Техническая спецификация LTS-5701AJF - 7-сегментный светодиодный индикатор желто-оранжевого свечения 0.56 дюйма (14.22 мм) на основе технологии AlInGaP

1. Обзор изделия

LTS-5701AJF — это высокопроизводительный одноразрядный семисегментный светодиодный индикаторный модуль. Его основная функция — обеспечение четкого и яркого отображения цифр и ограниченного набора буквенно-цифровых символов в электронных устройствах. Основная технология основана на полупроводниковом материале Aluminium Indium Gallium Phosphide (AlInGaP), специально разработанном для излучения света в желто-оранжевом спектре. Эта материальная система известна своей высокой эффективностью и отличной яркостью по сравнению со старыми технологиями, такими как стандартный фосфид галлия (GaP). Устройство имеет серую лицевую панель с белыми метками сегментов, что значительно повышает контрастность и читаемость при различных условиях освещения. Оно выполнено в конфигурации с общим анодом, что упрощает схемотехнику во многих приложениях на основе микроконтроллеров, где проще управлять током источника.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

Данный индикатор предлагает несколько явных преимуществ, делающих его подходящим для широкого спектра применений:

• Оптимальный размер символа:Высота цифры 0.56 дюйма (14.22 мм) обеспечивает отличную видимость на расстоянии при сохранении компактных габаритов.
• Превосходные оптические характеристики:Использование чипов AlInGaP обеспечивает высокую яркость и контрастность. Непрерывные, однородные сегменты гарантируют стабильный и приятный внешний вид символов без темных пятен или неровностей.
• Широкий угол обзора:Конструкция обеспечивает четкую видимость с широкого диапазона углов, что критически важно для панельных приборов, измерительной аппаратуры и потребительской электроники.
• Низкое энергопотребление:Для достижения хорошей силы света требуется относительно низкий прямой ток, что делает его энергоэффективным и подходящим для устройств с батарейным питанием.
• Повышенная надежность:Как твердотельное устройство, он обеспечивает высокую надежность, длительный срок службы и устойчивость к ударам и вибрации по сравнению с механическими или вакуумно-люминесцентными индикаторами.
• Гарантия качества:Устройства категоризируются (сортируются) по силе света, что обеспечивает единообразие яркости между производственными партиями для однородного внешнего вида панели.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация электрических и оптических параметров, указанных в спецификации. Понимание этих значений крайне важно для правильного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной надежности.

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Эти параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется и должна быть исключена для надежной конструкции.

• Рассеиваемая мощность на сегмент (70 мВт):Это максимальное количество мощности, которое может безопасно рассеиваться в виде тепла одним светодиодным сегментом при непрерывной работе. Превышение этого предела грозит перегревом полупроводникового перехода, что приводит к ускоренной деградации или катастрофическому отказу.
• Пиковый прямой ток на сегмент (60 мА, скважность 1/10, импульс 0.1 мс):Этот параметр допускает кратковременные импульсы более высокого тока для достижения мгновенных пиков яркости, например, в мультиплексированных индикаторах или для подсветки. Строгие ограничения по скважности и длительности импульса критически важны; средний ток все равно должен соответствовать непрерывному номиналу.
• Непрерывный прямой ток на сегмент (25 мА):Рекомендуемый максимальный ток для стационарной, неимпульсной работы одного сегмента. Выше температуры окружающей среды (Ta) 25°C указан линейный коэффициент снижения номинала 0.33 мА/°C. Это означает, что если температура окружающей среды повысится до 50°C, максимально допустимый непрерывный ток составит: 25 мА - ((50°C - 25°C) * 0.33 мА/°C) = 25 мА - 8.25 мА =16.75 мА.
• Обратное напряжение на сегмент (5 В):Максимальное напряжение, которое может быть приложено в обратном направлении смещения к светодиодному сегменту. Превышение этого значения может вызвать пробой и повредить PN-переход. Правильное схемотехническое решение должно включать защиту, если возможны обратные переходные процессы напряжения.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения (-35°C до +85°C):Определяет экологические пределы для надежной работы и нерабочего хранения.
• Температура пайки (260°C в течение 3 секунд):Предоставляет рекомендации для процессов волновой или конвекционной пайки, определяя максимальную температуру в определенной точке в течение ограниченного времени для предотвращения повреждения пластикового корпуса и внутренних проводных соединений.

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

Это типичные параметры производительности в указанных условиях испытаний. Они используются для расчетов при проектировании и ожиданий производительности.

• Средняя сила света (I_V):320-900 мккд при I_F=1мА. Это мера воспринимаемой человеческим глазом яркости. Широкий диапазон (Мин: 320, Тип: 900) указывает на процесс сортировки. Конструкторы должны использовать минимальное значение для расчетов яркости в наихудшем случае, чтобы обеспечить видимость при любых условиях.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):611 нм (типично) при I_F=20мА. Это длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна. Она попадает в желто-оранжевую область видимого спектра.
• Доминирующая длина волны (λ_d):605 нм (типично) при I_F=20мА. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая лучше всего соответствует цвету излучаемого света. Она немного ниже пиковой длины волны, что характерно для светодиодов с более широким спектром.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):17 нм (типично) при I_F=20мА. Этот параметр указывает на чистоту цвета. Значение 17 нм является умеренно широким, что дает насыщенный, но не монохроматический желто-оранжевый цвет.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):2.05В (Мин), 2.6В (Тип) при I_F=20мА. Это падение напряжения на светодиоде при работе. Оно крайне важно для расчета значения токоограничивающего резистора: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Использование типичного или максимального значения V
• гарантирует, что ток не превысит желаемый уровень._RОбратный ток на сегмент (I):_R100 мкА (Макс) при V
• =5В. Это небольшой ток утечки, который протекает, когда светодиод смещен в обратном направлении в пределах своего максимального номинала._{Коэффициент соответствия силы света (I}V-m):

2:1 (Макс). Этот параметр определяет максимально допустимое отклонение яркости между разными сегментами одного разряда или между разными разрядами в многоразрядном индикаторе. Коэффициент 2:1 означает, что самый яркий сегмент должен быть не более чем в два раза ярче самого тусклого, что обеспечивает однородный внешний вид.

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

• В спецификации указано, что устройства "категоризированы по силе света". Это относится к процессу сортировки после производства.Сортировка по силе света:
• Из-за естественных вариаций в процессе эпитаксиального роста полупроводника и изготовления чипов световой поток светодиодов может различаться. После производства устройства тестируются и сортируются в разные группы (бины) на основе измеренной силы света при стандартном испытательном токе (например, 1 мА). Указанный диапазон от 320 до 900 мккд, вероятно, охватывает несколько бинов. Производители могут предлагать конкретные коды бинов для применений, требующих точного соответствия яркости.Сортировка по прямому напряжению:_FХотя явно не упоминается как параметр для сортировки, указанный диапазон для V

(от 2.05В до 2.6В) является типичным. Для очень крупносерийных или чувствительных конструкций детали также могут сортироваться по прямому напряжению, чтобы обеспечить единообразное энергопотребление и тепловые характеристики по всему индикатору.

4. Анализ характеристических кривых

• Хотя приведенный отрывок из спецификации упоминает "Типичные электрические/оптические характеристические кривые", конкретные графики не включены в текст. Основываясь на стандартном поведении светодиодов, эти кривые обычно иллюстрируют следующие зависимости, которые жизненно важны для понимания работы устройства в нестандартных условиях:Прямой ток vs. Прямое напряжение (I-V кривая):_FПоказывает экспоненциальную зависимость. Кривая смещается с температурой; V
• уменьшается при увеличении температуры перехода для заданного тока.Сила света vs. Прямой ток:
• Обычно показывает почти линейную зависимость при низких токах, с возможным насыщением или падением эффективности при очень высоких токах. Этот график используется для выбора рабочего тока для желаемого уровня яркости.Сила света vs. Температура окружающей среды:
• Демонстрирует, как световой выход уменьшается с ростом температуры окружающей среды (и, следовательно, перехода). Это критически важно для конструкций, работающих в условиях повышенных температур.Спектральное распределение:

График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик при ~611 нм и полуширину ~17 нм, определяющий точные цветовые характеристики.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры и распиновка

1. Устройство размещено в стандартном 10-выводном корпусе для одноразрядного семисегментного светодиодного индикатора. Спецификация содержит подробный чертеж с размерами (не воспроизведен здесь) со всеми критическими размерами в миллиметрах. Ключевые особенности включают общую высоту, ширину и глубину, размер окна цифры, шаг выводов и плоскость установки. Допуски обычно составляют ±0.25 мм, если не указано иное. Подключение выводов четко определено:
2. Вывод 1: Катод E
3. Вывод 2: Катод D
4. Вывод 3: Общий анод
5. Вывод 4: Катод C
6. Вывод 5: Катод D.P. (десятичная точка)
7. Вывод 6: Катод B
8. Вывод 7: Катод A
9. Вывод 8: Общий анод
10. Вывод 9: Катод F

Вывод 10: Катод G

Внутренняя принципиальная схема показывает, что все светодиоды сегментов (A-G и DP) имеют свои аноды, соединенные внутри с двумя общими анодными выводами (3 и 8), которые также соединены внутри. Эта конструкция с общим анодом означает, что для включения сегмента его соответствующий катодный вывод должен быть переведен в низкий уровень (подключен к земле или более низкому напряжению), в то время как анодные выводы удерживаются на положительном напряжении через токоограничивающий резистор.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

В предельно допустимых режимах указано условие пайки: 260°C в течение 3 секунд, измеренное на расстоянии 1/16 дюйма (примерно 1.59 мм) ниже плоскости установки. Это стандартная ссылка для волновой пайки. Для конвекционной пайки подходит стандартный бессвинцовый профиль с пиковой температурой, не превышающей 260°C. Крайне важно избегать чрезмерных термических напряжений, которые могут привести к растрескиванию эпоксидного корпуса, повреждению внутреннего крепления кристалла или разрыву тонких проводных соединений, соединяющих чип с выводами. Рекомендуется предварительный нагрев для минимизации термического удара. После пайки устройству следует дать возможность постепенно остыть. Для хранения следует соблюдать указанный диапазон от -35°C до +85°C в сухой, неконденсирующей среде, чтобы сохранить паяемость и предотвратить поглощение влаги (что может вызвать "эффект попкорна" во время конвекционной пайки).

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

• LTS-5701AJF идеально подходит для применений, требующих четких и надежных цифровых индикаторов:Контрольно-измерительное оборудование:
• Цифровые мультиметры, частотомеры, блоки питания, индикаторы датчиков.Промышленные системы управления:
• Панельные приборы для отображения температуры, давления, расхода, оборотов в минуту и технологических переменных.Потребительская электроника:
• Часы, таймеры, дисплеи кухонной техники, индикаторы уровня аудиоаппаратуры.Автомобильная вторичная продукция:
• Приборы и дисплеи для вспомогательных систем (не для основных приборов из-за требований к сертификации по температуре и надежности).Медицинские устройства:

Простые индикаторы параметров на некритичном мониторинговом оборудовании (при условии получения соответствующих разрешений регулирующих органов).

• 7.2 Особенности проектирования и реализация схемыОграничение тока:_CCРезистор должен быть подключен последовательно с общим анодом (анодами) или каждым катодом, чтобы ограничить прямой ток до безопасного значения (например, 10-20 мА). Значение резистора рассчитывается с использованием напряжения питания (V_F), прямого напряжения светодиода (V_F) и желаемого тока (I_CC): R = (V_F- V_F) / I_F. Используйте максимальное значение V
• из спецификации для консервативного проектирования, гарантирующего, что ток никогда не превысит целевой.Мультиплексирование:
• Для многоразрядных индикаторов почти всегда используется техника мультиплексирования, чтобы минимизировать количество выводов на управляющем микроконтроллере. Это включает в себя поочередное включение одного разряда в быстрой последовательности. Инерция зрения создает впечатление непрерывного свечения. При мультиплексировании пиковый ток на сегмент может быть выше (в пределах импульсного номинала 60 мА), чтобы компенсировать уменьшенную скважность и поддерживать среднюю яркость. Конструкция должна гарантировать, что средний ток и рассеиваемая мощность на сегмент находятся в пределах непрерывных лимитов.Управление от микроконтроллера:
• Индикаторы с общим анодом легко управляются выводами порта микроконтроллера, сконфигурированными как выходы с открытым стоком или открытым коллектором, стоком тока на землю. В качестве альтернативы можно использовать специализированные микросхемы драйверов светодиодов или транзисторные сборки (например, ULN2003) для более высокой токовой способности или более простой логики.Угол обзора и монтаж:

При проектировании выреза панели и глубины монтажа учитывайте предполагаемый угол обзора пользователя, чтобы использовать широкий угол обзора индикатора.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Основным отличием LTS-5701AJF является использование материала AlInGaP для желто-оранжевого излучения. По сравнению со старыми желтыми светодиодами на GaP, AlInGaP предлагает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к более ярким индикаторам при том же токе или эквивалентной яркости при меньшей мощности. По сравнению с красными светодиодами на GaAsP или AllnGaP, он обеспечивает отчетливый цвет, который может быть легче читаемым при определенных условиях окружающего освещения и может быть предпочтительным для конкретных эстетических или функциональных требований цветового кодирования. Размер цифры 0.56 дюйма помещает его в распространенную категорию для приборных панелей, предлагая хороший баланс между размером и читаемостью.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Какое значение резистора следует использовать с питанием 5В для управления сегментом при 15мА?_FО1: Используя максимальное V

2.6В для безопасного проектирования: R = (5В - 2.6В) / 0.015А = 2.4В / 0.015А = 160 Ом. Подойдут ближайшие стандартные значения 150 Ом или 180 Ом. Всегда проверяйте фактическую яркость и ток в цепи.

В2: Могу ли я соединить два общих анодных вывода вместе?

О2: Да, выводы 3 и 8 соединены внутри. Соединение их вместе на печатной плате является стандартной практикой и помогает распределить ток, потенциально улучшая равномерность яркости.

В3: Как отобразить цифру "7"?

О3: Чтобы отобразить "7", необходимо включить сегменты A, B и C. Следовательно, при конфигурации с общим анодом подайте положительное напряжение (через токоограничивающий резистор) на общий анод (аноды) и подключите катодные выводы для A (вывод 7), B (вывод 6) и C (вывод 4) к земле (низкий логический уровень).

В4: Почему максимальный непрерывный ток снижается выше 25°C?_FО4: Предел рассеиваемой мощности фиксирован. При повышении температуры окружающей среды разница температур между переходом светодиода и окружающим воздухом (тепловой градиент) уменьшается, что затрудняет рассеивание тепла. Чтобы предотвратить превышение безопасного предела температуры перехода, допустимая мощность (и, следовательно, ток для заданного V

) должна быть снижена.

10. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование индикатора для 4-разрядного вольтметра.

Используется микроконтроллер с ограниченным количеством линий ввода-вывода. Четыре индикатора LTS-5701AJF подключены в мультиплексированной конфигурации. Катоды сегментов (A-G, DP) всех четырех разрядов соединены параллельно. Общий анодный вывод каждого разряда управляется отдельным транзистором NPN, управляемым выводом микроконтроллера. Микроконтроллер использует прерывание по таймеру для циклического переключения разрядов каждые 2-5 миллисекунд. Он вычисляет данные сегментов для активного разряда и выводит их на порт, подключенный к общим катодам через токоограничивающие резисторы. Для поддержания хорошей яркости при скважности 1/4 пиковый ток сегмента во время его активности может быть установлен на 25-30 мА (значительно ниже импульсного номинала 60 мА), что дает средний ток ~6-7.5 мА на сегмент, что безопасно и обеспечивает достаточную яркость. Конструкция должна включать расчет снижения номинала, если устройство будет работать в горячей среде.

11. Введение в принцип технологии_xLTS-5701AJF основан на соединении полупроводников III-V группы, фосфиде алюминия-индия-галлия (Al_yIn_Ga1-x-y

P). Конкретные соотношения этих элементов определяют ширину запрещенной зоны материала, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света. В данном случае состав разработан для запрещенной зоны, соответствующей желто-оранжевым фотонам (~605-611 нм). Когда прямое напряжение приложено к PN-переходу, электроны и дырки инжектируются в активную область. Они рекомбинируют с излучением, высвобождая энергию в виде света. Использование непрозрачной подложки GaAs помогает поглощать рассеянный свет, улучшая контрастность. Серая лицевая панель и белые сегменты изготовлены из литьевой эпоксидной смолы с рассеивающими пигментами, что помогает равномерно распределять свет по каждому сегменту и усиливает контраст с неосвещенным фоном.

12. Тенденции развития технологии

Хотя дискретные семисегментные индикаторы остаются актуальными для многих применений, общая тенденция в технологии отображения движется в сторону интеграции и гибкости. Это включает:Интеграция:

Многоразрядные модули со встроенными микросхемами драйверов (например, с интерфейсом SPI/I2C) становятся все более распространенными, упрощая взаимодействие с микроконтроллером.Материалы:

Хотя AlInGaP эффективен для красно-оранжево-желтого цвета, новые материалы, такие как InGaN (для синего/зеленого/белого), предлагают еще более высокую эффективность. Гибридные индикаторы или полноцветные адресуемые светодиодные матрицы набирают популярность для отображения более сложной информации.Форм-факторы: