LED數(shù)碼管的識別與檢測方法

LED數(shù)碼管也稱半導體數(shù)碼管，它是將若干發(fā)光二極管按一定圖形排列并封裝在一起的最常用的數(shù)碼顯示器件之一。LED數(shù)碼管具有發(fā)光顯示清晰、響應速度快、耗電省、體積小、壽命長、耐沖擊、易與各種驅動電路連接等優(yōu)點，在各種數(shù)顯儀器儀表、數(shù)字控制設備中得到廣泛應用。
LED數(shù)碼管種類很多，品種五花八門，這里僅向初學者介紹最常用的小型“8”字形LED數(shù)碼管的識別與使用方法。

一、如何識別LED數(shù)碼管
1.結構及特點
目前，常用的小型LED數(shù)碼管多為“8”字形數(shù)碼管，它內部由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管（a～g）作為7段筆畫組成“8”字結構（故也稱7 段LED數(shù)碼管），剩下的1個發(fā)光二極管（h或dp）組成小數(shù)點，如圖1（a）所示。各發(fā)光二極管按照共陰極或共陽極的方法連接，即把所有發(fā)光二極管的負極（陰極）或正極（陽極）連接在一起，作為公共引腳；而每個發(fā)光二極管對應的正極或者負極分別作為獨立引腳（稱“筆段電極”），其引腳名稱分別與圖 1（a）中的發(fā)光二極管相對應，即a、b、c、d、e、f、g腳及h腳（小數(shù)點），如圖1（b）所示。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)光，就能夠顯示出圖1（c）所示的“0～9”10個數(shù)字和“A～F”6個字母，還能夠顯示小數(shù)點，可用于2進制、10進制以及16進制數(shù)字的顯示，使用非常廣泛。

常用小型LED數(shù)碼管是以印制電路板為基板焊固發(fā)光二極管，并裝入帶有顯示窗口的塑料外殼，最后在底部引腳面用環(huán)氧樹脂封裝而成。由于LED數(shù)碼管的筆段是由發(fā)光二極管組成的，所以其特性與發(fā)光二極管相同。LED數(shù)碼管的主要特點：能在低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光，并能與CMOS、TTL電路兼容；它不僅發(fā)光響應時間極短（＜0.1μs）、高頻特性好、單色性好、亮度高，而且體積小、重量輕、抗沖擊性能好、使用壽命長（一般在10萬小時以上，最高可達 100萬小時）、成本低。

2.外形和種類
常用小型LED數(shù)碼管的封裝形式幾乎全部采用了雙列直插結構，并按照需要將1至多個“8”字形字符封裝在一起，以組成顯示位數(shù)不同的數(shù)碼管。如果按照顯示位數(shù)（即全部數(shù)字字符個數(shù)）劃分，有1位、2位、3位、4位、5位、6位……數(shù)碼管，如圖2所示。如果按照內部發(fā)光二極管連接方式不同劃分，有共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管兩種；按字符顏色不同劃分，有紅色、綠色、黃色、橙色、藍色、白色等數(shù)碼管；按顯示亮度不同劃分，有普通亮度數(shù)碼管和高亮度數(shù)碼管；按顯示字形不同，可分為數(shù)字管和符號管。

表1?部分國產BS×××系列LED數(shù)碼管的主要參數(shù)
型號 結構 正向壓降UF(V) 最大工作電流 最大功耗 反向擊穿電壓 發(fā)光強度 字高 (mm) (全亮)/FM(mA) (全亮)PM(mW) (每段)UBR(V) (每段)/V(mcd)
BS201 共陰 ≤1.8 40 150 8
BS202 200 300
BS204 共陽 ≤1.8 200 300 ≥5 0.15 7.6
BS205 共陰
BS206 共陽 ≤3.6 200 600 12.6
BS207 共陰 400
BS209 共陽 ≤1.8 150 400 7.5
BS210 共陰
備注：型號后綴字母含義，R—紅光、G—綠光、OR—橙光。
3.?主要參數(shù)
表征LED數(shù)碼管各項性能指標的參數(shù)主要有光學參數(shù)和電參數(shù)兩大類，它們均取決于內部發(fā)光二極管。除此之外，還有“字高”這一衡量LED數(shù)碼管顯示字符大小的重要參數(shù)。“字高”具體所指為顯示字符的高度，如圖3所示。國外型號的LED數(shù)碼管常用英寸作為“字高”的單位，國產管則用毫米作單位。常見小型 LED數(shù)碼管的字高有0.32英寸（8.12mm）、0.36英寸（9.14mm）、0.39英寸（9.90mm）、0.4英寸（10.16mm）、 0.5英寸（12.70mm）、0.56英寸（14.20mm）、0.8英寸（20.32mm）、1英寸（25.40mm）等。
4.?型號與引腳的識別
由于LED數(shù)碼管的型號命名各廠家不統(tǒng)一，可謂各行其事，無規(guī)律可循。要想知道某一型號產品的結構特點和有關參數(shù)等，一般只能查看廠家說明書或相關的參數(shù)手冊。對于型號不清楚的LED數(shù)碼管，就只能通過萬用表等的測量，弄清內部電路結構和相關參數(shù)。表1列出了部分國產BS×××系列LED數(shù)碼管的主要參數(shù)，供參考。
小型LED數(shù)碼管的引腳排序規(guī)則如圖4所示。即：正對著產品的顯示面，將引腳面朝向雜志，從左上角（左、右雙排列引腳）或左下角（上、下雙排列引腳）開始，按逆時針（即圖中箭頭）方向計數(shù)，依次為1、2、3、4腳……如果翻轉過來從背面看（比如在印制電路板的焊接面上看），即引腳面正對著自己、顯示面朝向雜志，則應按順時針方向計數(shù)。可見，這跟普通集成電路是一致的。
常用LED數(shù)碼管的引腳排列均為雙列10腳、12腳、14腳、16腳、18腳等，表2給出了筆者整理出的常用LED數(shù)碼管的引腳排列圖和內部電路圖，希望能夠給讀者的應用提供簡便快捷的幫助。識別引腳排列時大致上有這樣的規(guī)律：對于單個數(shù)碼管來說，最常見的引腳為上、下雙排列，通常它的第3腳和第8腳是連通的，為公共腳；如果引腳為左、右雙排列，則它的第1腳和第6腳是連通的，為公共腳。但也有例外，必須具體型號具體對待。另外，多數(shù)LED數(shù)碼管的“小數(shù)點”在內部是與公共腳接通的，但有些產品的“小數(shù)點”引腳卻是獨立引出來的。對于2位及以上的數(shù)碼管，一般多是將內部各“8”字形字符的a～h這8根數(shù)據(jù)線對應連接在一起，而各字符的公共腳單獨引出（稱“動態(tài)數(shù)碼管”），既減少了引腳數(shù)量，又為使用提供了方便。例如，4位動態(tài)數(shù)碼管有4個公共端，加上 a～h引腳，一共才只有12個引腳。如果制成各“8”字形字符獨立的“靜態(tài)數(shù)碼管”，則引腳可達到40腳。

二、常用LED數(shù)碼管的引腳排列圖和內部電路圖
CPS05011AR(1位共陰/紅色 0.5英寸)、SM420501K(紅色 0.5英寸)、 SM620501(藍色0.5英寸)、SM820501(綠色0.5英寸)

SM420361(1位共陰/紅色0.36英寸)、 SM440391(紅色0.39英寸)

SM420322(1位共陰/紅色0.32英寸)、SM220322(綠色0.32英寸)

SM410561K(1位共陽/紅色0.56英寸)、SM610501(藍色0.5英寸)、 SM810501(綠色0.5英寸)

SM410361(1位共陽/紅色0.36英寸)、HDSR-7801(紅色 0.3英寸)、HDSP-7301(紅色 0.3英寸)

SM410322(1位共陽/紅色0.32英寸)、SM210322(綠色0.32英寸)

SN420502(2位共陰/紅色靜態(tài) 0.5英寸)、SN220801(綠色0.8英寸)、KW2-561CGA（綠色 0.56英寸）

SN410502(2位共陽/紅色靜態(tài) 0.5英寸)、SN210801(綠色0.8英寸)

SN460561(2位共陰/紅色動態(tài) 0.56英寸)、SN260561(綠色0.56英寸)

SN450561(2位共陽/紅色動態(tài)0.56英寸)、SN250561(綠色0.56英寸)

三、LED數(shù)碼管簡易測試方法
一個質量保證的LED數(shù)碼管，其外觀應該是做工精細、發(fā)光顏色均勻、無局部變色及無漏光等。對于不清楚性能好壞、產品型號及管腳排列的數(shù)碼管，可采用下面介紹的簡便方法進行檢測。

1.干電池檢測法。
如圖5（a）所示，取兩節(jié)普通1.5V干電池串聯(lián)（3V）起來，并串聯(lián)一個100Ω、1/8W的限流電阻器，以防止過電流燒壞被測LED數(shù)碼管。將3V干電池的負極引線（兩根引線均可接上小號鱷魚夾）接在被測數(shù)碼管的公共陰極上，正極引線依次移動接觸各筆段電極（a～h腳）。當正極引線接觸到某一筆段電極時，對應筆段就發(fā)光顯示。用這種方法可以快速測出數(shù)碼管是否有斷筆（某一筆段不能顯示）或連筆（某些筆段連在一起），并且可相對比較出不同的筆段發(fā)光強弱是否一致。若檢測共陽極數(shù)碼管，只需將電池的正、負極引線對調一下，方法同上。
如果將圖5（a）中被測數(shù)碼管的各筆段電極（a～h腳）全部短接起來，再接通測試用干電池，則可使被測數(shù)碼管實現(xiàn)全筆段發(fā)光。對于質量保證的數(shù)碼管，其發(fā)光顏色應該均勻，并且無筆段殘缺及局部變色等。
如果不清楚被測數(shù)碼管的結構類型（是共陽極還是共陰極）和引腳排序，可從被測數(shù)碼管的左邊第1腳開始，逆時針方向依次逐腳測試各引腳，使各筆段分別發(fā)光，即可測繪出該數(shù)碼管的引腳排列和內部接線。測試時注意，只要某一筆段發(fā)光，就說明被測的兩個引腳中有一個是公共腳，假定某一腳是公共腳不動，變動另一測試腳，如果另一個筆段發(fā)光，說明假定正確。這樣根據(jù)公共腳所接電源的極性，可判斷出被測數(shù)碼管是共陽極還是共陰極。顯然，公共腳如果接電池正極，則被測數(shù)碼管為共陽極；公共腳如果接電池負極，則被測數(shù)碼管應為共陰極。接下來測試剩余各引腳，即可很快確定出所對應的筆段來。

2.萬用表檢測法。
這里以MF50型指針式萬用表為例，說明具體檢測方法：首先，按照圖5（b）所示，將指針式萬用表撥至“R×10k”電阻擋。由于LED數(shù)碼管內部的發(fā)光二極管正向導通電壓一般≥1.8V，所以萬用表的電阻檔應置于內部電池電壓是15V（或9V）的“R×10k”擋，而不應置于內部電池電壓是1.5V的 “R×100”或“R×1k”擋，否則無法正常測量發(fā)光二極管的正、反向電阻。然后，進行檢測。在測圖5（b）所示的共陰極數(shù)碼管時，萬用表紅表筆（注意：紅表筆接表內電池負極、黑表筆接表內電池正極）應接數(shù)碼管的“-”公共端，黑表筆則分別去接各筆段電極（a～h腳）；對于共陽極的數(shù)碼管，黑表筆應接數(shù)碼管的“+”公共端，紅表筆則分別去接a～h腳。正常情況下，萬用表的指針應該偏轉（一般示數(shù)在100kΩ以內），說明對應筆段的發(fā)光二極管導通，同時對應筆段會發(fā)光。若測到某個管腳時，萬用表指針不偏轉，所對應的筆段也不發(fā)光，則說明被測筆段的發(fā)光二極管已經開路損壞。與干電池檢測法一樣，采用萬用表檢測法也可對不清楚結構類型和引腳排序的數(shù)碼管進行快速檢測。
以上所述為1位LED數(shù)碼管的檢測方法，至于多位LED數(shù)碼管的檢測，方法大同小異，不再贅述。

表3?國產BS×××系列LED數(shù)碼管的代換型號
型 號 主要參數(shù) 國內外代換型號
BS224 1位共陽/紅色/高亮/8mm TLR332
BS225 1位共陰/紅色/高亮/8mm TLR332
BS241 1位共陰/紅色/高亮/13mm LTS547R
BS242 1位共陽/紅色/高亮/13mm LTS546R
BS243 1位共陰/紅色/高亮/10mm LTS4740AP
BS244 1位共陽/紅色/10mm LTS4701AP
BS247-2 1位共陰/紅色/高亮/30mm GL8901
BS266 1位共陽/紅色/高亮/20mm HDSP-3401
BS341 1位共陰/綠色/13mm LTS547G
BS342 1位共陽/綠色/13mm LTS546G
BS343 1位共陰/綠色/10mm GL8N056
BS344 1位共陽/綠色/高亮/10mm LTS4501AG
BS582 1位共陽/橙色/58mm M01231A
BS583 1位共陰/橙色/58mm M01231C
2BS246 2位共陽/紅色/13mm TLR325

四、LED數(shù)碼管使用常識
1.LED數(shù)碼管一般要通過專門的譯碼驅動電路，才能正常顯示字符。由于LED數(shù)碼管的品種和類型繁多，所以在實際使用時應注意根據(jù)電路的不同選擇不同類型的管子。例如，共陰極的LED數(shù)碼管，只能接入輸出為高電平的譯碼驅動電路；共陽極的LED數(shù)碼管，只能接入輸出為低電平的譯碼驅動電路。動態(tài)掃描顯示電路的輸出端，只能接多位動態(tài)LED數(shù)碼管。
2.各廠家或同一廠家生產的不同型號的LED數(shù)碼管，即使封裝尺寸完全相同，其性能和引腳排列有可能大相徑庭。反過來，功能和引腳排列相同的LED數(shù)碼管，外形尺寸往往有大有小。所以選用或代換LED數(shù)碼管時，只能以它的型號為根據(jù)。表3給出了國產BS×××系列LED數(shù)碼管與國內外其他同類產品的直接代換型號，可供參考。
3.LED數(shù)碼管屬于電流控制型器件，它的發(fā)光亮度與工作電流成正比。實際使用時，每段筆劃的工作電流取5～15mA（指普通小型管），這樣既可保證亮度適中，延長使用壽命，又不會損壞數(shù)碼管。如果在大電流下長期使用，容易使數(shù)碼管亮度衰退，降低使用壽命，過大的電流（指超過內部發(fā)光二極管所允許的極限值）還會燒毀數(shù)碼管。為了防止過大電流燒壞數(shù)碼管，在電路中使用時一定要注意給它串聯(lián)上合適的限流電阻器。
4.使用LED數(shù)碼管時必須注意區(qū)分普通亮度數(shù)碼管和高亮度數(shù)碼管。通常情況下，用高亮度數(shù)碼管可以代換現(xiàn)有設備上的普通亮度數(shù)碼管，但反過來不能用普通亮度數(shù)碼管代換高亮度數(shù)碼管。這是因為普通亮度數(shù)碼管的發(fā)光強度IV≥0.15mcd（毫坎），而高亮度數(shù)碼管的發(fā)光強度IV≥5mcd，兩者相差懸殊，并且普通亮度數(shù)碼管每個筆段的工作電流≥5mA，而高亮度數(shù)碼管在大約1mA的工作電流下即可發(fā)光。
5.在挑選國產BS×××系列LED數(shù)碼管時，應注意產品型號標注的末位編號，以便與譯碼驅動電路等相匹配。通常產品末位數(shù)字是偶數(shù)的，為共陽極數(shù)碼管，如BS206、BS244等；若產品末位數(shù)字是奇數(shù)，則為共陰極數(shù)碼管，如BS205、BS325等。但也有個別產品例外，應注意區(qū)分。型號后綴字母 “R”，表示發(fā)紅光；后綴字母“G”，表示發(fā)綠光；后綴字母“OR”，表示發(fā)橙光。
6.小型LED數(shù)碼管為一次性產品，即使其中一個筆段的發(fā)光二極管在使用中損壞，也只能更換新管。曾見某圖書介紹修復數(shù)碼管內部損壞發(fā)光二極管的方法，筆者親自動手實踐，發(fā)現(xiàn)根本行不通，只會是徒勞的。因為采用環(huán)氧樹脂灌封的全密封產品，外殼根本無法打開，強行用刀切割，隨著面板的四分五裂，里面的電路和光導材料早已被破壞得面目全非了。
7.LED數(shù)碼管除了常用的“8”字形數(shù)碼管以外，較常見的還有圖6所示的“±1”數(shù)字管、“N”形管和“米”字管等。其中，“±1”數(shù)字管能夠顯示 “+1”和“-1”，以及小數(shù)點“.”?！癗”形管除了具有“8”字形數(shù)碼管的功能外，還能夠顯示字母“N”等?！懊住弊止芄δ茏钊?，除顯示數(shù)**算符號 “＋”、“－”、“×”、“÷”之外，還可顯示A～Z共26個英文字母，常用作單位符號顯示。

8.?LED數(shù)碼管的顯示面在出廠時貼有保護膜，在使用時可以撕下來。不要用尖硬物去碰觸顯示面，以免造成劃痕等物理損傷，影響顯示效果。焊接小型LED數(shù)碼管宜用20W左右的小功率電烙鐵，焊接時間一般不要超過3s，以免燙壞器件本身或線路板。