Техническая документация LTS-3401TBE: 0.8-дюймовый синий семисегментный светодиодный индикатор - Высота цифры 20.32 мм - Прямое напряжение 3.8 В - Мощность 70 мВт

1. Обзор продукта

LTS-3401TBE — это твердотельный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого отображения цифр. Его основная функция — визуальное представление цифр (0-9) и некоторых букв с использованием индивидуально адресуемых светодиодных сегментов. Устройство использует синие светодиодные кристаллы на основе эпитаксии InGaN (нитрид индия-галлия) на сапфировой подложке. Индикатор имеет светло-серый корпус и белый цвет сегментов, что обеспечивает высокую контрастность и отличную читаемость. Он классифицируется как индикатор с общим анодом, что означает внутреннее соединение анодов всех сегментов с общими выводами, что требует конфигурации драйвера с токовым стоком.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Данный дисплей разработан для работы с низким энергопотреблением, что делает его подходящим для устройств с питанием от батарей или энергоэффективных систем. Ключевые преимущества включают низкую потребляемую мощность, при этом сегменты могут эффективно управляться током всего от 1 мА, а также отличное соответствие светового потока между сегментами для равномерного свечения. Высокая яркость и широкий угол обзора обеспечивают видимость с различных ракурсов. Его твердотельная конструкция обеспечивает высокую надежность и длительный срок службы по сравнению с другими технологиями отображения. Основные целевые рынки включают портативные измерительные приборы, потребительскую электронику, панели промышленного управления, испытательное оборудование и любые устройства, требующие компактного и надежного цифрового дисплея.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики являются центральными для функциональности дисплея. При стандартном тестовом условии прямого тока (I_F) 10 мА на сегмент, средняя сила света (I_V) составляет от минимум 6.4 милликандел (мкд) до типичного значения 10 мкд. Эта интенсивность измеряется с использованием датчика с фильтром, соответствующим кривой спектральной чувствительности глаза CIE, что гарантирует соответствие значения человеческому восприятию. Доминирующая длина волны (λ_d) указана как 470 нанометров (нм), что помещает излучение в синюю область видимого спектра. Пиковая длина волны излучения (λ_p) обычно составляет 468 нм, а полуширина спектральной линии (Δλ) равна 25 нм, что указывает на относительно чистый синий цвет. Коэффициент соответствия силы света между сегментами составляет максимум 2:1, что обеспечивает приемлемую равномерность свечения цифры.

2.2 Электрические параметры

Электрические характеристики определяют требования и ограничения по управлению. Абсолютный максимальный непрерывный прямой ток на сегмент составляет 20 мА при 25°C, с линейным снижением на 0.25 мА/°C при увеличении температуры окружающей среды. Пиковый прямой ток для импульсного режима работы при скважности 1/10 и длительности импульса 0.1 мс может достигать 100 мА. Прямое напряжение (V_F) на сегмент, измеренное при I_F=20 мА, имеет максимальное значение 3.8 вольта, при типичном значении 3.3 вольта. Этот параметр имеет решающее значение для проектирования схемы ограничения тока. Максимальная рассеиваемая мощность на сегмент составляет 70 мВт. Обратный ток (I_R) ограничен максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5 В, хотя устройство не предназначено для непрерывной работы в обратном смещении.

2.3 Тепловые и климатические характеристики

Устройство рассчитано на рабочий температурный диапазон от -35°C до +85°C, с идентичным диапазоном температур хранения. Такой широкий диапазон делает его пригодным для различных условий окружающей среды. Критической спецификацией по обращению является температурный предел пайки: устройство может выдерживать максимум 260°C до 3 секунд, измеренное на расстоянии 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки, что является важной информацией для сборки печатных плат с использованием процессов групповой пайки оплавлением.

3. Механическая информация и упаковка

3.1 Габаритные размеры и допуски

Высота цифры дисплея составляет 0.8 дюйма (20.32 мм). Все размеры корпуса приведены в миллиметрах. Общие допуски составляют ±0.25 мм, если не указано иное. Ключевые механические примечания включают допуск смещения кончика вывода ±0.4 мм, ограничения на наличие посторонних материалов и загрязнений чернилами на поверхности сегментов, а также ограничение на изгиб отражателя (≤1% от его длины). Рекомендуемый диаметр отверстия в печатной плате для выводов составляет 1.0 мм для обеспечения правильной установки.

3.2 Распиновка и схема подключения

Устройство имеет 18 выводов в конфигурации корпуса DIP (Dual In-line Package). Внутренняя принципиальная схема подтверждает архитектуру с общим анодом. Подключение выводов следующее: Выводы 4, 6, 12 и 17 являются выводами общего анода. Катоды сегментов распределены по другим выводам: A (Вывод 2), B (Вывод 15), C (Вывод 13), D (Вывод 11), E (Вывод 5), F (Вывод 3) и G (Вывод 14). Кроме того, имеются катоды для левой десятичной точки (L.D.P, Вывод 7) и правой десятичной точки (R.D.P, Вывод 10). Выводы 1, 8, 9, 16 и 18 отмечены как не подключенные (NO PIN). Эта распиновка необходима для проектирования разводки печатной платы и схемы драйвера.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены типичные кривые электрических и оптических характеристик, которые являются стандартными для светодиодных компонентов. Хотя конкретные графики не детализированы в предоставленном тексте, эти кривые обычно включают зависимость между прямым током (I_F) и прямым напряжением (V_F), которая является нелинейной и имеет решающее значение для проектирования драйвера. Другая распространенная кривая показывает зависимость силы света от прямого тока, демонстрируя, как яркость увеличивается с током. Третья типичная кривая иллюстрирует смещение доминирующей длины волны или прямого напряжения относительно температуры перехода. Анализ этих кривых позволяет разработчикам оптимизировать производительность, понимать эффективность и прогнозировать поведение при различных рабочих условиях, таких как колебания температуры или схемы затемнения.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

5.1 Параметры групповой пайки оплавлением

Как отмечено в абсолютных максимальных рейтингах, устройство может выдерживать пиковую температуру пайки 260°C в течение максимум 3 секунд. Это соответствует типичным профилям бессвинцовой пайки оплавлением. Разработчики должны убедиться, что используемый тепловой профиль во время сборки печатной платы не превышает этот предел, чтобы предотвратить повреждение внутренних светодиодных кристаллов, проводных соединений или пластикового корпуса.

5.2 Меры предосторожности от электростатического разряда (ESD)

Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду. Для предотвращения повреждения от ESD во время обращения и сборки настоятельно рекомендуется соблюдать следующие меры: Персонал должен использовать токопроводящие браслеты или антистатические перчатки. Все оборудование, рабочие столы и стеллажи для хранения должны быть правильно заземлены. Следует использовать ионизатор (ионный обдув) для нейтрализации статических зарядов, которые могут накапливаться на поверхности пластикового корпуса из-за трения во время обращения или хранения. Эти меры предосторожности жизненно важны для поддержания высокого выхода годных изделий и надежности при производстве.

5.3 Условия хранения

Устройство должно храниться в пределах указанного температурного диапазона от -35°C до +85°C. Рекомендуется хранить компоненты в влагозащитных пакетах с осушителем, если они чувствительны к поглощению влаги, хотя это конкретное требование не указано в предоставленном техническом описании. Также важно правильное обращение, чтобы избежать механических нагрузок на выводы или лицевую часть дисплея.

6. Рекомендации по применению

6.1 Типичные сценарии применения

LTS-3401TBE идеально подходит для любого применения, требующего компактного цифрового дисплея с низким энергопотреблением. Распространенные области использования включают цифровые мультиметры, частотомеры, дисплеи часов, весы, медицинское мониторинговое оборудование, показания приборной панели автомобиля (для некритичной информации) и индикаторы промышленных процессов. Его синий цвет обеспечивает хорошую видимость и может быть выбран для эстетического или функционального отличия от традиционных красных или зеленых дисплеев.

6.2 Особенности проектирования и схемотехники

При проектировании схемы драйвера необходимо учитывать конфигурацию с общим анодом. Обычно это предполагает подключение выводов общего анода к положительному напряжению питания (V_CC) через возможный токоограничивающий резистор для общей линии. Затем каждый катод сегмента подключается к микросхеме драйвера, способной стягивать требуемый ток сегмента. Ток для каждого сегмента должен быть ограничен на основе желаемой яркости и максимальных рейтингов. Используя типичное прямое напряжение 3.3В-3.8В, значение токоограничивающего резистора можно рассчитать как R = (V_CC- V_F) / I_F. Для мультиплексирования нескольких цифр пиковый ток должен контролироваться, чтобы оставаться в пределах импульсного номинального тока, сохраняя при этом среднюю яркость. Разработчики также должны учитывать спецификацию максимального перекрестного наводки в 2.5%, которая определяет нежелательное свечение невыбранного сегмента.

7. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со старыми лампами накаливания или вакуумно-люминесцентными дисплеями (VFD), этот светодиодный дисплей предлагает значительно более низкое энергопотребление, более длительный срок службы и более высокую надежность благодаря своей твердотельной природе. В сегменте светодиодных дисплеев его ключевыми отличиями являются специфическая оптимизация для низкого тока (вплоть до 1 мА на сегмент), что ниже, чем у многих стандартных дисплеев, и его классификация по силе света, обеспечивающая лучшее соответствие яркости. Синий цвет, достигнутый с помощью технологии InGaN, обычно предлагает более высокую эффективность и различные эстетические варианты по сравнению со старыми красными светодиодами GaAsP. Наличие как левой, так и правой десятичной точки добавляет гибкости для различных потребностей в числовом форматировании.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: В чем разница между общим анодом и общим катодом?

О: В дисплее с общим анодом все аноды светодиодных сегментов соединены вместе с общим выводом (или выводами), который подключен к положительному источнику питания. Сегменты включаются путем подачи НИЗКОГО (земля) сигнала на их соответствующие катодные выводы. В дисплее с общим катодом катоды являются общими и подключены к земле, а сегменты включаются путем подачи ВЫСОКОГО сигнала на их аноды. LTS-3401TBE является типом с общим анодом.

В: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью 5-вольтового микроконтроллера?

О: Да, но вы должны использовать токоограничивающие резисторы. Поскольку прямое напряжение составляет около 3.3-3.8 В, необходим резистор для падения оставшегося напряжения (например, 5В - 3.5В = 1.5В) и ограничения тока до желаемого значения (например, для 10 мА потребуется резистор 150 Ом). Выходные выводы микроконтроллера должны быть способны стягивать требуемый ток сегмента.

В: Что означает "классифицирован по силе света"?

О: Это означает, что дисплеи тестируются и сортируются (группируются) на основе измеренного светового потока. Это обеспечивает более стабильную яркость между различными экземплярами одной и той же модели, что приводит к более равномерному внешнему виду, если в одном продукте используется несколько дисплеев.

В: Как подключить четыре вывода общего анода?

О: Все выводы общего анода (4, 6, 12, 17) должны быть соединены вместе с одной и той же линией положительного напряжения питания, обычно через один токоограничивающий резистор, если одновременно управляются все сегменты одной цифры. Это гарантирует, что все сегменты имеют одинаковое опорное напряжение.

9. Практический пример проектирования и использования

Рассмотрим проектирование простого дисплея цифрового вольтметра. Аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера считывает напряжение, обрабатывает его и должен отображать 3-значное значение (например, 5.12В). Будут использоваться три дисплея LTS-3401TBE. Выводы общего анода всех трех цифр будут подключены к трем отдельным выводам ввода-вывода микроконтроллера, сконфигурированным как цифровые выходы для управления мультиплексированием. Все соответствующие катоды сегментов (все сегменты 'A', все сегменты 'B' и т.д.) по трем цифрам будут соединены вместе, а затем подключены к восьми выводам ввода-вывода микроконтроллера (семь сегментов + одна десятичная точка) через соответствующие токоограничивающие резисторы, вероятно, с использованием транзисторной сборки или специализированной микросхемы драйвера дисплея для управления токовым стоком. Микроконтроллер быстро переключается (мультиплексирует) каждую цифру, включая один общий анод за раз, одновременно устанавливая паттерн катодов для этой конкретной цифры. Инерция зрения заставляет все цифры казаться постоянно включенными. Правая десятичная точка на средней цифре будет подсвечена для отображения десятичного знака. Низкая потребляемая мощность позволяет этой схеме мультиплексирования работать эффективно без чрезмерного потребления энергии.

10. Введение в принцип работы

Семисегментный светодиодный дисплей представляет собой сборку светоизлучающих диодов, расположенных в форме восьмерки. Каждый из семи сегментов (обозначенных от A до G) является отдельным светодиодом. Путем выборочного питания различных комбинаций этих сегментов могут быть сформированы паттерны для цифр 0-9 и некоторых букв. В LTS-3401TBE эти светодиоды изготовлены из полупроводникового материала InGaN, нанесенного на сапфировую подложку. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое значение диода, электроны и дырки рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав слоев InGaN определяет длину волны (цвет) излучаемого света, в данном случае синий. Конструкция с общим анодом упрощает схему управления во многих приложениях, где источник питания положителен относительно земли управляющей логики.

11. Технологические тренды и контекст

Семисегментные светодиодные дисплеи представляют собой зрелую и надежную технологию отображения. В то время как матричные и графические OLED/LCD дисплеи предлагают большую гибкость для отображения произвольных символов и графики, семисегментные дисплеи остаются высоко актуальными благодаря своей простоте, низкой стоимости, высокой яркости, отличной читаемости при различных условиях освещения (включая прямой солнечный свет) и чрезвычайно низкому энергопотреблению в статических или низкомультиплексирующих сценариях. Тренд в этом сегменте направлен на светодиоды с более высокой эффективностью (больше люмен на ватт), позволяющие еще больше снизить ток управления или повысить яркость, а также на корпуса для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки, хотя сквозные DIP-корпуса, подобные этому, все еще широко используются для прототипирования, ремонта и определенных промышленных применений. Переход на бессвинцовую и соответствующую директиве RoHS упаковку, как видно на примере этого устройства, теперь является стандартным отраслевым требованием.