Техническая спецификация на 4-разрядный 7-сегментный светодиодный индикатор с высотой цифры 0.28 дюйма (7 мм) - Супер красный цвет

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики 4-разрядного 7-сегментного светодиодного индикатора с высотой цифры 0.28 дюйма (7 мм). Устройство предназначено для применений, требующих четкого, яркого числового отображения с отличной видимостью. В нем используются светодиоды на основе передовой технологии AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), специально разработанные для получения супер красного цвета свечения. Индикатор имеет серый фон и белые сегменты, что обеспечивает высокую контрастность и превосходный внешний вид символов при различных условиях освещения.

Основная философия дизайна сосредоточена на предоставлении надежного твердотельного решения с низким энергопотреблением, что делает его подходящим для широкого спектра потребительских, промышленных и измерительных приборов, где критически важна числовая индикация.

2. Ключевые особенности и преимущества

Индикатор включает несколько конструктивных особенностей, повышающих его производительность и удобство использования:

• Высота цифры:0.28 дюйма (7.0 мм), что обеспечивает сбалансированный размер для хорошей читаемости без чрезмерного потребления места на панели.
• Дизайн сегментов:Непрерывные однородные сегменты обеспечивают равномерное свечение и профессиональный, чистый внешний вид символов.
• Оптические характеристики:Обеспечивает высокую яркость и высокую контрастность благодаря светодиодам AlInGaP и дизайну с серым фоном/белыми сегментами.
• Угол обзора:Широкий угол обзора гарантирует, что индикатор остается читаемым с различных позиций относительно пользователя.
• Работа при низком энергопотреблении:Спроектирован для эффективного светового выхода относительно входной мощности, подходит для устройств с питанием от батарей или энергоэффективных применений.
• Надежность:Как твердотельное устройство, оно обеспечивает высокую надежность и длительный срок службы по сравнению с механическими индикаторами.
• Сортировка (бининг):Световая интенсивность классифицируется (биннинг), что позволяет обеспечить единообразие яркости среди нескольких устройств в производственной партии.

3. Подробный анализ технических характеристик

3.1 Электрические и оптические характеристики

Рабочие характеристики индикатора определены при стандартных условиях испытаний при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Ключевые параметры включают:

• Средняя сила света (I_V):Диапазон от минимум 200 мккд до типичных 600 мккд при прямом токе (I_F) 1 мА на сегмент. Этот параметр измеряется с использованием датчика с фильтром, аппроксимирующим кривую спектральной чувствительности глаза CIE.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):Обычно 639 нм, определяет основную цветовую точку супер красного свечения.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Приблизительно 20 нм, указывает на спектральную чистоту излучаемого света.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Обычно 631 нм, еще один ключевой параметр для определения воспринимаемого цвета.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):Обычно 2.6 В, максимум 2.6 В при I_F= 20 мА. Это критически важно для проектирования схемы управления.
• Обратный ток на сегмент (I_R):Максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5 В.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):Максимальное соотношение 2:1, обеспечивающее приемлемую однородность яркости между различными сегментами одной цифры или между цифрами.

3.2 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа за пределами этих значений не рекомендуется.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:Максимум 70 мВт.
• Пиковый прямой ток на сегмент:Максимум 90 мА в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс).
• Постоянный прямой ток на сегмент:Максимум 25 мА при 25°C. Этот параметр линейно снижается на 0.33 мА/°C с ростом температуры.
• Обратное напряжение на сегмент:Максимум 5 В.
• Диапазон рабочих температур:от -35°C до +85°C.
• Диапазон температур хранения:от -35°C до +85°C.
• Температура пайки:Устройство выдерживает температуру пайки 260°C в течение 3 секунд на расстоянии 1/16 дюйма (приблизительно 1.6 мм) ниже плоскости установки.

4. Механические данные и информация о корпусе

Устройство поставляется в стандартном корпусе для светодиодных индикаторов. Прилагаемый чертеж с размерами определяет точные габариты, включая расстояние между цифрами, общую высоту, ширину, глубину, а также положение и диаметр выводов. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Эта информация критически важна для разводки печатной платы (ПП) и механической интеграции в корпус конечного изделия.

5. Распиновка и внутренняя схема

Индикатор имеет 16-выводную конфигурацию. Он сконфигурирован какмультиплексированный с общим катодомтип. Это означает, что катод каждой цифры подключен отдельно, в то время как аноды соответствующих сегментов (например, все сегменты 'A') соединены вместе для всех цифр. Такая архитектура позволяет использовать мультиплексирование, при котором цифры зажигаются по одной в быстрой последовательности, что уменьшает общее количество необходимых выводов драйвера и общее энергопотребление.

Распиновка следующая:

• Вывод 1: Общий катод (Цифра 1)
• Вывод 2: Анод для сегмента C и L3
• Вывод 3: Анод для десятичной точки (D.P.)
• Вывод 5: Анод для сегмента E
• Вывод 6: Анод для сегмента D
• Вывод 7: Анод для сегмента G
• Вывод 8: Общий катод (Цифра 4)
• Вывод 11: Общий катод (Цифра 3)
• Вывод 12: Общий катод для индикаторов L1, L2, L3
• Вывод 13: Анод для сегмента A и L1
• Вывод 14: Общий катод (Цифра 2)
• Вывод 15: Анод для сегмента B и L2
• Вывод 16: Анод для сегмента F
• Выводы 4, 9, 10 отмечены как "Нет соединения" или "Вывод отсутствует".

Внутренняя схема обычно показывает соединение светодиодных кристаллов для каждого сегмента и цифры, поясняя структуру мультиплексированного общего катода.

6. Объяснение системы сортировки (бининг)

В спецификации указано, что устройства "Классифицированы по силе света". Это относится к процессу сортировки (бининга) на основе измеренного светового потока. Во время производства возникают незначительные вариации. Путем тестирования и группировки устройств в определенные диапазоны интенсивности (например, диапазон значений в мккд) производители и разработчики могут гарантировать, что все индикаторы, используемые в одном продукте или производственной партии, имеют очень схожие уровни яркости. Это предотвращает заметные различия в яркости между устройствами, что важно для качества продукции и пользовательского опыта. Разработчикам следует указывать требуемый диапазон при заказе для гарантии единообразия.

7. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики не детализированы в тексте, такие кривые, обычно включаемые в полные спецификации, жизненно важны для проектирования:

• Прямой ток (I_F) в зависимости от прямого напряжения (V_F):Эта ВАХ показывает нелинейную зависимость, помогая определить подходящий токоограничивающий резистор или настройку драйвера постоянного тока для заданного напряжения питания.
• Сила света (I_V) в зависимости от прямого тока (I_F):Эта кривая показывает, как световой выход увеличивается с током, часто сублинейным образом при высоких токах, что информирует о выборе тока управления для желаемой яркости с учетом эффективности.
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Показывает, как световой выход уменьшается с ростом температуры перехода светодиода. Это критически важно для применений, работающих в условиях высоких температур.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, визуально подтверждающий спецификации пика (639 нм) и полуширины (20 нм).

8. Рекомендации по пайке и монтажу

Основываясь на абсолютных максимальных параметрах, устройство может выдерживать процессы волновой пайки или пайки оплавлением. Ключевой указанный параметр - температурный профиль пайки: 260°C в течение 3 секунд в точке на 1/16 дюйма (1.6 мм) ниже плоскости установки. Это соответствует распространенным профилям бессвинцовой пайки. Разработчики и монтажники должны гарантировать, что их процессы пайки не превышают это термическое воздействие, чтобы предотвратить повреждение внутренних проводных соединений или самих светодиодных кристаллов. Во время обращения следует соблюдать стандартные меры предосторожности от ЭСР (электростатического разряда).

9. Рекомендации по применению и вопросы проектирования

9.1 Типичные сценарии применения

Этот индикатор хорошо подходит для любого устройства, требующего четкого, надежного числового отображения:

• Контрольно-измерительное оборудование:Мультиметры, осциллографы, источники питания, частотомеры.
• Промышленные системы управления:Панельные измерители, индикаторы процессов, таймеры, счетчики.
• Потребительская электроника:Аудиооборудование (усилители, ресиверы), кухонные приборы, часы.
• Автомобильная вторичная продукция:Приборы и диагностические инструменты (где подходят экологические характеристики).
• Медицинские приборы:Мониторы пациентов, диагностическое оборудование (при условии соблюдения дополнительных нормативных требований).

9.2 Вопросы проектирования

• Схема управления:Должна реализовывать мультиплексирование для цифр с общим катодом. Это требует микроконтроллера или специализированной микросхемы драйвера, способной последовательно стягивать ток для катода каждой цифры, одновременно подавая ток на соответствующие аноды сегментов. Правильное ограничение тока (через резисторы или драйверы постоянного тока) необходимо на основе V_Fи желаемого I_F.
• Управление яркостью:Яркость можно регулировать, изменяя пиковый прямой ток (в пределах параметров) или, что более распространено в мультиплексированных схемах, изменяя скважность мультиплексирующего сигнала (ШИМ).
• Угол обзора:Широкий угол обзора является преимуществом, но механический дизайн все же должен учитывать основные линии обзора пользователя.
• Тепловой режим:Несмотря на низкую мощность, непрерывная работа при высоких температурах окружающей среды, близких к максимальному значению, может потребовать снижения прямого тока, как указано (0.33 мА/°C выше 25°C), для поддержания надежности и предотвращения ускоренной деградации светового потока.

10. Техническое сравнение и отличия

Основным отличием данного индикатора является использованиетехнологии AlInGaPдля супер красного цвета. По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартные красные светодиоды на основе GaAsP (фосфид арсенида галлия), AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к большей яркости при том же входном токе или эквивалентной яркости при меньшей мощности. Также обычно обеспечивается лучшая температурная стабильность и чистота цвета. Серый фон с белыми сегментами - это конкретный дизайнерский выбор для максимизации контрастности, что может дать преимущество перед полностью красными или зелеными индикаторами в условиях высокой внешней освещенности.

11. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Для чего нужны выводы "Нет соединения"?

О: Это физически присутствующие выводы, которые не подключены электрически ни к одному внутреннему элементу. Они могут использоваться для механической стабильности во время пайки или для соответствия стандартному посадочному месту корпуса. Их нельзя использовать для электрических соединений.

В: Как рассчитать токоограничивающий резистор для сегмента?

О: Используйте закон Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для питания 5В, типичного V_F2.6В и желаемого I_F20 мА: R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ом. Всегда используйте максимальное V_Fиз спецификации для консервативного проектирования, чтобы избежать перегрузки по току.

В: Могу ли я управлять этим индикатором без мультиплексирования?

О: Прямое управление (статическое) теоретически возможно путем индивидуального адресирования каждого сегмента каждой цифры, но это потребует очень большого количества линий ввода-вывода (4 цифры * 7 сегментов + точка + индикаторы = более 30 выводов) и крайне неэффективно. Мультиплексирование является предназначенным и практичным методом.

В: Что означает "Коэффициент соответствия силы света 2:1"?

О: Это означает, что измеренная сила света любого одного сегмента или цифры не будет более чем в два раза превышать силу света любого другого сегмента или цифры при одинаковых условиях испытаний. Это определяет максимально допустимое отклонение внутри устройства.

12. Принцип работы

Семисегментный индикатор состоит из семи прямоугольных светодиодных сегментов (обозначенных от A до G), расположенных в форме цифры '8', плюс дополнительный круглый светодиод для десятичной точки (DP). Избирательно зажигая определенные комбинации этих сегментов, можно формировать все десятичные цифры (0-9) и некоторые буквы. В мультиплексированной схеме с общим катодом, как в данном случае, все аноды для данного типа сегмента во всех цифрах соединены вместе (например, все аноды сегмента 'A'). Каждая цифра имеет свой отдельный вывод катода. Для отображения числа микроконтроллер активирует (устанавливает в высокий уровень) линии анодов, соответствующие сегментам, необходимым для этой цифры, и одновременно активирует (устанавливает в низкий уровень/стягивает ток) линию катода для этой конкретной цифры. Он удерживает это состояние в течение короткого периода (например, 1-5 мс), затем переходит к следующей цифре, быстро циклически перебирая все цифры. Инерция зрения человека объединяет эти быстрые импульсы в стабильное, казалось бы, непрерывно горящее многозначное число.

13. Тенденции и контекст в отрасли

Хотя семисегментные светодиодные индикаторы остаются надежным, экономичным и высоконадежным решением для числового отображения, в отрасли наблюдается параллельный рост альтернативных технологий. Матричные OLED- и LCD-дисплеи предлагают гораздо большую гибкость для отображения буквенно-цифровых символов, знаков и даже простой графики. Однако для применений, где необходимо отображать только числа с максимальной четкостью, яркостью, широким углом обзора и простотой интерфейса, светодиодные семисегментные индикаторы, подобные этому, продолжают оставаться предпочтительным выбором. Тенденция в этом сегменте направлена на использование более эффективных материалов (таких как AlInGaP, заменяющих старые), более низких рабочих напряжений, меньших размеров корпусов для большей плотности и интегрированных схем драйверов для упрощения проектирования. Описанное здесь устройство представляет собой зрелую и оптимизированную реализацию этой долговечной технологии.