Техническая документация LTS-5703AJS - Желтый 7-сегментный светодиодный индикатор 0.56 дюйма (14.22 мм) - Прямое напряжение 2.6В - Мощность 40мВт

1. Обзор продукта

LTS-5703AJS — это высокопроизводительный, низкопотребляющий модуль семисегментного светодиодного индикатора. Его основная функция — обеспечение четкого, яркого вывода цифр и ограниченного набора буквенно-цифровых символов в электронных устройствах. Основное применение — в измерительных приборах, бытовой электронике и промышленных панелях управления, где требуются надежные цифровые индикаторы с низким потреблением тока.

Устройство позиционируется как решение, предлагающее отличную читаемость и энергоэффективность. Его ключевые преимущества проистекают из использования передового полупроводникового материала AlInGaP, который обеспечивает высокую яркость и хорошую чистоту цвета при относительно низких токах управления по сравнению со старыми технологиями.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Ключевые особенности, определяющие рыночную позицию этого продукта, включают высоту цифры 0.56 дюйма (14.22 мм), что обеспечивает хороший баланс между размером и видимостью. Сегменты являются сплошными и однородными, обеспечивая приятный эстетический вид символов. Устройство потребляет мало энергии, что делает его подходящим для приложений с питанием от батарей или с учетом энергопотребления. Оно обеспечивает высокую яркость и высокую контрастность в сочетании с широким углом обзора, гарантируя читаемость с различных позиций. Конструкция на основе твердотельных компонентов обеспечивает высокую надежность. Наконец, устройства классифицируются по световой интенсивности, что позволяет согласовывать яркость в многоразрядных индикаторах.

Целевой рынок включает разработчиков портативного измерительного оборудования, цифровых мультиметров, радиобудильников, панелей управления бытовой техникой и любых встраиваемых систем, требующих простого цифрового индикатора с прямым управлением.

2. Подробный анализ технических характеристик

В этом разделе представлен подробный объективный анализ технических параметров устройства, определенных в техническом описании.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики являются центральными для функции индикатора. Устройство использует желтые светодиодные чипы на основе AlInGaP (фосфида алюминия-индия-галлия). Они изготовлены на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), что помогает направлять свет вперед и может улучшить контрастность. Корпус имеет светло-серый фон с белыми сегментами — комбинация, разработанная для повышения контрастности, когда сегменты не подсвечены.

• Средняя сила света (I_V):Составляет от минимум 320 мккд до типичных 700 мккд при прямом токе (I_F) всего 1 мА. Этот исключительно низкий ток управления для такой яркости является ключевой характеристикой, обеспечивающей очень низкое энергопотребление системы.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):Обычно 588 нм, что соответствует желтой области видимого спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Обычно 15 нм, что указывает на относительно узкую спектральную полосу пропускания, что способствует чистому желтому цвету.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Обычно 587 нм, что близко соответствует пиковой длине волны.
• Коэффициент согласования силы света:Указан как максимум 2:1 при аналогичных условиях освещенной площади при I_F=1 мА. Это означает, что яркость разных сегментов в одном устройстве или между устройствами будет отличаться не более чем в два раза, обеспечивая равномерный внешний вид.

Важно отметить, что сила света измеряется с помощью датчика и фильтра, аппроксимирующих кривую спектральной чувствительности глаза CIE, что гарантирует соответствие значений человеческому зрительному восприятию.

2.2 Электрические параметры

Электрические характеристики определяют интерфейс между индикатором и схемой управления.

• Прямое напряжение на сегмент (V_F):Обычно 2.6 В с максимумом 2.6 В при I_F=20 мА. Минимум составляет 2.05 В. Конструкторы должны обеспечить, чтобы схема управления могла подавать не менее 2.6 В для достижения номинальной яркости при 20 мА.
• Обратный ток на сегмент (I_R):Максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5 В. Этот параметр важен для защиты схемы; превышение номинального обратного напряжения может повредить светодиод.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:Абсолютный максимальный рейтинг составляет 25 мА. Однако применяется линейный коэффициент снижения номинала 0.33 мА/°C, начиная с 25°C. Это означает, что при более высоких температурах окружающей среды максимально допустимый непрерывный ток должен быть уменьшен для предотвращения перегрева и преждевременного выхода из строя.
• Пиковый прямой ток:Может быть импульсным до 60 мА при определенных условиях (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Это позволяет использовать схемы мультиплексирования или кратковременное превышение тока для увеличения яркости.
• Рассеиваемая мощность на сегмент:Абсолютный максимум — 40 мВт. Этот тепловой предел в сочетании со снижением номинального тока критически важен для надежности.

2.3 Тепловые и климатические характеристики

Рабочие пределы устройства определяются диапазонами температур.

• Диапазон рабочих температур:от -35°C до +105°C. Этот широкий диапазон делает его пригодным для использования в различных условиях — от промышленных холодильных камер до горячих корпусов оборудования.
• Диапазон температур хранения:от -35°C до +105°C.
• Условия пайки:Указывается, что во время сборки температура корпуса устройства не должна превышать максимальную номинальную температуру. Рекомендация: пайка при 260°C в течение 3 секунд, при этом точка пайки должна находиться не менее чем на 1/16 дюйма (примерно 1.6 мм) ниже плоскости установки корпуса.

3. Объяснение системы сортировки

В техническом описании указано, что устройства "классифицированы по силе света". Это относится к процессу сортировки (биннинга). Хотя конкретные коды биннинга не приведены в этом документе, типичная классификация для таких индикаторов включает сортировку изготовленных единиц на основе измеренной силы света при стандартном испытательном токе (например, 1 мА или 20 мА).

Устройства группируются в бины с определенными минимальными и максимальными значениями интенсивности. Это позволяет клиентам выбирать бины для своего приложения, обеспечивая единообразие яркости всех цифр в многоразрядном индикаторе. Например, конструктор может указать, что все индикаторы должны быть из бина с I_Vот 500 мккд до 600 мккд при 1 мА. Указанный коэффициент согласования интенсивности 2:1 — это наихудшее допустимое отклонение внутри одного устройства или, возможно, внутри стандартного бина.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании упоминаются "Типичные электрические/оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики не детализированы в предоставленном тексте, мы можем вывести их стандартное содержание и важность.

4.1 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта фундаментальная кривая показывает зависимость между током, протекающим через сегмент светодиода, и напряжением на нем. Она нелинейна. Типичное V_F2.6 В при 20 мА — это точка на этой кривой. Кривая помогает конструкторам правильно рассчитывать токоограничивающие резисторы и понимать требования к напряжению схемы управления, особенно при мультиплексировании, когда средний ток отличается от мгновенного.

4.2 Сила света в зависимости от прямого тока

Этот график имеет решающее значение для управления яркостью. Он показывает, как световой выход увеличивается с током. Обычно он линеен в определенном диапазоне, но насыщается при очень высоких токах. Возможность управления сегментами при токе всего 1 мА является ключевой особенностью, и эта кривая показывала бы относительную яркость в этой точке по сравнению с типичным управлением 20 мА.

4.3 Сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Световой выход светодиода уменьшается с увеличением температуры перехода. Эта кривая количественно определяет это снижение номинала. Это важно для приложений, работающих при высоких температурах окружающей среды, чтобы обеспечить достаточную яркость индикатора во всем рабочем диапазоне.

4.4 Спектральное распределение

График, показывающий относительную интенсивность света в зависимости от длины волны, с центром около пика 588 нм и полушириной 15 нм. Это определяет точный оттенок желтого цвета.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габариты корпуса и чертеж

Устройство имеет стандартный 10-контактный форм-фактор одноразрядного семисегментного индикатора. Техническое описание включает подробный чертеж с размерами. Ключевые примечания указывают, что все размеры указаны в миллиметрах, со стандартными допусками ±0.25 мм, если не указано иное. Конкретное примечание упоминает допуск смещения кончика вывода +0.4 мм, что важно для размещения отверстий на печатной плате и процессов волновой пайки.

5.2 Распиновка и идентификация полярности

Устройство используетобщий катод. Это означает, что все катоды (отрицательные выводы) отдельных светодиодных сегментов соединены вместе внутри. Есть два вывода общего катода (контакты 3 и 8), которые соединены внутри. Эта двухконтактная конструкция помогает распределению тока и разводке печатной платы. Аноды (положительные выводы) для каждого сегмента (A, B, C, D, E, F, G и десятичная точка) находятся на отдельных контактах. Конкретная распиновка: 1:E, 2:D, 3:Общий катод, 4:C, 5:D.P., 6:B, 7:A, 8:Общий катод, 9:F, 10:G.

5.3 Внутренняя схема

Предоставленная схема визуально подтверждает архитектуру с общим катодом, показывая все светодиоды сегментов с их анодами на отдельных выводах и катодами, соединенными вместе с выводами 3 и 8.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Раздел абсолютных максимальных номинальных значений предоставляет критически важные данные для сборки. Указанные условия пайки являются отраслевым стандартом для выводных компонентов: максимальная температура паяльника 260°C в течение не более 3 секунд, при этом паяное соединение должно находиться не менее чем на 1.6 мм ниже корпуса, чтобы минимизировать теплопередачу к светодиодным чипам и внутренним соединениям. Во время любого процесса сборки, связанного с нагревом (например, волновая пайка или ручной ремонт), температура самого индикаторного блока не должна превышать его максимальную номинальную температуру хранения. Правильное обращение для предотвращения электростатического разряда (ESD) также является стандартной, хотя и не явно указанной, мерой предосторожности для светодиодных устройств.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Для индикатора с общим катодом схема управления обычно подключает выводы общего катода к земле. Каждый анодный вывод сегмента подключается к положительному источнику питания (V_CC) через токоограничивающий резистор. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (V_CC - V_F) / I_F. Например, при питании 5 В, V_F 2.6 В и желаемом I_F 10 мА, резистор будет (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ом. Индикатором можно управлять непосредственно с выводов ввода-вывода микроконтроллера, если они могут обеспечивать требуемый ток (например, 10-20 мА на сегмент), хотя часто для мультиплексирования нескольких разрядов требуются внешние транзисторы-драйверы или специализированные микросхемы драйверов светодиодов.

7.2 Соображения и примечания по проектированию

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательные резисторы. Никогда не подключайте светодиод напрямую к источнику напряжения.
• Мультиплексирование:Для управления несколькими разрядами используется схема мультиплексирования, при которой разряды подсвечиваются по одному, быстро сменяя друг друга. Пиковый ток может быть выше (до номинала 60 мА), чтобы компенсировать меньшую скважность, сохраняя воспринимаемую яркость.
• Угол обзора:Широкий угол обзора является преимуществом, но при установке индикатора следует учитывать предполагаемое положение пользователя.
• Согласование яркости:Для многоразрядных индикаторов используйте устройства из одного бина по силе света или реализуйте программную калибровку яркости с помощью ШИМ, если вариации заметны.
• Низкопотребляющая конструкция:Используйте возможность управления током 1 мА для приложений, чувствительных к батарейному питанию. Яркость при 1 мА (мин. 320 мккд) часто достаточна для использования в помещении.

8. Техническое сравнение и дифференциация

LTS-5703AJS отличается в первую очередь своейтехнологией AlInGaPиработой при очень низком токе. По сравнению со старыми красными светодиодами на основе GaAsP или GaP, AlInGaP обеспечивает более высокую эффективность, что приводит к большей яркости при том же токе или эквивалентной яркости при гораздо более низком токе. По сравнению с современными высокояркими красными светодиодами, желтый цвет может обеспечивать лучшую видимость или меньшую нагрузку на глаза в определенных приложениях. Его низкое V_F(по сравнению с синими или белыми светодиодами) также является преимуществом в низковольтных системах. Классификация по интенсивности дает преимущество в приложениях, требующих единообразия, по сравнению с простыми, несортированными индикаторами.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим индикатором от логики 3.3 В?

О: Да. Типичное V_Fсоставляет 2.6 В, поэтому питание 3.3 В обеспечивает достаточный запас. Рассчитайте последовательный резистор соответствующим образом: например, для 10 мА, R = (3.3 - 2.6) / 0.01 = 70 Ом.

В: Какова цель наличия двух выводов общего катода?

О: Они соединены внутри. Наличие двух выводов помогает распределить общий катодный ток (который является суммой токов всех подсвеченных сегментов) по двум дорожкам печатной платы и паяным соединениям, повышая надежность и потенциально снижая падение напряжения.

В: В спецификациях указан максимальный непрерывный ток 25 мА, но испытательное условие для V_F — 20 мА. Что следует использовать при проектировании?

О: Значение 20 мА — это стандартное испытательное условие для представления типичных характеристик, таких как V_F и длина волны. Для надежной долгосрочной работы целесообразно проектировать на непрерывный ток на уровне или ниже 20 мА, особенно если ожидается, что температура окружающей среды будет выше 25°C, с учетом кривой снижения номинала.

В: Как добиться той же яркости, если я мультиплексирую 4 разряда?

О: При скважности 1/4 вам нужно умножить мгновенный ток сегмента на 4, чтобы достичь того же среднего тока и, следовательно, аналогичной воспринимаемой яркости. Если вы хотите, чтобы средний ток на сегмент составлял 5 мА, вы должны подавать импульсный ток 20 мА на каждый сегмент. Убедитесь, что этот импульсный ток (20 мА) и результирующая мгновенная рассеиваемая мощность находятся в пределах абсолютных максимальных номинальных значений (пик 60 мА, 40 мВт).

10. Пример практического использования

Пример проекта: Портативный 4-разрядный цифровой термометр.

Цель проекта — длительное время работы от батареи и четкая читаемость. Микроконтроллер имеет ограниченное количество выводов ввода-вывода и бюджет по мощности.

Реализация:Используйте четыре индикатора LTS-5703AJS в мультиплексированной конфигурации. Соедините все соответствующие аноды сегментов (A, B, C...) вместе для четырех разрядов. Общий катод каждого разряда управляется отдельным транзистором NPN, управляемым выводом микроконтроллера. Микроконтроллер поочередно включает катод одного разряда, одновременно выводя шаблон сегментов для этого разряда на общие анодные линии. Для экономии энергии средний ток управления установлен на 5 мА. Используя мультиплексирование со скважностью 1/4, мгновенный ток на сегмент установлен на 20 мА (5 мА * 4). Это находится в пределах пикового номинала 60 мА. Воспринимаемая яркость будет хорошей, а среднее энергопотребление на сегмент очень низким, что значительно продлевает срок службы батареи по сравнению с использованием индикаторов, требующих 10-20 мА непрерывного тока на сегмент.

11. Введение в принцип технологии

LTS-5703AJS основан наполупроводниковом материале AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), выращенном наподложке из GaAs (арсенида галлия). В светодиоде, когда прямое напряжение приложено к p-n переходу, электроны и дырки рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую определяет длину волны (цвет) излучаемого света. Желтое излучение (~587-588 нм) достигается при определенном соотношении алюминия, индия и галлия. Непрозрачная подложка GaAs поглощает рассеянный свет, улучшая контрастность, предотвращая внутреннее отражение, которое могло бы подсветить неактивные сегменты. Конфигурация с общим катодом упрощает схему управления, позволяя одному переключателю (например, транзистору) управлять состоянием включения/выключения всей цифры при мультиплексировании.

12. Технологические тренды и контекст

Хотя семисегментные светодиодные индикаторы остаются важными для конкретных приложений, общий тренд в технологии дисплеев сместился в сторону матричных форматов (для буквенно-цифровых символов и графики) и модулей со встроенными контроллерами (таких как OLED или TFT). Однако ниша для простых, надежных, недорогих, низкопотребляющих, высокоярких цифровых индикаторов с прямым управлением сохраняется. Эволюция в этой нише сосредоточена на материаловедении (например, замена старых материалов на AlInGaP для повышения эффективности), снижении рабочих напряжений и токов, улучшении конструкции корпуса для повышения надежности и расширения температурных диапазонов, а также на версиях для поверхностного монтажа для автоматизированной сборки. LTS-5703AJS представляет собой зрелый этап этой эволюции, предлагая баланс производительности и практичности для своих целевых применений. Будущие разработки могут интегрировать токоограничивающие резисторы или простую логику внутри, но для многих простых приложений простота базового компонента остается ключевым преимуществом.