по силе света:После изготовления светодиоды тестируются и сортируются (биннинг) на основе измеренного светового потока при стандартном испытательном токе (в данном случае 1 мА). Для LTC-2621JG указан минимум 320 мккд и типичное значение 692 мккд. Устройства группируются в бины с более узкими диапазонами силы света (например, 320-400 мккд, 400-500 мккд и т.д.). Это позволяет клиентам выбрать бин для обеспечения одинаковой яркости нескольких индикаторов в продукте. Даташит предоставляет общий диапазон; конкретные коды бинов обычно доступны у производителя для заказа.
• Прямое напряжение:Хотя явно не упоминается как сортируемый параметр, предоставленный диапазон (2.05В до 2.6В) указывает на естественное разброс. Для проектов, где критичны энергопотребление или конструкция драйверной схемы, может потребоваться консультация с производителем по поводу бинов напряжения.

4. Анализ характеристических кривых

В даташите упоминаются "Типичные электрические/оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики не предоставлены в тексте, мы можем вывести их стандартное содержание и важность.

• Относительная сила света в зависимости от прямого тока (кривая I_V/ I_F):Этот график показывал бы, как световой поток увеличивается с ростом тока. Обычно он нелинейный, причем эффективность (световой поток на мА) часто снижается при очень высоких токах. Эта кривая помогает разработчикам выбрать рабочий ток, балансирующий яркость и эффективность.
• Прямое напряжение в зависимости от прямого тока (кривая V_F/ I_F):Это показывает экспоненциальную ВАХ светодиода. Это имеет решающее значение для проектирования токоограничивающей схемы.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Эта кривая иллюстрирует, как световой поток уменьшается с ростом температуры перехода. Это жизненно важно для применений, работающих при высоких температурах окружающей среды или высоких токах, так как может потребовать снижения номиналов или теплоотвода.
• Спектральное распределение:График, показывающий относительную оптическую мощность в зависимости от длины волны, с центром около 571-572 нм и полушириной ~15 нм, подтверждающий зеленое свечение.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры и чертеж

Устройство использует стандартный корпус DIP (Dual In-line Package), подходящий для монтажа в отверстия печатной платы. Ключевые размерные примечания: все размеры указаны в миллиметрах, общий допуск составляет ±0.25 мм (примерно ±0.01 дюйма), если для конкретного элемента не указано иное. Конструкторы должны обращаться к подробному механическому чертежу (не полностью детализированному в предоставленном тексте) для получения точных данных о расстоянии между отверстиями, диаметре выводов, ширине и высоте корпуса, а также расстоянии между цифрами, чтобы создать точные посадочные места на печатной плате и обеспечить правильную установку в корпус.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

Индикатор имеет 16 позиций выводов, хотя не все из них заняты физическими выводами (выводы 10, 11 и 14 указаны как "NO PIN" - вывод отсутствует). Вывод 9 указан как "NO CONNECTION" - не подключен. Внутренняя схема показывает мультиплексную конфигурацию с общим анодом.

• Общие аноды:Выводы 2, 5, 8 и 13 являются общими анодами. Вывод 2 управляет цифрой 1, вывод 5 — цифрой 2, а вывод 8 — цифрой 3. Вывод 13 является общим анодом для трех индикаторных светодиодов двоеточия (L1, L2, L3).
• Катоды сегментов:Остальные выводы являются катодами для конкретных сегментов (A, B, C, D, E, F, G, DP) и индикаторов. Например, чтобы зажечь сегмент 'A' в цифре 1, схема должна подключить катод сегмента A (вывод 15) к земле, одновременно подавая положительное напряжение на анод цифры 1 (вывод 2).
• Десятичная точка справа:В описании указано "Rt.Hand Decimal", а вывод 3 является катодом для D.P. (десятичной точки), что указывает на расположение десятичной точки справа от трех цифр.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Соблюдение указанных условий пайки критически важно для долгосрочной надежности.

• Ручная пайка:Если необходима ручная пайка, рекомендуется использовать паяльник при 260°C не более 3 секунд на вывод. Жало паяльника должно быть расположено не менее чем на 1.6 мм ниже плоскости установки корпуса индикатора, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев, передающийся по выводам и повреждающий внутреннюю эпоксидную смолу или проводные соединения.
• Волновая пайка или пайка оплавлением:Для автоматизированных процессов подходит стандартный бессвинцовый температурный профиль с пиком 260°C. Диапазон температур хранения и работы устройства (-35°C до +85°C) указывает на то, что оно может выдерживать типичные термические циклы SMT-оплавления, хотя сквозной корпус предполагает, что основным предназначенным методом является волновая пайка.
• Условия хранения:Устройства должны храниться в оригинальных влагозащитных пакетах в среде в пределах диапазона температур хранения (-35°C до +85°C) и при низкой влажности для предотвращения окисления выводов.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

LTC-2621JG идеально подходит для любой встраиваемой системы, требующей четкого, надежного и энергоэффективного цифрового отображения.

• Контрольно-измерительное оборудование:Мультиметры, частотомеры, блоки питания, дисплеи датчиков.
• Промышленные системы управления:Панельные измерители температуры, давления, оборотов, счетчики на оборудовании.
• Бытовая техника:Микроволновые печи, цифровые часы, тюнеры аудиоаппаратуры, напольные весы.
• Автомобильная вторичная продукция:Приборы и дисплеи для вспомогательных систем (напряжение, температура).

7.2 Особенности проектирования и схема драйвера

Проектирование с использованием этого индикатора требует особого внимания к методу управления.

• Мультиплексный драйвер:Микроконтроллер должен последовательно активировать общий анод каждой цифры (выводы 2, 5, 8) с высокой частотой обновления (обычно >100 Гц), одновременно выводя соответствующий паттерн катодов сегментов для этой цифры. Благодаря инерции зрения создается иллюзия, что все цифры горят одновременно. Анод двоеточия (вывод 13) может управляться отдельно или быть включен в последовательность мультиплексирования.
• Ограничение тока:Каждая линия катода сегмента должна иметь последовательный токоограничивающий резистор. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Используйте максимальное V_F(2.6В) из даташита, чтобы гарантировать достижение минимального желаемого I_Fпри любых условиях. Например, при питании 5В и целевом I_F10 мА: R = (5В - 2.6В) / 0.01А = 240 Ом. Подойдет стандартный резистор 220 Ом или 270 Ом.
• Рассеиваемая мощность:Убедитесь, что мощность на сегмент (V_F* I_F) не превышает 70 мВт, и снижайте номинальный непрерывный ток при высоких температурах окружающей среды, как описано в разделе 2.1.
• Угол обзора:Широкий угол обзора обеспечивает гибкость в позиционировании относительно пользователя.

8. Техническое сравнение и отличия

По сравнению с другими технологиями отображения и старыми типами светодиодов, LTC-2621JG предлагает определенные преимущества.

• По сравнению со стандартными зелеными светодиодами GaP:Технология AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к более ярким индикаторам при том же токе или эквивалентной яркости при меньшей мощности. Цвет также является более ярким, чистым зеленым.
• По сравнению с ЖК-дисплеями:Светодиоды являются излучающими, то есть сами производят свет, что обеспечивает превосходную яркость и читаемость в условиях слабого освещения или прямого солнечного света без подсветки. Они также имеют гораздо более быстрое время отклика и более широкий рабочий температурный диапазон. Компромиссом обычно является более высокое энергопотребление при отображении многих сегментов.
• По сравнению с индикаторами с большими или меньшими цифрами:Высота 0.28 дюйма обеспечивает хороший баланс между видимостью и занимаемым местом на плате, занимая промежуточное положение между меньшими индикаторами и большими панельными измерителями.
• По сравнению с несортированными индикаторами:Сортировка по силе света является ключевым отличием для применений, требующих визуальной согласованности между несколькими устройствами, например, в продуктовой линейке или на панели управления с несколькими одинаковыми дисплеями.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Каково назначение выводов "NO PIN" и "NO CONNECTION"?

О1: "NO PIN" означает, что физический вывод отсутствует в корпусе, оставляя пропуск в ряду выводов. "NO CONNECTION" (вывод 9) означает, что физический вывод существует, но не подключен электрически ни к чему внутри индикатора. Они часто включаются для стандартизации посадочного места с другими индикаторами в семействе, которые могут использовать эти выводы.

В2: Как рассчитать подходящий токоограничивающий резистор?

О2: Используйте формулу R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Всегда используйтемаксимальное V_Fзначение из даташита (2.6В) в расчетах, чтобы гарантировать протекание желаемого минимального тока при любых условиях. Выберите стандартное значение резистора, равное или немного меньше расчетного.

В3: Могу ли я управлять этим индикатором постоянным током без мультиплексирования?

О3: Технически да, но это крайне неэффективно. Вам нужно будет соединить все три анода цифр вместе и непрерывно подавать ток на каждый катод сегмента. Это потребляло бы в 3 раза больше тока (для трех одинаковых цифр) по сравнению с мультиплексной схемой и, вероятно, превысило бы максимальные номиналы непрерывного тока, если бы все сегменты были включены. Мультиплексирование является предпочтительным и оптимальным методом.

В4: Что на практике означает "коэффициент соответствия силы света 2:1"?

О4: Это означает, что в определенной "области схожего света" (вероятно, в пределах одного индикатора) самый тусклый сегмент будет не менее чем в два раза тусклее самого яркого сегмента. Это гарантирует, что цифра "8" (все сегменты горят) выглядит однородной, без заметно более тусклых сегментов.

10. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование цифрового вольтметра

Разработчик создает вольтметр постоянного тока 0-30В. АЦП микроконтроллера считывает напряжение, преобразует его в значение от 0.00 до 30.00 и должно отобразить его на трех цифрах и десятичной точке (показывая десятые доли вольта, например, "12.3").

1. Аппаратный интерфейс:Разработчик использует 4 вывода микроконтроллера, сконфигурированных как цифровые выходы, для управления тремя анодами цифр (выводы 2,5,8) и анодом двоеточия/десятичной точки (вывод 13). 8 других выводов сконфигурированы как цифровые выходы (или используется сдвиговый регистр) для управления катодами сегментов (A-G, DP).
2. Программная процедура:Прошивка запускает прерывание по таймеру на частоте 500 Гц. В каждом цикле прерывания:
   
   - Выключить все анодные выводы.
   
   - Вывести паттерн сегментов для цифры 1 (сотни) на катодные выводы.
   
   - Включить анодный вывод для цифры 1 (вывод 2).
   
   - Подождать короткую задержку.
   
   - Повторить для цифры 2 (десятки, вывод 5) и цифры 3 (единицы, вывод 8), включая катод десятичной точки (вывод 3), когда активна цифра 2.
3. Расчет тока:Целевой ток сегмента 5 мА для хорошей яркости и низкого энергопотребления, при питании 5В: R = (5В - 2.6В) / 0.005А = 480 Ом. Резистор 470 Ом устанавливается последовательно с каждой из 8 линий катодов сегментов.
4. Результат:Индикатор показывает стабильное, яркое трехразрядное показание напряжения с десятичной точкой, потребляя минимум выводов ввода-вывода микроконтроллера и энергии.

11. Введение в технический принцип работы

Основной принцип работы основан на электролюминесценции в полупроводниковом PN-переходе. В материальной системе AlInGaP, когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода (примерно 2В), электроны из N-области и дырки из P-области инжектируются через переход. Когда эти носители заряда рекомбинируют в активной области (квантовых ямах эпитаксиального слоя AlInGaP), они высвобождают энергию в виде фотонов (частиц света). Конкретный состав атомов алюминия, индия, галлия и фосфора определяет ширину запрещенной зоны полупроводника, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света. Для LTC-2621JG этот состав настроен на генерацию фотонов с длиной волны около 572 нм, которую человеческий глаз воспринимает как зеленый свет. Серая лицевая панель действует как контрастный фильтр, поглощая окружающий свет, чтобы излучаемые зеленые сегменты выглядели ярче и четче.

12. Тенденции и контекст технологии

Индикаторы, подобные LTC-2621JG, представляют собой зрелый и высокооптимизированный сегмент оптоэлектроники. Тенденция в таких индикаторных дисплеях была направлена на повышение эффективности (больше света на ватт), улучшение согласованности за счет продвинутой сортировки и соответствие экологическим нормам (бессвинцовые, безгалогенные). В то время как новые технологии, такие как OLED, предлагают гибкость и высокий контраст, традиционные сегментные светодиодные индикаторы сохраняют сильные позиции в применениях, требующих высокой яркости, исключительной надежности, широкого температурного диапазона и низкой стоимости за цифру. Переход от старых GaP:N к AlInGaP стал значительным шагом в производительности зеленых и желтых светодиодов. Будущие разработки могут быть сосредоточены на дальнейшем повышении эффективности и интеграции, например, индикаторы со встроенными драйверами или последовательными интерфейсами (такими как I2C или SPI), что снижает нагрузку на микроконтроллер, необходимую для мультиплексирования. Тем не менее, базовый сквозной мультиплексный индикатор с общим анодом остается фундаментальным и широко используемым компонентом благодаря своей простоте, надежности и возможности прямого интерфейса с универсальными микроконтроллерами.