Техническая документация на светодиодный индикатор LTS-3861JR - Высота цифры 0.3 дюйма - Прямое напряжение 2.6В - Супер-красный цвет

1. Обзор продукта

LTS-3861JR представляет собой одноразрядный 7-сегментный светодиодный индикаторный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого цифрового отображения. Его основная функция — визуальное представление цифровых символов (0-9) и некоторых ограниченных алфавитно-цифровых символов путем выборочного включения семи отдельных сегментов и опциональной десятичной точки.

В основе технологии лежит использование полупроводникового материала AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для светодиодных чипов. Данная материаловая система известна производством высокоэффективных красных и янтарных светодиодов. Чипы изготавливаются на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), что помогает повысить контрастность за счет минимизации внутреннего рассеяния и отражения света. Устройство оснащено серой лицевой панелью и белым цветом сегментов, что усиливает контраст и читаемость светящихся красных сегментов на фоне.

Индикатор классифицируется по световой силе, что означает, что изделия сортируются или тестируются для обеспечения соответствия конкретным критериям яркости, обеспечивая стабильность характеристик для производственных партий.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Компактные размеры:Высота цифры составляет 0.3 дюйма (7.62 мм), что делает его подходящим для панелей и устройств с ограниченным пространством.
• Оптическое качество:Предлагает непрерывные однородные сегменты для гладкого, профессионального вида символов без зазоров или неровностей.
• Высокая производительность:Обеспечивает высокую яркость и высокий контраст, гарантируя отличную видимость.
• Широкий угол обзора:Обеспечивает четкую читаемость с широкого диапазона углов зрения.
• Низкое энергопотребление:Спроектирован с низкими требованиями к мощности, что делает его энергоэффективным.
• Надежность:Обладает надежностью твердотельной технологии без движущихся частей, что приводит к длительному сроку службы.

2. Подробный обзор технических характеристик

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа за пределами этих ограничений не рекомендуется.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:Максимум 70 мВт. Это максимальная мощность, которая может безопасно рассеиваться в виде тепла одним светодиодным сегментом.
• Пиковый прямой ток на сегмент:Максимум 90 мА. Это допустимо только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для предотвращения перегрева.
• Постоянный прямой ток на сегмент:Максимум 25 мА при 25°C. Этот ток должен быть линейно снижен на 0.33 мА/°C при повышении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C.
• Обратное напряжение на сегмент:Максимум 5 В. Превышение этого значения может привести к пробою PN-перехода светодиода.
• Диапазон рабочих температур:от -35°C до +85°C.
• Диапазон температур хранения:от -35°C до +85°C.
• Температура пайки:Максимум 260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на расстоянии 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки компонента.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измеряются при температуре окружающей среды (Ta) 25°C и определяют типичные рабочие характеристики.

• Средняя сила света (I_V):Диапазон от 200 мккд (мин.) до 600 мккд (макс.) при прямом токе (I_F) 1 мА. Это мера воспринимаемой человеческим глазом яркости.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):Обычно 639 нм при I_F=20мА. Это длина волны, на которой оптическая выходная мощность наибольшая.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Обычно 20 нм при I_F=20мА. Это указывает на спектральную чистоту; меньшее значение означает более монохроматический цвет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Обычно 631 нм при I_F=20мА. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, определяющая цвет (супер-красный).
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):Диапазон от 2.0 В (мин.) до 2.6 В (макс.) при I_F=20мА. Это падение напряжения на светодиоде при работе.
• Обратный ток на сегмент (I_R):Максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5В. Это небольшой ток утечки, когда светодиод смещен в обратном направлении.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):Максимум 2:1 при I_F=1мА. Это определяет максимально допустимое отклонение яркости между различными сегментами в одном устройстве, обеспечивая равномерный внешний вид.

Примечание: Измерение силы света соответствует стандарту кривой спектральной чувствительности глаза МКО (Международная комиссия по освещению).

3. Система сортировки и категоризации

LTS-3861JR использует систему категоризации в основном дляСилы света. Это означает, что в процессе производства устройства тестируются и сортируются в различные группы или категории на основе измеренной яркости при стандартном испытательном токе (обычно 1мА или 20мА). Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованными уровнями яркости для своих применений, предотвращая заметные различия в интенсивности свечения между несколькими разрядами в многоразрядном индикаторе. В спецификации указан диапазон (200-600 мккд), и продукция гарантированно попадает в указанные поддиапазоны.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены типичные характеристические кривые, которые имеют решающее значение для проектирования. Хотя они не отображены в предоставленном тексте, стандартные кривые для такого устройства включают:

• Зависимость прямого тока от прямого напряжения (I_F-V_F кривая):Показывает экспоненциальную зависимость. Необходима для проектирования схемы ограничения тока.
• Зависимость силы света от прямого тока (I_V-I_F кривая):Показывает, как яркость увеличивается с током, обычно в почти линейной зависимости в рабочем диапазоне до снижения эффективности.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды (I_V-T_a кривая):Иллюстрирует снижение светового потока при повышении температуры перехода, подчеркивая важность теплового управления и снижения номинального тока.
• Спектральное распределение:График, показывающий относительную оптическую мощность в зависимости от длины волны, с центром вокруг пика 639 нм и шириной, определяемой полушириной 20 нм.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Физические размеры

Устройство имеет определенные габариты корпуса. Все размеры указаны в миллиметрах (мм) со стандартными допусками ±0.25 мм, если не указано иное. Ключевые размеры включают общую высоту, ширину и глубину корпуса, размер окна цифры и расстояние между сегментами.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

LTS-3861JR является устройством собщей анодной шиной. Это означает, что аноды всех светодиодных сегментов (A-G и DP) соединены внутри и выведены на общие выводы (Вывод 1 и Вывод 6). Катод каждого сегмента выведен на отдельный вывод. Чтобы включить сегмент, его соответствующий катодный вывод должен быть переведен в низкий логический уровень (земля), в то время как общий анодный вывод удерживается на положительном напряжении (через токоограничивающий резистор).

Таблица соединений выводов:

1: Общий анод

2: Катод F

3: Катод G

4: Катод E

5: Катод D

6: Общий анод

7: Катод D.P. (Десятичная точка)

8: Катод C

9: Катод B

10: Катод A

Внутренняя схема показывает электрическое соединение 7 сегментов (A, B, C, D, E, F, G) и десятичной точки (DP) с двумя общими анодными узлами.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Соблюдение спецификаций пайки критически важно для предотвращения повреждений.

• Пайка оплавлением:Максимально допустимая температура пайки составляет 260°C. Компонент должен подвергаться воздействию этой пиковой температуры не более 3 секунд. Температура измеряется в точке на расстоянии 1.6 мм ниже корпуса компонента (плоскость установки на печатной плате).
• Ручная пайка:Если необходима ручная пайка, следует использовать паяльник с регулируемой температурой, и время контакта с каждым выводом должно быть сведено к минимуму, чтобы предотвратить чрезмерную передачу тепла к светодиодному чипу.
• Условия хранения:Устройства должны храниться в указанном диапазоне температур хранения от -35°C до +85°C в сухой среде для предотвращения поглощения влаги, что может вызвать \"вспучивание\" (popcorning) во время оплавления.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Контрольно-измерительное оборудование:Цифровые мультиметры, осциллографы, источники питания.
• Бытовая электроника:Аудиоусилители, радиобудильники, кухонная техника.
• Промышленные системы управления:Панельные измерительные приборы, индикаторы процессов, таймеры.
• Автомобильная вторичная продукция:Приборные панели и дисплейные модули (учитывайте расширенные температурные требования).

7.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:Последовательный резистор обязателен для каждого соединения общей анодной шины, чтобы ограничить ток через сегменты. Значение резистора (R) рассчитывается по формуле: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для безопасного проектирования используйте максимальное значение V_F из спецификации.
• Мультиплексирование:Для многоразрядных индикаторов используется техника мультиплексирования, при которой разряды включаются по одному быстро. Пиковый ток на сегмент может быть выше (до импульсного номинала 90мА), чтобы компенсировать уменьшенную скважность, достигая более высокой воспринимаемой яркости.
• Схемы управления:Используйте специализированные микросхемы драйверов светодиодов или выводы GPIO микроконтроллера с достаточной способностью стока/источника тока. Для общей анодной шины драйвер должен стекать ток (подключаться к земле).
• Угол обзора:Широкий угол обзора является преимуществом, но учитывайте окончательную ориентацию монтажа относительно пользователя.

8. Техническое сравнение и дифференциация

LTS-3861JR отличается в первую очередь использованием технологииAlInGaP по сравнению со старыми светодиодами на основе GaAsP или стандартными GaP. Ключевые преимущества включают:

• Более высокая эффективность и яркость:Светодиоды AlInGaP обеспечивают значительно более высокую силу света при том же токе управления.
• Лучшая насыщенность цвета:Цвет \"супер-красный\" более яркий и чистый по сравнению со стандартными красными светодиодами.
• Улучшенная температурная стабильность:AlInGaP, как правило, демонстрирует меньшее изменение длины волны и интенсивности при изменении температуры по сравнению с некоторыми старыми технологиями.
• Высота цифры 0.3 дюйма обеспечивает баланс между читаемостью и занимаемой площадью на плате, занимая промежуточное положение между меньшими 0.2-дюймовыми и более крупными 0.5-дюймовыми или 0.56-дюймовыми индикаторами.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: В чем разница между \"пиковой длиной волны\" и \"доминирующей длиной волны\"?

О1: Пиковая длина волны — это точка, где оптическая выходная мощность физически наибольшая. Доминирующая длина волны — это единственная длина волны, которая создавала бы такое же цветовое восприятие для человеческого глаза. Для светодиодов они часто близки, но не идентичны из-за формы спектра излучения.

В2: Могу ли я управлять этим индикатором напрямую с вывода 5В микроконтроллера?

О2: Нет. Вы должны использовать токоограничивающий резистор. Прямое подключение, скорее всего, превысит максимальный постоянный ток (25мА) и разрушит светодиод. Рассчитайте значение резистора на основе напряжения питания (например, 5В), прямого напряжения светодиода (~2.6В макс.) и желаемого рабочего тока (например, 10-20мА).

В3: Почему есть два общих анодных вывода (Вывод 1 и Вывод 6)?

О3: Это распространенная конструкция для механической и электрической симметрии. Это помогает более равномерно распределять ток и обеспечивает гибкость в трассировке печатной платы. Внутри они соединены. Вы можете использовать любой из них или подключить оба к положительному источнику питания.

В4: Как рассчитать рассеиваемую мощность для теплового проектирования?

О4: Для одного сегмента: P_d= V_F* I_F. Например, при I_F=20мА и V_F=2.5В, P_d= 50мВт, что ниже максимума в 70мВт. В мультиплексированном индикаторе с включенными несколькими сегментами рассчитывайте для наихудшего сценария (например, цифра \"8\" со всеми 7 сегментами включенными).

10. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование 4-разрядного вольтметра.

Разработчик создает компактный модуль вольтметра. Он выбирает четыре индикатора LTS-3861JR. Чтобы сэкономить выводы ввода/вывода микроконтроллера, он подключает индикаторы в мультиплексированной конфигурации: все соответствующие катоды сегментов (A, B, C,...) соединены вместе для четырех разрядов. Общий анод каждого разряда управляется отдельным транзисторным ключом. Микроконтроллер поочередно включает анод одного разряда, одновременно выводя шаблон сегментов для этого разряда. Для поддержания яркости при скважности 1/4 ток сегментов во время их активного времени увеличивается, но остается в пределах импульсного номинального тока. Токоограничивающие резисторы размещаются на линиях общей анодной шины (перед транзисторами). Технология AlInGaP гарантирует, что индикатор остается четко читаемым даже при умеренно ярком окружающем освещении.

11. Введение в принцип технологии

Светодиод (светоизлучающий диод) — это полупроводниковый диод. При прямом смещении электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активном слое. Эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. AlInGaP — это сложный полупроводник, ширина запрещенной зоны которого может быть настроена путем регулировки соотношений алюминия, индия, галлия и фосфора для получения света в красном, оранжевом и янтарном спектре. Обозначение \"супер-красный\" указывает на конкретную, высокочистую красную цветовую точку. Непрозрачная подложка GaAs поглощает рассеянный свет, улучшая контрастность, предотвращая его отражение обратно через чип и \"засветку\" темного (выключенного) состояния сегментов.

12. Технологические тренды и развитие

Хотя дискретные 7-сегментные индикаторы, такие как LTS-3861JR, остаются актуальными для конкретных применений, более широкие тенденции в технологии отображения включают:

• Интеграция:Движение в сторону многоразрядных модулей со встроенными драйверами, упрощающими интерфейс для микроконтроллеров (например, связь по SPI или I2C).
• Развитие материалов:Постоянные исследования таких материалов, как GaN (для синего/зеленого/белого), и улучшения в AlInGaP и InGaN (для красного) продолжают повышать эффективность (люмен на ватт) и надежность.
• Альтернативные технологии:Во многих потребительских приложениях точечно-матричные OLED или ЖК-дисплеи заменяют сегментные светодиоды из-за их гибкости в отображении графики и текста. Однако сегментные светодиоды сохраняют сильные преимущества в применениях, требующих очень высокой яркости, широких углов обзора, предельной простоты и низкой стоимости для чисто цифровых индикаторов.
• Миниатюризация:Существует постоянное стремление к уменьшению шага пикселей и увеличению плотности, хотя размер 0.3 дюйма остается стандартом для многих приборных панелей из-за требований к читаемости.