Техническая спецификация LTS-3403JF - Семисегментный светодиодный индикатор 0.8 дюйма (20.32 мм) желто-оранжевого свечения

1. Обзор изделия

LTS-3403JF представляет собой одноразрядный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четких и ярких числовых индикаций. Его основная функция — визуальное отображение цифр (0-9) и некоторых букв с использованием индивидуально адресуемых светодиодных сегментов. Основная технология использует полупроводниковый материал AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), специально разработанный для излучения света в желто-оранжевом спектре. Этот выбор материала обеспечивает баланс эффективности, яркости и чистоты цвета. Устройство классифицируется как с общим катодом, что означает, что все катоды (отрицательные выводы) светодиодных сегментов соединены внутри, упрощая проектирование схем для систем на основе микроконтроллеров, где сегменты обычно управляются путем подачи тока.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Оптические характеристики

Оптические характеристики являются центральными для функциональности дисплея.Средняя сила света (Iv)составляет от 320 до 700 микрокандел (мккд) при прямом токе (I_F) 1мА. Этот диапазон указывает на процесс производственного бинирования, при котором устройства сортируются на основе измеренной выходной мощности. Устройства тестируются и группируются в соответствии с их значением Iv.Пиковая длина волны излучения (λ_p)составляет 611 нанометров (нм), аДоминирующая длина волны (λ_d)равна 605 нм, оба параметра измерены при I_F=20мА. Доминирующая длина волны — это цвет, воспринимаемый человеческим глазом.Полуширина спектральной линии (Δλ)в 17 нм описывает чистоту излучаемого цвета; более узкая ширина указывает на более монохроматический, чистый цвет.Коэффициент соответствия силы света2:1 (макс.) обеспечивает визуальную однородность, ограничивая вариацию яркости между разными сегментами одной цифры.

2.2 Электрические характеристики

Электрические параметры определяют рабочие границы и требования к питанию.Прямое напряжение на сегмент (V_F)типично составляет 2.6В с максимумом 2.6В при I_F=20мА. Это значение имеет решающее значение для проектирования токоограничивающих резисторов в схеме управления.Обратный ток на сегмент (I_R)составляет максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5В, что указывает на характеристики утечки устройства при обратном смещении, которыми в нормальной работе обычно можно пренебречь.

2.3 Предельные эксплуатационные параметры и тепловые режимы

Эти параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению.Непрерывный прямой ток на сегментсоставляет 25 мА при 25°C, с коэффициентом снижения 0.33 мА/°C. Это означает, что максимальный безопасный ток уменьшается по мере увеличения температуры окружающей среды (T_a) выше 25°C. Например, при 85°C максимальный ток составит приблизительно 25 мА - (0.33 мА/°C * 60°C) = 5.2 мА.Рассеиваемая мощность на сегментсоставляет 70 мВт, рассчитывается как V_F* I_F.Пиковый прямой токдля импульсного режима работы (скважность 1/10, длительность импульса 0.1мс) составляет 90 мА, что позволяет кратковременно превышать номинальный ток для достижения более высокой пиковой яркости. Диапазон рабочих и температур хранения составляет от -35°C до +85°C.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации явно указано, что устройство"Классифицировано по световому потоку."Это относится к процессу послепроизводственной сортировки (бинирования) на основе измеренной светоотдачи. Устройства тестируются в стандартных условиях (I_F=1мА) и группируются в бины в соответствии с их значением Iv (например, 320-450 мккд, 450-580 мккд, 580-700 мккд). Это обеспечивает однородность в пределах производственной партии. Хотя в данном документе сортировка по напряжению или длине волны явно не детализирована, такая классификация является обычной практикой в производстве светодиодов для обеспечения предсказуемых характеристик для разработчиков.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя конкретные кривые не детализированы в предоставленном тексте, типичные характеристические кривые для такого устройства включали бы:

• Вольт-амперная характеристика (ВАХ):Показывает экспоненциальную зависимость между прямым напряжением и током. Напряжение отсечки (где ток начинает резко возрастать) для светодиодов AlInGaP обычно составляет около 1.8-2.0В.
• Зависимость силы света от прямого тока (I_vот I_F):Эта кривая, как правило, линейна при низких токах, но может насыщаться при более высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды (I_vот T_a):Показывает, как светоотдача уменьшается с ростом температуры перехода. Светодиоды AlInGaP обычно имеют лучшие высокотемпературные характеристики по сравнению с некоторыми другими материалами.
• Спектральное распределение:График, отображающий относительную интенсивность в зависимости от длины волны, показывающий пик на 611 нм и полуширину 17 нм.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Устройство имеет стандартную высоту цифры 0.8 дюйма (20.32 мм). Корпус имеетсветло-серый лицевой экранибелый цвет сегментовв выключенном состоянии, что повышает контрастность при свечении желто-оранжевых сегментов. Чертеж с размерами (ссылка в PDF) предоставляет критически важные размеры для проектирования посадочного места на печатной плате и вырезов на панели. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. 18-выводный корпус DIP (Dual In-line Package) является стандартным для таких дисплеев.

6. Распиновка и внутренняя схема

Распиновка определена для 18-выводного корпуса. Ключевые соединения: Аноды для сегментов A, F, E, L.D.P. (левая десятичная точка), R.D.P. (правая десятичная точка) и D. Катоды для сегментов C, G и B. Имеется несколько выводов общего катода (выводы 4, 6, 17), которые соединены внутри, что обеспечивает гибкость при разводке печатной платы. Вывод 12 указан как "ОБЩИЙ АНОД", что, по-видимому, является ошибкой или относится к другой версии, так как устройство описано как с общим катодом. Внутренняя схема показывает стандартную конфигурацию с общим катодом для семисегментного индикатора с двумя десятичными точками.

7. Рекомендации по пайке и монтажу

В спецификации указана максимальная температура пайки260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на расстоянии 1.6мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки. Это типичная рекомендация для оплавления или ручной пайки, предназначенная для предотвращения теплового повреждения светодиодных кристаллов, проводных соединений и пластикового корпуса. Критически важно соблюдать этот профиль для сохранения надежности. При обращении следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР).

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Контрольно-измерительное оборудование:Цифровые мультиметры, источники питания, частотомеры.
• Потребительская электроника:Аудиооборудование (усилители, ресиверы), кухонная техника, часы.
• Промышленные системы управления:Щитовые приборы, индикаторы процессов, таймеры.
• Автомобильная вторичная продукция:Приборные панели и индикаторы (где подходят экологические характеристики).

8.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:Внешние резисторы обязательны для каждого анода сегмента (или для общего катода) для установки рабочего тока. Расчет производится по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F.
• Мультиплексирование:Для многоразрядных дисплеев обычно используется мультиплексирование. Низкое требование к току LTS-3403JF (вплоть до 1мА на сегмент) является преимуществом здесь, так как позволяет использовать более высокие пиковые токи в течение короткого времени включения при мультиплексировании для достижения желаемой средней яркости без превышения средних пределов мощности.
• Угол обзора:Широкий угол обзора полезен для панелей, где пользователь может находиться не прямо перед дисплеем.
• Управление от микроконтроллера:Большинство современных микроконтроллеров могут выдавать/потреблять достаточный ток (обычно 20мА на вывод) для прямого управления этими светодиодами, часто требуя простых транзисторных буферов для общего катода из-за более высокого общего тока.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевые отличительные особенности LTS-3403JF в его категории:

• Материал (AlInGaP):Обеспечивает более высокую эффективность и лучшую температурную стабильность по сравнению со старыми светодиодами GaAsP (фосфид арсенида галлия) красного/желтого свечения, а также отчетливый цвет по сравнению со светодиодами InGaN (нитрид индия-галлия) синего/зеленого/белого свечения.
• Работа при очень низком токе:Спецификация работы вплоть до 1мА на сегмент является важной особенностью для устройств с батарейным питанием или сверхнизким энергопотреблением, где важен каждый миллиампер.
• Корпус с высоким контрастом:Светло-серый лицевой экран с белыми сегментами обеспечивает отличную контрастность в выключенном состоянии, улучшая читаемость при различных условиях освещения.
• Классифицированная светоотдача:Обеспечивает предсказуемость для разработчика, гарантируя единообразный внешний вид устройств в продукте.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим дисплеем от источника питания микроконтроллера 3.3В?

О: Да. При типичном V_F2.6В, источник 3.3В обеспечивает достаточный запас (0.7В) для токоограничивающего резистора. При I_F=10мА, R = (3.3В - 2.6В) / 0.01А = 70 Ом.

В: Какова цель наличия нескольких выводов общего катода?

О: Они соединены внутри. Наличие нескольких выводов помогает распределить общий катодный ток (который может быть 7x I_Fили более, когда все сегменты включены), снижает плотность тока на вывод и способствует разводке печатной платы и рассеиванию тепла.

В: Как добиться равномерной яркости, если коэффициент соответствия силы света составляет 2:1?

О: Коэффициент 2:1 — это максимальный предел между самым ярким и самым тусклым сегментом на одном устройстве. На практике вариация обычно меньше. Для критически важных применений используйте драйвер постоянного тока или ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) для цифровой калибровки яркости каждого сегмента.

В: Можно ли использовать его на улице?

О: Диапазон рабочих температур (-35°C до +85°C) широк, но в спецификации не указан класс защиты IP от воды или пыли. Для использования на открытом воздухе дисплей потребует дополнительной герметизации или корпуса для защиты от влаги.

11. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование 4-разрядного индикатора вольтметра с использованием мультиплексирования, источника питания 5В и микроконтроллера.

1. Выбор тока:Выберите I_F= 5мА на сегмент для хорошего баланса яркости и мощности. Пиковый ток при мультиплексировании будет выше (например, 20мА при использовании скважности 25% на разряд).
2. Расчет резистора:Для статического управления: R = (5В - 2.6В) / 0.005А = 480 Ом (используйте стандартное значение 470 Ом).
3. Мультиплексированное управление:Для достижения среднего значения 5мА, пиковый ток в течение активного временного интервала должен составлять 20мА (5мА / 0.25 скважности). Пересчитайте резистор: R = (5В - 2.6В) / 0.020А = 120 Ом. Убедитесь, что этот пиковый ток находится в пределах абсолютных максимальных параметров для импульсного режима работы (90мА).
4. Схема:Подключите аноды сегментов к выводам ввода-вывода микроконтроллера через резисторы 120 Ом. Подключите четыре вывода общего катода (по одному на разряд) к коллекторам NPN-транзисторов (например, 2N3904). Базы транзисторов управляются выводами микроконтроллера через базовые резисторы. Микроконтроллер последовательно включает один транзистор разряда и устанавливает паттерн на линиях сегментов.
5. Программное обеспечение:Реализуйте прерывание по таймеру для обновления дисплея с частотой, достаточно высокой, чтобы избежать мерцания (обычно >60 Гц).

12. Принцип работы

Устройство работает на принципеэлектролюминесценциив полупроводниковом p-n переходе. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее напряжение отсечки диода (приблизительно 1.8-2.0В для AlInGaP), электроны из n-типа материала и дырки из p-типа материала инжектируются в активную область (квантовые ямы в слое AlInGaP). Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет энергию запрещенной зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае, желто-оранжевый. Непрозрачная подложка GaAs помогает отражать свет вверх, повышая общую эффективность извлечения света с верхней части кристалла.

13. Технологические тренды

В то время как дискретные семисегментные светодиодные индикаторы остаются актуальными для конкретных применений, более широкие тенденции в технологии дисплеев включают:

• Интеграция:Движение в сторону дисплеев со встроенными драйверными ИС (I2C, SPI) для уменьшения количества выводов микроконтроллера и упрощения программного обеспечения.
• Усовершенствования материалов:Продолжающиеся исследования в области более эффективных светодиодов с люминофорным преобразованием и полупроводников прямого цвета для расширения цветового охвата и повышения эффективности.
• Альтернативные технологии:Во многих потребительских применениях семисегментные индикаторы заменяются матричными OLED или LCD модулями, которые предлагают большую гибкость (полный алфавитно-цифровой набор, графика) при аналогичных габаритах, хотя часто по более высокой цене и с большим энергопотреблением при эквивалентной яркости.
• Сдвиг в применении:Основное применение для устройств, подобных LTS-3403JF, все больше смещается в сторону промышленного, измерительного оборудования и устаревших систем, где простота, надежность, высокая яркость и широкий угол обзора имеют приоритет над графическими возможностями.

LTS-3403JF представляет собой зрелое, оптимизированное решение в своей нише, предлагающее надежную производительность на основе хорошо изученной технологии AlInGaP.