Техническая документация LTS-4801JR - Семисегментный светодиодный индикатор 0.39 дюйма, суперкрасный AlInGaP, общий анод

1. Обзор продукта

LTS-4801JR представляет собой одноразрядный семисегментный буквенно-цифровой индикаторный модуль. Высота символа составляет 0.39 дюйма (10.0 миллиметра), что делает его подходящим для применений, требующих четкого, среднего по размеру цифрового отображения. Устройство использует передовую технологию полупроводников AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для получения суперкрасного цвета свечения. Корпус имеет серый лицевой экран с белой разметкой сегментов, обеспечивая высокую контрастность для отличной читаемости символов. Данный индикатор выполнен по схеме с общим анодом, что является распространенной конфигурацией для упрощения схемы управления в мультиплексированных приложениях.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Высота символа 0.39 дюйма:Предлагает сбалансированный размер для хорошей видимости без чрезмерного энергопотребления.
• Непрерывные однородные сегменты:Обеспечивает равномерное свечение по всей длине каждого сегмента для профессионального внешнего вида.
• Низкое энергопотребление:Эффективная технология AlInGaP позволяет получить яркое свечение при относительно низких прямых токах.
• Высокая яркость и контрастность:Суперкрасные чипы AlInGaP в сочетании с дизайном "серый экран / белые сегменты" обеспечивают превосходную читаемость при различном освещении.
• Широкий угол обзора:Обеспечивает постоянную яркость и цвет в широком диапазоне углов обзора.
• Сортировка по световому потоку:Изделия сортируются (биннируются) по интенсивности свечения, что позволяет добиться равномерной яркости в многоразрядных индикаторах.
• Бесcвинцовый корпус (соответствует RoHS):Изготовлен в соответствии с экологическими нормами, ограничивающими использование опасных веществ.
• Надежность твердотельных устройств:По сравнению с другими технологиями отображения, светодиоды обладают длительным сроком службы, устойчивостью к ударам и вибрации.

1.2 Целевые применения и рынок

Данный индикатор предназначен для использования в обычном электронном оборудовании. Типичные области применения включают приборные панели, потребительскую электронику, индикаторы промышленных систем управления, контрольно-измерительное оборудование и бытовую технику, где требуется четкое цифровое отображение. Он подходит для применений, где ключевыми факторами являются надежность, читаемость и низкое энергопотребление. В технической документации прямо указано, что использование данного устройства в критически важных для безопасности системах (например, авиация, медицинское оборудование жизнеобеспечения) без предварительной консультации не рекомендуется, что указывает на его основной рынок — коммерческую и промышленную электронику.

2. Технические характеристики и их интерпретация

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Не рекомендуется непрерывная работа индикатора на этих пределах или близко к ним.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальная мощность, которую может безопасно рассеять в виде тепла один светодиодный сегмент.
• Пиковый прямой ток на сегмент:90 мА. Допускается только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для мультиплексирования.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Этот ток линейно снижается на 0.33 мА/°C при увеличении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C. Например, при 50°C максимальный непрерывный ток составит примерно 25 мА - (0.33 мА/°C * 25°C) = 16.75 мА.
• Диапазон рабочих и температур хранения:от -35°C до +85°C. Устройство может выдерживать и работать в этом широком температурном диапазоне.
• Температура пайки:максимум 260°C в течение 5 секунд, измеренная на расстоянии 1/16 дюйма (≈1.6 мм) ниже плоскости установки корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные рабочие параметры, измеренные при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Средняя сила света (I_V):200 мккд (мин.), 520 мккд (тип.) при I_F=1мА. Это световой выход на один сегмент. Коэффициент согласования 2:1 гарантирует, что в пределах партии самый яркий сегмент не более чем в два раза ярче самого тусклого, что важно для равномерного внешнего вида.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):639 нм (тип.). Это длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна, определяющая "суперкрасный" цвет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):631 нм (тип.). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая может незначительно отличаться от пиковой длины волны.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):20 нм (тип.). Это указывает на чистоту цвета; меньшее значение означает более монохроматический свет.
• Прямое напряжение на чип (V_F):2.10 В (мин.), 2.60 В (тип.) при I_F=20мА. Это падение напряжения на светодиоде при работе. Конструкция схемы должна учитывать этот диапазон.
• Обратный ток (I_R):100 мкА (макс.) при V_R=5В. Этот параметр предназначен только для целей тестирования; устройство не должно работать при постоянном обратном смещении.
• Перекрестные помехи:< 2.5%. Определяет минимальное количество света, просачивающегося от неактивного сегмента, соседнего с активным.

3. Система сортировки и градации

В технической документации указано, что LTS-4801JR "сортируется по световому потоку". Это подразумевает процесс биннинга, при котором индикаторы сортируются на основе измеренного светового выхода при стандартном тестовом токе (обычно 1 мА или 20 мА). Это гарантирует, что при использовании нескольких разрядов рядом их яркость будет казаться пользователю равномерной. Конструкторам следует указывать, требуется ли строгое согласование интенсивности для их применения. В документе не указаны подробные коды биннинга или пороги для длины волны (цвета) или прямого напряжения, что позволяет предположить, что первичная сортировка основана на силе света.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя приведенный текстовый отрывок ссылается на "Типичные электрические / оптические характеристические кривые", конкретные графики не включены в текст. Как правило, такая техническая документация включает следующие основные кривые для анализа конструкции:

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая):Показывает нелинейную зависимость, что крайне важно для проектирования схем ограничения тока.
• Сила света в зависимости от прямого тока (I-L кривая):Демонстрирует, как световой выход увеличивается с током, часто показывая почти линейную зависимость в рабочем диапазоне.
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Показывает снижение светового выхода с ростом температуры, что критично для применений в высокотемпературных средах.
• Относительное спектральное распределение мощности:График, отображающий интенсивность в зависимости от длины волны, показывающий пик около 639 нм и спектральную ширину.

Конструкторам следует обратиться к полной версии PDF-документа для получения этих графиков, чтобы делать точные прогнозы относительно производительности в конкретных рабочих условиях.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Индикатор имеет стандартный форм-фактор сквозного монтажа DIP (Dual In-line Package). Ключевые размерные примечания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0.25 мм, если не указано иное.
• Допуск смещения кончика вывода составляет ±0.40 мм, что необходимо учитывать при размещении отверстий на печатной плате.
• Рекомендуемый диаметр отверстия в печатной плате для надежной пайки — 1.0 мм.
• Спецификации качества ограничивают наличие посторонних материалов, пузырей в сегментах, изгиба отражателя и загрязнения поверхности чернилами для обеспечения оптической четкости и эстетического качества.

5.2 Распиновка и принципиальная схема

LTS-4801JR — это 10-выводное устройство с конфигурацией общего анода. Внутренняя принципиальная схема показывает все семь сегментов (A-G) и десятичную точку (DP) с их катодами, подключенными к отдельным выводам. Аноды всех сегментов соединены вместе внутри корпуса и выведены на два вывода (вывод 3 и вывод 8), которые также соединены внутри. Это обеспечивает гибкость в разводке печатной платы и подключении питания.

Распиновка:

1: Катод G

2: Катод F

3: Общий анод (внутренне соединен с выводом 8)

4: Катод E

5: Катод D

6: Катод D.P. (Десятичная точка)

7: Катод C

8: Общий анод (внутренне соединен с выводом 3)

9: Катод B

10: Катод A

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Автоматическая пайка (волновая / оплавление)

Рекомендуемые условия: 260°C в течение 5 секунд, измеренные на расстоянии 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки корпуса. Температура самого корпуса компонента не должна превышать его максимальный рейтинг в течение этого процесса.

6.2 Ручная пайка

Для ручной пайки можно использовать температуру 350°C ±30°C, но время пайки должно быть ограничено 5 секундами на вывод, также измеряя от 1.6 мм ниже плоскости установки. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать длительного теплового воздействия.

6.3 Условия хранения

Хотя для хранения явно не указано, диапазон рабочих температур и температур хранения составляет от -35°C до +85°C. Рекомендуется хранить компоненты в сухой, контролируемой среде, чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать "вспучивание" (popcorning) во время пайки.

7. Испытания на надежность

Устройство проходит комплекс испытаний на надежность на основе военных (MIL-STD), японских (JIS) и внутренних стандартов. Это обеспечивает надежность при различных воздействиях окружающей среды.

• Испытание на срок службы (RTOL):1000 часов при максимальном номинальном токе в условиях комнатной температуры.
• Испытания на воздействие окружающей среды:Включают хранение при высокой температуре/влажности (65°C/90-95% относительной влажности в течение 500 ч), хранение при высокой температуре (105°C в течение 1000 ч), хранение при низкой температуре (-35°C в течение 1000 ч), температурные циклы (-35°C до 105°C, 30 циклов) и тепловой удар.
• Механические испытания / испытания на паяемость:Испытания на стойкость к пайке (260°C в течение 10 с) и паяемость (245°C в течение 5 с) проверяют целостность выводов во время процессов сборки.

8. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

8.1 Важные предостережения по применению

• Предельно допустимые параметры:Превышение параметров по току, мощности или температуре вызовет серьезную деградацию светового выхода или катастрофический отказ.
• Защита схемы управления:Схема должна защищать светодиоды от обратных напряжений и переходных процессов напряжения во время включения/выключения питания. Последовательного резистора для этого недостаточно; рекомендуется использовать диодные ограничители или интегральные драйверы с защитными функциями.
• Управление постоянным током:Для обеспечения стабильной яркости и долговечности настоятельно рекомендуется управлять сегментами с помощью источника постоянного тока, а не простого источника напряжения с последовательным резистором, особенно в условиях меняющейся температуры.
• Диапазон прямого напряжения:Схема драйвера должна быть спроектирована так, чтобы обеспечивать требуемый ток во всем диапазоне V_F (от 2.10 В до 2.60 В при 20 мА).
• Тепловой режим:Максимальный непрерывный ток должен быть снижен в зависимости от фактической рабочей температуры окружающей среды. В закрытых или высокотемпературных средах может потребоваться адекватная вентиляция или теплоотвод.
• Избегайте обратного смещения:Постоянное обратное смещение может вызвать миграцию металла внутри полупроводника, что приведет к преждевременному отказу.

8.2 Типовые схемы включения

Для индикатора с общим анодом, такого как LTS-4801JR, аноды (выводы 3 и 8) подключаются к положительному напряжению питания (V_CC). Каждый катодный вывод подключается к стоку тока. Это можно реализовать с помощью:

1. Транзисторные стоки:Транзисторы NPN или N-канальные MOSFET, управляемые микроконтроллером.
2. Интегральные драйверы:Специализированные микросхемы драйверов светодиодов или выводы портов микроконтроллера с достаточной способностью стока тока (помня о пределе 25 мА на сегмент). Ограничивающий резистор обычно устанавливается последовательно с каждым сегментом или в цепи общего анода при использовании источника напряжения, но схема с постоянным током является предпочтительной.

Для мультиплексирования нескольких разрядов общие аноды разных разрядов переключаются последовательно с высокой частотой, в то время как соответствующие паттерны катодов отображаются для каждого разряда. Это уменьшает количество необходимых линий ввода-вывода.

9. Техническое сравнение и отличительные особенности

LTS-4801JR выделяется несколькими ключевыми атрибутами:

• Материальная технология (AlInGaP):По сравнению со старыми светодиодами на основе GaAsP или GaP, AlInGaP обеспечивает значительно более высокую эффективность и яркость, особенно в красном/оранжевом/янтарном спектре, что приводит к более низкому энергопотреблению при том же световом потоке.
• Суперкрасный цвет:Доминирующая/пиковая длина волны 631-639 нм обеспечивает яркий, насыщенный красный цвет с высокой видимостью.
• Сортировка по интенсивности:Не все индикаторы предлагают гарантированное согласование силы света, что критично для многоразрядных применений, чтобы избежать неравномерной яркости.
• Широкий температурный диапазон:Рабочий диапазон от -35°C до +85°C является надежным для промышленных и автомобильных (не критичных для безопасности) применений.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим индикатором напрямую с вывода микроконтроллера на 5В?

О: Не напрямую для стока тока. Вывод микроконтроллера обычно может стекать 20-25 мА, что является абсолютным максимумом для одного сегмента. Это не оставляет запаса по безопасности и рискует повредить как светодиод, так и микроконтроллер. Всегда лучше использовать транзистор или микросхему драйвера. Для источника тока (к общему аноду) вывод может не обеспечить достаточный ток для всех одновременно горящих сегментов (7*20мА=140мА).

В: Почему есть два общих анодных вывода (3 и 8)?

О: Они соединены внутри. Это обеспечивает гибкость разводки, позволяет подключать анод с обеих сторон печатной платы для снижения сопротивления и может помочь в рассеивании тепла за счет использования обоих выводов.

В: В чем разница между пиковой и доминирующей длиной волны?

О: Пиковая длина волны (λ_p) — это физический пик спектра излучения. Доминирующая длина волны (λ_d) рассчитывается на основе цветовой чувствительности человеческого глаза (кривая МКО) и представляет воспринимаемый цвет. Они часто близки, но не идентичны.

В: Как рассчитать значение последовательного резистора?

О: Если используется простой источник напряжения (V_{питания}), формула: R = (V_{питания} - V_F) / I_F. Используйте максимальное V_F из технической документации (2.60 В), чтобы обеспечить минимальный ток. Например, при питании 5 В и желаемом I_F 20 мА: R = (5В - 2.6В) / 0.02А = 120 Ом. Всегда пересчитывайте для разных напряжений питания и токов.

11. Практический пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование 4-разрядного индикатора вольтметра.

1. Выбор компонентов:Используйте четыре индикатора LTS-4801JR. Убедитесь, что они из одного бина по интенсивности, если равномерная яркость критична.
2. Способ управления:Реализуйте мультиплексирование. Соедините все соответствующие катоды сегментов (A, B, C,... DP) вместе для четырех индикаторов. Используйте четыре транзистора NPN (например, 2N3904) для индивидуального управления общим анодом каждого разряда.
3. Управление током:Установите один ограничивающий резистор в общей цепи коллекторов транзисторов (перед анодами). Поскольку одновременно горит только один разряд, значение резистора рассчитывается для общего тока одного разряда (например, 8 сегментов * 5 мА каждый = 40 мА). Альтернативно, для большей точности используйте микросхему драйвера постоянного тока для каждой катодной линии.
4. Интерфейс с микроконтроллером:Используйте 7-8 выводов микроконтроллера для паттернов сегментов (катоды) и 4 вывода для управления транзисторами выбора разряда (аноды).
5. Программное обеспечение:В основном цикле последовательно включайте транзистор одного разряда, выводите паттерн сегментов для этого разряда, ждите короткое время (1-5 мс), затем переходите к следующему разряду. Частота обновления должна быть выше 60 Гц, чтобы избежать мерцания.
6. Защита:Добавьте резисторы небольшого номинала (например, 100 Ом) последовательно с базой каждого транзистора и выводами микроконтроллера для ограничения тока. Убедитесь, что источник питания чистый и не имеет выбросов.

12. Принцип работы

Светоизлучающий диод (LED) — это полупроводниковый p-n переход. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое значение диода (V_F), электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в области обеднения. Это событие рекомбинации высвобождает энергию. В обычных диодах эта энергия в основном тепловая. В материалах светодиодов, таких как AlInGaP, ширина запрещенной зоны полупроводника такова, что высвобождаемая энергия имеет форму фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) света напрямую определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. AlInGaP имеет запрещенную зону, которая генерирует фотоны в красной и янтарной части видимого спектра. Семисегментный индикатор просто объединяет несколько таких светодиодных чипов (по одному на сегмент и десятичную точку) в стандартную конфигурацию, с выводами их электрических соединений для внешнего управления.

13. Технологические тренды

Использование AlInGaP представляет собой прогресс по сравнению с более ранними материалами для красных/оранжевых светодиодов. Текущие тенденции в технологии отображения, относящиеся к таким компонентам, включают:

• Повышение эффективности:Постоянные исследования в области материаловедения направлены на улучшение внутренней квантовой эффективности (IQE) и эффективности извлечения света светодиодов, что приводит к более высокой яркости при меньших токах.
• Миниатюризация:Хотя 0.39 дюйма является стандартным размером, наблюдается тенденция к созданию более компактных дисплеев высокой плотности с использованием корпусов для поверхностного монтажа (SMD), а не DIP-корпусов со сквозными отверстиями, для автоматизированной сборки.
• Интеграция:Электроника драйверов все чаще интегрируется либо в сам индикаторный модуль (интеллектуальные дисплеи), либо в более сложные многоканальные микросхемы драйверов постоянного тока, которые упрощают проектирование системы.
• Более широкий цветовой охват:Хотя это монохромный индикатор, развитие базовой материальной технологии для красных светодиодов также приносит пользу полноцветным RGB-дисплеям, способствуя получению более чистых и насыщенных цветов.
• Фокус на надежности и стандартизации:По мере проникновения светодиодов в более требовательные применения стандартизированные испытания (как видно в разделе надежности) и более подробные спецификации срока службы (рейтинги L70, L90) становятся обычным явлением.

Несмотря на эти тенденции, дискретные семисегментные индикаторы, такие как LTS-4801JR, остаются весьма актуальными для применений, требующих простого, надежного, недорогого и легко читаемого цифрового вывода, где полноценный графический дисплей не требуется.