Техническая документация на светодиодный индикатор LTS-4301JD - Высота цифры 0.4 дюйма - Гиперкрасный 650нм - Прямое напряжение 2.6В - Рассеиваемая мощность 70мВт

1. Обзор продукта

LTS-4301JD — это компактный высокопроизводительный однозначный цифровой индикаторный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого числового отображения. Его основная функция — визуальное представление цифр от 0 до 9 с использованием стандартной семисегментной конфигурации, дополненной десятичной точкой справа. Устройство спроектировано для интеграции в широкий спектр электронного оборудования, где критически важными факторами являются занимаемое пространство, энергоэффективность и читаемость.

В индикаторе используются передовые светодиоды на основе технологии AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия). Эта материаловая система выбрана специально для своей эффективности в генерации высокоинтенсивного красного света. Кристаллы изготовлены на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), что повышает контрастность, предотвращая внутреннее рассеяние света и улучшая четкость неактивных сегментов. Корпус имеет серую лицевую панель с белой маркировкой сегментов, обеспечивая отличный внешний вид в выключенном состоянии и высокую контрастность при свечении сегментов.

Основными целевыми рынками для этого компонента являются промышленная контрольно-измерительная аппаратура, бытовая техника, испытательное и измерительное оборудование, POS-системы и автомобильные приборные панели. Категоризация по световому потоку гарантирует стабильный уровень яркости между производственными партиями, что крайне важно для применений, требующих единообразных визуальных характеристик.

2. Глубокое объективное толкование 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 650 мккд (микрокандел) при прямом токе (IF) 1 мА. Минимальное гарантированное значение составляет 200 мккд, обеспечивая базовый уровень яркости. Сила света измеряется с использованием комбинации датчика и фильтра, откалиброванной по стандартной кривой спектральной чувствительности глаза МКО (Международная комиссия по освещению), что гарантирует соответствие измеренных значений человеческому зрительному восприятию.

Устройство излучает свет в гиперкрасном спектре. Пиковая длина волны излучения (λp) составляет, как правило, 650 нанометров (нм). Доминирующая длина волны (λd), которая более тесно связана с воспринимаемым цветом, указана как 639 нм. Полуширина спектральной линии (Δλ) равна 20 нм, что указывает на спектральную чистоту и узкий диапазон излучаемых длин волн, что приводит к насыщенному красному цвету. Указано максимальное соотношение соответствия силы света 2:1, означающее, что разница в яркости между любыми двумя сегментами при одинаковых условиях управления не превысит этого значения, обеспечивая равномерный вид формируемой цифры.

2.2 Электрические параметры

Электрические характеристики определяют рабочие границы и типичные показатели. Прямое напряжение на сегмент (VF) варьируется от 2.1В до 2.6В при испытательном токе 20 мА. Конструкторы должны обеспечить, чтобы схема управления могла подавать достаточное напряжение для его преодоления. Абсолютные максимальные допустимые значения устанавливают строгие ограничения: непрерывный прямой ток на сегмент не должен превышать 25 мА с линейным коэффициентом снижения 0.33 мА/°C выше 25°C. Это снижение номинала критически важно для управления тепловым режимом: при повышении температуры окружающей среды максимально допустимый ток должен быть уменьшен для предотвращения перегрева и необратимого повреждения.

Пиковый прямой ток 90 мА допускается в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс), что может использоваться в схемах мультиплексирования или для кратковременного увеличения яркости. Максимальное обратное напряжение (VR) на сегмент составляет 5В; превышение этого значения может повредить PN-переход светодиода. Обратный ток (IR) указан максимальным значением 100 мкА при подаче обратного смещения 5В, что характеризует ток утечки перехода.

2.3 Тепловые и параметры надежности

Устройство рассчитано на рабочий диапазон температур от -35°C до +85°C. Такой широкий диапазон делает его пригодным для сред со значительными температурными колебаниями. Диапазон температур хранения идентичен (-35°C до +85°C). Рассеиваемая мощность на сегмент ограничена 70 мВт. Управление этим рассеиванием через правильное ограничение тока и, при необходимости, теплоотвод, является ключевым для долгосрочной надежности. В документации также указан температурный профиль пайки: устройство может выдерживать 260°C в течение 3 секунд в точке на 1.6 мм ниже плоскости установки, что служит ориентиром для процесса оплавления.

3. Объяснение системы сортировки

В документации указано, что устройства "категоризированы по силе света". Это подразумевает процесс сортировки после производства. Хотя конкретные детали кодов категорий в данном отрывке не приведены, типичная категоризация для таких индикаторов включает группировку изделий на основе измеренной силы света при стандартном испытательном токе (например, 1 мА). Это гарантирует, что клиенты получают продукцию с согласованными уровнями яркости. Конструкторам, выбирающим эти компоненты, следует уточнить у производителя конкретную структуру сортировки, чтобы убедиться, что выбранная категория интенсивности соответствует требованиям их применения к единообразию, особенно при использовании нескольких индикаторов рядом.

4. Анализ характеристических кривых

В документации есть ссылка на "Типичные электрические/оптические характеристические кривые" на последней странице. Хотя конкретные графики в предоставленном тексте не детализированы, такие кривые, обычно включаемые в полные спецификации, критически важны для проектирования. Обычно они иллюстрируют:

• Относительная сила света в зависимости от прямого тока (I-V кривая):Этот график показывает, как световой выход увеличивается с ростом управляющего тока. Обычно зависимость нелинейна, и эффективность часто падает при очень высоких токах.
• Прямое напряжение в зависимости от прямого тока:Эта кривая помогает в проектировании схемы ограничения тока, показывая динамическое сопротивление светодиода.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Это показывает снижение светового выхода с ростом температуры, что жизненно важно для применений, работающих в нестандартных температурных условиях.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, визуально подтверждающий спецификации пиковой и доминирующей длины волны, а также полуширины спектра.

Инженеры должны использовать эти кривые для оптимизации условий управления с целью баланса яркости, эффективности и долговечности, а не работать исключительно на абсолютных максимальных значениях.

5. Механическая и упаковочная информация

Устройство представлено с подробным чертежом габаритных размеров корпуса. Все размеры приведены в миллиметрах с общим допуском ±0.25 мм (0.01 дюйма), если не указано иное. Высота цифры индикатора составляет 0.4 дюйма (10.0 мм). Механический чертеж определяет общую длину, ширину и высоту корпуса, расположение сегментов и десятичной точки, шаг и размеры выводов (пинов), а также любые ключевые или ориентирующие элементы. Эта информация необходима для создания посадочного места на печатной плате, обеспечения правильной установки в корпус изделия и точного позиционирования индикатора на плате.

6. Распиновка и внутренняя схема

LTS-4301JD — это устройство с общим катодом. Схема подключения выводов явно указана:

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

Наличие двух общих катодных выводов (3 и 8) является типичным и служит для снижения плотности тока в корпусе и повышения надежности. Внутренняя схема показывает, что все аноды сегментов (A-G и DP) электрически изолированы друг от друга, в то время как их катоды соединены внутри с двумя общими катодными выводами. Такая конфигурация требует, чтобы схема управления подавала ток на индивидуальные аноды сегментов и стекала суммарный ток через соединение общего катода.

7. Рекомендации по пайке и сборке

Ключевой рекомендацией по сборке является температурный предел пайки: компонент может выдерживать 260°C в течение 3 секунд в точке на 1.6 мм ниже плоскости установки. Это стандартная ссылка на профиль оплавления IPC. Для сборки:

• Используйте рекомендуемый профиль оплавления для бессвинцовой пайки (как указано пиковой температурой 260°C).
• Убедитесь, что конструкция контактных площадок печатной платы соответствует размерам корпуса, чтобы избежать "эффекта надгробия" или смещения.
• Избегайте механических нагрузок на выводы при обращении. Не касайтесь пластиковой линзы загрязненными инструментами.
• Соблюдайте стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ESD) при обращении и сборке для защиты полупроводниковых переходов.
• Соблюдайте указанный диапазон температур хранения (-35°C до +85°C) и условия влажности перед использованием.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Этот индикатор идеально подходит для любого устройства, требующего единичного, хорошо читаемого числового отображения. Распространенные применения включают: цифровые термометры/гигрометры, дисплеи таймеров и счетчиков, индикаторы напряжения/тока, панели управления бытовой техники (например, духовые шкафы, микроволновые печи), дисплеи базовых калькуляторов и индикаторы кодов состояния на сетевом или промышленном оборудовании.

8.2 Соображения по проектированию

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор для каждого анода сегмента. Значение резистора рассчитывается как R = (Vпитания - VF) / IF, где VF — прямое напряжение (используйте максимальное значение для надежности), а IF — желаемый рабочий ток (не превышающий номинальный непрерывный ток).
• Мультиплексирование:Для многоразрядных применений с использованием нескольких таких индикаторов стандартной является схема мультиплексированного управления. Она включает поочередное подключение общего катода одной цифры при одновременной подаче данных сегментов для этой цифры. Номинальный пиковый ток допускает более высокие импульсные токи в этом режиме, но скважность и средний ток должны контролироваться, чтобы оставаться в пределах ограничений по непрерывной рассеиваемой мощности.
• Интерфейс с микроконтроллером:Индикатор легко управляется выводами GPIO микроконтроллера, часто через микросхему драйвера или транзисторную матрицу для обработки более высоких токов, особенно для общего катода.
• Угол обзора:В документации заявлен широкий угол обзора. Для оптимального размещения учитывайте основные линии визирования конечного пользователя относительно установленного индикатора.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями, такими как красные светодиоды на основе GaAsP (фосфид арсенида галлия), технология AlInGaP в LTS-4301JD предлагает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к большей яркости при том же входном токе или эквивалентной яркости при меньшей мощности. Использование непрозрачной подложки улучшает контрастность по сравнению с устройствами на прозрачных подложках, поскольку предотвращает нежелательное излучение с боковых сторон кристалла. Серый фон с белыми сегментами обеспечивает профессиональный, высококонтрастный внешний вид даже при выключенном питании, что превосходит полностью черные или прозрачные дисплеи во многих условиях окружающего освещения. Высота цифры 0.4 дюйма занимает определенную нишу между менее читаемыми дисплеями меньшего размера и более крупными, энергоемкими моделями.

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, включенный последовательно с каждым сегментом. Для питания 5В и желаемого тока 20 мА, используя максимальное VF 2.6В, значение резистора будет (5В - 2.6В) / 0.020А = 120 Ом. Всегда проверяйте способность вывода микроконтроллера выдавать ток.

В: Что означает "общий катод" для моей схемы?

О: Это означает, что все катоды (отрицательные стороны) светодиодных сегментов соединены вместе внутри корпуса. Чтобы зажечь сегмент, вы подаете положительное напряжение (через резистор) на его конкретный анодный вывод и подключаете вывод общего катода к земле (0В).

В: Максимальный непрерывный ток составляет 25 мА, но испытательное условие для VF использует 20 мА. Что мне использовать?

О: 20 мА — это стандартное испытательное условие и безопасная, типичная рабочая точка, обеспечивающая хорошую яркость при сохранении долговечности. Вы можете работать до 25 мА, если требуется более высокая яркость, но вы должны строго соблюдать правила температуры окружающей среды и снижения номинала. Работа на или около максимального номинала может сократить срок службы.

В: Почему два общих катодных вывода?

О: Для механической симметрии и распределения общего катодного тока (который является суммой токов от всех горящих сегментов) между двумя выводами. Это снижает плотность тока на вывод, повышает надежность и может облегчить разводку печатной платы.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование индикации для простого цифрового вольтметра.

Конструктор создает вольтметр постоянного тока 0-5В. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с 3-разрядным выходом подключен к микроконтроллеру. Прошивка микроконтроллера преобразует цифровое значение в 3-значное число (например, 4.23В). Для отображения используются три модуля LTS-4301JD. В проекте применяется временное мультиплексирование. Микроконтроллер использует порт для параллельного управления анодами сегментов (A-G, DP) для всех трех индикаторов. Три NPN-транзистора (или специализированная микросхема драйвера) используются для стока тока через общий катод каждой цифры поочередно в быстрой последовательности (например, с частотой 100 Гц на цифру). Прошивка синхронизирует данные сегментов с активным катодом цифры. Токоограничивающие резисторы установлены на каждой из восьми линий сегментов. Высокая яркость и контрастность обеспечивают четкость показаний даже в хорошо освещенных условиях. Категоризация по силе света гарантирует, что все три цифры выглядят одинаково яркими.

12. Введение в принцип работы

Семисегментный индикатор — это форма электронного устройства отображения, состоящего из семи светодиодов (LED), расположенных в виде прямоугольной восьмерки. Каждый светодиод называется сегментом, потому что он формирует часть цифры при свечении. Избирательно включая определенные комбинации этих семи сегментов, индикатор может отображать десять десятичных цифр (0-9) и некоторые шестнадцатеричные буквы (A, b, C, d, E, F). Часто добавляется дополнительный светодиод для десятичной точки (DP). LTS-4301JD реализует этот принцип с использованием полупроводникового материала AlInGaP. Когда прямое смещающее напряжение, превышающее потенциал перехода диода, прикладывается между анодом и катодом сегмента, электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводника, высвобождая энергию в виде фотонов (света) с длиной волны, определяемой шириной запрещенной зоны материала — в данном случае примерно 650 нм (красный). Непрозрачная подложка поглощает рассеянные фотоны, повышая контрастность.

13. Тенденции развития

Эволюция семисегментных индикаторов следует общим тенденциям в оптоэлектронике. Хотя базовая семисегментная форма остается чрезвычайно полезной для числового отображения, лежащая в основе технология продолжает развиваться. Существует постоянное стремление к повышению световой отдачи (больше светового потока на ватт электрической мощности), что улучшает энергоэффективность и позволяет снизить энергопотребление или увеличить яркость. Более широкие цветовые гаммы и разработка более эффективных зеленых и синих светодиодов на основе таких материалов, как InGaN (нитрид индия-галлия), позволили полноцветным многоразрядным матричным дисплеям стать более распространенными, хотя семисегментные индикаторы остаются доминирующими для чисто числовых применений благодаря своей простоте и экономической эффективности. Интеграция — еще одна тенденция, при которой схемы управления, микроконтроллеры, а иногда даже датчики объединяются в "интеллектуальные дисплейные" модули. Однако дискретные компоненты, такие как LTS-4301JD, сохраняют прочные позиции в проектах, требующих гибкости, специфических характеристик или оптимизации стоимости при больших объемах.