Техническая документация на светодиодный индикатор LTC-4724JS - Высота цифры 0.4 дюйма - Желтый AlInGaP - Прямое напряжение 2.6В - Рассеиваемая мощность 40мВт

1. Обзор изделия

LTC-4724JS представляет собой компактный высокопроизводительный трехразрядный семисегментный индикаторный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого числового отображения. Его основная функция — визуальное представление трех цифр (0-9) и соответствующих десятичных точек с использованием отдельных светодиодных сегментов. Устройство спроектировано для интеграции в различные электронные системы, где ключевыми факторами являются эффективное использование пространства, читаемость и надежность.

В основе технологии лежит использование полупроводникового материала Алюминий-Индий-Галлий-Фосфид (AlInGaP) для светодиодных чипов. Эта материаловая система известна своей высокой эффективностью и отличными характеристиками в желто-красной спектральной области. Чипы изготавливаются на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), что способствует направлению светового потока вперед, повышая яркость и контрастность. Индикатор имеет серую лицевую панель с белой маркировкой сегментов, обеспечивающую высококонтрастный фон, который улучшает читаемость символов при различных условиях освещения.

В индикаторе используется мультиплексированная конфигурация с общим катодом. Такая конструкция значительно сокращает количество необходимых выводов драйвера по сравнению со статическим методом управления. Вместо выделенного вывода для каждого сегмента каждой цифры, катоды каждой цифры соединены вместе и управляются последовательно (мультиплексируются), в то время как аноды для каждого типа сегмента (A-G, DP) являются общими для всех цифр. Это делает его высокоэффективным для систем на базе микроконтроллеров с ограниченным количеством линий ввода-вывода.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики являются центральными для функциональности индикатора. Ключевые параметры измеряются в стандартизированных условиях испытаний, обычно при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Средняя сила света (I_V):Этот параметр определяет воспринимаемую яркость сегмента. При испытательном токе (I_F) 1 мА типичное значение составляет 650 мккд (микрокандел), с гарантированным минимальным значением 200 мккд. Широкий диапазон указывает на процесс категоризации или сортировки по интенсивности, что является обычной практикой в производстве светодиодов для обеспечения минимальных уровней производительности.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):Измеренная при I_F=20 мА, типичная пиковая длина волны составляет 588 нанометров (нм). Это помещает излучение строго в желтую область видимого спектра.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Составляет 587 нм, что очень близко к пиковой длине волны. Доминирующая длина волны — это единственная длина волны, которая наилучшим образом представляет воспринимаемый цвет света, и она имеет решающее значение для приложений, критичных к цвету.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):При значении 15 нм (типичное) этот параметр указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света. Относительно узкая полуширина, как здесь, характерна для светодиодов AlInGaP и способствует насыщенному, чистому желтому цвету.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):Этот коэффициент, указанный как максимум 2:1, определяет допустимое изменение яркости между различными сегментами в пределах одного индикатора. Коэффициент 2:1 означает, что самый яркий сегмент не должен быть более чем в два раза ярче самого тусклого сегмента при одинаковых условиях управления, обеспечивая равномерный внешний вид.

Все измерения силы света выполняются с использованием комбинации светового датчика и фильтра, откалиброванной для приближения к стандартной кривой фотопической чувствительности глаза CIE (Международная комиссия по освещению), что обеспечивает соответствие измерений человеческому зрительному восприятию.

2.2 Электрические характеристики и абсолютные максимальные режимы

Соблюдение этих пределов критически важно для долговечности устройства и предотвращения катастрофического отказа.

• Непрерывный прямой ток на сегмент:Максимально допустимый непрерывный постоянный ток через любой отдельный светодиодный сегмент составляет 25 мА при 25°C. При превышении этой температуры номинал должен быть снижен линейно со скоростью 0,33 мА на каждый градус Цельсия повышения температуры окружающей среды.
• Пиковый прямой ток на сегмент:Для импульсного режима работы допустим более высокий ток. При скважности 1/10 и длительности импульса 0,1 мс пиковый ток может достигать 60 мА. Это полезно для схем мультиплексирования, где требуется более высокая мгновенная яркость в течение короткого времени включения.
• Рассеиваемая мощность на сегмент:Максимальная мощность, которая может рассеиваться в виде тепла одним сегментом, составляет 40 мВт. Она рассчитывается как прямое напряжение (V_F), умноженное на прямой ток (I_F). Превышение этого предела грозит перегревом полупроводникового перехода.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):При токе управления 20 мА типичное прямое падение напряжения на светодиодном сегменте составляет 2,6 В, с минимумом 2,05 В. Этот параметр жизненно важен для проектирования схемы ограничения тока в драйвере.
• Обратное напряжение на сегмент:Максимальное обратное напряжение смещения, которое может быть приложено к светодиодному сегменту, составляет 5 В. Превышение этого значения может вызвать немедленное и необратимое повреждение светодиода из-за пробоя перехода.
• Обратный ток на сегмент (I_R):При приложенном обратном смещении 5 В ток утечки обычно составляет 100 мкА или менее.

2.3 Тепловые и экологические характеристики

• Диапазон рабочих температур:Устройство предназначено для корректной работы в диапазоне температур окружающей среды от -35°C до +85°C. Работоспособность за пределами этого диапазона не гарантируется.
• Диапазон температур хранения:Устройство может храниться без эксплуатации в том же диапазоне от -35°C до +85°C.
• Температура пайки:Во время сборки устройство может выдерживать максимальную температуру пайки 260°C в течение максимум 3 секунд, измеренную на расстоянии 1,6 мм ниже плоскости установки корпуса. Это критически важно для процессов волновой пайки или оплавления.

3. Система сортировки и категоризации

В спецификации явно указано, что устройство \"категоризировано по силе света\". Это подразумевает процесс послепроизводственной сортировки. Хотя конкретные коды категорий не приведены в этом отрывке, типичная категоризация для таких индикаторов включает группировку изделий на основе измеренной силы света при стандартном испытательном токе. Это гарантирует, что клиенты получают индикаторы с согласованными минимальными уровнями яркости. Указанные минимальное (200 мккд) и типичное (650 мккд) значения для I_Vопределяют границы этой категоризации. Конструкторам следует учитывать, что яркость может варьироваться между изделиями в пределах указанного коэффициента соответствия 2:1 и между категориями интенсивности, что может повлиять на калибровку системы для равномерной яркости на нескольких индикаторах.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются \"Типичные электрические/оптические характеристические кривые\", которые необходимы для детальной проектной работы. Хотя конкретные графики не приведены в тексте, основываясь на стандартных характеристиках светодиодов, эти кривые обычно включают:

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая):Эта нелинейная кривая показывает взаимосвязь между напряжением, приложенным к светодиоду, и результирующим током. Она имеет решающее значение для проектирования драйверов постоянного тока, поскольку небольшое изменение напряжения может вызвать большое изменение тока (и, следовательно, яркости). Колено кривой, около типичного V_F2,6 В при 20 мА, является нормальной рабочей областью.
• Сила света в зависимости от прямого тока (I-L кривая):Этот график показывает, как световой выход увеличивается с увеличением тока управления. Обычно он линеен в определенном диапазоне, но насыщается при очень высоких токах из-за теплового спада и снижения эффективности. Испытательная точка 1 мА для I_Vи точка 20 мА для других параметров дают две ключевые ссылки на этой кривой.
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Световой выход светодиодов обычно уменьшается с увеличением температуры перехода. Эта кривая жизненно важна для приложений, работающих в широком диапазоне температур, чтобы обеспечить сохранение читаемости при высоких температурах.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик при ~588 нм и узкую полуширину 15 нм, подтверждающий излучение чистого желтого цвета.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Физические размеры и допуски

Чертеж корпуса предоставляет критически важные механические данные для разводки печатной платы и проектирования корпуса. Все размеры указаны в миллиметрах. Общий допуск для неуказанных размеров составляет ±0,25 мм (что эквивалентно ±0,01 дюйма). Конструкторы должны учитывать эти допуски в своих механических проектах, чтобы обеспечить правильную посадку. Чертеж детализирует общую длину, ширину и высоту индикаторного модуля, расстояние между цифрами, размер сегментов, а также положение и диаметр монтажных выводов.

5.2 Конфигурация выводов и схема подключения

Таблица подключения выводов представляет собой карту интерфейса между внутренней схемой и внешним миром. LTC-4724JS использует 15-выводную компоновку (с несколькими выводами, помеченными как \"Нет подключения\" или \"Нет вывода\").

• Общие катоды:Выводы 1, 5, 7 и 14 являются подключениями катодов. Вывод 1 предназначен для Цифры 1, вывод 5 — для Цифры 2, вывод 7 — для Цифры 3, а вывод 14 является общим катодом для левых десятичных точек (L1, L2, L3). Эта структура обеспечивает схему мультиплексирования.
• Аноды сегментов:Оставшиеся выводы (2, 3, 4, 6, 8, 11, 12, 15) являются анодами для конкретных сегментов: A, B, C, D, E, F, G и DP (десятичная точка). Сегменты C и G, как показано на внутренней схеме, являются общими с левыми десятичными точками L3 и общими соответственно.

Внутренняя схема визуально представляет эту мультиплексированную архитектуру, показывая, как соединены между собой три катода цифр и общие аноды сегментов. Понимание этой схемы необходимо для разработки правильной временной диаграммы программного обеспечения и аппаратной схемы управления.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Абсолютный максимальный режим для температуры пайки (260°C в течение 3 секунд на расстоянии 1,6 мм ниже плоскости установки) дает четкие указания для процесса сборки. Этот режим совместим со стандартными профилями бессвинцовой пайки оплавлением (которые часто имеют пиковую температуру около 245-250°C). Для волновой пайки время воздействия выводов на расплавленный припой должно контролироваться, чтобы оставаться в пределах этого лимита. Рекомендуется следовать стандартным рекомендациям IPC для пайки выводных компонентов. Рекомендуется предварительный нагрев для минимизации теплового удара. После пайки индикатору следует дать постепенно остыть. Во время сборки всегда следует соблюдать надлежащие процедуры обращения с ЭСР (электростатическим разрядом), чтобы предотвратить повреждение чувствительных светодиодных переходов.

7. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

7.1 Типичные сценарии применения

LTC-4724JS хорошо подходит для различных применений, требующих компактного, яркого и надежного числового индикатора. Распространенные области применения включают:

• Контрольно-измерительное оборудование:Цифровые мультиметры, частотомеры, источники питания, где достаточно 3-разрядного разрешения (например, отображение 0-999).
• Промышленные системы управления и приборы:Панельные измерители для отображения температуры, давления, скорости или счетчиков.
• Потребительская электроника:Аудиооборудование (индикаторы громкости усилителя), кухонные приборы (таймер, показания температуры).
• Автомобильная вторичная продукция:Приборы и индикаторы для напряжения, оборотов в минуту или температуры.

7.2 Критические конструктивные соображения

• Схема управления:Требуется схема мультиплексирующего драйвера. Обычно это включает микроконтроллер или специализированную микросхему драйвера индикатора, которая может стягивать ток через катоды цифр (обычно через транзисторы) и подавать ток на аноды сегментов. Ограничивающие ток резисторы обязательны для каждого анода сегмента (или, возможно, общие, если используется драйвер постоянного тока), чтобы установить I_Fна безопасное значение, обычно между 10-20 мА для баланса яркости и долговечности.
• Частота мультиплексирования:Частота обновления должна быть достаточно высокой, чтобы избежать видимого мерцания, обычно выше 60 Гц. При трех цифрах каждая цифра освещается примерно 1/3 цикла. Пиковый ток можно установить выше (до импульсного номинала 60 мА), чтобы компенсировать уменьшенную скважность и поддерживать среднюю яркость.
• Источник питания:Требование прямого напряжения (~2,6 В) означает, что системный источник питания должен обеспечивать напряжение выше этого, чтобы учесть падение напряжения на ограничивающем ток резисторе и схеме драйвера. Распространенным и удобным является источник питания 5 В.
• Угол обзора и контрастность:В спецификации заявлены \"широкий угол обзора\" и \"высокая контрастность\". Серый фон/белые сегменты усиливают контрастность. Для оптимального обзора индикатор должен быть установлен перпендикулярно основному направлению взгляда. В условиях высокой внешней освещенности полезна высокая яркость (650 мккд типично).
• Теплоотвод:Хотя рассеиваемая мощность на сегмент мала, следует учитывать совокупное тепло от нескольких одновременно горящих сегментов, особенно при более высоких токах. Рекомендуется адекватная вентиляция в корпусе, особенно при работе вблизи верхнего температурного предела.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевые отличительные факторы LTC-4724JS заключаются в его материальной технологии и корпусе. По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартные светодиоды GaP или GaAsP, AlInGaP предлагает значительно более высокую световую эффективность, что приводит к большей яркости при том же токе управления. Производимый желтый цвет также более насыщенный и чистый. По сравнению с современными альтернативами, его высота цифры 0,4 дюйма предлагает специфический баланс между размером и читаемостью. Мультиплексированная конструкция с общим катодом является стандартом для многоразрядных индикаторов, но конкретная распиновка и внутренняя схема (включая общий катод для левых десятичных точек) уникальны для этого номера детали и должны соответствовать программному обеспечению драйвера. Категоризация по силе света обеспечивает уровень контроля качества, который может отсутствовать во всех индикаторах.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

• В: Могу ли я управлять этим индикатором с помощью микроконтроллера на 3,3 В?О: Возможно, но требуется тщательное проектирование. Типичное V_Fсоставляет 2,6 В. После учета небольшого падения напряжения на транзисторе драйвера и ограничивающем ток резисторе запас от источника питания 3,3 В может быть очень мал или недостаточен, особенно с учетом вариации V_F. Источник питания 5 В более надежен. Вам может понадобиться преобразователь уровней или микросхема драйвера, питаемая от отдельной шины 5 В.
• В: Почему пиковый ток (60 мА) выше, чем непрерывный ток (25 мА)?О: Светодиоды могут выдерживать более высокие мгновенные токи, если скважность мала, так как средняя рассеиваемая мощность и температура перехода остаются в безопасных пределах. Это используется в мультиплексировании для достижения более высокой воспринимаемой яркости.
• В: Каково назначение выводов \"Нет подключения\"?О: Вероятно, они являются механическими заполнителями для соответствия стандартному 15-выводному корпусу DIP (Dual In-line Package). Они обеспечивают физическую стабильность во время пайки, но не имеют электрической функции. Не подключайте их ни к какой схеме.
• В: Как рассчитать значение ограничивающего ток резистора?О: Используйте закон Ома: R = (V_{питания}- V_F- V_{падения_драйвера}) / I_F. Для источника питания 5 В, V_F2,6 В, падения на драйвере 0,2 В и желаемого I_F15 мА: R = (5 - 2,6 - 0,2) / 0,015 = 146,7 Ом. Стандартный резистор 150 Ом будет подходящим. Всегда проверяйте рассеиваемую мощность на резисторе: P = I²* R.

10. Практический пример проектирования и использования

Рассмотрим проектирование простого 3-разрядного вольтметра с использованием микроконтроллера. АЦП микроконтроллера считывает напряжение, преобразует его в число от 0 до 999 и должен отобразить его.

1. Аппаратный интерфейс:Три линии ввода-вывода микроконтроллера настроены как выходы для управления транзисторами NPN (или массивом транзисторов), которые стягивают ток с трех выводов катодов цифр (1,5,7). Восемь других линий ввода-вывода (или сдвиговый регистр для экономии выводов) настроены как выходы для подачи тока на восемь выводов анодов сегментов (A,B,C,D,E,F,G,DP) через индивидуальные ограничивающие ток резисторы 150 Ом.
2. Программная процедура:Основной цикл реализует мультиплексирование. Он отключает все катоды цифр. Затем устанавливает шаблон сегментов на выводах анодов для Цифры 1 (например, для отображения \"5\"). Затем включает (обеспечивает путь к земле через транзистор) катод для Цифры 1. Он ждет короткое время (например, 2-3 мс). Затем отключает Цифру 1, устанавливает шаблон сегментов для Цифры 2, включает катод Цифры 2, ждет и повторяет для Цифры 3. Этот цикл повторяется непрерывно. Пиковый ток на сегмент можно установить на ~20 мА. При скважности 1/3 средний ток составляет ~6,7 мА, что хорошо в пределах непрерывного номинала.
3. Результат:Благодаря инерции зрения все три цифры кажутся одновременно и устойчиво горящими, отображая измеренное напряжение.

11. Введение в принцип технологии

LTC-4724JS основан на технологии твердотельного освещения с использованием полупроводников AlInGaP (Алюминий-Индий-Галлий-Фосфид). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее напряжение запрещенной зоны диода, электроны и дырки инжектируются в активную область полупроводниковой структуры. Они рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае желтый (~587-588 нм). Непрозрачная подложка GaAs поглощает любой свет, излучаемый назад, повышая общую эффективность за счет уменьшения внутренних отражений, которые не способствуют полезному прямому световому потоку. Семисегментный формат является стандартизированным методом формирования числовых символов путем выборочного освещения семи независимых светодиодных сегментов в форме полос (обозначенных от A до G).

12. Технологические тренды и контекст

Хотя эта конкретная деталь использует зрелую технологию AlInGaP, общий ландшафт светодиодных индикаторов продолжает развиваться. Тренды включают внедрение еще более эффективных материалов, таких как InGaN для синего/зеленого/белого цвета, разработку корпусов типа chip-on-board (COB) и поверхностного монтажа (SMD) для более высокой плотности и меньшего занимаемого места, а также интеграцию драйверов и контроллеров непосредственно в индикаторный модуль (интеллектуальные индикаторы). Однако для конкретных применений, требующих чистого, эффективного желтого цвета в стандартном выводном корпусе, индикаторы на основе AlInGaP, такие как LTC-4724JS, остаются надежным и экономически эффективным решением. Их простота, надежность и легкость интерфейса с базовыми микроконтроллерами обеспечивают их постоянную актуальность во многих промышленных и потребительских конструкциях, где не требуются пользовательские графические дисплеи.