Datenblatt für 7,62mm Rot-Orange Siebensegmentanzeige - Abmessungen 19,0x13,2x8,0mm - Durchlassspannung 2,0V - Leistung 60mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die technischen Spezifikationen einer Siebensegment-Ziffernanzeige mit einer Ziffernhöhe von 7,62 mm (0,3 Zoll). Das Bauteil ist für die Durchsteckmontage (THT) konzipiert und nutzt AlGaInP-Chip-Technologie zur Erzeugung eines rot-orangen Lichts. Es verfügt über weiße leuchtende Segmente vor einem grauen Hintergrund, was den Kontrast und die Lesbarkeit, insbesondere bei heller Umgebungsbeleuchtung, verbessert. Das Produkt ist nach Leuchtstärke kategorisiert und entspricht den umweltfreundlichen Standards "bleifrei" und RoHS, wodurch es für eine Vielzahl elektronischer Anwendungen geeignet ist, die zuverlässige numerische oder begrenzt alphanumerische Anzeigen erfordern.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser Anzeige umfassen ihre Einhaltung eines industriellen Standard-Footprints, was die Kompatibilität mit bestehenden PCB-Layouts und Sockeln für diese gängige Größe gewährleistet. Ihr geringer Stromverbrauch ist ein wesentlicher Vorteil für batteriebetriebene oder energieeffiziente Geräte. Die graue Gehäuseoberfläche verbessert den Kontrast deutlich, indem reflektiertes Umgebungslicht reduziert wird, wodurch die beleuchteten Segmente klarer hervortreten. Das Bauteil richtet sich primär an Anwendungen, die langlebige, gut lesbare und kostengünstige Ziffernanzeigen erfordern, wie z.B. bei Haushaltsgeräten, industriellen Instrumententafeln und verschiedenen digitalen Anzeigesystemen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Spezifikationen des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte in zuverlässigen Designs vermieden werden.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25mA. Dies ist der maximal empfohlene Gleichstrom für Dauerbetrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis ≤ 10%, Frequenz ≤ 1kHz) und darf nicht für Gleichstromvorspannung verwendet werden.
• Verlustleistung (P_d):60mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C abführen kann. Für höhere Temperaturen muss die Leistungsreduktionskurve konsultiert werden.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C.
• Löttemperatur (T_sol):260°C für maximal 5 Sekunden, was typisch für Wellen- oder Handlötprozesse ist.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einer Standard-Umgebungstemperatur von 25°C gemessen und definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen.

• Leuchtstärke (I_v):Der typische Wert beträgt 17,6 mcd pro Segment bei einem Durchlassstrom (I_F) von 10mA. Der spezifizierte Mindestwert beträgt 7,8 mcd. Für die Leuchtstärke gilt eine Toleranz von ±10%. Entwickler sollten den Mindestwert für Worst-Case-Helligkeitsberechnungen verwenden.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):621 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):615 nm (typisch). Diese Wellenlänge beschreibt die wahrgenommene Farbe des Lichts und ist für das menschliche Sehen relevanter als die Spitzenwellenlänge.
• Spektrale Strahlungsbandbreite (Δλ):18 nm (typisch). Dies zeigt die spektrale Reinheit; eine kleinere Bandbreite bedeutet eine monochromatischere Farbe.
• Durchlassspannung (V_F):2,0V typisch, 2,4V maximal bei I_F=20mA. Die Toleranz beträgt ±0,1V. Dieser Parameter ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 µA bei V_R=5V. Dies ist der Leckstrom, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die Bauteile "nach Leuchtstärke kategorisiert" sind. Dies impliziert einen Binning- oder Sortierprozess nach der Fertigung.

• Leuchtstärke-Binning:Das primäre Binning-Kriterium ist die Leuchtstärke (I_v). Bauteile werden getestet und in spezifische Intensitätsbereiche oder "CAT"-Codes gruppiert (wie auf dem Verpackungsetikett referenziert). Dies gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit innerhalb einer einzelnen Produktionscharge oder Bestellung. Entwickler, die dieses Teil spezifizieren, sollten sich bewusst sein, dass die Helligkeit zwischen verschiedenen CAT-Codes variieren kann.
• Farbe/Wellenlänge:Obwohl nicht explizit als Binning-Parameter erwähnt, werden typische Werte für Spitzen- (621nm) und dominante Wellenlänge (615nm) angegeben. Für die meisten Anwendungen, die AlGaInP für rot-orange verwenden, ist die Farbvariation typischerweise gering, aber kritische Farbabgleich-Anwendungen sollten dies beim Lieferanten verifizieren.
• Durchlassspannung:Die spezifizierte Toleranz von ±0,1V ist relativ eng. Obwohl nicht unbedingt ein formales Bin, vereinfacht diese enge Toleranz den Treiberentwurf, indem die Variation des Spannungsabfalls über die Anzeige reduziert wird.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht-standardisierten Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Spektralverteilung

Die spektrale Ausgangskurve zeigt einen charakteristischen Emissionspeak bei etwa 621 nm, was die rot-orange Farbe bestätigt. Die 18 nm Bandbreite deutet auf eine recht gesättigte Farbe hin. Die Kurvenform ist typisch für AlGaInP-Materialien.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Diese Kurve veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung. Sie zeigt, dass für einen gegebenen Durchlassstrom (z.B. 20mA) die Durchlassspannung typischerweise bei etwa 2,0V liegt. Die Steigung der Kurve repräsentiert den dynamischen Widerstand des LED-Übergangs. Entwickler nutzen dies, um die notwendige Versorgungsspannung und den Vorwiderstandswert für eine korrekte Stromregelung zu berechnen.

4.3 Reduktionskurve für Durchlassstrom

Dies ist eine der kritischsten Grafiken für zuverlässiges Design. Sie zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Bei der maximalen Betriebstemperatur von 85°C ist der zulässige Dauerstrom deutlich niedriger als der absolute Maximalwert von 25mA bei 25°C. Das Ignorieren dieser Reduktion kann zu beschleunigtem Lichtstromrückgang, Farbverschiebung und katastrophalem Ausfall durch Überhitzung führen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die Anzeige hat einen standardmäßigen DIP-Footprint (Dual In-line Package). Wichtige Abmessungen aus der Zeichnung sind:

• Gesamthöhe: 8,0 mm (max.)
• Gehäusebreite: 13,2 mm (nominal)
• Gehäuselänge: 19,0 mm (nominal)
• Ziffernhöhe: 7,62 mm (0,3 Zoll)
• Anschlussabstand: 2,54 mm (0,1 Zoll) Standardraster.
• Anschlussdurchmesser: 0,5 mm (typisch)

Die Toleranzen betragen ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Diese Abmessungen sind für das PCB-Layout entscheidend, um den korrekten Sitz in der Montagebohrung und den richtigen Abstand für Wellenlöten zu gewährleisten.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Das interne Schaltbild zeigt eine gemeinsame Kathoden-Konfiguration für die sieben Segmente. Das bedeutet, alle Segment-LEDs teilen sich einen gemeinsamen negativen Anschluss (Kathode). Die einzelnen Anoden für die Segmente a bis g befinden sich auf separaten Pins. Der gemeinsame Kathoden-Pin muss im Schaltkreis mit Masse (oder dem niedrigeren Spannungspotential) verbunden werden. Das Pinbelegungsdiagramm muss während des PCB-Designs konsultiert werden, um die Signale korrekt zu jedem Segment zu führen. Falschanschluss führt dazu, dass Segmente nicht leuchten oder falsche Zahlen/Buchstaben angezeigt werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

• Löten:Die absolute maximale Löttemperatur beträgt 260°C für bis zu 5 Sekunden. Dies ist geeignet für Handlöten mit einem Lötkolben oder Wellenlötprozesse. Es sollte darauf geachtet werden, eine längere Hitzeeinwirkung zu vermeiden, um Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten zu verhindern.
• ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung):Die LED-Chips sind empfindlich gegenüber ESD. Empfohlene Handhabungsvorsichtsmaßnahmen umfassen die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, ESD-sicherer Arbeitsplätze mit leitfähigen Matten und die korrekte Erdung aller Geräte. Isoliermaterialien sollten mit Ionisatoren behandelt oder bei kontrollierter Luftfeuchtigkeit gelagert werden, um Ladung abzuleiten.
• Reinigung:Obwohl nicht spezifiziert, können Standard-PCB-Reinigungsprozesse verwendet werden, die mit Epoxidharzgehäusen kompatibel sind. Konsultieren Sie den Hersteller für spezifische chemische Kompatibilität.
• Lagerung:Bauteile sollten innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs (-40°C bis +100°C) in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit und ESD-sicher gelagert werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

• Verpackungsformat:Die Bauteile sind in Tuben, dann in Kartons und schließlich in Versandkartons verpackt. Die spezifische Verpackung beträgt 26 Stück pro Tube, 88 Tuben pro Karton und 4 Kartons pro Versandkarton, insgesamt 9.152 Stück pro Versandkarton.
• Etiketteninformationen:Das Verpackungsetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation:
  • CPN: Kundenspezifische Teilenummer
  • P/N: Herstellerspezifische Teilenummer (z.B. ELS-321USOWA/S530-A4)
  • QTY: Menge in der Verpackung
  • CAT: Leuchtstärkenklasse (der Bin-Code)
  • LOT No.: Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Da es sich um eine Anzeige mit gemeinsamer Kathode handelt, wird sie typischerweise von einem Mikrocontroller oder einem dedizierten Anzeigetreiber-IC (z.B. 74HC595 Schieberegister, MAX7219) angesteuert. Jede Segmentanode ist über einen strombegrenzenden Widerstand mit dem Treiberausgang verbunden. Der Wert dieses Widerstands (R_series) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R_series= (V_supply- V_F) / I_F. Für ein robustes Design unter Verwendung des maximalen V_F(2,4V) und einem gewünschten I_Fvon 10mA mit einer 5V-Versorgung: R = (5V - 2,4V) / 0,01A = 260 Ω. Ein Standard-270-Ω-Widerstand wäre geeignet. Der/die gemeinsame(n) Kathoden-Pin(s) werden vom Controller auf Masse geschaltet, um die Ziffer zu aktivieren.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Immer einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber verwenden. Der direkte Anschluss an eine Spannungsquelle zerstört die LED aufgrund übermäßigen Stroms.
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen ist Multiplexing üblich, um I/O-Pins zu sparen. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom in Multiplex-Designs den I_FP-Wert (60mA) nicht überschreitet und dass der zeitliche Mittelwert des Stroms die I_F-Reduktion für das verwendete Tastverhältnis berücksichtigt.
• Betrachtungswinkel:Der graue Hintergrund verbessert den Kontrast, kann aber den Betrachtungswinkel im Vergleich zu einem schwarzen Hintergrund leicht beeinträchtigen. Berücksichtigen Sie die beabsichtigte Betrachtungsposition des Endprodukts.
• Wärmemanagement:In Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Betrieb nahe dem Maximalstrom muss eine ausreichende Belüftung um die Anzeige herum gewährleistet sein, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur sichere Grenzen überschreitet.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien oder kleineren Anzeigen bietet dieses Bauteil spezifische Vorteile:

• vs. Glühlampen- oder VFD-Anzeigen:Deutlich geringerer Stromverbrauch, längere Lebensdauer, höhere Stoß-/Vibrationsfestigkeit und kühlere Betriebstemperatur.
• vs. Kleinere LED-Anzeigen (z.B. 5mm oder 3mm Ziffern):Die 7,62mm Ziffernhöhe bietet eine überlegene Lesbarkeit auf Distanz, was sie für Panel-Meter und Geräte geeignet macht, bei denen der Benutzer nicht in unmittelbarer Nähe ist.
• vs. LCD-Anzeigen:LEDs sind selbstleuchtend und bieten ausgezeichnete Sichtbarkeit bei schwachem Licht ohne Hintergrundbeleuchtung. Sie haben auch einen viel weiteren Betriebstemperaturbereich und eine schnellere Ansprechzeit.
• Hauptunterscheidungsmerkmal:Die Kombination aus der industriestandard 7,62mm Größe, der kontrastverbessernden grauen Oberfläche und der zuverlässigen AlGaInP-Technologie für rot-orange Emission positioniert diese Anzeige als robuste, gut lesbare und energieeffiziente Wahl für industrielle und konsumentennahe numerische Anzeigen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese Anzeige dauerhaft mit 20mA betreiben?

Ja, aber mit Vorsicht. Der absolute maximale Dauerstrom beträgt 25mA bei 25°C Umgebungstemperatur. Ein Betrieb mit 20mA liegt innerhalb der Spezifikation, aber Siemüssendie Reduktionskurve für den Durchlassstrom konsultieren, wenn ein Anstieg der Umgebungstemperatur erwartet wird. Bei 85°C ist der maximal erlaubte Dauerstrom deutlich niedriger. Für zuverlässigen Langzeitbetrieb ist ein Betrieb mit 10-15mA oft eine sicherere Praxis, die auch die Betriebslebensdauer verlängert.

10.2 Warum ist die typische Durchlassspannung (2,0V) niedriger als bei einigen weißen oder blauen LEDs?

Die Durchlassspannung wird hauptsächlich durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlGaInP, das für rot-orange/rote/bernsteinfarbene LEDs verwendet wird, hat eine niedrigere Bandlückenenergie als die InGaN-Materialien, die für blaue, grüne und weiße LEDs verwendet werden. Eine niedrigere Bandlücke erfordert weniger Energie (niedrigere Spannung), damit Elektronen übergehen und Photonen emittieren.

10.3 Was bedeutet "nach Leuchtstärke kategorisiert" für mein Design?

Es bedeutet, dass Anzeigen aus verschiedenen Produktionschargen oder mit unterschiedlichen "CAT"-Codes unterschiedliche Helligkeitsniveaus haben können. Wenn eine einheitliche Helligkeit über alle Einheiten in Ihrem Produkt kritisch ist, sollten Sie Bauteile aus einer einzigen Intensitätsklasse (CAT-Code) spezifizieren und beschaffen. Für die meisten Anwendungen ist die Variation innerhalb der spezifizierten Toleranz (±10%) akzeptabel.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines einfachen 3-stelligen Voltmeters für ein Labornetzteil, das in einer Umgebung bis zu 50°C betrieben wird.

Designschritte:

1. Treiberstromauswahl:Ziel: 10mA pro Segment für gute Helligkeit und Langlebigkeit.
2. Strombegrenzungswiderstand:Verwendung einer 5V-Mikrocontroller-Versorgung und des max. V_Fvon 2,4V: R = (5V - 2,4V) / 0,01A = 260Ω. Verwenden Sie 270Ω (nächstgelegener Standardwert).
3. Multiplexing:Um 3 Ziffern (21 Segmente + 3 gemeinsame Kathoden) mit weniger Pins zu steuern, verwenden Sie Multiplexing mit einem Tastverhältnis von 1/3. Der Spitzenstrom pro Segment während seines aktiven Zeitfensters wäre 30mA, um einen Durchschnitt von 10mA aufrechtzuerhalten (da es nur 1/3 der Zeit eingeschaltet ist). Dieser Spitzenstrom von 30mA liegt deutlich unter dem I_FP rating.
4. -Wert von 60mA. Thermische Überprüfung:Bei 50°C Umgebungstemperatur muss die Reduktionskurve überprüft werden. Der zulässige Dauerstrom ist niedriger als 25mA. Da jedoch unserDurchschnittsstrompro Segment nur 10mA beträgt und die Anzeige multiplexed ist (jede Ziffer ist 2/3 der Zeit aus), wird der Temperaturanstieg der Sperrschicht minimal sein, was dieses Design thermisch sicher macht.
5. Mikrocontroller-Schnittstelle:Verwenden Sie ein Schieberegister wie den 74HC595 zur Steuerung der Segmentanoden und drei GPIO-Pins, um die gemeinsamen Kathoden über Transistoren (z.B. 2N3904 NPN-Transistoren) auf Masse zu schalten.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Siebensegment-LED-Anzeige ist eine Anordnung von sieben einzelnen Leuchtdioden (LEDs), die in einer Achterform angeordnet sind. Jede LED bildet ein Segment (bezeichnet mit a bis g). Durch selektives Ansteuern spezifischer Kombinationen dieser Segmente können alle Dezimalziffern (0-9) und einige Buchstaben dargestellt werden. Bei dieser gemeinsamen Kathoden-Ausführung sind die Kathoden (negative Anschlüsse) aller sieben Segment-LEDs intern mit einem oder mehreren gemeinsamen Pins verbunden. Um ein Segment zum Leuchten zu bringen, muss eine positive Spannung an seinen individuellen Anoden-Pin angelegt werden (über einen strombegrenzenden Widerstand), während der gemeinsame Kathoden-Pin mit Masse verbunden wird, um den Stromkreis zu schließen. Die Lichtemission selbst erfolgt durch Elektrolumineszenz im AlGaInP-Halbleiterchip: Bei Durchlassrichtung rekombinieren Elektronen und Löcher am pn-Übergang und setzen Energie in Form von Photonen frei, deren Wellenlänge der Bandlücke des Materials entspricht (etwa 615-621 nm für rot-orange).

13. Technologietrends und Kontext

Durchsteck-Siebensegmentanzeigen wie diese repräsentieren eine ausgereifte und hochzuverlässige Technologie. Während oberflächenmontierbare (SMD) Anzeigen für automatisierte Montage und Miniaturisierung immer häufiger werden, bleiben Durchsteckanzeigen für Prototyping, Bildungszwecke, Reparaturmärkte und Anwendungen beliebt, bei denen mechanische Robustheit und einfache Handlötbarkeit priorisiert werden. Die Verwendung von AlGaInP ist Standard für hocheffiziente rote, orange und bernsteinfarbene LEDs. Trends im breiteren Displaymarkt umfassen die Integration von Controllern/Treibern in das Displaymodul, die Entwicklung von Ultra-High-Brightness-Versionen für Sonnenlicht-Lesbarkeit und eine Verlagerung hin zu SMD-Gehäusen. Das grundlegende Design und die elektrische Schnittstelle der Standard-Siebensegmentanzeige sind jedoch seit Jahrzehnten stabil, was langfristige Verfügbarkeit und Designvertrautheit gewährleistet.