LTS-4801JR 0.39英寸超高亮红色LED数码管规格书 - 字高10.0mm - 正向电压2.6V - 功耗70mW - 中文技术文档

1. 产品概述

LTS-4801JR是一款单位数码管显示模块。其字高为0.39英寸（10.0毫米），适用于需要清晰、中等尺寸数字读数的应用场景。该器件采用先进的AlInGaP（铝铟镓磷）半导体技术，可输出超高亮红色光。封装采用灰色面板配白色段码标识，对比度高，字符辨识度极佳。此数码管设计为共阳极类型，这是一种在多路复用应用中简化驱动电路的常见配置。

1.1 主要特性与优势

• 0.39英寸字高：尺寸均衡，在保证良好可视性的同时，功耗不会过高。
• 连续均匀段码：确保每个段码发光均匀一致，呈现专业外观。
• 低功耗需求：高效的AlInGaP技术使其在相对较低的正向电流下即可实现高亮度输出。
• 高亮度与高对比度：超高亮红色AlInGaP芯片结合灰色面板/白色段码设计，在各种光照条件下均能提供出色的可读性。
• 宽视角：在宽广的视角范围内提供一致的亮度和颜色。
• 按发光强度分级：产品按发光强度进行分档，确保在多位数码管显示时亮度均匀一致。
• 无铅封装（符合RoHS标准）：按照限制有害物质的环境法规制造。
• 固态可靠性：与其他显示技术相比，LED具有更长的使用寿命、抗冲击和抗振动能力。

1.2 目标应用与市场

本数码管适用于普通电子设备。典型应用领域包括仪器仪表盘、消费电子产品、工业控制读数、测试测量设备以及需要清晰数字显示的家用电器。它适用于可靠性、可读性和低功耗运行是关键考虑因素的应用场景。规格书明确指出，未经事先咨询，不得将此器件用于安全关键系统（例如航空、医疗生命支持设备），这表明其主要市场是商业和工业电子领域。

2. 技术规格与客观解读

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久性损坏的极限。不建议在接近或达到这些极限的条件下连续工作。

• 每段功耗：70 mW。这是单个LED段码能够安全耗散为热量的最大功率。
• 每段峰值正向电流：90 mA。此电流仅在脉冲条件下（占空比1/10，脉冲宽度0.1ms）用于多路复用时允许。
• 每段连续正向电流：25°C时为25 mA。当环境温度（Ta）超过25°C时，此电流以0.33 mA/°C的速率线性降额。例如，在50°C时，最大连续电流约为 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA。
• 工作与存储温度范围：-35°C 至 +85°C。器件可在此宽温度范围内耐受并正常工作。
• 焊接温度：最高260°C，持续5秒，测量点为安装平面下方1/16英寸（约1.6mm）处。

2.2 电气与光学特性

这些是在环境温度（Ta）为25°C时测得的典型性能参数。

• 平均发光强度（I_V）：在 I_F=1mA 时，为200 ucd（最小值），520 ucd（典型值）。这是每个段码的光输出。2:1的匹配比确保在同一批次内，最亮段码的亮度不超过最暗段码的两倍，这对于外观均匀性非常重要。
• 峰值发射波长（λ_p）：639 nm（典型值）。这是光谱功率输出最高的波长，定义了“超高亮红色”的颜色。
• 主波长（λ_d）：631 nm（典型值）。这是人眼感知到的单一波长，可能与峰值波长略有不同。
• 光谱线半宽（Δλ）：20 nm（典型值）。这表示颜色的纯度；数值越小，光越接近单色光。
• 每芯片正向电压（V_F）：在 I_F=20mA 时，为2.10V（最小值），2.60V（典型值）。这是LED工作时两端的压降。电路设计必须考虑此范围。
• 反向电流（I_R）：在 V_R=5V 时，为100 µA（最大值）。此参数仅用于测试目的；器件不应在连续反向偏压下工作。
• 串扰：< 2.5%。此参数规定了相邻亮段对未亮段的最小光泄漏量。

3. 分档与分级系统

规格书指出LTS-4801JR“按发光强度分级”。这意味着存在一个分档过程，即根据在标准测试电流（通常为1mA或20mA）下测得的发光输出对数码管进行分类。这确保了当多个数码管并排使用时，其亮度对用户而言是均匀的。设计人员应根据其应用需求，明确是否需要严格的强度匹配。文档未指定波长（颜色）或正向电压的详细分档代码或阈值，这表明主要分级依据是发光强度。

4. 性能曲线分析

虽然提供的文本摘录提到了“典型电气/光学特性曲线”，但具体图表并未包含在文本中。通常，此类规格书会包含以下用于设计分析的基本曲线：

• 正向电流 vs. 正向电压（I-V曲线）：显示非线性关系，对于设计限流电路至关重要。
• 发光强度 vs. 正向电流（I-L曲线）：展示光输出如何随电流增加，通常在工作范围内呈现近似线性关系。
• 发光强度 vs. 环境温度：展示光输出随温度升高而降额，这对于高温环境应用至关重要。
• 相对光谱功率分布：绘制强度与波长关系的图表，显示在约639nm处的峰值和光谱宽度。

设计人员应查阅完整的PDF文档以获取这些图表，从而准确预测特定工作条件下的性能。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

该数码管采用标准的通孔DIP（双列直插式封装）外形。关键尺寸说明包括：

• 除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，一般公差为±0.25mm。
• 引脚尖端偏移公差为±0.40 mm，PCB孔位设计时必须考虑此公差。
• 建议的PCB孔径为1.0 mm，以确保焊接可靠性。
• 质量规范限制了异物、段码内气泡、反射器弯曲和表面油墨污染，以确保光学清晰度和美观质量。

5.2 引脚配置与电路图

LTS-4801JR是一款10引脚、共阳极配置的器件。内部电路图显示所有七个段码（A-G）和小数点（DP）的阴极连接到各自的引脚。所有段码的阳极在内部连接在一起，并引出到两个引脚（引脚3和引脚8），这两个引脚在内部也是相连的。这为PCB布局和电源连接提供了灵活性。

引脚定义：

1: 阴极 G

2: 阴极 F

3: 公共阳极（内部连接至引脚8）

4: 阴极 E

5: 阴极 D

6: 阴极 D.P.（小数点）

7: 阴极 C

8: 公共阳极（内部连接至引脚3）

9: 阴极 B

10: 阴极 A

6. 焊接与组装指南

6.1 自动化焊接（波峰焊/回流焊）

推荐条件为260°C，持续5秒，测量点为封装安装平面下方1.6mm（1/16英寸）处。在此过程中，元件本体的温度不得超过其最大额定值。

6.2 手工焊接

对于手工焊接，可使用350°C ±30°C的温度，但每个引脚的焊接时间必须限制在5秒以内，同样从安装平面下方1.6mm处测量。必须注意避免长时间的热暴露。

6.3 存储条件

虽然未明确说明存储条件，但其工作与存储温度范围为-35°C至+85°C。良好的做法是将元件存储在干燥、受控的环境中，以防止吸湿，吸湿可能在焊接过程中导致“爆米花”现象。

7. 可靠性测试

该器件基于军用（MIL-STD）、日本（JIS）及内部标准进行了一系列全面的可靠性测试。这确保了其在各种环境应力下的稳健性。

• 工作寿命测试（RTOL）：在室温下，以最大额定电流工作1000小时。
• 环境应力测试：包括高温高湿存储（65°C/90-95% RH，500小时）、高温存储（105°C，1000小时）、低温存储（-35°C，1000小时）、温度循环（-35°C至105°C，30个循环）和热冲击测试。
• 机械/可焊性测试：耐焊接热（260°C，10秒）和可焊性（245°C，5秒）测试验证了引脚在组装过程中的完整性。

8. 应用说明与设计考量

8.1 关键应用注意事项

• 绝对最大额定值：超过电流、功率或温度的额定值将导致严重的光输出衰减或灾难性故障。
• 驱动电路保护：电路必须保护LED免受上电/掉电过程中的反向电压和电压瞬变的影响。仅串联电阻不足以实现此保护；建议使用二极管钳位或具有保护功能的集成驱动IC。
• 恒流驱动：为保持亮度一致性和延长寿命，强烈建议使用恒流源驱动段码，而不是简单的带串联电阻的电压源，尤其是在温度变化的环境中。
• 正向电压范围：驱动电路必须设计成能在整个V_F范围（20mA时为2.10V至2.60V）内提供所需电流。
• 热管理：最大连续电流必须根据实际工作环境温度进行降额。在封闭或高温环境中，可能需要充分的通风或散热措施。
• 避免反向偏压：连续反向偏压可能导致半导体内部金属迁移，从而引发过早失效。

8.2 典型应用电路

对于像LTS-4801JR这样的共阳极数码管，阳极（引脚3和8）连接到正电源电压（V_CC）。每个阴极引脚连接到一个电流吸收端。这可以通过以下方式实现：

1. 晶体管吸收端：由微控制器控制的NPN晶体管或N沟道MOSFET。
2. 集成驱动IC：专用的LED驱动芯片或具有足够吸收电流能力的微控制器端口引脚（需记住每段25mA的限制）。当使用电压源时，通常在每个段码或公共阳极路径中串联一个限流电阻，但恒流电路更优。

对于多位数码管的多路复用，不同数码管的公共阳极以高频顺序切换，同时为每个数码管显示相应的阴极段码图案。这减少了所需的I/O引脚数量。

9. 技术对比与差异化

LTS-4801JR通过以下几个关键属性实现差异化：

• 材料技术（AlInGaP）：与较旧的GaAsP或GaP LED相比，AlInGaP提供了显著更高的效率和亮度，尤其是在红/橙/琥珀色光谱范围内，从而在相同光输出下实现更低的功耗。
• 超高亮红色：631-639 nm的主波长/峰值波长提供了鲜艳、深沉的红色，饱和度高且可见性好。
• 强度分档：并非所有数码管都保证发光强度匹配，这对于多位数应用避免亮度不均至关重要。
• 宽温度范围：-35°C至+85°C的工作范围对于工业和汽车（非安全关键）应用来说非常稳健。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我能直接用5V微控制器引脚驱动这个数码管吗？

答：不能直接用于吸收电流。微控制器引脚通常能吸收20-25mA，这正好是一个段码的绝对最大值。这没有安全裕量，并且有损坏LED和微控制器的风险。最好使用晶体管或驱动IC。对于提供电流（到公共阳极），一个引脚可能无法为所有同时点亮的段码提供足够的电流（7*20mA=140mA）。

问：为什么有两个公共阳极引脚（3和8）？

答：它们在内部是相连的。这提供了布局灵活性，允许从PCB两侧连接阳极以降低电阻，并且可以通过使用两个引脚来帮助散热。

问：峰值波长和主波长有什么区别？

答：峰值波长（λ_p）是发光光谱的物理峰值。主波长（λ_d）是根据人眼色觉响应（CIE曲线）计算得出的，代表感知到的颜色。它们通常接近但不完全相同。

问：如何计算串联电阻值？

答：如果使用简单的电压源（V_电源），公式为 R = (V_电源- V_F) / I_F。使用规格书中的最大V_F值（2.60V）以确保达到最小电流。例如，使用5V电源，期望I_F为20mA：R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 欧姆。对于不同的电源电压和电流，请务必重新计算。

11. 实际设计与使用示例

场景：设计一个4位电压表读数显示。

1. 元件选择：使用四个LTS-4801JR数码管。如果亮度均匀性至关重要，请确保它们来自相同的强度分档。
2. 驱动方法：实现多路复用。将四个数码管所有对应的段码阴极（A, B, C,... DP）连接在一起。使用四个NPN晶体管（例如2N3904）分别控制每个数码管的公共阳极。
3. 在晶体管集电极的公共路径中（阳极之前）放置一个限流电阻。由于每次只点亮一个数码管，电阻值按一个数码管的总电流计算（例如，8段 * 每段5mA = 40mA）。或者，为每条阴极线路使用一个恒流驱动IC以获得更好的精度。微控制器接口：
4. 使用7-8个微控制器引脚控制段码图案（阴极），4个引脚控制数码管选择晶体管（阳极）。软件：
5. 在主循环中，依次打开一个数码管的晶体管，输出该数码管的段码图案，等待短暂时间（1-5ms），然后切换到下一个数码管。刷新率应高于60Hz以避免闪烁。保护：
6. 在每个晶体管的基极和微控制器引脚之间串联小阻值电阻（例如100Ω）以限制电流。确保电源干净且无尖峰。12. 工作原理

发光二极管（LED）是一种半导体p-n结二极管。当施加超过二极管阈值（V

）的正向电压时，来自n型材料的电子与来自p型材料的空穴在耗尽区复合。这种复合事件会释放能量。在标准二极管中，这种能量主要是热能。而在像AlInGaP这样的LED材料中，半导体的带隙能量使得释放的能量以光子（光）的形式存在。光的特定波长（颜色）直接由半导体材料的带隙能量决定。AlInGaP的带隙能产生可见光谱中红色到琥珀色部分的光子。七段数码管简单地将多个这样的LED芯片（每个段码和小数点一个）封装成标准排列，并将其电气连接引出到引脚以供外部控制。_F13. 技术趋势

AlInGaP的使用代表了相对于早期用于红/橙色LED材料的进步。与此类元件相关的显示技术当前趋势包括：

效率提升：

• 持续的材料科学研究旨在提高LED的内量子效率（IQE）和光提取效率，从而在更低的电流下实现更高的亮度。小型化：
• 虽然0.39英寸是标准尺寸，但存在向更小、高密度显示发展的趋势，使用表面贴装器件（SMD）封装而非通孔DIP封装，以适应自动化组装。集成化：
• 驱动电子器件越来越多地集成到显示模块本身（智能显示）或更复杂、多通道的恒流驱动IC中，从而简化系统设计。更广的色域：
• 虽然这是单色显示，但用于红色LED的底层材料技术的发展也有益于全彩RGB显示，推动实现更纯净、更饱和的颜色。关注可靠性与标准化：
• 随着LED进入更严苛的应用领域，标准化测试（如可靠性部分所示）和更详细的使用寿命规格（L70、L90等级）正变得普遍。尽管存在这些趋势，像LTS-4801JR这样的分立式七段数码管在需要简单、可靠、低成本且高度可读的数字输出而无需全图形显示的应用中，仍然具有高度相关性。

Despite these trends, discrete seven-segment displays like the LTS-4801JR remain highly relevant for applications requiring simple, reliable, low-cost, and highly readable numeric output where a full graphic display is unnecessary.