Техническая спецификация светодиодного индикатора LTS-4801JD - высота цифры 0.39 дюйма - AlInGaP гиперкрасный - прямое напряжение 2.6В - рассеиваемая мощность 70мВт

1. Обзор продукта

LTS-4801JD — это высокопроизводительный однозначный семисегментный дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого числового отображения. Его основная функция — визуальное представление 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.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Данный дисплей предлагает несколько ключевых преимуществ, делающих его подходящим для широкого спектра применений. К его основным достоинствам относятся отличный внешний вид символов с непрерывными однородными сегментами, высокая яркость и контрастность для превосходной видимости даже в условиях яркого освещения, а также широкий угол обзора, обеспечивающий читаемость с различных позиций. Кроме того, он отличается низким энергопотреблением и надежностью твердотельной технологии, что способствует длительному сроку службы и энергоэффективности. Устройство классифицировано по световому потоку, обеспечивая стабильность уровней яркости. Целевой рынок включает промышленные панели управления, контрольно-измерительное оборудование, бытовую технику, приборные панели автомобилей (вторичные дисплеи) и любые встраиваемые системы, требующие компактного и надежного числового дисплея.

2. Подробный анализ технических характеристик

Производительность LTS-4801JD определяется набором точных электрических и оптических параметров, которые разработчики должны учитывать для правильной реализации.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики являются центральными для его функции. Устройство использует светодиодные чипы AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) гиперкрасного свечения. Световой выход характеризуется типичной средней силой света (Iv) от 200 до 650 микрокандел (мккд) при прямом токе (IF) 1 мА. Цвет определяется пиковой длиной волны излучения (λp) 650 нанометров (нм) и доминирующей длиной волны (λd) 639 нм, обе измерены при IF=20 мА. Полуширина спектральной линии (Δλ) составляет 20 нм, что указывает на относительно чистый красный цвет. Соответствие силы света между сегментами задано с максимальным соотношением 2:1, что обеспечивает равномерный внешний вид цифры.

2.2 Электрические параметры

Электрические характеристики обеспечивают безопасную и эффективную работу. Абсолютные максимальные параметры определяют пределы эксплуатации: рассеиваемая мощность на сегмент — 70 мВт, пиковый прямой ток на сегмент — 90 мА (при скважности 1/10, длительность импульса 0.1 мс), а непрерывный прямой ток на сегмент — 25 мА при 25°C, с линейным снижением на 0.33 мА/°C. Максимальное обратное напряжение на сегмент — 5 В. В типичных рабочих условиях (Ta=25°C, IF=20 мА) прямое напряжение на сегмент (VF) составляет от 2.1 В до 2.6 В. Обратный ток (IR) не превышает 100 мкА при VR=5 В.

2.3 Тепловые и климатические характеристики

Устройство рассчитано на рабочий температурный диапазон от -35°C до +85°C и идентичный диапазон температур хранения. Такой широкий диапазон делает его подходящим для сред со значительными перепадами температур. Параметр температуры пайки указывает, что устройство может выдерживать 260°C в течение 3 секунд в точке на 0.116 дюйма (или примерно 2.95 мм) ниже плоскости установки, что является критически важной информацией для процесса сборки.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации указано, что устройство \"классифицировано по силе света\". Это подразумевает применение системы сортировки, вероятно, на основе измеренной средней силы света (Iv) при стандартных условиях испытаний (IF=1 мА). Группы сортировки объединяют устройства с близкими уровнями светового потока (например, 200-350 мккд, 350-500 мккд, 500-650 мккд). Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с одинаковой яркостью для многоразрядных индикаторов или применений, где критично соответствие яркости. Указанное максимальное соотношение соответствия силы света 2:1 является гарантией производительности внутри одного устройства, в то время как сортировка обеспечивает согласованность между несколькими устройствами.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя приведенный отрывок из спецификации ссылается на \"Типичные электрические / оптические характеристические кривые\", типичные кривые для такого устройства графически иллюстрируют ключевые зависимости, жизненно важные для проектирования.

4.1 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Типичная ВАХ покажет экспоненциальную зависимость между прямым током (IF) и прямым напряжением (VF) для светодиодных чипов AlInGaP. Кривая начнет заметно проводить ток примерно при 1.8В-2.0В и покажет относительно крутой наклон в нормальном рабочем диапазоне (например, 5-30 мА), при этом VF возрастает до типичных 2.1В-2.6В при 20 мА. Эта кривая необходима для проектирования схемы ограничения тока.

4.2 Сила света в зависимости от прямого тока

Эта кривая имеет решающее значение для управления яркостью. Обычно она показывает, что сила света (Iv) приблизительно линейно возрастает с увеличением прямого тока (IF) в значительном диапазоне, прежде чем потенциально насытиться при очень высоких токах. Наклон этой линии определяет эффективность (люмен на ватт или кандела на ампер). Разработчики используют это для выбора рабочего тока, необходимого для достижения желаемого уровня яркости.

4.3 Сила света в зависимости от температуры окружающей среды

Световой выход светодиода уменьшается с ростом температуры перехода. Кривая снижения номинальных параметров иллюстрирует относительную силу света как функцию температуры окружающей среды (Ta) или температуры перехода (Tj). Для светодиодов AlInGaP выход может значительно снижаться с повышением температуры, что необходимо учитывать при тепловом менеджменте и проектировании для высокотемпературных сред.

4.4 Спектральное распределение

График спектрального распределения мощности покажет относительную интенсивность излучаемого света на разных длинах волн с центром вокруг пика 650 нм. Полуширина спектра 20 нм указывает ширину этого пика на половине его максимальной интенсивности, подтверждая монохроматическую природу красного света.

5. Механическая информация и информация о корпусе

Физическая конструкция LTS-4801JD определена для механической интеграции.

5.1 Габариты и контурный чертеж

Высота цифры в корпусе составляет 0.39 дюйма (10.0 мм). Подробный чертеж с размерами (упомянутый в спецификации) определяет общую длину, ширину и высоту корпуса, размеры и расстояние между сегментами, расстояние между выводами (пинами) и их длину, а также положение правой десятичной точки. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Этот чертеж необходим для создания посадочного места на печатной плате и обеспечения правильной установки в корпус.

5.2 Распиновка и идентификация полярности

Устройство имеет 10-выводную конфигурацию. Оно имеет архитектуру с общим анодом, что означает, что аноды всех светодиодных сегментов соединены внутри и выведены на определенные выводы. Подключение выводов следующее: Вывод 3 и Вывод 8 являются общими анодами (и соединены внутри). Катоды каждого сегмента находятся на отдельных выводах: Вывод 1 (G), Вывод 2 (F), Вывод 4 (E), Вывод 5 (D), Вывод 6 (D.P. для десятичной точки), Вывод 7 (C), Вывод 9 (B), Вывод 10 (A). Нумерация выводов и расположение вывода 1 должны быть определены по механическому чертежу. Описание \"Rt. Hand Decimal\" подтверждает, что десятичная точка расположена справа от цифры.

5.3 Внутренняя принципиальная схема

Упомянутая внутренняя принципиальная схема визуально представляет конфигурацию с общим анодом. Она показывает один общий узел (анод), подключенный к положительному источнику питания, при этом катод светодиода каждого сегмента (от A до G, плюс DP) подключен к отдельному выводу. Чтобы зажечь сегмент, соответствующий катодный вывод должен быть переведен в низкий уровень (подключен к земле через токоограничивающий резистор), в то время как общий анод удерживается на высоком уровне.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Для сохранения целостности устройства требуется правильное обращение.

6.1 Параметры пайки оплавлением

Предоставленный критический параметр — максимальная температура пайки: 260°C в течение 3 секунд, измеренная на расстоянии 0.116 дюйма (2.95 мм) ниже плоскости установки. Это соответствует типичным профилям бессвинцовой пайки оплавлением (например, IPC/JEDEC J-STD-020). Следует использовать стандартный профиль оплавления с зоной предварительного нагрева, быстрым нагревом, зоной пиковой температуры, не превышающей 260°C в течение указанного времени, и контролируемой зоной охлаждения. Профиль должен гарантировать, что температура на выводах корпуса не превышает абсолютный максимум.

6.2 Меры предосторожности и обращение

Во время обращения и сборки следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР), поскольку светодиодные чипы чувствительны к статическому электричеству. Избегайте приложения механических напряжений к выводам или пластиковому корпусу. Очистка после пайки должна проводиться методами, совместимыми с материалом корпуса (вероятно, эпоксидной смолой).

6.3 Условия хранения

Устройство должно храниться в указанном диапазоне температур хранения от -35°C до +85°C. Рекомендуется хранить компоненты в среде с низкой влажностью и в антистатической упаковке до готовности к использованию, чтобы предотвратить поглощение влаги и электростатические повреждения.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления для дисплея с общим анодом, такого как LTS-4801JD, — это мультиплексирование, особенно при использовании нескольких разрядов. Микроконтроллер или специализированная микросхема драйвера дисплея будет последовательно подавать питание на общий анод каждой цифры, одновременно выводя паттерн катодов для сегментов, которые должны гореть на этой цифре. Этот метод экономит выводы ввода-вывода. Для однозначного применения можно использовать более простую статическую схему управления: подключите выводы общего анода (3 и 8) к положительному напряжению питания (Vcc) через токоограничивающий резистор для всего дисплея и подключите каждый катодный вывод (A-G, DP) к выводу ввода-вывода микроконтроллера или транзистору драйвера. Для каждого вывода ввода-вывода потребуется последовательный токоограничивающий резистор для соответствующего сегмента.

7.2 Расчет токоограничивающего резистора

Значение токоограничивающего резистора критически важно. Его можно рассчитать по закону Ома: R = (Vcc - VF) / IF. Например, при Vcc = 5В, типичном VF = 2.6В и желаемом IF = 20 мА: R = (5В - 2.6В) / 0.020А = 120 Ом. Номинальная мощность резистора должна быть не менее P = (IF)^2 * R = (0.020)^2 * 120 = 0.048 Вт, поэтому стандартного резистора на 1/8 Вт (0.125 Вт) или 1/4 Вт будет достаточно.

7.3 Соображения по проектированию

Управление яркостью:Яркость можно регулировать, изменяя прямой ток (IF) в указанных пределах, либо путем изменения значения резистора, либо используя ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) на управляющем сигнале. ШИМ очень эффективен для диммирования.

Угол обзора:Широкий угол обзора является преимуществом, но при размещении дисплея в конечном продукте следует учитывать основное направление наблюдения.

Тепловой менеджмент:Хотя рассеиваемая мощность мала, при использовании нескольких дисплеев или работе при высоких температурах окружающей среды обеспечьте достаточную вентиляцию, чтобы предотвратить снижение яркости и продлить срок службы.

Улучшение контрастности:Серая лицевая панель и белые сегменты обеспечивают естественную контрастность. Для оптимальной читаемости темная рамка или фильтр вокруг дисплея могут дополнительно улучшить контраст, особенно при ярком окружающем освещении.

8. Техническое сравнение и дифференциация

LTS-4801JD отличается в первую очередь использованием технологии AlInGaP и конкретными характеристиками производительности.

AlInGaP по сравнению с другими светодиодными технологиями:По сравнению с традиционными красными светодиодами на основе GaAsP или GaP, светодиоды AlInGaP предлагают значительно более высокую световую отдачу (больше светового потока на единицу электрической мощности), лучшую температурную стабильность и более насыщенный, \"гипер\" красный цвет. По сравнению с новыми мощными белыми светодиодами, используемыми с фильтрами, это устройство проще, требует менее сложной схемы управления и обеспечивает чистый, эффективный красный цвет напрямую.

В рамках семисегментных индикаторов:Его высота цифры 0.39 дюйма помещает его в распространенную категорию размеров для приборов, устанавливаемых на панель. Ключевыми конкурентными преимуществами, указанными в списке, являются его непрерывные однородные сегменты (для чистого внешнего вида), высокая яркость и контрастность, а также классификация по силе света (обеспечивающая согласованность). Низкое энергопотребление также является преимуществом для устройств с батарейным питанием.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Какова цель наличия двух выводов общего анода (Вывод 3 и Вывод 8)?

О1: Наличие двух выводов для общего соединения помогает распределить общий анодный ток, который является суммой токов всех горящих сегментов. Это снижает плотность тока в одном выводе и дорожке печатной платы, повышая надежность. Они соединены внутри, поэтому в схеме нужно подключить только один, но для наилучшей производительности рекомендуется подключать оба.

В2: Могу ли я управлять этим дисплеем напрямую от микроконтроллера на 3.3В без токоограничивающего резистора?

О2: Нет. Вы всегда должны использовать токоограничивающий резистор для каждого сегмента (или регулируемый источник тока). Прямое напряжение (VF) обычно составляет 2.1В-2.6В. Прямое подключение 3.3В к светодиоду через вывод микроконтроллера приведет к попытке пропустить неконтролируемый, потенциально разрушительный ток через светодиод, поскольку единственным сопротивлением будет внутреннее сопротивление вывода МК и светодиода, которое очень мало.

В3: Что означает \"линейное снижение номинала с 25°C\" для непрерывного прямого тока?

О3: Это означает, что максимально допустимый непрерывный прямой ток уменьшается с увеличением температуры окружающей среды выше 25°C. Коэффициент снижения составляет 0.33 мА/°C. Например, при 50°C (на 25°C выше эталонной) максимальный ток составит 25 мА - (0.33 мА/°C * 25°C) = 25 мА - 8.25 мА = 16.75 мА. Это предотвращает перегрев и обеспечивает надежность.

В4: Как интерпретировать соотношение соответствия силы света 2:1?

О4: Это означает, что в пределах одного устройства LTS-4801JD самый тусклый сегмент будет не менее чем в два раза ярче самого яркого сегмента при измерении в одинаковых условиях (IF=1 мА). Это обеспечивает визуальную однородность цифры.

10. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование простого цифрового вольтметра

Разработчик создает компактный цифровой вольтметр для отображения напряжения от 0.0В до 19.9В. Ему нужен четкий, энергоэффективный дисплей. Он выбирает LTS-4801JD за его высокую яркость и размер 0.39 дюйма, что обеспечивает хорошую читаемость для предполагаемого использования. Используются три дисплея для трех разрядов. АЦП микроконтроллера считывает напряжение, преобразует его в значение и управляет дисплеями по схеме мультиплексирования с использованием транзисторной сборки для общих анодов и выводов ввода-вывода МК (с последовательными резисторами) для катодов сегментов. Правая десятичная точка на среднем разряде используется для отображения десятых долей. Красный цвет AlInGaP выбран за его высокую контрастность на темной панели. Разработчик рассчитывает значения резисторов для системы на 5В, чтобы управлять каждым сегментом при токе ~15 мА, обеспечивая достаточную яркость, оставаясь в пределах номинального непрерывного тока 25 мА при комнатной температуре.

11. Введение в принцип работы

LTS-4801JD работает на основе фундаментального принципа электролюминесценции в полупроводниковых материалах. Структура чипа AlInGaP образует p-n переход. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое значение перехода (примерно 1.8-2.0В), электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. В AlInGaP эта рекомбинация высвобождает энергию в основном в виде фотонов (света) в красном диапазоне длин волн (~650 нм). Каждый из семи сегментов (от A до G) и десятичная точка (DP) содержит один или несколько таких крошечных светодиодных чипов, встроенных в корпус. Конфигурация с общим анодом упрощает внешнюю схему управления, позволяя одному положительному источнику напряжения питать все сегменты, при этом индивидуальное управление достигается заземлением катода нужного сегмента.

12. Технологические тренды и контекст

Семисегментные светодиодные индикаторы, такие как LTS-4801JD, представляют собой зрелую и высокооптимизированную технологию отображения. В то время как новые технологии, такие как матричные OLED или TFT LCD, предлагают большую гибкость (полная графика, несколько цветов), семисегментные светодиоды сохраняют сильные преимущества в определенных нишах: чрезвычайная простота схемы управления, очень высокая яркость и контрастность, отличная читаемость при прямом солнечном свете, широкий рабочий температурный диапазон и исключительная долговременная надежность без подсветки, которая может выйти из строя. Тренд в этом сегменте направлен на повышение эффективности (больше люмен на ватт) с использованием передовых полупроводниковых материалов, таких как AlInGaP, как видно в этом устройстве, и на корпуса для поверхностного монтажа для автоматизированной сборки. Они остаются предпочтительным решением для применений, где основным требованием является экономичное, надежное и хорошо читаемое числовое отображение.