LTS-5601AJG 0.56-дюймовый семисегментный светодиодный индикатор - Техническая документация на русском языке

1. Обзор продукта

LTS-5601AJG — это высокопроизводительный одноразрядный семисегментный буквенно-цифровой индикаторный модуль. Его основная функция — обеспечивать четкое, яркое представление цифр и ограниченного набора буквенных символов в электронных устройствах. Основная технология основана на полупроводниковом материале AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), специально разработанном для высокоэффективного излучения света в зелено-желтом спектре. Это устройство имеет конфигурацию с общим анодом, что означает, что аноды всех светодиодных сегментов соединены внутри с общими выводами, упрощая схему управления током. Индикатор имеет серую лицевую панель, которая повышает контрастность и улучшает читаемость при различных условиях окружающего освещения за счет уменьшения отражений. Сегменты излучают отчетливый зеленый цвет, выбранный за его высокую световую отдачу и отличную видимость для человеческого глаза. Этот продукт предназначен для приложений, требующих надежной, долговечной и энергоэффективной цифровой индикации.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Индикатор предлагает несколько ключевых преимуществ, делающих его подходящим для широкого спектра промышленных и потребительских применений. Его низкое энергопотребление является значительным преимуществом, позволяя интегрировать его в системы с питанием от батарей или энергоэффективные системы. Высокая яркость и контрастность обеспечивают читаемость даже в условиях яркого освещения. Широкий угол обзора обеспечивает стабильные визуальные характеристики с различных точек зрения, что крайне важно для панельных приборов и измерительного оборудования. Надежность твердотельной технологии светодиодов, отсутствие движущихся частей и высокая устойчивость к ударам и вибрации гарантируют длительный срок службы. Устройство также категоризировано по световой силе, что означает, что устройства сортируются и тестируются для соответствия определенным критериям яркости, гарантируя согласованность характеристик в производственных партиях. Целевые рынки для этого компонента включают контрольно-измерительное оборудование, промышленные панели управления, медицинские приборы, автомобильные приборные панели (для дополнительных или вторичных дисплеев), бытовую технику и любые электронные системы, требующие прочного и четкого цифрового отображения.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлен детальный, объективный анализ ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, указанных в техническом описании. Понимание этих значений критически важно для правильного проектирования схемы и обеспечения работы индикатора в пределах его безопасного и оптимального диапазона производительности.

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальное количество электрической мощности, которое может быть преобразовано в тепло (и свет) одним сегментом без риска повреждения. Превышение этого значения, особенно постоянно, может привести к перегреву, ускоренной деградации светового потока и, в конечном итоге, к отказу.
• Пиковый прямой ток на сегмент:60 мА (при скважности 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Этот параметр позволяет использовать кратковременные импульсы более высокого тока для достижения мгновенных пиков яркости, что полезно для схем мультиплексирования или подсветки. Указанные скважность и длительность импульса критически важны; средний ток все равно должен соответствовать непрерывному номинальному значению.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:25 мА (при 25°C). Это рекомендуемый максимальный ток для стационарного, непрерывного свечения сегмента. В техническом описании указан коэффициент снижения 0.33 мА/°C выше 25°C. Это означает, что если температура окружающей среды (Ta) повышается, максимально допустимый непрерывный ток должен быть уменьшен линейно, чтобы предотвратить перегрев. Например, при 50°C максимальный ток составит 25 мА - (0.33 мА/°C * 25°C) = 16.75 мА.
• Обратное напряжение на сегмент:5 В. Светодиоды имеют низкое напряжение обратного пробоя. Приложение обратного смещения более 5 В может вызвать внезапное увеличение обратного тока, потенциально повреждая PN-переход.
• Диапазон рабочих и температур хранения:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на работу и хранение в этом широком температурном диапазоне, что делает его пригодным для суровых условий.
• Температура пайки:260°C в течение 3 секунд, измеренная на расстоянии 1/16 дюйма (≈1.6 мм) ниже плоскости установки. Это определяет профиль пайки оплавлением, чтобы избежать теплового повреждения светодиодных кристаллов во время сборки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измеряются при определенных испытательных условиях (обычно Ta=25°C) и определяют типичные характеристики устройства.

• Средняя световая сила (I_V):320 мккд (Мин.), 900 мккд (Тип.) при I_F=1 мА. Это мера воспринимаемой световой мощности, излучаемой сегментом. Широкий диапазон (от Мин. до Тип.) указывает на естественные вариации в производстве; конструкторам следует использовать минимальное значение для расчетов яркости в наихудшем случае. Испытательный ток 1 мА является стандартным условием низкого тока для характеристики эффективности яркости.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):571 нм (Тип.) при I_F=20 мА. Это длина волны, на которой спектральное распределение мощности излучаемого света максимально. 571 нм находится в зелено-желтой области видимого спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (Тип.). Это указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света. Значение 15 нм относительно узкое, что характерно для светодиодов AlInGaP, и приводит к насыщенному зеленому цвету.
• Доминирующая длина волны (λ_d):572 нм (Тип.). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая лучше всего соответствует цвету света. В данном случае она очень близка к пиковой длине волны.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):2.05 В (Мин.), 2.6 В (Тип.) при I_F=20 мА. Это падение напряжения на светодиодном сегменте при работе. Это критически важно для проектирования схемы ограничения тока. Напряжение питания драйвера должно быть выше V_F. Типичное значение 2.6 В выше, чем у стандартных красных светодиодов GaAsP, но ниже, чем у многих синих/белых светодиодов.
• Обратный ток на сегмент (I_R):100 мкА (Макс.) при V_R=5 В. Это ток утечки при приложении максимального обратного напряжения.
• Коэффициент согласования световой силы (I_V-m):2:1 (Макс.). Это определяет максимально допустимое соотношение между самым ярким и самым тусклым сегментом в одном устройстве при работе в одинаковых условиях (I_F=1 мА). Соотношение 2:1 обеспечивает разумную однородность внешнего вида.

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

В техническом описании указано, что продукт "категоризирован по световой силе". Это относится к послепроизводственному процессу сортировки, известному как "бининг". После изготовления каждый индикатор тестируется и сортируется в различные группы производительности (бины) на основе ключевых параметров. Для LTS-5601AJG основной сортируемой характеристикой является его световая сила при стандартном испытательном токе (вероятно, 1 мА или 20 мА). Это гарантирует, что клиенты получают устройства с согласованными уровнями яркости. Хотя даташит предоставляет полный диапазон Min/Typ, производственные партии обычно предлагаются в более узких диапазонах интенсивности. Конструкторам следует обращаться к конкретной закупочной документации или производителю для получения информации о доступных кодах бинов. Согласованная сортировка крайне важна для приложений, где несколько индикаторов используются рядом, предотвращая заметные различия в яркости между устройствами.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики не предоставлены в тексте, мы можем сделать вывод об их стандартном содержании и важности. Эти кривые визуально представляют взаимосвязь между ключевыми параметрами, предоставляя более глубокое понимание, чем данные в одной точке.

4.1 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая)

Эта фундаментальная кривая показывает экспоненциальную зависимость между током, протекающим через светодиод, и напряжением на нем. Она графически иллюстрирует спецификацию прямого напряжения (V_F). Кривая покажет "коленное" напряжение (около 2 В), после которого ток быстро увеличивается при небольшом увеличении напряжения. Это подчеркивает, почему светодиоды должны управляться источником с ограничением тока, а не источником напряжения, чтобы предотвратить тепловой разгон.

4.2 Световая сила в зависимости от прямого тока

Эта кривая показывает, как световой выход увеличивается с увеличением тока управления. Для светодиодов AlInGaP зависимость, как правило, линейна в широком диапазоне токов, но в конечном итоге становится сублинейной при очень высоких токах из-за снижения эффективности (увеличения тепловыделения). Эта кривая помогает конструкторам выбрать рабочий ток для достижения желаемой яркости, балансируя между эффективностью и сроком службы.

4.3 Световая сила в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая изображает тепловую зависимость светового выхода. По мере увеличения температуры перехода светодиода его световая сила обычно уменьшается. Наклон этой кривой количественно определяет тепловое снижение яркости. Это критически важно для конструкций, работающих в условиях повышенных температур, так как индикатор может казаться тусклее, чем ожидалось при комнатной температуре.

4.4 Относительная интенсивность в зависимости от длины волны (спектр)

Этот график отображает спектральное распределение мощности, показывая интенсивность света, излучаемого на каждой длине волны. Он будет центрирован вокруг пиковой/доминирующей длины волны 571-572 нм с формой, определяемой полушириной 15 нм. Эта кривая подтверждает цветовые характеристики светодиода.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Устройство представлено с подробным чертежом размеров корпуса (упоминается, но не детализируется в тексте). Ключевые механические особенности включают высоту цифры 0.56 дюйма (14.22 мм), что является стандартным размером для средне-больших цифровых индикаторов. Корпус сквозного монтажа (DIP - Dual In-line Package) с 10 выводами с шагом 0.1 дюйма (2.54 мм), что является общим стандартом для удобного монтажа на печатную плату и ручного прототипирования. Серый лицевой экран и зеленые сегменты являются частью конструкции корпуса. Примечание "Rt. Hand Decimal" в описании указывает положение десятичной точки относительно цифры. Правосторонняя десятичная точка является стандартом для большинства цифровых индикаторов. Внутренняя схема показывает соединение общего анода: выводы 3 и 8 соединены внутри как общий анод для всех сегментов, в то время как выводы 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9 и 10 являются индивидуальными катодами для сегментов E, D, C, DP, B, A, F и G соответственно. Эта конфигурация оптимальна для мультиплексирования с микроконтроллером, где общие аноды управляются последовательно (подключаются к источнику), а катоды подключаются к земле через токоограничивающие резисторы для включения определенных сегментов.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение крайне важно для сохранения надежности. Предельно допустимый параметр определяет температуру пайки 260°C в течение 3 секунд, измеренную на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки. Это соответствует стандартным профилям бессвинцовой пайки оплавлением (например, IPC/JEDEC J-STD-020). Во время волновой или ручной пайки необходимо минимизировать общее время теплового воздействия, чтобы предотвратить повреждение светодиодного кристалла, проводных соединений или пластикового корпуса. Рекомендуется использовать теплоотвод на выводах во время ручной пайки. Избегайте приложения механических напряжений к корпусу или выводам. Хранение должно осуществляться в сухой, антистатической среде в указанном диапазоне температур от -35°C до +85°C, чтобы предотвратить поглощение влаги (что может вызвать "вспучивание" во время оплавления) и деградацию материалов.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления для индикатора с общим анодом, такого как LTS-5601AJG, — это мультиплексирование. В мультиплексированной схеме общие анодные выводы (3 и 8) подключаются к коллектору (или стоку) транзистора NPN (или N-канального MOSFET), который действует как ключ верхнего уровня. Эмиттер/исток подключается к положительному источнику питания (Vcc). База/затвор управляется выводом GPIO микроконтроллера. Каждый катодный вывод сегмента подключается к токоограничивающему резистору, который затем подключается ко второму транзистору или специализированной микросхеме драйвера светодиодов (настроенной как сток тока), управляемой микроконтроллером. Микроконтроллер быстро переключается, включая анодный транзистор одного разряда за раз, одновременно устанавливая соответствующие паттерны катодов для этого разряда. Инерция зрения заставляет все цифры казаться постоянно включенными. Используется типичный прямой ток 10-20 мА на сегмент, с резисторами, рассчитанными как R = (Vcc - V_F- V_CE(sat)) / I_F. Для источника питания 5 В, V_F=2.6 В, и V_CE(sat)=0.2 В, при целевом I_F=15 мА дает R = (5 - 2.6 - 0.2) / 0.015 ≈ 147 Ом (используйте 150 Ом).

7.2 Вопросы проектирования

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательные резисторы или драйверы постоянного тока. Никогда не подключайте светодиод напрямую к источнику напряжения.
• Частота мультиплексирования:Используйте частоту обновления, достаточно высокую, чтобы избежать видимого мерцания, обычно >60 Гц на разряд. Для 4-разрядного мультиплексирования скорость сканирования должна быть >240 Гц.
• Пиковый ток при мультиплексировании:Поскольку каждый разряд включен только часть времени (скважность = 1/N для N разрядов), мгновенный ток на сегмент можно установить выше, чем номинальный непрерывный постоянный ток, чтобы достичь желаемой средней яркости, но он не должен превышать номинальный пиковый прямой ток. Например, в 4-разрядном мультиплексировании (скважность 1/4) для достижения средней яркости, эквивалентной 10 мА постоянного тока, можно использовать импульсы 40 мА, что находится в пределах пикового номинала 60 мА.
• Угол обзора:Располагайте индикатор с учетом его широкого угла обзора, чтобы обеспечить читаемость для конечного пользователя.
• Защита от ЭСР:Хотя явно не указано как чувствительное, стандартные меры предосторожности от электростатического разряда во время обращения и сборки рекомендуются для всех полупроводниковых устройств.

8. Техническое сравнение и отличия

LTS-5601AJG отличается в первую очередь использованием технологии AlInGaP. По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартный GaAsP (фосфид арсенида галлия), используемый для красных и желтых светодиодов, AlInGaP предлагает значительно более высокую световую эффективность, что приводит к более ярким индикаторам при том же входном токе или эквивалентной яркости при меньшей мощности. Он также обеспечивает лучшую температурную стабильность и насыщенность цвета. По сравнению с зелеными светодиодами GaP (фосфид галлия), зеленые светодиоды AlInGaP обычно имеют более чистый зеленый цвет (более короткая длина волны) и более высокую эффективность. По сравнению с современными светодиодами InGaN (нитрид индия-галлия) синего/зеленого/белого цвета, AlInGaP, как правило, более эффективен в красно-оранжево-желто-зеленом спектре, но не может производить синий или белый свет. Для чистого зеленого цифрового индикатора AlInGaP представляет собой высокопроизводительный, зрелый технологический выбор. Его конфигурация с общим анодом также является практическим преимуществом для систем на основе микроконтроллеров, так как упрощает сторону источника тока в схеме управления.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе параметров)

9.1 Для чего нужны два общих анодных вывода (3 и 8)?

Два вывода соединены внутри. Эта конструкция служит нескольким целям: 1) Обеспечивает симметрию и механическую стабильность корпуса. 2) Позволяет лучше распределять ток, снижая плотность тока через один вывод, что полезно для приложений с высокой яркостью. 3) Предоставляет гибкость в разводке печатной платы; конструктор может выбрать подключение одного или обоих выводов к схеме управления.

9.2 Можно ли управлять этим индикатором от микроконтроллерной системы с напряжением 3.3 В?

Да, но требуется тщательное проектирование. Типичное прямое напряжение (2.6 В) меньше 3.3 В, так что это возможно. Однако запас по напряжению (3.3 В - 2.6 В = 0.7 В) мал для простого последовательного резистора. Это небольшое падение напряжения означает, что незначительные вариации V_Fили напряжения питания вызовут большие изменения тока. Для стабильной работы лучше использовать специализированную микросхему драйвера светодиодов с постоянным током или транзисторный источник тока, который может работать с низким запасом по напряжению, а не простой резистор.

9.3 Как рассчитать общее энергопотребление индикатора?

Для статического (немультиплексированного) индикатора со всеми включенными сегментами и десятичной точкой: Мощность = Количество_включенных_сегментов * I_F* V_F. Для 8 сегментов (7+DP) при I_F=20 мА и V_F=2.6 В, P = 8 * 0.02 * 2.6 = 0.416 Вт. В мультиплексированном приложении средняя мощность — это сумма мощности в каждом включенном сегменте, усредненная по времени. Для 4-разрядного мультиплексирования с одним активным разрядом за раз средний ток на сегмент составляет I_F/ 4.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование простого 4-разрядного дисплея вольтметра с использованием микроконтроллера.

Реализация:Используются четыре индикатора LTS-5601AJG. Общие аноды каждого разряда подключаются к четырем отдельным выводам GPIO через транзисторы NPN (например, 2N3904). Восемь катодов сегментов (A-G и DP) от всех четырех индикаторов соединяются вместе, а затем подключаются к восьми другим выводам GPIO через токоограничивающие резисторы 150 Ом. Микроконтроллер измеряет напряжение с помощью своего АЦП, преобразует его в десятичное число и извлекает четыре цифры. Затем он входит в непрерывный цикл: выключает все анодные транзисторы, устанавливает паттерн катодов для значения Разряда 1, включает анодный транзистор Разряда 1, ждет короткое время (~2 мс), затем повторяет для Разрядов 2, 3 и 4. Этот цикл повторяется со скоростью более 100 Гц, заставляя дисплей казаться стабильным. Яркость контролируется значением токоограничивающего резистора и/или скважностью (временем включения) в течение периода каждого разряда.

11. Принцип работы

LTS-5601AJG основан на принципе электролюминесценции в полупроводниковом PN-переходе. Активная область состоит из слоев AlInGaP, выращенных на непрозрачной подложке GaAs. Когда прикладывается прямое смещающее напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода (анод положителен относительно катода), электроны из N-типа материала и дырки из P-типа материала инжектируются в активную область. Там они рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав сплава AlInGaP определяет энергию запрещенной зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае зеленый (~572 нм). Непрозрачная подложка помогает отражать излучаемый свет наружу, улучшая общую эффективность извлечения света. Серый лицевой фильтр поглощает окружающий свет, увеличивая контрастность за счет уменьшения отражений от основного материала.

12. Тенденции в технологии

Технология AlInGaP является зрелым и высокооптимизированным решением для высокоэффективных красных, оранжевых и чистых зеленых светодиодов. Текущие тенденции в технологии индикаторов для таких применений включают постоянное стремление к еще более высокой световой отдаче (больше люмен на ватт), чтобы обеспечить более низкое энергопотребление и уменьшить тепловыделение. Также продолжается разработка в области корпусов, позволяющая использовать более высокие максимальные токи управления и лучшее тепловое управление, что позволяет создавать более яркие индикаторы. Кроме того, интеграция является ключевой тенденцией; в то время как дискретные семисегментные индикаторы остаются популярными благодаря своей простоте и экономической эффективности, растет рынок интегрированных индикаторных модулей, которые включают драйвер, интерфейс микроконтроллера (например, I2C или SPI), а иногда даже генератор символов, упрощая процесс проектирования для конечных инженеров. Однако для приложений, требующих кастомизации, высокой яркости или специфических механических форм-факторов, дискретные компоненты, такие как LTS-5601AJG, продолжают оставаться жизненно важным и надежным выбором.