Техническая спецификация LTD-5023AJR - 0.56-дюймовый семисегментный светодиодный индикатор AlInGaP супер красного цвета - Высота цифры 14.22 мм - Прямое напряжение 2.6 В - Рассеиваемая мощность 70 мВт

1. Обзор продукта

LTD-5023AJR — это высокопроизводительный, низкопотребляющий модуль семисегментного светодиодного индикатора. Его основная функция — обеспечение четкого, яркого вывода цифр и ограниченного набора буквенно-цифровых символов для электронных устройств, требующих цифровой индикации. Основная технология основана на полупроводниковом материале AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), специально разработанном для получения супер красного цвета с высокой эффективностью и надежностью.

Устройство относится к типу с общим катодом, что означает, что все катоды светодиодов для каждой цифры соединены вместе внутри корпуса. Такая конфигурация упрощает схему управления, особенно для мультиплексированных применений. Оно оснащено десятичной точкой справа для каждой цифры, что обеспечивает гибкое представление чисел. Индикатор характеризуется твердотельной конструкцией, что дает преимущества перед старыми технологиями, такими как вакуумно-люминесцентные или ламповые индикаторы, в плане устойчивости к ударам, срока службы и энергоэффективности.

2. Подробный разбор технических характеристик

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики являются ключевыми для функциональности данного индикатора. Основной цвет определен как "супер красный", достигаемый с помощью чипов AlInGaP. Ключевые оптические параметры, измеренные при температуре окружающей среды 25°C, включают:

• Средняя сила света (I_V):Составляет от минимума 320 мкд до типичного максимума 700 мкд при очень низком прямом токе (I_F) 1 мА на сегмент. Высокая яркость при низком токе является важной особенностью.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):Обычно 639 нанометров (нм). Это определяет конкретную точку максимальной интенсивности в спектре излучаемого света.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Обычно 631 нм. Это длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, и она имеет решающее значение для определения цвета.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Приблизительно 20 нм. Этот параметр указывает на спектральную чистоту или узость излучаемой световой полосы.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):Максимум 2:1 при I_F=1 мА. Это обеспечивает равномерность яркости между разными сегментами одной цифры, что критически важно для однородного визуального восприятия.

Все измерения силы света выполняются с использованием комбинации датчика и фильтра, откалиброванной по кривой спектральной чувствительности глаза CIE, что обеспечивает релевантность данных для человеческого зрения.

2.2 Электрические и абсолютные максимальные параметры

Соблюдение этих параметров необходимо для надежной работы и предотвращения необратимого повреждения устройства.

• Непрерывный прямой ток на сегмент:Абсолютный максимум составляет 25 мА. Линейный коэффициент снижения 0.33 мА/°C применяется для температур окружающей среды (T_A) выше 25°C.
• Пиковый прямой ток на сегмент:Максимум 90 мА, но только в импульсном режиме с коэффициентом заполнения 1/10 и длительностью импульса 0.1 мс. Это позволяет кратковременно превышать номинальный ток для достижения более высокой пиковой яркости в мультиплексированных системах.
• Рассеиваемая мощность на сегмент:Максимум 70 мВт. Этот предел в сочетании с номинальным прямым током определяет максимально допустимое прямое напряжение в рабочих условиях.
• Обратное напряжение на сегмент:Максимум 5 Вольт. Превышение этого значения может повредить светодиодный переход.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):Обычно 2.6 В, с максимумом 2.6 В при испытательном токе (I_F) 20 мА. Минимум указан как 2 В.
• Обратный ток на сегмент (I_R):Максимум 100 мкА при приложенном обратном напряжении (V_R) 5 В.

2.3 Тепловые и климатические характеристики

• Диапазон рабочих температур:от -35°C до +85°C. Этот широкий диапазон делает индикатор подходящим для различных условий окружающей среды, от промышленных контроллеров до бытовой электроники.
• Диапазон температур хранения:от -35°C до +85°C.
• Температура пайки:Устройство выдерживает температуру пайки 260°C в течение 3 секунд, измеренную на расстоянии 1/16 дюйма (примерно 1.6 мм) ниже плоскости установки. Это совместимо со стандартными процессами бессвинцовой пайки оплавлением.

3. Система сортировки и категоризации

В спецификации явно указано, что устройство "категоризировано по силе света". Это указывает на производственный процесс сортировки, при котором индикаторы распределяются по группам на основе измеренной светоотдачи при стандартном испытательном токе (вероятно, 1 мА или 20 мА). Группы определяются минимальными и/или типичными значениями интенсивности (например, диапазон 320-700 мкд). Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованным уровнем яркости для своего применения, обеспечивая единообразный внешний вид нескольких блоков в продукте. Хотя в данном документе это не подробно описано, аналогичные устройства часто имеют группы для прямого напряжения (V_F) и доминирующей длины волны (λ_d) для гарантии электрической и цветовой согласованности.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются "Типичные электрические/оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики не приведены в тексте, стандартные кривые для такого устройства обычно включают:

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая):Показывает экспоненциальную зависимость, критически важную для проектирования схемы ограничения тока. Напряжение колена находится около типичного V_F2.6 В.
• Сила света в зависимости от прямого тока (I-L кривая):Демонстрирует, как светоотдача увеличивается с током, обычно почти линейно в рабочем диапазоне. Подчеркивает высокую эффективность при низких токах (1 мА).
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Показывает уменьшение светоотдачи при повышении температуры перехода, что важно для высокотемпературных или высокомощных применений.
• Кривая спектрального распределения:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, центрированный в области 631-639 нм с указанной полушириной 20 нм.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Физические размеры

Индикатор имеет высоту цифры 0.56 дюйма (14.22 мм). Приведен чертеж размеров корпуса с указанием всех размеров в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Физический корпус содержит две полные семисегментные цифры и соответствующие им десятичные точки.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

Устройство имеет 18-выводную конфигурацию. Распиновка четко определена:

• Выводы 1-12, 15-18: Анодные соединения для отдельных сегментов (A-G, DP) для Цифры 1 и Цифры 2.
• Выводы 13 и 14: Общий катод для Цифры 2 и Цифры 1 соответственно.

Внутренняя схема показывает схему с общим катодом: все светодиоды для данной цифры имеют общий катодный вывод, в то время как каждый сегмент (и десятичная точка) имеет свой собственный независимый анодный вывод. Это стандартная конфигурация для многоразрядного индикатора с общим катодом.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Основная спецификация сборки — профиль пайки: 260°C в течение 3 секунд в точке на 1.6 мм ниже плоскости установки. Это соответствует стандартам IPC/JEDEC для пайки оплавлением поверхностно-монтируемых устройств. Рекомендуемые практики включают:

• Использование управляемой печи оплавления с профилем, который плавно поднимается до пиковой температуры и охлаждается от нее, чтобы минимизировать термические напряжения.
• Избегание ручной пайки непосредственно на корпус светодиода, чтобы предотвратить перегрев и повреждение полупроводниковых чипов или пластиковой линзы.
• Обеспечение хранения индикатора в сухой среде перед сборкой для предотвращения поглощения влаги, которое может вызвать "вспучивание" во время оплавления.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Этот индикатор идеально подходит для применений, требующих четкой, низкопотребляющей цифровой индикации:

• Контрольно-измерительное оборудование:Мультиметры, частотомеры, источники питания.
• Промышленные контроллеры:Панельные измерители, индикаторы процессов, таймеры.
• Бытовая электроника:Аудиооборудование (усилители, ресиверы), кухонные приборы, часы.
• Автомобильная вторичная продукция:Приборные панели и диагностические инструменты (где подходят климатические характеристики).

7.2 Вопросы проектирования

• Ограничение тока:Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Каждый анодный вывод должен управляться через последовательный токоограничивающий резистор. Значение резистора рассчитывается как R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Использование типичного V_F2.6 В и желаемого I_F5-10 мА для хорошей яркости является обычной практикой.
• Мультиплексирование:Для многоразрядных индикаторов используется мультиплексирование для управления многими сегментами с меньшим количеством выводов драйвера. Это включает быстрое циклическое переключение питания между общим катодом каждой цифры при одновременном включении соответствующих сегментов. Конструкция LTD-5023AJR с общим катодом идеально подходит для этого. Номинальный пиковый ток (90 мА) позволяет использовать более высокие мгновенные токи во время короткого мультиплексирующего импульса для достижения средней яркости, сравнимой с более низким непрерывным током.
• Интерфейс с микроконтроллером:Обычно требуются выводы GPIO или специализированная микросхема драйвера светодиодов (например, сдвиговый регистр или драйвер постоянного тока) для управления анодами и транзистор (NPN или N-канальный MOSFET) для стока тока с каждого общего катодного вывода во время мультиплексирования.
• Угол обзора:В спецификации упоминается "широкий угол обзора", что полезно для применений, где индикатор может просматриваться с неосевых позиций.

8. Техническое сравнение и отличия

LTD-5023AJR отличается несколькими ключевыми особенностями:

• Технология AlInGaP:По сравнению со старыми светодиодами GaAsP или GaP, AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую эффективность, особенно в красном/оранжевом/янтарном спектре, что приводит к более яркому выходу при более низких токах.
• Работа при низком токе:Явное тестирование и отбор по отличным низкоточным характеристикам (вплоть до 1 мА/сегмент) делают его превосходным для устройств с питанием от батарей или энергочувствительных применений, где важен каждый миллиампер.
• Согласование сегментов:Гарантия коэффициента соответствия силы света (макс. 2:1) обеспечивает визуальную согласованность, что не всегда гарантировано в индикаторах более низкого класса.
• Контрастность:Комбинация светло-серого фона и белого цвета сегментов, наряду с высокой яркостью, способствует отличному внешнему виду символов и высокой контрастности для легкой читаемости.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

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

О: Нет. Вы должны использовать токоограничивающий резистор, включенный последовательно с каждым анодом. Для питания 5 В и целевого тока 10 мА резистор будет примерно (5 В - 2.6 В) / 0.01 А = 240 Ом.

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

О: Пиковая длина волны — это физическая точка максимальной выходной энергии светодиода. Доминирующая длина волны — это восприятие цвета человеческим глазом как одной длины волны, которое может немного отличаться. Оба параметра предоставляются для полной оптической спецификации.

В: Как использовать две цифры независимо?

О: Вы управляете ими через их отдельные общие катодные выводы (Вывод 14 для Цифры 1, Вывод 13 для Цифры 2). Установив один катод в низкий уровень (земля), а другой — в высокий (отключен), вы можете выбрать, какая цифра активна. Затем подайте напряжение на анодные выводы для сегментов, которые вы хотите зажечь на этой цифре.

В: Подходит ли этот индикатор для использования на улице?

О: Диапазон рабочих температур (-35°C до +85°C) довольно широк. Однако в спецификации не указана степень защиты (IP) от пыли и воды. Для уличного использования, вероятно, потребуется дополнительный защитный кожух или корпус.

10. Практический пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование простого двухразрядного вольтметра с использованием микроконтроллера.

1. Аппаратное подключение:Подключите 18 выводов индикатора к системе микроконтроллера. Два общих катодных вывода (13, 14) подключены к двум NPN-транзисторам (например, 2N3904), при этом коллекторы транзисторов — к катодам, эмиттеры — к земле, а базы — к выводам GPIO микроконтроллера через базовые резисторы. 16 анодных выводов (для сегментов A-G и DP обеих цифр) подключены к 16 выводам GPIO микроконтроллера, каждый через токоограничивающий резистор 220-330 Ом.
2. Программная логика (мультиплексирование):Прошивка запускает прерывание по таймеру каждые несколько миллисекунд. В процедуре обработки прерывания:
   • Выключите оба транзистора, управляющих катодами (установите GPIO в высокий уровень).
   • Установите GPIO для анодных выводов, соответствующих сегментам, которые должны быть включены дляЦифры 1.
   • Включите транзистор длякатода Цифры 1(установите GPIO в низкий уровень).
   • Подождите короткое время (например, 1-5 мс).
   • Выключите катод Цифры 1.
   • Установите GPIO для анодных выводов дляЦифры 2.
   • Включите транзистор длякатода Цифры 2 cathode.
   • Подождите короткое время.
   • Повторите. Человеческий глаз воспринимает это быстрое переключение как непрерывное свечение обеих цифр.
3. Расчет тока:Если каждая цифра включена 50% времени (коэффициент заполнения 50%) и вы хотите средний ток сегмента 5 мА, вы должны установить мгновенный ток во время его включения на 10 мА. Значение резистора будет рассчитываться с использованием этой цифры 10 мА.

11. Принцип работы

Устройство работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковом P-N переходе. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода (примерно 2.0-2.6 В для AlInGaP), электроны из N-типа материала рекомбинируют с дырками из P-типа материала в активной области. Это событие рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав кристаллической решетки AlInGaP определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае, в красном спектре (631-639 нм). Семь сегментов — это отдельные светодиодные чипы, расположенные в форме восьмерки. Избирательно подавая питание на разные комбинации этих сегментов, можно формировать цифры 0-9 и некоторые буквы.

12. Технологические тренды и контекст

Этот продукт представляет собой зрелый и высокооптимизированный сегмент технологии светодиодных индикаторов. AlInGaP — это хорошо зарекомендовавшая себя материальная система для высокоэффективных красных, оранжевых и янтарных светодиодов. Современные тренды в технологии дисплеев движутся в сторону решений с высокой плотностью и полноцветностью, таких как OLED и микро-светодиоды, для сложной графики. Однако семисегментные светодиодные индикаторы остаются незаменимыми в применениях, где приоритетом являются исключительная надежность, длительный срок службы (часто превышающий 100 000 часов), низкая стоимость, высокая яркость, простота интерфейса и отличная читаемость в различных условиях освещения. Развитие в этой области сосредоточено на дальнейшем повышении эффективности (люмен на ватт), улучшении коэффициентов контрастности и обеспечении еще более низких токов управления для устройств IoT со сверхнизким энергопотреблением, что гарантирует актуальность этой технологии в промышленных, измерительных и определенных потребительских применениях в обозримом будущем.