Техническая спецификация (Datasheet) одноразрядного 7-сегментного светодиодного индикатора 0.56 дюйма - Высота цифры 14.22 мм - Зеленый AlInGaP - Прямое напряжение 2.6В - Рассеиваемая мощность 70 мВт

1. Обзор продукта

Данное устройство представляет собой одноразрядный семисегментный алфавитно-цифровой индикатор, предназначенный для применений, требующих четкого, яркого числового отображения. Его основная функция — визуальное представление цифр 0-9 и некоторых букв с использованием индивидуально управляемых сегментов. Основная технология основана на полупроводниковом материале фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), специально разработанном для высокоэффективного излучения в зелено-желтом спектре. Эта материальная система выращивается на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), что помогает управлять световым выходом и контрастностью. Индикатор имеет серую лицевую панель, которая служит для увеличения коэффициента контрастности между светящимися зелеными сегментами и фоном, улучшая читаемость при различных условиях освещения. Устройство классифицируется по силе света, что обеспечивает согласованность уровней яркости для применений, где критически важна равномерность внешнего вида нескольких устройств.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлен детальный разбор пределов работы и характеристик производительности устройства в заданных условиях.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Для надежной долгосрочной работы не рекомендуется эксплуатация на этих пределах или вблизи них.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальное количество мощности, которое может быть безопасно преобразовано в тепло и свет одним сегментом без риска теплового повреждения.
• Пиковый прямой ток на сегмент:60 мА. Данный параметр применим в импульсных условиях (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Он позволяет кратковременно использовать более высокий ток для достижения очень высокой яркости в мультиплексированных или стробоскопических приложениях.
• Постоянный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Этот ток должен быть снижен линейно со скоростью 0.33 мА/°C при повышении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C для предотвращения перегрева.
• Обратное напряжение на сегмент:5 В. Превышение этого напряжения в обратном направлении смещения может вызвать пробой p-n перехода.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленные температурные условия.
• Температура пайки:Устройство может выдерживать температуру пайки 260°C в течение 3 секунд на расстоянии 1/16 дюйма (приблизительно 1.59 мм) ниже плоскости установки корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики (Ta=25°C)

Это типичные параметры производительности, измеренные в стандартных тестовых условиях, описывающие ожидаемое поведение устройства в нормальном режиме работы.

• Средняя сила света (I_V):320 мккд (Мин.), 900 мккд (Тип.) при I_F=1 мА. Эта величина количественно определяет воспринимаемую яркость сегмента. Широкий диапазон указывает на процесс сортировки по интенсивности.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):571 нм (Тип.) при I_F=20 мА. Это длина волны, на которой выходная оптическая мощность максимальна, что помещает излучение в зелено-желтую область видимого спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (Тип.) при I_F=20 мА. Этот параметр описывает спектральную чистоту излучаемого света; более узкая полуширина указывает на более монохроматический цвет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):572 нм (Тип.) при I_F=20 мА. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая наилучшим образом соответствует цвету излучаемого света, тесно связанная с пиковой длиной 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 протекании указанного тока. Это критически важно для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток на сегмент (I_R):100 мкА (Макс.) при V_R=5 В. Это небольшой ток утечки, который протекает при обратном смещении сегмента.
• Коэффициент согласования силы света (I_V-m):2:1 (Тип.) при I_F=1 мА. Этот коэффициент определяет максимально допустимое отклонение яркости между разными сегментами одной цифры или между разными устройствами, обеспечивая визуальную однородность.

Примечание по измерению:Сила света измеряется с использованием комбинации датчика и фильтра, аппроксимирующей фотопическую функцию светимости CIE, которая моделирует чувствительность стандартного человеческого глаза к разным длинам волн.

3. Объяснение системы сортировки (биннинга)

В спецификации указано, что устройство "Классифицировано по силе света". Это подразумевает процесс сортировки (биннинга) на основе измеренной светоотдачи.

• Сортировка по силе света:Указанное типичное значение силы света 900 мккд с минимумом 320 мккд предполагает, что устройства тестируются и группируются (биннуются) в соответствии с их фактической измеренной яркостью при стандартном тестовом токе 1 мА. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованным уровнем яркости для своего применения, что крайне важно для многоразрядных индикаторов, где неравномерная яркость будет отвлекать.
• Согласованность длины волны:Хотя явно не указано как параметр для сортировки, узкие типичные значения для пиковой длины волны излучения (571 нм) и доминирующей длины волны (572 нм) указывают на производственный процесс, обеспечивающий высокую стабильность цветового выхода, что является характерным преимуществом материала AlInGaP.

4. Анализ характеристических кривых

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

• Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Кривая I_F-V_F):Эта нелинейная кривая показывает, как прямое напряжение изменяется с увеличением тока. Она необходима для определения требуемого напряжения питания и проектирования драйверов постоянного тока.
• Зависимость силы света от прямого тока (Кривая I_V-I_F):Этот график показывает взаимосвязь между током питания и световым выходом. Она, как правило, сублинейна; удвоение тока не приводит к удвоению яркости и увеличивает тепловыделение.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды:Эта кривая демонстрирует, как световой выход уменьшается с ростом температуры перехода светодиода. Понимание этого снижения номинальных параметров критически важно для приложений, работающих при высоких температурах окружающей среды.
• Спектральное распределение:График, показывающий относительную оптическую мощность на разных длинах волн, с центром вокруг пиковой длины волны ~571 нм и типичной полушириной 15 нм.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Высота цифры устройства составляет 0.56 дюйма (14.22 мм). Габаритные размеры корпуса приведены на чертеже со всеми размерами в миллиметрах. Стандартный допуск на размеры составляет ±0.25 мм (±0.01 дюйма), если на чертеже не указано иное. Эта информация критически важна для проектирования посадочного места на печатной плате и обеспечения правильной установки в корпус конечного изделия.

5.2 Распиновка и принципиальная схема

Индикатор имеет 10-выводную конфигурацию с общей катодной схемой (common cathode). Внутренняя принципиальная схема показывает, что все катоды светодиодных сегментов (от A до G и десятичная точка) соединены внутри с двумя общими катодными выводами (вывод 3 и вывод 8). Это стандартная конфигурация для упрощения схемы управления в мультиплексированных приложениях.

Распиновка:

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

6. Рекомендации по пайке и сборке

The absolute maximum ratings specify a key soldering parameter: the device can withstand a soldering iron or reflow profile that reaches 260°C at a point 1/16 inch (1.59 mm) below the seating plane of the package for a maximum duration of 3 seconds. This guideline is intended to prevent thermal damage to the LED chips and the internal wire bonds during the assembly process. For wave soldering, the exposure time to solder should be minimized. Standard ESD (Electrostatic Discharge) precautions should be observed during handling and assembly to prevent damage to the semiconductor junctions.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Данный индикатор подходит для широкого спектра применений, требующих одного, хорошо видимого числового индикатора:

• Контрольно-измерительное оборудование:Цифровые мультиметры, частотомеры, источники питания, где требуется четкое, яркое отображение.
• Промышленные системы управления:Панельные измерительные приборы, индикаторы процессов, таймеры на оборудовании.
• Потребительская электроника:Автономные счетчики, табло, дисплеи бытовой техники (например, микроволновые печи, старая стереоаппаратура).
• Автомобильная вторичная продукция:Приборы и диагностические инструменты (хотя спецификации по окружающей среде следует проверять на соответствие конкретным автомобильным требованиям).

7.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:Светодиоды являются устройствами с токовым управлением. Последовательный токоограничивающий резистор или схема драйвера постоянного тока обязательны для каждого анода сегмента, чтобы предотвратить превышение максимального постоянного прямого тока (25 мА при 25°C). Значение резистора можно рассчитать по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F, где V_F— типичное прямое напряжение (например, 2.6 В).
• Мультиплексирование:Для многоразрядных индикаторов используется схема мультиплексирования, при которой цифры подсвечиваются по одной, быстро сменяя друг друга. Номинальный пиковый прямой ток (60 мА) позволяет использовать более высокие импульсные токи для компенсации уменьшенной скважности, поддерживая воспринимаемую яркость.
• Управление теплом:Хотя рассеиваемая мощность на сегмент мала, в приложениях, где все сегменты горят постоянно (например, отображение '8.'), общая мощность может приближаться к 0.5 Вт. Обеспечьте адекватную вентиляцию или теплоотвод при работе при высоких температурах окружающей среды и не забудьте снизить номинальный постоянный ток.
• Угол обзора:В спецификации заявлен "широкий угол обзора", что типично для светодиодных семисегментных индикаторов. Это следует проверить для требуемого угла обзора конкретного применения.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевыми отличительными факторами данного индикатора, основанными на предоставленных данных, являются его материальная технология и конкретные характеристики производительности.

• AlInGaP против традиционных материалов:По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартные зеленые светодиоды на основе GaP (фосфида галлия), AlInGaP предлагает значительно более высокую световую эффективность и яркость. Это приводит к лучшей видимости в условиях высокой внешней освещенности или при более низких токах питания, повышая энергоэффективность.
• Цвет и контрастность:Комбинация зеленых сегментов AlInGaP и серой лицевой панели обеспечивает высококонтрастный, легко читаемый дисплей. Зеленый цвет часто выбирают из-за его высокой световой эффективности, воспринимаемой человеческим глазом, что делает его очень ярким при заданной электрической мощности.
• Надежность твердотельных устройств:Как и все светодиоды, он предлагает преимущества по сравнению с лампами накаливания или вакуумно-люминесцентными индикаторами (VFD), включая устойчивость к ударам/вибрации, более быстрое время отклика, более низкое рабочее напряжение и больший срок службы.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

1. В: Какова цель двух общих катодных выводов (3 и 8)?
   
   О: Они соединены внутри. Наличие двух выводов помогает распределить общий катодный ток (который может быть суммой токов до 8 сегментов), снижает плотность тока в дорожках печатной платы и может улучшить теплоотвод от корпуса.
2. В: Могу ли я управлять этим индикатором напрямую с вывода микроконтроллера на 5В?
   
   О: Нет. Вы должны использовать токоограничивающий резистор. Для питания 5В и целевого тока 20 мА с V_F=2.6 В, значение резистора будет R = (5В - 2.6В) / 0.02А = 120 Ом. Вывод микроконтроллера также должен быть способен принимать или выдавать требуемый ток сегмента.
3. В: Что означает "Коэффициент согласования силы света 2:1"?
   
   О: Это означает, что самый яркий сегмент (или устройство) будет не более чем в два раза ярче самого тусклого сегмента (или устройства) при одинаковых тестовых условиях. Это обеспечивает визуальную однородность на дисплее.
4. В: Как достичь типичной яркости 900 мккд?
   
   О: Типичная сила света указана при прямом токе (I_F) 1 мА. Чтобы достичь этого уровня яркости в вашем проекте, вы должны питать каждый сегмент током 1 мА. Для более высокой яркости вы можете увеличить ток до максимального постоянного номинала (25 мА при 25°C), но обратитесь к кривой I_V-I_F, так как зависимость нелинейна.

10. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование простого цифрового вольтметра

Разработчик создает вольтметр постоянного тока 0-99В. Ему нужны два таких индикатора. АЦП микроконтроллера считывает напряжение и преобразует его в две цифры. Разработчик использует технику мультиплексирования: Цифра 1 (десятки) подсвечивается в течение 5 мс, затем Цифра 2 (единицы) в течение 5 мс, повторяясь непрерывно. Чтобы поддерживать хорошую воспринимаемую яркость при скважности 50% на цифру, он решает питать каждый сегмент импульсным током 15 мА (значительно ниже пикового номинала 60 мА). Он использует транзистор на стороне общего катода для каждой цифры, управляемый микроконтроллером, и токоограничивающие резисторы на каждом аноде сегмента, подключенные к выводам порта микроконтроллера, сконфигурированным как выходы. Серая лицевая панель и зеленые сегменты обеспечивают четкость показаний даже в умеренно освещенной мастерской. Разработчик выбирает компоненты из одного бина по силе света, чтобы гарантировать одинаковую яркость обеих цифр.

11. Принцип работы

Семисегментный индикатор представляет собой сборку из семи светоизлучающих диодов (LED), расположенных в форме восьмерки. Каждый светодиод образует один сегмент (обозначенный от A до G). Дополнительный светодиод используется для десятичной точки (DP). Путем выборочного приложения прямого смещения (включения) определенных комбинаций этих сегментов могут быть сформированы изображения цифр от 0 до 9. Например, для отображения "7" подсвечиваются сегменты A, B и C. В конфигурации с общим катодом, как в данном случае, все катоды (отрицательные выводы) светодиодов сегментов соединены вместе с одним или несколькими общими выводами. Чтобы зажечь сегмент, его соответствующий анодный вывод подключается к положительному напряжению (через токоограничивающий резистор), в то время как общий катод подключается к земле. Полупроводниковый материал AlInGaP излучает свет, когда электроны рекомбинируют с дырками на p-n переходе устройства, высвобождая энергию в виде фотонов с длиной волны, характерной для ширины запрещенной зоны материала, в данном случае зеленого света.

12. Тенденции в технологиях

Хотя дискретные семисегментные светодиодные индикаторы остаются актуальными для определенных применений, более широкие тенденции в технологиях отображения заслуживают внимания. Наблюдается общий переход к интегрированным матричным дисплеям (как светодиодным, так и LCD/OLED), которые предлагают полные алфавитно-цифровые и графические возможности в корпусах аналогичного размера. Они обеспечивают большую гибкость, но часто требуют более сложной электроники управления. Для приложений, где нужны только цифры, семисегментный формат остается высокоэффективным и экономичным. Достижения в материалах для светодиодов, такие как использование AlInGaP в данной спецификации, продолжают улучшать эффективность, яркость и чистоту цвета. Кроме того, версии семисегментных индикаторов для поверхностного монтажа (SMD) становятся все более распространенными, позволяя осуществлять автоматизированную сборку и уменьшать габариты по сравнению со сквозными конструкциями, подобными описанной в этом документе. Основные преимущества светодиодов — долгий срок службы, надежность и низкое энергопотребление — гарантируют, что они останутся основным продуктом в приложениях для индикации и простого отображения в обозримом будущем.