Техническая спецификация светодиодного индикатора LTS-4301SW - Высота цифры 0.4 дюйма - Белые сегменты - Черный фон - Общий катод

1. Обзор изделия

LTS-4301SW представляет собой одноразрядный семисегментный алфавитно-цифровой индикаторный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого отображения числовой информации. Его основная функция — визуальное представление цифр от 0 до 9 и некоторых букв путем выборочного включения семи отдельных светодиодных сегментов (обозначенных от A до G) и дополнительной десятичной точки (D.P.). Устройство изготовлено на основе белых светодиодных чипов InGaN (нитрид индия-галлия), которые установлены за сегментированной маской, формирующей элементы символов. Индикатор имеет черный лицевой экран, который обеспечивает высококонтрастный фон для светящихся белых сегментов, значительно улучшая читаемость при различном освещении. Такое сочетание особенно эффективно в приложениях, где критически важна читаемость с расстояния или при внешнем освещении.

Ключевые преимущества данного индикатора включают превосходный внешний вид символов, достигнутый за счет непрерывных однородных сегментов, создающих целостную форму цифры. Он обеспечивает высокую яркость: типичная сила света достигает 28 000 мкд на чип в стандартных условиях испытаний, что гарантирует видимость даже в ярко освещенных помещениях. Широкий угол обзора в 130 градусов (2φ_1/2) обеспечивает четкую читаемость с боковых позиций, что делает его подходящим для панельных приборов, измерительной аппаратуры, бытовой техники и промышленных панелей управления, где угол обзора может быть не прямым. Кроме того, низкое энергопотребление на сегмент способствует созданию энергоэффективных конструкций.

1.1 Глубокий анализ технических параметров

1.1.1 Фотометрические и оптические характеристики

Ключевым фотометрическим параметром является Средняя сила света (I_V). Для используемых белых чипов InGaN типичное значение составляет 28 000 милликандел (мкд) при прямом токе (I_F) 10 мА. Минимальное гарантированное значение — 13 700 мкд. Этот параметр измеряется с помощью комбинации датчика и фильтра, аппроксимирующей кривую спектральной чувствительности глаза CIE, что гарантирует соответствие заявленной яркости человеческому восприятию. Широкий угол обзора 130 градусов определяется как полный угол, при котором сила света падает до половины своего пикового значения (на оси). Эта спецификация крайне важна для определения эффективного конуса обзора для конечного пользователя.

Координаты цветности заданы как x=0.294 и y=0.286 (измерено при I_F=5мА). Эти координаты на диаграмме цветности CIE 1931 определяют белую точку излучаемого света. Указанные значения соответствуют холодной белой цветовой температуре. Коэффициент соответствия силы света для схожих световых областей задан как максимум 2:1. Это означает, что разница в яркости между самым тусклым и самым ярким сегментом/чипом при одинаковых условиях питания не должна превышать коэффициент два, что обеспечивает равномерный вид светящейся цифры.

1.1.2 Электрические параметры

Прямое напряжение (V_F) на одном светодиодном чипе обычно составляет 3.15 В, в диапазоне от 2.70 В до 3.15 В при испытательном токе 5 мА. Конструкторам необходимо учитывать это падение напряжения при проектировании схемы управления. Обратный ток (I_R) задан максимальным значением 10 мкА при обратном смещении 5 В, что указывает на характеристику утечки светодиодного перехода.

Абсолютные максимальные параметры определяют пределы эксплуатации. Непрерывный прямой ток на сегмент составляет 20 мА при 25°C с коэффициентом снижения 0.25 мА/°C. Это означает, что допустимый непрерывный ток линейно уменьшается при повышении температуры окружающей среды (T_a) выше 25°C для предотвращения теплового повреждения. Например, при 85°C максимальный непрерывный ток составит 20 мА - ((85-25) * 0.25 мА) = 5 мА. Пиковый прямой ток, применимый для импульсного режима работы (1 кГц, скважность 10%), равен 60 мА. Максимальная рассеиваемая мощность на сегмент составляет 115 мВт.

1.1.3 Тепловые и климатические характеристики

Устройство рассчитано на рабочий температурный диапазон от -35°C до +105°C. Диапазон температур хранения идентичен. Такие широкие диапазоны указывают на надежность для использования в условиях значительных температурных колебаний. Условия пайки заданы как 260°C в течение 3 секунд, измеренные на расстоянии 1/16 дюйма (примерно 1.6 мм) ниже плоскости установки компонента. Соблюдение этого профиля критически важно во время сборки печатной платы для предотвращения повреждения светодиодных чипов или пластикового корпуса от перегрева.

1.2 Механическая информация и упаковка

Высота цифры индикатора составляет 0.4 дюйма (10.0 мм). Габаритные размеры корпуса приведены в миллиметрах. Ключевые механические примечания включают: все размерные допуски составляют ±0.25 мм, если не указано иное, а допуск на смещение концов выводов равен +0.4 мм, что относится к допустимому несовпадению концов выводов. Устройство использует схему с общим катодом. Это означает, что все катоды (отрицательные выводы) отдельных светодиодов сегментов соединены внутри с одним или двумя общими выводами (выводы 3 и 8), в то время как каждый анод сегмента (положительный вывод) имеет свой собственный выделенный вывод. Такая конфигурация обычно упрощает мультиплексирование в многоразрядных индикаторах и может влиять на выбор драйверной микросхемы.

1.2.1 Подключение выводов и внутренняя схема

Распиновка следующая: Вывод 1: Анод G, Вывод 2: Анод F, Вывод 3: Общий катод, Вывод 4: Анод E, Вывод 5: Анод D, Вывод 6: Анод D.P. (Десятичная точка), Вывод 7: Анод C, Вывод 8: Общий катод, Вывод 9: Анод B, Вывод 10: Анод A. Обратите внимание, что есть два общих катодных вывода (3 и 8), которые соединены внутри. Такая конструкция с двумя выводами помогает распределять ток и может повысить надежность. Внутренняя схема показывает каждый из восьми светодиодов (семь сегментов плюс десятичная точка) с его анодом, подключенным к соответствующему выводу, и всеми катодами, соединенными вместе с общими катодными выводами.

1.3 Рекомендации по пайке и монтажу

Основной метод монтажа — пайка оплавлением. В спецификации приведен рекомендуемый профиль оплавления с указанием пиковой температуры 260°C. Критический параметр заключается в том, что температура на корпусе компонента не должна превышать максимально допустимую во время сборки. В условии явно указана пайка при 260°C в течение 3 секунд при измерении в точке на 1/16 дюйма ниже плоскости установки. Это руководство необходимо инженерам-технологам для правильной настройки скорости конвейера печи оплавления и температур зон, чтобы избежать теплового удара или деградации материалов, обеспечивая при этом надежное паяное соединение.

1.4 Рекомендации по применению

1.4.1 Типичные сценарии применения

Этот индикатор идеально подходит для любого устройства, требующего четкого одноразрядного числового отображения. Распространенные области применения включают: панельные измерители напряжения, тока или температуры; таймеры и счетчики; бытовую технику, такую как духовки, микроволновые печи или стиральные машины; контрольно-измерительное оборудование; промышленные панели управления; медицинские приборы. Высокая контрастность и яркость делают его подходящим для применений, где индикатор может просматриваться с расстояния или в условиях сильного внешнего освещения.

1.4.2 Соображения при проектировании

При интеграции LTS-4301SW конструкторы должны учитывать ограничение тока. Последовательный резистор обязателен для каждого анода сегмента (или драйвер с регулировкой тока), чтобы установить прямой ток на желаемом уровне, обычно между 5-20 мА, в зависимости от требуемой яркости и тепловых условий. Кривая снижения прямого тока должна соблюдаться, если ожидается высокая рабочая температура окружающей среды. Конфигурация с общим катодом требует, чтобы драйверная схема стока тока. При мультиплексировании нескольких разрядов (хотя это одноразрядный модуль, принцип применим к системам, использующим несколько таких модулей) необходим подходящий драйвер, способный подавать ток на аноды и стекать суммарный катодный ток. Разводка печатной платы должна обеспечивать чистые силовые дорожки для минимизации шумов.

1.5 Техническое сравнение и отличия

По сравнению с аналогичными одноразрядными индикаторами, использование в LTS-4301SW технологии белых светодиодов InGaN дает преимущества перед старыми технологиями, такими как красные светодиоды GaAsP или фильтрованный белый свет. Светодиоды InGaN обычно обеспечивают более высокий КПД и яркость. Черный экран с белыми сегментами является ключевым отличием от индикаторов с серым или светлым экраном, обеспечивая превосходное соотношение контрастности, что является критическим фактором для читаемости. Указанный коэффициент соответствия силы света (2:1) гарантирует равномерность сегментов, что не всегда гарантируется в более дешевых индикаторах. Широкий рабочий температурный диапазон (-35°C до +105°C) также делает его более надежным для промышленных или уличных применений по сравнению с индикаторами с более узким диапазоном.

1.6 Часто задаваемые вопросы на основе технических параметров

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

О: Они соединены внутри. Наличие двух выводов помогает распределить общий катодный ток (который является суммой токов от всех включенных сегментов) между двумя паяными соединениями и дорожками печатной платы, улучшая пропускную способность по току, тепловые характеристики и надежность механического соединения.

В: Как рассчитать значение последовательного резистора для сегмента?

О: Используйте закон Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Например, при питании 5 В, типичном V_F3.15 В и желаемом I_F10 мА: R = (5 - 3.15) / 0.01 = 185 Ом. Используйте ближайшее стандартное значение (например, 180 или 200 Ом). Всегда учитывайте мощность: P = I_F²² * R.

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

О: Это зависит от возможности вывода МК выдавать ток. Типичный вывод МК может выдавать 20-25 мА, чего достаточно для одного сегмента при полном токе. Однако управление несколькими сегментами или общим катодом (который стекает сумму токов всех сегментов) обычно превышает возможности одного вывода. Для надежной и безопасной работы настоятельно рекомендуются специализированные драйверные микросхемы (например, сдвиговый регистр 74HC595 с токоограничивающими резисторами или драйвер светодиодов с постоянным током).

В: Что означает "категоризация по силе света"?

О: Это означает, что во время производства светодиодные чипы или готовые индикаторы могут тестироваться и сортироваться (биннинг) на основе измеренной силы света. Это позволяет клиентам выбирать компоненты с определенным диапазоном яркости для обеспечения единообразия в своем продукте, особенно при использовании нескольких индикаторов.

1.7 Практический пример проектирования и использования

Рассмотрим проектирование простого цифрового термометра с показаниями от 0 до 9°C. Один LTS-4301SW будет отображать единицы измерения. Цифровой выход датчика температуры обрабатывается микроконтроллером. МК декодирует значение цифры (0-9) в соответствующий шаблон сегментов (например, для '5' включаются сегменты A, F, G, C, D). МК использует расширитель портов или сдвиговый регистр для подачи тока на аноды сегментов (выводы 1,2,4,5,6,7,9,10) через токоограничивающие резисторы. Общий катод (выводы 3 и 8) подключается к выводу земли, способному стекать общий ток (например, 8 сегментов * 10 мА = 80 мА), что, вероятно, потребует использования транзистора. Черный экран обеспечивает легкую читаемость цифры '5' на панели устройства.

1.8 Введение в принцип работы

Семисегментный индикатор работает по простому принципу: это набор из семи независимо управляемых светодиодных полосок (сегментов), расположенных в форме восьмерки. Включая определенные комбинации этих сегментов, можно сформировать все десять десятичных цифр (0-9). Например, для отображения цифры '7' включаются сегменты A, B и C. Десятичная точка — это дополнительный отдельный светодиод. Электрически каждый сегмент представляет собой стандартный светодиод с анодом и катодом. В индикаторе с общим катодом, таком как LTS-4301SW, все катоды соединены вместе с общим выводом. Чтобы зажечь сегмент, положительное напряжение (через токоограничивающий резистор) подается на его конкретный анодный вывод, в то время как общий катод подключается к земле, замыкая цепь.

1.9 Тенденции и развитие технологий

Тенденция в семисегментных индикаторах направлена на повышение эффективности, яркости и миниатюризацию. Переход от традиционных цветных светодиодов (красных, зеленых) к белым светодиодам с люминофорным преобразованием (как чип на основе InGaN в этом индикаторе) позволяет получить нейтральный, высококонтрастный вид, подходящий для большего числа применений. Также наблюдается тенденция к корпусам для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки, хотя выводные типы, подобные этому, остаются популярными для прототипирования, ремонта и применений, требующих надежных механических соединений. Другой тенденцией является интеграция, когда драйверная электроника, а иногда и микроконтроллеры, объединяются с самим индикаторным модулем, сокращая количество внешних компонентов. Кроме того, достижения в области материалов приводят к более широким углам обзора и улучшенным характеристикам в расширенных температурных диапазонах.