Техническая документация на светодиодный индикатор LTS-313AJD - Высота цифры 0.3 дюйма - Цвет Гипер Красный - Прямое напряжение 2.6В

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики компактного одноразрядного семисегментного буквенно-цифрового дисплейного модуля. Устройство разработано для применений, требующих четкой, яркой цифровой индикации при минимальном энергопотреблении. Его основная философия проектирования сосредоточена на обеспечении превосходной читаемости и надежности в малом форм-факторе.

Индикатор использует передовые полупроводниковые материалы для достижения характерного свечения. Он классифицируется по постоянной силе света, что обеспечивает однородность в серийном производстве и предсказуемую работу в конечных устройствах.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данного индикатора включают очень низкое потребление тока, что делает его подходящим для устройств с батарейным питанием или энергочувствительных схем. Высокая яркость и контрастность в сочетании с широким углом обзора обеспечивают читаемость при различных условиях освещения и с разных точек зрения. Твердотельная конструкция обеспечивает присущую ей надежность и длительный срок службы по сравнению с механическими или нитевыми индикаторами.

Высота цифры 0.3 дюйма идеально позиционирует его для портативных приборов, потребительской электроники, панельных счетчиков, интерфейсов промышленного управления и любых встраиваемых систем, где пространство ограничено, но важна четкая цифровая индикация. Непрерывный, однородный дизайн сегментов способствует отличному внешнему виду символов, улучшая пользовательский опыт.

2. Подробный анализ технических характеристик

В этом разделе представлен объективный и детальный анализ электрических, оптических и физических параметров, определенных в спецификации.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Светоизлучающие элементы основаны на технологии полупроводников из фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), в частности, в исполнении цвета Гипер Красный. Эта материаловая система известна высокой эффективностью и хорошей температурной стабильностью в красно-оранжевой области спектра.

• Средняя сила света (I_V):Составляет от 200 до 600 микрокандел (мккд) при стандартном испытательном токе 1 мА. Этот параметр определяет воспринимаемую яркость. Упомянутая категоризация подразумевает, что устройства сортируются на основе измеренной интенсивности, чтобы попасть в этот гарантированный диапазон.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):Обычно 650 нанометров (нм). Это длина волны, на которой выходная оптическая мощность максимальна.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Обычно 639 нм. Это длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, и ключевой показатель для определения цвета (Гипер Красный).
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Приблизительно 20 нм. Это указывает на спектральную чистоту или разброс излучаемых длин волн вокруг пика. Значение 20 нм характерно для светодиодов AlInGaP.
• Коэффициент соответствия силы света:Указан как максимум 2:1. Это критически важный параметр для многоразрядных индикаторов или применений с использованием нескольких сегментов, гарантирующий, что разница в яркости между самым ярким и самым тусклым сегментом не превышает этого соотношения, обеспечивая однородный внешний вид.

2.2 Электрические параметры

Электрические характеристики определяют рабочие границы и типичные условия для устройства.

• Прямое напряжение на сегмент (V_F):Обычно 2.1 В, максимум 2.6 В, измеряется при прямом токе (I_F) 20 мА. Это падение напряжения на светящемся сегменте. Конструкторы должны обеспечить, чтобы схема управления могла подавать достаточное напряжение.
• Непрерывный прямой ток на сегмент (I_F):Абсолютный максимальный рейтинг составляет 25 мА при 25°C. При температуре выше 25°C применяется коэффициент снижения 0.33 мА/°C, что означает, что допустимый непрерывный ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды для предотвращения перегрева.
• Пиковый прямой ток:Импульсный ток до 90 мА допускается при определенных условиях (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Это позволяет использовать схемы мультиплексирования или короткие вспышки более высокой яркости.
• Обратное напряжение (V_R):Максимум 5 В. Превышение этого значения может повредить светодиодный переход. В схемах, где возможно обратное напряжение, следует предусмотреть защиту.
• Обратный ток (I_R):Максимум 100 мкА при полном обратном напряжении 5 В, что указывает на ток утечки в выключенном состоянии.
• Рассеиваемая мощность на сегмент:Максимум 70 мВт. Этот тепловой предел в сочетании со снижением тока имеет решающее значение для расчетов надежности.

2.3 Тепловые и климатические характеристики

• Диапазон рабочих температур:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленные условия эксплуатации.
• 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. Это стандартное руководство для процессов волновой или конвекционной пайки, чтобы избежать термического повреждения корпуса или кристалла.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации явно указано, что устройство \"категоризировано по силе света\". Это относится к распространенной практике в производстве светодиодов, известной как \"биннинг\" (сортировка).

Из-за присущих незначительных вариаций в процессе эпитаксиального роста и изготовления полупроводников, светодиоды из одной производственной партии могут иметь небольшие различия в ключевых параметрах, таких как сила света и прямое напряжение. Чтобы обеспечить единообразие для клиентов, производители тестируют каждый светодиод и сортируют их по различным группам производительности или \"бинам\". Продукт, категоризированный по силе света, означает, что устройства гарантированно соответствуют указанному диапазону интенсивности (в данном случае 200-600 мккд), и часто для применений с высокими требованиями к однородности можно запросить более узкие бины в этом диапазоне. Хотя в этой краткой спецификации не подробно описано, другими распространенными параметрами сортировки могут быть доминирующая длина волны (для цветовой однородности) и прямое напряжение.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются типичные характеристические кривые. Хотя конкретные графики не приведены в тексте, мы можем вывести их стандартное содержание и значение на основе перечисленных параметров.

4.1 Кривая тока в зависимости от напряжения (I-V)

Типичная I-V кривая покажет экспоненциальную зависимость между прямым током и прямым напряжением. Кривая пройдет через типичную точку V_F2.1 В при 20 мА. Эта кривая необходима для проектирования схемы ограничения тока, будь то простой резистор или драйвер постоянного тока.

4.2 Сила света в зависимости от прямого тока (I_Vот I_F)

Этот график покажет, как яркость увеличивается с током. Обычно она линейна в определенном диапазоне, но насыщается при более высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Кривая покажет интенсивность при испытательном условии 1 мА и проиллюстрирует работу вплоть до максимального непрерывного тока.

4.3 Температурная зависимость

Характеристические кривые, отмеченные при температурах, отличных от 25°C, проиллюстрируют ключевые зависимости:

• Прямое напряжение в зависимости от температуры:Для светодиодов AlInGaP, V_Fобычно уменьшается с увеличением температуры (отрицательный температурный коэффициент). Это важно для теплового управления и проектирования драйверов постоянного тока.
• Сила света в зависимости от температуры:Выходная интенсивность обычно уменьшается с ростом температуры перехода. Снижение непрерывного тока напрямую связано с управлением этим тепловым эффектом для поддержания яркости и долговечности.

4.4 Спектральное распределение

Спектральный график визуализирует распределение мощности излучаемого света по длинам волн, с центром около 650 нм (пик) и полушириной 20 нм, подтверждая цветовую точку Гипер Красный.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Устройство имеет серую лицевую панель с белыми сегментами, что повышает контрастность за счет уменьшения отражения окружающего света. Габаритные размеры корпуса приведены в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм. Точное расположение выводов и расстояние между ними критически важны для разводки печатной платы. Внутренняя схема подтверждает конфигурацию с общим катодом для всех сегментов и десятичных точек. Это означает, что все катоды (отрицательные выводы) светодиодных сегментов соединены внутри с общими выводами (1 и 6), в то время как анод (положительный вывод) каждого сегмента имеет свой собственный выделенный вывод. Эта конфигурация распространена и упрощает мультиплексирование в приложениях, управляемых микроконтроллерами.

6. Подключение выводов и интерфейс схемы

10-выводное устройство имеет следующую распиновку:

1. Общий катод
2. Анод F (Верхний сегмент)
3. Анод G (Центральный сегмент)
4. Анод E (Нижний левый сегмент)
5. Анод D (Нижний сегмент)
6. Общий катод (внутренне соединен с выводом 1)
7. Анод RDP (Правая десятичная точка)
8. Анод C (Нижний правый сегмент)
9. Анод B (Верхний правый сегмент)
10. Анод A (Верхний сегмент)

Примечание: В спецификации также упоминаются \"Правая и Левая десятичные точки\", что указывает на наличие у устройства как правой, так и левой десятичных точек, хотя в таблице подключения указан только анод правой десятичной точки (RDP). Левая десятичная точка, вероятно, внутренне соединена с анодом другого сегмента или не доступна отдельно в этой версии. Подключение общего катода на выводах 1 и 6 обеспечивает гибкость в разводке печатной платы и рассеивании тепла.

7. Рекомендации по пайке и сборке

Основная рекомендация - ограничение температуры пайки: максимум 260°C в течение 3 секунд на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки. Это соответствует стандартным рекомендациям IPC для компонентов со сквозными отверстиями. Для волновой пайки это означает контроль времени предварительного нагрева и контакта. Для ручной пайки следует использовать паяльник с регулировкой температуры, чтобы избежать длительного воздействия тепла. Во время обращения следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ESD), так как светодиоды чувствительны к статическому электричеству. Хранение должно осуществляться в пределах указанного температурного диапазона в среде с низкой влажностью.

8. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

8.1 Типичные сценарии применения

• Портативные мультиметры и измерительные приборы:Низкое потребление тока идеально для увеличения срока службы батареи.
• Бытовая техника:Таймеры, показания температуры на духовках или обогревателях.
• Панели промышленного управления:Индикаторы состояния, счетчики.
• Дополнительные дисплеи для автомобилей:Для вспомогательных приборов (напряжение, температура).
• Образовательные наборы и прототипирование:Благодаря простоте и распространенному интерфейсу.

8.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока для каждого анода сегмента. Значение резистора можно рассчитать как R = (Напряжение питания - V_F) / I_F. Для питания 5 В и целевого тока 10 мА с типичным V_F2.1 В: R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290 Ом. Подойдет стандартный резистор 270 Ом или 330 Ом.
• Мультиплексирование:Для многоразрядных индикаторов конфигурация с общим катодом легко мультиплексируется. Последовательно включая общий катод каждой цифры и подавая данные сегментов для этой цифры, можно управлять многими цифрами с меньшим количеством линий ввода-вывода. Рейтинг пикового тока позволяет использовать более высокие импульсные токи во время цикла мультиплексирования для достижения средней яркости.
• Интерфейс с микроконтроллером:Обычно требуется 8 линий ввода-вывода (7 сегментов + 1 десятичная точка) на цифру, если не используется мультиплексирование, плюс транзистор или микросхема драйвера для стока тока общего катода, который представляет собой сумму токов всех светящихся сегментов в этой цифре.
• Угол обзора:Широкий угол обзора позволяет гибко выбирать положение установки, но для оптимальной читаемости следует учитывать основную линию взгляда пользователя.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями, такими как лампы накаливания или вакуумно-люминесцентные индикаторы (VFD), этот светодиодный дисплей предлагает значительно более низкое энергопотребление, более длительный срок службы и более высокую устойчивость к ударам/вибрации. В семействе светодиодных индикаторов использование AlInGaP для Гипер Красного цвета дает преимущества по сравнению со старыми красными светодиодами на основе GaAsP, обычно обеспечивая более высокую эффективность (больше света на мА), лучшую температурную стабильность и более насыщенный красный цвет. Размер 0.3 дюйма меньше, чем у распространенных индикаторов 0.5 или 0.56 дюйма, что позволяет создавать более плотные или компактные конструкции. Низкое требование к току (эффективное даже при 1 мА) является ключевым отличием для проектов с ограниченным энергопотреблением по сравнению с индикаторами, требующими 5-20 мА на сегмент для стандартной яркости.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Для чего нужны два вывода общего катода (1 и 6)?

Они соединены внутри. Наличие двух выводов позволяет лучше распределить ток, снизить плотность тока на вывод, помогает в гибкости разводки печатной платы (трассировка с любой стороны) и может улучшить рассеивание тепла от кристалла.

10.2 Могу ли я управлять этим индикатором напрямую с вывода микроконтроллера?

Вы можете подключить аноды сегментов к выходным выводам микроконтроллера, но выобязанывключить токоограничивающий резистор последовательно с каждым выводом. Сам по себе вывод микроконтроллера не может безопасно ограничить ток. Более того, ток общего катода (до 25 мА * количество светящихся сегментов), вероятно, превысит способность стока одного вывода микроконтроллера, что потребует внешнего транзистора или микросхемы драйвера (например, ULN2003) для переключения катода.

10.3 Что означает \"Гипер Красный\" по сравнению со стандартным Красным?

\"Гипер Красный\" - это маркетинговый термин, часто используемый для светодиодов AlInGaP с доминирующей длиной волны около 630-640 нм. Он выглядит как более глубокий, более оранжевый оттенок красного по сравнению с \"Глубоким Красным\" с немного большей длиной волны (660-670 нм) или более оранжевым стандартным \"Красным\" (620-625 нм). Он предлагает хороший баланс визуальной яркости и цветового различия.

10.4 Как добиться равномерной яркости всех цифр в многоразрядной конструкции?

Используйте технику мультиплексирования и убедитесь, что токоограничивающие резисторы идентичны для всех соответствующих сегментов во всех цифрах. Спецификация коэффициента соответствия силы света (макс. 2:1) помогает, но для наилучших результатов используйте светодиоды из одной производственной партии (бина) или реализуйте программную калибровку яркости, если ваш драйвер позволяет использовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ).

11. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование простого трехразрядного дисплея вольтметра.

1. Топология схемы:Используйте три индикатора LTS-313AJD в мультиплексированной конфигурации. Аноды сегментов (A-G, DP) всех трех индикаторов соединены параллельно. Общие катодные выводы каждого индикатора подключены к коллектору отдельного NPN-транзистора (например, 2N3904), эмиттер которого соединен с землей. База транзистора управляется выводом микроконтроллера через базовый резистор.
2. Роль микроконтроллера:АЦП считывает напряжение. Прошивка преобразует значение в три цифры. Затем она входит в быстрый цикл: отключает все катодные транзисторы, выводит шаблон сегментов для Цифры 1 на параллельные линии анодов (через последовательные резисторы), включает катодный транзистор для Цифры 1, ждет короткое время (например, 2 мс), затем повторяет для Цифры 2 и Цифры 3. Цикл повторяется достаточно быстро (например, >60 Гц), чтобы отображение казалось стабильным и без мерцания.
3. Расчеты:Если каждый сегмент управляется током 5 мА во время его активного времени, и в цифре светятся три сегмента (например, отображается \"1\"), пиковый ток на сегмент составляет 5 мА. Средний ток на сегмент составляет 5 мА / 3 (для 3-разрядного мультиплексирования) ≈ 1.67 мА, что хорошо в пределах допустимого и экономит энергию. Катодный транзистор должен стекать 3 сегмента * 5 мА = 15 мА, что легко реализуемо.

12. Введение в принцип работы

Семисегментный светодиодный индикатор представляет собой массив светоизлучающих диодов, расположенных в форме восьмерки. Каждый диод (сегмент) - это полупроводниковый прибор с p-n переходом. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое значение перехода (примерно 2.1 В для этого типа AlInGaP), электроны и дырки рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, которая задается в соединении AlInGaP. Избирательно подавая ток на различные комбинации семи сегментов (от A до G), можно формировать цифры 0-9 и некоторые буквы. Конфигурация с общим катодом внутренне соединяет все отрицательные стороны этих диодов, упрощая внешнее управление.

13. Технологические тренды и контекст

Дискретные семисегментные светодиодные индикаторы, подобные этому, представляют собой зрелую и надежную технологию. Современные тенденции в технологии дисплеев движутся в сторону более высокой интеграции, например, многоразрядные модули со встроенными контроллерами (например, драйверы TM1637 или MAX7219), которые общаются по I2C или SPI, что значительно сокращает нагрузку на ввод-вывод и программное обеспечение микроконтроллера. Также наблюдается переход к органическим светодиодам (OLED) и гибким дисплеям для более сложной графики. Однако для простой, яркой, недорогой и энергоэффективной цифровой индикации в жестких условиях (широкий температурный диапазон, требуется высокая яркость) дискретные светодиодные сегменты остаются доминирующим и оптимальным решением. Постоянное развитие материалов для светодиодов, таких как более эффективные AlInGaP и InGaN (для синего/зеленого), продолжает улучшать эффективность, яркость и цветовые варианты для таких индикаторов.