Техническая спецификация LTS-4801JF: 0.4-дюймовый желто-оранжевый светодиодный индикатор - Высота цифры 10 мм - Прямое напряжение 2.6В - Мощность 70мВт

1. Обзор продукта

LTS-4801JF — это высокопроизводительный одноразрядный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четкой и яркой индикации цифр. Его основная функция — визуальное отображение цифр от 0 до 9 и некоторых букв с использованием индивидуально адресуемых светодиодных сегментов. Устройство спроектировано для надежности и простоты интеграции в различные электронные системы.

Основное применение данного дисплея — приборные панели, контрольно-измерительное оборудование, промышленные системы управления, бытовая техника и любые устройства, где требуется компактный, хорошо читаемый цифровой индикатор. Его дизайн ориентирован на четкость и долговечность, что делает его подходящим как для коммерческих, так и для промышленных сред.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Дисплей предлагает несколько ключевых преимуществ, выделяющих его на рынке. Он имеет высоту цифры 0.4 дюйма (10 мм), что обеспечивает оптимальный баланс между размером и читаемостью. Сегменты являются сплошными и однородными, гарантируя последовательный и профессиональный вид при свечении. Основным преимуществом является низкое энергопотребление, что делает его идеальным для устройств с питанием от батарей или энергоэффективных приборов.

Кроме того, он обеспечивает высокую яркость и контрастность, гарантируя видимость даже в условиях яркого освещения. Широкий угол обзора позволяет считывать информацию с дисплея с различных позиций без значительной потери четкости. Благодаря твердотельной надежности, он предлагает длительный срок службы при минимальном обслуживании. Устройство также классифицировано по световой силе, обеспечивая стабильность уровней яркости между производственными партиями. Целевой рынок включает разработчиков портативных устройств, панельных измерительных приборов, медицинского оборудования и автомобильных приборных панелей, где критически важными факторами являются габариты, энергопотребление и надежность.

2. Подробный анализ технических характеристик

В данном разделе представлен детальный объективный анализ технических параметров устройства, определенных в спецификации.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики являются центральными для функциональности дисплея. Устройство использует полупроводниковый материал AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для получения желто-оранжевого свечения. Типичная пиковая длина волны излучения (λp) составляет 611 нм при прямом токе (IF) 20 мА. Доминирующая длина волны (λd) указана как 605 нм, определяя воспринимаемый цвет. Полуширина спектральной линии (Δλ) составляет 17 нм, что указывает на относительно чистое цветовое излучение с минимальным спектральным разбросом.

Средняя сила света (Iv) на сегмент является ключевым параметром. При стандартных условиях испытаний IF=1мА, интенсивность колеблется от минимальных 200 мккд до типичного значения 650 мккд. Коэффициент соответствия световой силы между сегментами установлен на максимум 2:1, что обеспечивает равномерную яркость по всей цифре для целостного внешнего вида. Серый лицевой слой с белыми сегментами повышает контрастность при выключенных светодиодах, способствуя отличному внешнему виду символов, упомянутому в характеристиках.

2.2 Электрические параметры

Электрические характеристики определяют пределы и условия работы устройства. Абсолютные максимальные значения не должны превышаться во избежание необратимого повреждения. Максимальная рассеиваемая мощность на сегмент составляет 70 мВт. Пиковый прямой ток на сегмент равен 60 мА, но это допустимо только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Непрерывный прямой ток на сегмент составляет 25 мА при 25°C с коэффициентом снижения 0.33 мА/°C при повышении температуры окружающей среды. Максимальное обратное напряжение на сегмент — 5 В.

В типичных рабочих условиях (Ta=25°C, IF=20мА) прямое напряжение (Vf) на сегмент варьируется от 2.05В до 2.6В. Обратный ток (Ir) составляет максимум 100 мкА при приложенном обратном напряжении (Vr) 5В. Эти параметры имеют решающее значение для проектирования соответствующей схемы ограничения тока и обеспечения стабильной работы в течение всего срока службы устройства.

2.3 Тепловые и климатические характеристики

Устройство рассчитано на рабочий температурный диапазон от -35°C до +85°C и диапазон температур хранения от -35°C до +85°C. Такой широкий диапазон делает его пригодным для применения в суровых условиях. Снижение номинального непрерывного прямого тока с температурой (0.33 мА/°C) является критически важным фактором при проектировании для предотвращения перегрева и обеспечения долговечности. В спецификации также указан температурный профиль пайки: устройство может выдерживать 260°C в течение 3 секунд в точке на 1/16 дюйма ниже плоскости установки. Соблюдение этого руководства крайне важно в процессе сборки печатной платы, чтобы избежать термического повреждения светодиодных кристаллов или корпуса.

3. Объяснение системы сортировки (бининга)

В спецификации указано, что устройство \"классифицировано по световой силе\". Это относится к распространенной практике в производстве светодиодов, известной как бининг. Из-за присущих вариаций в процессе изготовления полупроводников, светодиоды из одной производственной партии могут иметь незначительные различия в ключевых параметрах, таких как сила света, прямое напряжение и доминирующая длина волны.

Чтобы обеспечить единообразие для конечного пользователя, производители измеряют эти параметры и сортируют светодиоды по различным \"бинам\". LTS-4801JF сортируется специально по силе света (Iv). Это означает, что в рамках одного заказа или рулона яркость сегментов будет находиться в заранее определенном узком диапазоне (как следует из коэффициента соответствия 2:1). Это исключает большие различия в яркости между разными экземплярами в приложении, что крайне важно для многоразрядных дисплеев или продуктов, где важна визуальная однородность. В спецификации приведены минимальные/типичные/максимальные значения (200/650 мккд), но конкретные коды бинов для более узких групп, как правило, доступны у производителя по запросу.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя конкретные графики не детализированы в предоставленном тексте, типичные характеристические кривые для такого устройства были бы необходимы для углубленного анализа при проектировании. Обычно они включают:

• Относительная сила света в зависимости от прямого тока (I-V кривая):Этот график показывает, как световой выход увеличивается с ростом тока накачки. Обычно он нелинейный, с падением эффективности при очень высоких токах из-за тепловых эффектов. Конструкторы используют это для выбора оптимальной рабочей точки, которая балансирует яркость, энергопотребление и срок службы.
• Прямое напряжение в зависимости от прямого тока:Эта кривая жизненно важна для проектирования схемы управления. Она показывает падение напряжения на светодиоде при заданном токе, подтверждает спецификации Vf и помогает рассчитать рассеиваемую мощность.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Этот график иллюстрирует, как световой выход уменьшается с ростом температуры перехода светодиода. Он подчеркивает важность теплового менеджмента, особенно при работе на высоких токах или при повышенных температурах окружающей среды.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик на ~611 нм и форму спектра излучения, подтверждающий чистоту цвета, указанную полушириной спектра.

Эти кривые позволяют инженерам прогнозировать производительность в нестандартных условиях и оптимизировать свои конструкции для надежности и эффективности.

5. Механическая информация и информация о корпусе

Физическая конструкция устройства определяется габаритными размерами корпуса. Спецификация включает подробный чертеж размеров (все размеры в миллиметрах с общим допуском ±0.25 мм, если не указано иное). Ключевые особенности включают общую длину, ширину и высоту корпуса, расстояние между выводами и положение десятичной точки (обозначено как \"Rt. Hand Decimal\" в описании детали).

Схема подключения выводов имеет решающее значение для правильной разводки печатной платы. LTS-4801JF — это устройство с общим анодом. Внутренняя схема показывает, что все аноды сегментов соединены внутри с двумя выводами (выводы 3 и 8, которые являются общими). Катоды каждого сегмента (A, B, C, D, E, F, G и десятичная точка) выведены на отдельные выводы (соответственно 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Вывод 6 предназначен специально для катода десятичной точки. Такая конфигурация требует схемы управления с открытым стоком (стоком тока), где общие аноды подключаются к положительному напряжению питания, а отдельные катоды сегментов подтягиваются к низкому уровню (замыкаются на землю) через токоограничивающие резисторы для их включения.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение во время сборки критически важно. Абсолютное максимальное значение определяет условие пайки: устройство может выдерживать температуру 260°C в течение 3 секунд, измеренную на 1/16 дюйма (примерно 1.6 мм) ниже плоскости установки. Это стандартный профиль пайки оплавлением. Крайне важно следовать этому руководству, чтобы предотвратить тепловой удар, который может повредить внутренние проводящие соединения, ухудшить светодиодный кристалл или вызвать расслоение корпуса.

Общие рекомендации включают: использование контролируемой печи оплавления с проверенным температурным профилем; по возможности избегание ручной пайки непосредственно к выводам устройства; обеспечение чистоты печатной платы и отсутствия загрязнений; и соблюдение стандартных мер предосторожности от электростатического разряда (ESD) при обращении, поскольку светодиоды чувствительны к статическому электричеству. Для хранения указан диапазон от -35°C до +85°C в сухой антистатической среде.

7. Информация о упаковке и заказе

Базовый номер детали — LTS-4801JF. Суффикс \"JF\" может указывать на определенные характеристики, такие как цвет (желто-оранжевый) и тип корпуса. Хотя в данном отрывке это не детализировано, типичная упаковка для таких компонентов — антистатическая лента и рулон, подходящие для автоматических сборочных машин. Количество на рулоне (например, 1000 штук, 2000 штук) определяется производителем. При заказе инженеры должны указывать полный номер детали. Если производитель предлагает разные бины для силы света или прямого напряжения, к номеру детали могут быть добавлены дополнительные коды бинов (например, LTS-4801JF-XXX). Необходимо проконсультироваться с полным руководством по продукции производителя или дистрибьютором для получения полной информации о вариантах заказа и спецификациях упаковки.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

LTS-4801JF идеально подходит для любого применения, требующего одной, хорошо читаемой цифры. Распространенные области использования включают: панельные измерители напряжения, тока или температуры; дисплеи таймеров и счетчиков; табло; панели управления бытовой техникой (например, духовки, микроволновые печи); контрольно-измерительное оборудование; и индикаторы состояния на промышленном оборудовании. Его низкое энергопотребление делает его кандидатом для портативных устройств с питанием от батарей.

8.2 Соображения при проектировании и схемотехника

При проектировании с использованием этого дисплея необходимо учитывать несколько факторов. Во-первых, необходимо рассчитать соответствующий токоограничивающий резистор для каждого сегмента (или один резистор на общий анод, если допустима равномерная яркость) на основе желаемого прямого тока (например, 10-20 мА) и напряжения питания. Формула: R = (V_питания - Vf_светодиода) / I_светодиода. Использование максимального Vf (2.6В) гарантирует, что резистор не будет занижен.

Во-вторых, схема управления должна быть способна стягивать на землю суммарный ток для всех включенных сегментов. Если все сегменты плюс десятичная точка включены (отображение цифры '8.'), общий анодный вывод должен обеспечивать до 9 * I_светодиода. Микросхема драйвера (например, вывод GPIO микроконтроллера или специализированный драйвер дисплея) должна иметь достаточную способность стока тока для катодных выводов. Мультиплексирование не требуется для одного разряда, но для многоразрядных конструкций с использованием аналогичных дисплеев потребуется схема мультиплексирования для управления несколькими разрядами с меньшим количеством выводов ввода-вывода. Следует учитывать рассеивание тепла при работе, близкой к максимальному непрерывному току, особенно при высоких температурах окружающей среды.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями, такими как лампы накаливания или вакуумно-люминесцентные дисплеи (VFD), LTS-4801JF предлагает значительные преимущества: гораздо более низкое энергопотребление, более длительный срок службы (твердотельная надежность), более быстрое время отклика и большая устойчивость к ударам и вибрации. По сравнению с другими светодиодными технологиями, использование материала AlInGaP обеспечивает высокую эффективность и отличную стабильность цвета для красного, оранжевого и желтого цветов, часто с лучшими характеристиками в условиях высоких температур, чем у некоторых более ранних светодиодных материалов.

В категории семисегментных индикаторов его ключевыми отличительными особенностями являются конкретная высота цифры 0.4 дюйма, желто-оранжевый цвет, конфигурация с общим анодом, наличие десятичной точки справа и его классификация по стабильности световой силы. Конструкторы сравнивают его с другими размерами (0.3\", 0.5\", 0.56\"), цветами (красный, зеленый, синий), конфигурациями (общий катод) и классами яркости, чтобы выбрать оптимальную деталь для своего применения.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какова цель двух общих анодных выводов (3 и 8)?

О: Они соединены внутри. Наличие двух выводов помогает распределить общий анодный ток, снижает плотность тока в одном выводе, повышает надежность и может помочь в разводке печатной платы для питания.

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

О: Нет. Вы должны использовать токоограничивающий резистор, включенный последовательно с катодом каждого сегмента. Прямое подключение, вероятно, превысит максимальный прямой ток и разрушит светодиодный сегмент. Рассчитайте значение резистора на основе вашего напряжения питания (например, 5В), прямого напряжения светодиода (~2.6В) и желаемого тока (например, 15 мА).

В: Что означает \"коэффициент соответствия световой силы 2:1\"?

О: Это означает, что самый тусклый сегмент в устройстве будет не менее чем в два раза менее ярким, чем самый яркий сегмент при одинаковых условиях испытаний. Это обеспечивает визуальную однородность по всей цифре.

В: Как интерпретировать снижение номинального прямого тока?

О: Номинальный непрерывный прямой ток 25 мА действителен при температуре окружающей среды 25°C. За каждый градус Цельсия выше 25°C вы должны уменьшать максимально допустимый непрерывный ток на 0.33 мА, чтобы предотвратить перегрев. Например, при температуре окружающей среды 50°C максимальный ток составит 25 мА - (0.33 мА/°C * 25°C) = 16.75 мА.

11. Практический пример проектирования и использования

Рассмотрим проектирование простого цифрового термометра с питанием от батареи, который отображает температуру с одним десятичным знаком. Микроконтроллер считывает данные с датчика температуры, обрабатывает их и должен управлять одноразрядным дисплеем для целого числа и десятичной точкой. LTS-4801JF является подходящим выбором.

Шаги проектирования будут включать: 1) Назначение выводов GPIO микроконтроллера каждому катоду сегмента (A-G) и катоду десятичной точки (DP). 2) Подключение двух общих анодных выводов (3 и 8) к положительной шине питания (например, 3.3В или 5В) через один токоограничивающий резистор, если допустима равномерная яркость, или отдельных резисторов на каждый сегмент для точного контроля. 3) Расчет значения резистора. Для питания 3.3В, целевого тока 10мА и Vf 2.6В: R = (3.3В - 2.6В) / 0.01А = 70 Ом. Будет использован стандартный резистор на 68 или 75 Ом. 4) Написание прошивки для преобразования значения температуры (например, \"25.7\") в правильную комбинацию активации сегментов для отображения \"5\" и включения десятичной точки. Общий анод всегда находится под напряжением, а микроконтроллер стягивает ток на землю на катодах, соответствующих сегментам, необходимым для формирования цифры \"5\" (сегменты A, C, D, F, G) и катоду DP.

12. Введение в принцип технологии

LTS-4801JF основан на технологии светоизлучающих диодов (LED). Светодиод — это полупроводниковый p-n переходный диод. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Цвет света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала.

Это конкретное устройство использует материал AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), выращенный на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs). AlInGaP имеет запрещенную зону, подходящую для излучения света в спектре от красного до желто-оранжевого. \"Непрозрачная\" подложка помогает улучшить контраст, поглощая рассеянный свет, способствуя высокому коэффициенту контрастности, упомянутому в характеристиках. Каждый сегмент цифры содержит один или несколько крошечных светодиодных кристаллов AlInGaP. Серый лицевой слой и белые сегменты являются частью пластикового корпуса, который действует как рассеиватель и линза для формирования светового потока для оптимальной видимости и угла обзора.

13. Тенденции и развитие технологий

Область технологий отображения постоянно развивается. В то время как традиционные семисегментные светодиодные дисплеи, такие как LTS-4801JF, остаются весьма актуальными благодаря своей простоте, надежности и экономической эффективности в приложениях цифровой индикации, очевидны более широкие тенденции. Наблюдается общее движение в сторону более высокой интеграции, например, дисплеев со встроенными контроллерами (интерфейсы I2C или SPI), которые упрощают интерфейс с микроконтроллером и сокращают количество необходимых выводов ввода-вывода.

Что касается материалов, то в то время как AlInGaP отлично подходит для красного/оранжевого/желтого цветов, другие материалы, такие как InGaN (нитрид индия-галлия), доминируют в синем и зеленом спектре и используются в белых светодиодах. Исследования продолжаются в направлении повышения эффективности (люмен на ватт), цветопередачи и срока службы для всех цветов светодиодов. Что касается конкретно семисегментных применений, тенденции сосредоточены на достижении еще более низкого энергопотребления для устройств Интернета вещей, более высокой яркости для приложений с читаемостью на солнце и более тонких корпусов для более изящного дизайна продуктов. Однако фундаментальный принцип и применение дискретных семисегментных индикаторов как надежного, легко понимаемого интерфейса человек-машина продолжают оставаться основой в электронном проектировании.