Техническая спецификация LSHD-5503 - Светодиодный индикатор 0.56 дюйма - Красный AlInGaP - Прямое напряжение 2.6В - Рассеиваемая мощность 70мВт

1. Обзор продукта

LSHD-5503 — это высокопроизводительный одноразрядный цифровой индикаторный модуль, предназначенный для применений, требующих чёткого, яркого и надёжного числового отображения. Его базовая технология основана на передовых полупроводниковых красных светодиодных кристаллах из алюминия-индия-галлия-фосфида (AS-AlInGaP), эпитаксиально выращенных на подложке из арсенида галлия (GaAs). Эта материаловая система известна своей высокой эффективностью и превосходной чистотой цвета в красном спектре. Устройство имеет светло-серую лицевую панель с белыми разделителями сегментов, обеспечивающую высокую контрастность для оптимальной читаемости при различных условиях освещения. Основные цели проектирования — низкое энергопотребление, высокая яркость, равномерное свечение сегментов и надёжность твердотельного устройства, что делает его подходящим для интеграции в широкий спектр потребительских, промышленных и измерительных продуктов, где критически важна числовая индикация.

2. Подробный анализ технических параметров

Рабочие характеристики LSHD-5503 определяются комплексным набором электрических и оптических параметров, каждый из которых критически важен для правильного проектирования схемы и прогнозирования производительности.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Световые характеристики являются ключевым отличительным признаком. Средняя сила света на сегмент указывается с минимальным, типичным и максимальным значениями при различных условиях управления. При прямом токе (I_F) 1 мА интенсивность составляет от 320 мккд (мин.) до 1300 мккд (макс.), с указанием типичного значения. При более высоком токе управления 10 мА типичная интенсивность значительно возрастает до 5400 мккд, демонстрируя возможности устройства для применений с высокой яркостью. Коэффициент соответствия силы света между сегментами указан как максимум 2:1 при I_F=1мА, что обеспечивает визуальную однородность цифры. Доминирующая длина волны (λ_d) составляет 624 нм, а пиковая длина волны излучения (λ_p) — 632 нм при I_F=20мА, что однозначно помещает его в красную часть видимого спектра. Полуширина спектральной линии (Δλ) равна 20 нм, что указывает на относительно узкую спектральную полосу пропускания, способствующую чистому красному цвету.

2.2 Электрические характеристики

Прямое напряжение (V_F) на сегмент составляет от 2.1В (мин.) до 2.6В (макс.) при управлении током 20 мА. Этот параметр необходим для расчёта необходимого значения токоограничивающего резистора в схеме: R_огр= (V_пит- V_F) / I_F. Обратный ток (I_R) ограничен максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5В, что является стандартным испытательным условием, а не режимом непрерывной работы.

2.3 Предельные параметры и тепловой режим

Эти параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению. Непрерывный прямой ток на сегмент составляет 25 мА. Пиковый прямой ток на сегмент рассчитан на 90 мА, но только в импульсном режиме (частота 1 кГц, скважность 15%), что полезно для схем мультиплексирования для достижения более высокой воспринимаемой яркости. Рассеиваемая мощность на сегмент составляет 70 мВт, рассчитываемая как V_F* I_F. Коэффициент снижения прямого тока 0.28 мА/°C указан для температур выше 25°C окружающей среды (T_a). Это означает, что на каждый градус Цельсия выше 25°C максимально допустимый непрерывный ток должен быть уменьшен на 0.28 мА для предотвращения перегрева. Например, при 50°C максимальный ток составит 25 мА - (0.28 мА/°C * 25°C) = 18 мА. Диапазон рабочих температур и температур хранения составляет от -35°C до +105°C, что указывает на устойчивость к жёстким условиям эксплуатации.

3. Система сортировки и классификации

В спецификации явно указано, что устройства "отсортированы по световой силе". Это критически важный процесс контроля качества и отбора. В процессе производства возникают вариации. Сортировка включает тестирование светового потока каждого устройства при стандартном испытательном токе (вероятно, 1 мА или 10 мА согласно спецификации) и группировку их в определённые диапазоны интенсивности или "бинны". Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованным уровнем яркости для своего применения, обеспечивая однородный внешний вид в многоразрядных индикаторах или в разных продуктах. Хотя спецификация предоставляет общий диапазон мин./макс., конкретные коды биннов и соответствующие им диапазоны интенсивности обычно определяются в отдельном документе по сортировке от производителя.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые", которые необходимы для понимания поведения устройства за пределами точечных спецификаций. Хотя конкретные графики не детализированы в предоставленном тексте, стандартные кривые для таких устройств обычно включают:

• Относительная сила света в зависимости от прямого тока (I_Vотн. от I_F):Показывает, как световой выход увеличивается с током, обычно сублинейным образом при высоких токах из-за нагрева и падения эффективности.
• Прямое напряжение в зависимости от прямого тока (V_Fот I_F):Демонстрирует ВАХ диода, что критически важно для проектирования драйвера.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды (I_Vотн. от T_a):Иллюстрирует, как световой выход уменьшается с ростом температуры перехода, подчёркивая важность теплового режима.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик при ~632 нм и полуширину 20 нм.

Эти кривые позволяют инженерам моделировать производительность в нестандартных условиях (например, при различных токах управления, температурах) и оптимизировать свои проекты.

5. Механическая информация и данные о корпусе

LSHD-5503 имеет высоту цифры 0.56 дюйма (14.22 мм). Габаритные размеры корпуса приведены на подробном чертеже со всеми критическими размерами в миллиметрах. Допуски, как правило, составляют ±0.25 мм, если не указано иное. Эта информация жизненно важна для проектирования посадочного места на печатной плате, обеспечения правильной установки в корпус и поддержания выравнивания десятичной точки. Корпус содержит светодиодные кристаллы, светло-серую лицевую панель/маску с белыми сегментами и соединительные выводы.

6. Распиновка и внутренняя схема

Устройство имеет стандартную 10-выводную конфигурацию для 7-сегментного индикатора с десятичной точкой. Оно используетобщий катод. Это означает, что катоды (отрицательные выводы) всех светодиодных сегментов соединены вместе внутри и выведены на выводы 3 и 8, которые также соединены между собой. Аноды (положительные выводы) каждого отдельного сегмента (от A до G) и десятичной точки (DP) выведены на отдельные выводы (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Внутренняя схема наглядно представляет эту конфигурацию, показывая восемь отдельных светодиодов (семь сегментов + DP) с изолированными анодами и катодами, соединёнными с общим узлом. Эта конфигурация идеально подходит для мультиплексирования, когда цифры питаются по одной в быстрой последовательности.

7. Рекомендации по пайке и сборке

Предельные параметры включают конкретные условия пайки: устройство может подвергаться воздействию температуры паяльника 260°C в течение 5 секунд при условии, что жало паяльника находится не менее чем на 1/16 дюйма (примерно 1.6 мм) ниже плоскости установки корпуса. Это критически важная инструкция для предотвращения чрезмерного нагрева, который может пройти по выводам и повредить внутренние светодиодные кристаллы или пластиковый корпус. Для волновой или конвекционной пайки профиль должен тщательно контролироваться, чтобы оставаться в пределах тепловых ограничений корпуса, обычно со ссылкой на стандарт IPC/JEDEC J-STD-020 по чувствительности к влаге и профилям оплавления, хотя здесь это явно не указано. Во время сборки всегда следует соблюдать надлежащие процедуры обращения с ЭСР (электростатическим разрядом).

8. Рекомендации по применению и соображения по проектированию

8.1 Типичные сценарии применения

LSHD-5503 подходит для любого применения, требующего яркого, надёжного одноразрядного числового индикатора. Типичные области применения включают: контрольно-измерительное оборудование (мультиметры, частотомеры), промышленные панели управления (индикаторы температуры, счётчики), бытовую технику (микроволновые печи, стиральные машины, аудиоаппаратуру), автомобильные дополнительные приборы и терминалы точек продаж.

8.2 Критические соображения по проектированию

• Ограничение тока:Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Последовательно с каждым сегментом должен использоваться резистор (или драйвер постоянного тока) для ограничения прямого тока до безопасного значения (≤25 мА непрерывно). Значение резистора рассчитывается с использованием напряжения питания и падения прямого напряжения из спецификации.
• Мультиплексирование:Для многоразрядных индикаторов устройство с общим катодом, такое как LSHD-5503, идеально подходит. Микроконтроллер может последовательно включать общий катод одной цифры, управляя анодами сегментов для отображения её символа. Номинальный пиковый ток (90 мА импульсный) позволяет использовать более высокий мгновенный ток в течение короткого периода мультиплексирования для достижения яркой средней светимости.
• Тепловое проектирование:Соблюдайте кривую снижения тока. Обеспечьте адекватную вентиляцию при работе в условиях высокой температуры окружающей среды или высоких непрерывных токов. Разводка печатной платы может помочь рассеивать тепло от выводов.
• Угол обзора:В спецификации заявлен широкий угол обзора, что полезно для применений, где индикатор может просматриваться с неосевых позиций.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартные красные светодиоды на основе GaAsP (фосфида арсенида галлия), технология AlInGaP в LSHD-5503 предлагает значительно более высокую световую эффективность, что приводит к большей яркости при том же токе управления. Она также обеспечивает превосходную чистоту цвета и стабильность в зависимости от температуры и времени. По сравнению с некоторыми современными белыми светодиодами со светофильтрами, красные светодиоды AlInGaP по своей природе монохроматичны и более эффективны для получения чистого красного света. Высота цифры 0.56 дюйма помещает его в распространённую размерную категорию, предлагая хороший баланс между читаемостью и занимаемой площадью. Его конфигурация с общим катодом даёт прямое преимущество для проектов на основе микроконтроллеров с мультиплексированием по сравнению с типами с общим анодом в определённых топологиях схем.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

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

О: Нет. Вы должны использовать токоограничивающий резистор. Типичное падение напряжения на красном светодиоде составляет около 2В. Прямое подключение к 5В вызовет чрезмерный ток и уничтожит сегмент. Рассчитайте резистор: R = (5В - 2.6В) / 0.02А = 120Ом (используя макс. V_Fдля безопасности).

В: Что означает "отсортированы по световой силе" для моего проекта?

О: Это означает, что вы можете заказывать компоненты из определённого диапазона яркости. Если визуальная согласованность между несколькими устройствами критически важна (например, многоразрядная панель), укажите желаемый код бинна вашему дистрибьютору, чтобы обеспечить одинаковую яркость всех цифр.

В: Пиковый ток составляет 90мА, но непрерывный — только 25мА. Могу ли я использовать 90мА для более яркого свечения?

О: Только в импульсном режиме, как указано (1 кГц, скважность 15%). Средний ток в этом случае составит 90мА * 0.15 = 13.5мА, что находится в пределах непрерывного номинала. Непрерывная работа при 90мА превысит предел рассеиваемой мощности и вызовет быстрое повреждение.

В: Как подключить два общих катодных вывода (3 и 8)?

О: Они соединены внутри. Вы можете использовать любой из них или подключить оба к вашей схеме управления (например, к стоку транзистора) для потенциально лучшего распределения тока и тепловых характеристик.

11. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование простого 3-разрядного индикатора вольтметра.

Используются три индикатора LSHD-5503. Выбран микроконтроллер с достаточным количеством линий ввода/вывода. Проект использует временное мультиплексирование:

1. Общие катодные выводы каждой цифры подключены к отдельным транзисторам NPN (или специализированной микросхеме драйвера), управляемым микроконтроллером.

2. Анодные выводы сегментов (A-G, DP) всех трёх цифр соединены вместе и подключены к микроконтроллеру через токоограничивающие резисторы.

3. Программное обеспечение микроконтроллера: а) Отключает все транзисторы управления катодами. б) Вычисляет, какие сегменты должны светиться для разряда сотен. в) Активирует шаблон сегментов на анодных линиях. г) Кратковременно включает транзистор для катода разряда сотен. д) Повторяет шаги б-г для разрядов десятков и единиц в быстрой последовательности (например, с общей частотой 1 кГц).

Пиковый ток сегмента во время его короткого времени включения может быть установлен выше (например, 40-60 мА), чтобы компенсировать низкую скважность (≈33% на цифру в 3-разрядной системе), достигая яркого, без мерцания отображения, сохраняя при этом среднюю мощность и нагрев в допустимых пределах.

12. Введение в принцип работы технологии

LSHD-5503 основан на полупроводниковом материале алюминия-индия-галлия-фосфида (AlInGaP), эпитаксиально выращенном на подложке из арсенида галлия (GaAs). Это сложный полупроводник из группы III-V. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны и дырки инжектируются в активную область. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная ширина запрещённой зоны сплава AlInGaP определяет длину волны излучаемого света; в данном случае она настроена на производство красного света около 624-632 нм. Использование материала с прямой запрещённой зоной, такого как AlInGaP, обеспечивает высокую внутреннюю квантовую эффективность. Свет излучается через литой эпоксидный корпус, который включает светло-серую лицевую панель с нанесёнными белыми сегментами. Белая краска отражает и рассеивает свет от подложного светодиодного кристалла, создавая равномерно освещённые сегменты, видимые пользователю.

13. Тенденции и контекст технологии

Хотя LSHD-5503 представляет собой зрелую и надёжную технологию, более широкая область технологий отображения продолжает развиваться. AlInGaP остаётся доминирующей высокоэффективной технологией для красных и янтарных светодиодов. Тенденции в дискретных светодиодных индикаторах включают стремление к ещё более высокой эффективности (больше люмен на ватт), что улучшает время работы от батарей в портативных устройствах и снижает тепловую нагрузку. Также наблюдается тенденция к миниатюризации самого масштаба кристалла, позволяющая потенциально уменьшить занимаемую площадь корпуса или увеличить плотность пикселей в многоэлементных индикаторах. Кроме того, интеграция является ключевой тенденцией; электроника драйверов, а иногда даже микроконтроллеры интегрируются в "интеллектуальные" индикаторные модули, упрощая процесс проектирования для конечных инженеров. Однако для стандартных, экономичных одноразрядных цифровых индикаторов такие устройства, как LSHD-5503, с их проверенной производительностью и широкой доступностью, останутся фундаментальным компонентом в электронном проектировании в обозримом будущем, особенно в применениях, где не требуются пользовательские графические дисплеи.