Техническая спецификация семисегментного светодиодного индикатора 0.56 дюйма (14.22 мм) - Напряжение 2.6В - Мощность 70мВт - Супер красный цвет

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики семисегментного светодиодного индикатора с высотой знака 0.56 дюйма (14.22 мм). Устройство разработано для применений, требующих четкого, надежного числового отображения с низким энергопотреблением. Основная философия дизайна заключается в обеспечении превосходных визуальных характеристик за счет высокой яркости и контрастности при сохранении надежности твердотельного устройства.

Индикатор использует передовую технологию полупроводников AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для светоизлучающих сегментов. Данная материаловая система известна своей способностью производить высокоэффективный красный и янтарный свет. Используемые кристаллы изготовлены на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), что способствует повышению контрастности за счет минимизации внутреннего рассеяния и отражения света. Готовое изделие имеет светло-серую лицевую панель с белыми сегментами — комбинация, выбранная для улучшения читаемости при различных условиях освещения.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики определены при стандартных условиях испытаний при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Ключевой параметр, Средняя сила света (Iv), имеет типичное значение 700 мккд (микрокандел) при токе через сегмент (IF) 1 мА, с минимальным гарантированным значением 320 мккд. Это измерение проводится с использованием датчика и фильтра, откалиброванных по кривой спектральной чувствительности глаза CIE, что обеспечивает соответствие значения восприятию человеческим зрением.

Цветовые характеристики определяются длиной волны. Пиковая длина волны излучения (λp) составляет типично 639 нм, в то время как доминирующая длина волны (λd) — типично 631 нм, оба параметра измерены при IF=20 мА. Разница между этими двумя значениями и ширина спектральной линии на полувысоте (Δλ) в 20 нм описывают спектральную чистоту и конкретный оттенок излучаемого красного света, который относится к категории «супер красный», обеспечивая высокую видимость.

Указан коэффициент соответствия силы света (IV-m) 2:1 (максимум). Этот коэффициент указывает на максимально допустимое отклонение яркости между различными сегментами одного устройства при работе в одинаковых условиях, обеспечивая равномерный внешний вид при отображении цифр.

2.2 Электрические и тепловые характеристики

Электрические параметры подчеркивают пригодность устройства для систем с низким энергопотреблением. Прямое напряжение на сегмент (VF) составляет от 2.0В до 2.6В при токе 1 мА. Обратный ток на сегмент (IR) ограничен максимумом 100 мкА при обратном напряжении (VR) 5В, что указывает на характеристики утечки p-n перехода.

Тепловые и мощностные ограничения определены в Абсолютных максимальных режимах эксплуатации. Непрерывный прямой ток на сегмент составляет 25 мА, но его значение должно линейно снижаться, начиная с 25°C, со скоростью 0.33 мА/°C по мере роста температуры окружающей среды. Рассеиваемая мощность на сегмент не должна превышать 70 мВт. Для импульсного режима работы допускается пиковый прямой ток 90 мА при скважности 1/10 и длительности импульса 0.1 мс. Диапазон рабочих температур и температур хранения устройства составляет от -35°C до +85°C.

3. Система сортировки и отбора

В спецификации указано, что устройства «Категоризированы по силе света». Это подразумевает процесс сортировки, при котором произведенные изделия группируются на основе измеренной светоотдачи (Iv) в различные группы или «бинны». Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованным уровнем яркости для своего применения, что критически важно для многоразрядных индикаторов, где ключевым фактором является равномерность. Хотя конкретные коды биннов не перечислены в данном обзоре, типичные бинны определяют диапазоны для силы света (например, 500-600 мккд, 600-700 мккд) и, возможно, прямого напряжения.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются «Типичные электрические / оптические характеристические кривые». Хотя конкретные графики не приведены в тексте, стандартные кривые для таких устройств обычно включают:

• Относительная сила света в зависимости от прямого тока (I-V кривая):Этот график показывает, как светоотдача увеличивается с ростом тока. Обычно зависимость нелинейна, и эффективность часто снижается при очень высоких токах.
• Прямое напряжение в зависимости от прямого тока:Это показывает ВАХ диода, что важно для проектирования схемы ограничения тока.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Эта кривая демонстрирует, как светоотдача уменьшается с ростом температуры перехода, что является критическим фактором для теплового менеджмента в конструкциях.
• Спектральное распределение:График, показывающий относительную интенсивность излучаемого света на разных длинах волн, с центром около пиковой длины волны ~639 нм.

Эти кривые необходимы для понимания поведения устройства в нестандартных условиях и для оптимизации схемы управления с целью повышения эффективности и долговечности.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Физические размеры и габаритный чертеж

Габаритные размеры корпуса устройства приведены на чертеже (упоминается, но не детализируется в тексте). Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Высота знака 0.56 дюйма (14.22 мм) определяет общий размер символа. Корпус представляет собой стандартную однозначную 10-выводную конфигурацию, типичную для семисегментных индикаторов с десятичной точкой справа.

5.2 Распиновка и идентификация полярности

Индикатор имеет конфигурацию с общим катодом, что означает, что катоды (отрицательные выводы) всех светодиодных сегментов соединены внутри и выведены на общие выводы. Это распространенная конструкция для мультиплексированного управления. Подключение выводов явно определено:

1. Анод E
2. Анод D
3. Общий катод
4. Анод C
5. Анод D.P. (Десятичная точка)
6. Анод B
7. Анод A
8. Общий катод
9. Анод F
10. Анод G

Выводы 3 и 8 являются общими катодами. Внутренняя принципиальная схема показывает стандартную компоновку семи сегментов плюс десятичная точка, где анод каждого сегмента подключен к своему соответствующему выводу, а все катоды соединены вместе с общими выводами.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Ключевым параметром сборки, указанным в спецификации, является температурный профиль пайки. Устройство может выдерживать температуру пайки 260°C в течение 3 секунд, измеренную на расстоянии 1/16 дюйма (примерно 1.59 мм) ниже плоскости установки корпуса. Это критический параметр для процессов волновой пайки или оплавления для предотвращения термического повреждения светодиодных кристаллов или пластикового корпуса. Разработчики должны убедиться, что их процесс сборки не превышает эту комбинацию времени и температуры. Для хранения указанный диапазон от -35°C до +85°C должен поддерживаться в сухой среде для предотвращения поглощения влаги.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Данный индикатор идеально подходит для портативных устройств с батарейным питанием, приборных панелей, бытовой электроники и промышленных систем управления, где требуется четкое числовое отображение с низким энергопотреблением. Примеры включают мультиметры, таймеры, весы, медицинские приборы и панели управления бытовой техникой. Его работа при низком токе (вплоть до 1 мА на сегмент) делает его подходящим для систем на микроконтроллерах, где выводы GPIO часто имеют ограниченную нагрузочную способность по току.

7.2 Соображения по проектированию и схемотехника

При проектировании схемы управления критически важны следующие моменты:

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательные токоограничивающие резисторы для анода каждого сегмента. Номинал резистора рассчитывается на основе напряжения питания (Vcc), прямого напряжения светодиода (Vf, для безопасности используйте максимальное значение) и желаемого прямого тока (If): R = (Vcc - Vf) / If.
• Мультиплексирование:Для многоразрядных индикаторов стандартной является схема мультиплексированного управления. Общие катоды каждого разряда переключаются последовательно (сканируются), в то время как аноды для требуемых сегментов управляются синхронно. Это уменьшает количество требуемых выводов микроконтроллера и общее энергопотребление. Пиковый ток в течение короткого времени включения может быть выше, чем номинальный постоянный ток, как это разрешено спецификацией пикового тока (90 мА при скважности 1/10).
• Интерфейс с микроконтроллером:Индикатор может управляться непосредственно с выводов GPIO микроконтроллера, если ток на сегмент находится в пределах нагрузочной способности вывода МК (обычно 20-25 мА). Для более высокой яркости или мультиплексирования с большим количеством разрядов рекомендуется использование внешних драйверов (например, транзисторных сборок или специализированных микросхем драйверов светодиодов).
• Угол обзора:Особенность «Широкий угол обзора» означает, что индикатор остается читаемым при взгляде под углом, что важно для панелей, которые просматриваются с различных ракурсов.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Основными отличительными факторами данного индикатора являются использование технологии AlInGaP и оптимизированные характеристики при низком токе. По сравнению со старой технологией светодиодов на основе GaAsP или GaP, AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к более яркому свечению при том же токе или эквивалентной яркости при более низком токе. Явное тестирование и отбор по критериям «отличные низкоточные характеристики» и соответствия сегментов являются ключевыми гарантиями качества. Способность эффективно работать при токах всего 1 мА на сегмент является явным преимуществом для ультранизкопотребляющих конструкций по сравнению с индикаторами, требующими 5-20 мА для достаточной яркости.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

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

О: Пиковая длина волны (λp) — это длина волны, на которой спектр излучаемого света имеет максимальную интенсивность. Доминирующая длина волны (λd) — это длина волны чистого монохроматического света, который воспринимался бы человеческим глазом как имеющий тот же цвет, что и свет светодиода. λd более актуальна для восприятия цвета.

В: Могу ли я управлять этим индикатором без токоограничивающих резисторов?

О: Нет. Светодиоды являются токоуправляемыми устройствами. Подключение их непосредственно к источнику напряжения вызовет протекание чрезмерного тока, что может мгновенно разрушить светодиод из-за тепловой перегрузки. Последовательный резистор или схема стабилизации тока обязательны.

В: В спецификации указаны два общих катодных вывода (3 и 8). Нужно ли подключать оба?

О: Да, для оптимальной производительности и распределения тока оба общих катодных вывода должны быть подключены к земле (или стоку тока) в вашей схеме. Это помогает сбалансировать тепловую нагрузку и обеспечивает равномерную яркость сегментов.

В: Как рассчитать подходящий номинал резистора для питания 5В и тока сегмента 10 мА?

О: Используя максимальное Vf 2.6В: R = (5В - 2.6В) / 0.01А = 240 Ом. Следует использовать ближайшее стандартное значение (220 или 270 Ом). Всегда проверяйте, соответствует ли фактическая яркость вашим потребностям.

10. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование 4-разрядного цифрового таймера с батарейным питанием.

Цель — максимально продлить срок службы батареи при сохранении хорошей читаемости. Индикатор будет управляться маломощным микроконтроллером с использованием схемы мультиплексирования.

Реализация:Общие катоды четырех разрядов подключены к четырем NPN-транзисторам (или сборке транзисторов), управляемым выводами МК. Семь анодов сегментов (A-G) и десятичная точка подключены к выходным выводам МК через индивидуальные токоограничивающие резисторы. МК запускает прерывание по таймеру (например, на 1 кГц). В каждом цикле прерывания он отключает все катоды разрядов, устанавливает выводы анодов в соответствии с шаблоном сегментов для следующего разряда в последовательности, а затем включает транзистор катода этого разряда. Это быстро циклически перебирает все четыре разряда, создавая иллюзию одновременного свечения всех цифр.

Оптимизация энергопотребления:За счет управления каждым сегментом при токе всего 2-3 мА (что соответствует спецификации) и использования скважности мультиплексирования 1:4, средний ток на сегмент становится очень низким, что значительно продлевает срок службы батареи по сравнению со статическим (немультиплексированным) управлением. Высокая эффективность светодиодов AlInGaP обеспечивает четкую видимость индикатора даже при таких низких средних токах.

11. Введение в технический принцип

Семисегментный светодиодный индикатор представляет собой сборку отдельных светоизлучающих диодов (СИД), расположенных в форме восьмерки. Каждый из семи основных сегментов (обозначенных от A до G) является отдельным светодиодом, а дополнительный светодиод служит десятичной точкой (DP). Путем выборочного включения определенных комбинаций этих сегментов можно формировать все десятичные цифры (0-9) и некоторые буквы.

Основной принцип излучения света — электролюминесценция в полупроводниковом p-n переходе. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее напряжение запрещенной зоны диода, электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активном слое (в данном случае, изготовленном из AlInGaP). Эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) света определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала. AlInGaP имеет запрещенную зону, соответствующую красному/оранжевому/янтарному свету. Непрозрачная подложка GaAs поглощает рассеянный свет, улучшая контрастность, предотвращая его рассеяние через боковые стороны или заднюю часть кристалла.

12. Технологические тренды и контекст

Хотя существуют более новые технологии отображения, такие как OLED и высокоразрешающие матричные светодиоды, семисегментный светодиодный индикатор остается надежным, экономически эффективным и высоконадежным решением для применений, требующих простого числового вывода. Тренд в этом сегменте направлен в сторону повышения эффективности (больше света на ватт), снижения рабочих напряжений для соответствия современным логическим уровням и улучшения согласованности (более жесткая сортировка). Технология AlInGaP представляет собой значительный шаг в повышении эффективности по сравнению со старыми материалами. Кроме того, все больше внимания уделяется индикаторам, которые хорошо работают при очень низких токах управления, чтобы обеспечить энергоэффективные устройства Интернета вещей (IoT) с батарейным питанием. Устройство, описанное в данной спецификации, с его акцентом на работу при низком токе и категоризацию по силе света, хорошо соответствует этим отраслевым трендам в сторону эффективности, надежности и гибкости проектирования для портативной электроники.