ELS-315SURWA/S530-A3 Siebensegment-Anzeige Datenblatt - 9,14mm Ziffernhöhe - Leuchtendes Rot (632nm) - 2,0V Durchlassspannung - 25mA Durchlassstrom - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELS-315SURWA/S530-A3 ist eine einstellige, alphanumerische Siebensegment-Anzeige für die Durchsteckmontage. Sie verfügt über eine standardisierte Industriegröße mit einer Ziffernhöhe von 9,14mm (0,36 Zoll). Die Anzeige ist mit leuchtend roten AlGaInP-LED-Chips aufgebaut, die in einem weißen, diffundierenden Kunststoffgehäuse untergebracht sind, das eine graue Oberflächenoptik bietet. Diese Kombination ist darauf ausgelegt, hohe Zuverlässigkeit und ausgezeichnete Lesbarkeit selbst bei heller Umgebungsbeleuchtung zu gewährleisten, was sie für eine Vielzahl von Anzeige- und Ableseanwendungen geeignet macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Anzeige umfassen ihre Konformität mit Industriestandards für Größe und Pinbelegung, was einen einfachen Austausch und eine einfache Designintegration sicherstellt. Sie bietet einen niedrigen Stromverbrauch, was zu energieeffizienten Systemdesigns beiträgt. Das Bauteil ist nach Lichtstärke kategorisiert (gebinned), was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in Mehrfachanzeigen ermöglicht. Darüber hinaus ist es bleifrei und RoHS-konform gefertigt und entspricht damit modernen Umweltvorschriften. Ihre Zielmärkte sind in erster Linie industrielle und konsumelektronische Anwendungen, die klare, zuverlässige numerische oder begrenzt alphanumerische Anzeigen erfordern.

2. Technische Parameter im Detail

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Spezifikationen des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Durchlassstrom (I_F):25mA Gleichstrom. Dies ist der maximal zulässige Dauerstrom durch ein Segment.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis ≤ 10%, Frequenz ≤ 1kHz).
• Verlustleistung (P_d):60mW. Die maximale Leistung, die das Bauteil abführen kann, berechnet als V_F* I_F.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für einen zuverlässigen Betrieb.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C.
• Löttemperatur (T_sol):260°C für maximal 5 Sekunden, typisch für Wellen- oder Handlötung.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einer Standard-Sperrschichttemperatur (T_a=25°C) gemessen und definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen.

• Lichtstärke (I_v):4,0mcd (Min), 8,0mcd (Typ) bei I_F=10mA. Dies ist die durchschnittliche Lichtausbeute pro Segment. Eine Toleranz von ±10% ist spezifiziert.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):632nm (Typ) bei I_F=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):624nm (Typ) bei I_F=20mA. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die die Farbe (leuchtendes Rot) definiert.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):20nm (Typ) bei I_F=20mA. Dies gibt die Schmalheit des emittierten roten Lichtspektrums an.
• Durchlassspannung (V_F):2,0V (Typ), 2,4V (Max) bei I_F=20mA. Der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand, mit einer Toleranz von ±0,1V.
• Sperrstrom (I_R):100µA (Max) bei V_R=5V. Der geringe Leckstrom, wenn das Bauteil in Sperrrichtung vorgespannt ist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Das bedeutet, die Einheiten werden auf Basis ihrer gemessenen Lichtausbeute bei einem spezifischen Prüfstrom getestet und sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Anzeigen aus demselben Intensitäts-Bin auszuwählen, um eine gleichmäßige Helligkeit über alle Ziffern einer Mehrfachanzeige hinweg sicherzustellen und auffällige Unterschiede in der Segmentleuchtkraft zu vermeiden. Die spezifischen Binning-Codes oder -Bereiche sind im vorliegenden Auszug nicht detailliert angegeben, wären aber typischerweise Teil der Bestellinformationen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien, die entscheidend für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen sind.

4.1 Spektralverteilung

Die Spektralkurve zeigt die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen. Für diese auf AlGaInP basierende rote LED wird die Kurve um das 632nm-Maximum mit der angegebenen 20nm-Bandbreite zentriert sein, was eine reine, gesättigte rote Farbe ohne signifikante Emission in anderen Farbbändern bestätigt.

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

Diese Kurve veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung. Sie zeigt die Schwellspannung (bei der der Strom merklich zu fließen beginnt, etwa 1,8-2,0V für rotes AlGaInP) und wie die Durchlassspannung mit dem Strom ansteigt. Konstrukteure nutzen dies, um Vorwiderstandswerte zu berechnen (R = (V_versorgung- V_F) / I_F), um den gewünschten Betriebsstrom einzustellen, typischerweise zwischen 10-20mA für einen Kompromiss zwischen Helligkeit und Lebensdauer.

4.3 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist ein entscheidendes Diagramm für das thermische Management. Es zeigt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Wenn die Umgebungstemperatur steigt, erhöht sich die Sperrschichttemperatur der LED, und der maximal sichere Strom muss reduziert werden, um Überhitzung und beschleunigten Degradation vorzubeugen. Die Kurve zeigt typischerweise den Nennstrom (z.B. 25mA), der bis zu einer bestimmten Temperatur (z.B. 25°C oder 40°C) zulässig ist, danach fällt sie bis auf Null bei der maximalen Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve muss für Designs in erhöhten Temperaturumgebungen konsultiert werden.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnung

Das Bauteil ist in einem standardmäßigen Durchsteck-DIP-Gehäuse (Dual In-line Package) ausgeführt. Die Maßzeichnung liefert kritische Maße: Gesamthöhe, -breite und -länge; Segmentgröße und -abstand; Anschlussdraht- (Pin-) Durchmesser, -länge und -abstand (Rastermaß). Der Hinweis gibt eine allgemeine Toleranz von ±0,25mm an, sofern nicht anders angegeben. Konstrukteure müssen diese Zeichnung verwenden, um den PCB-Footprint zu erstellen und so die korrekte Pad-Größe, -abstände und -platzierung für die Ziffernsegmente und gemeinsamen Pins sicherzustellen.

5.2 Internes Schaltbild und Polungsidentifikation

Das interne Schaltbild zeigt die elektrische Verbindung der 10 Pins. Eine standardmäßige Siebensegment-Anzeige hat 7 Pins für die Segmente (a bis g), 1 oder mehrere gemeinsame Pins (Anode oder Kathode, je nach Common-Anode- oder Common-Cathode-Konfiguration) und manchmal einen Dezimalpunkt (dp). Das Diagramm klärt, welcher Pin welches Segment steuert, und identifiziert den gemeinsamen Anschluss, was für die korrekte Verdrahtung und den Treiberschaltungsentwurf (z.B. unter Verwendung eines Multiplexers oder eines speziellen Displaytreiber-ICs) wesentlich ist.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Datenblatt spezifiziert eine maximale Löttemperatur von 260°C für ≤5 Sekunden. Dies ist ein Standardwert für Wellenlöten oder Handlöten mit einem temperaturgeregelten Lötkolben. Für Reflow-Löten wäre ein spezifisches Profil erforderlich, wird aber nicht bereitgestellt. Wichtige Überlegungen umfassen:

• ESD-Empfindlichkeit:Die LED-Chips sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Handhabungsvorkehrungen wie geerdete Arbeitsplätze, Handgelenksbänder und leitfähige Schaumstoffe werden während der Montage dringend empfohlen.
• Thermische Belastung:Vermeiden Sie eine längere Einwirkung hoher Temperaturen während des Lötens, um Schäden am Kunststoffgehäuse oder den internen Bonddrähten zu verhindern.
• Reinigung:Falls Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie Methoden, die mit dem Kunststoffharz kompatibel sind.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Das Bauteil folgt einer spezifischen Verpackungshierarchie: 35 Stück sind in einem Tube verpackt, 140 Tubes (insgesamt 4.900 Stück) sind in einem Karton verpackt, und 4 Kartons (insgesamt 19.600 Stück) sind in einem Masterkarton verpackt. Das Etikett auf der Verpackung enthält Felder für Kunden-Teilenummer (CPN), Hersteller-Teilenummer (P/N), Packmenge (QTY), Lichtstärkekategorie (CAT) und Losnummer (LOT No.) unter anderem Referenzen, um Rückverfolgbarkeit und korrekte Identifikation sicherzustellen.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Haushaltsgeräte:Timer, Temperaturanzeigen an Öfen/Mikrowellen, Programmanzeigen an Waschmaschinen.
• Instrumententafeln:Prüf- und Messgeräte, industrielle Steuerpulte, Nachrüstinstrumente für Kraftfahrzeuge.
• Digitale Anzeigen:Einfache Zähler, Uhren, Anzeigetafeln und jedes Gerät, das einen klaren numerischen Indikator benötigt.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand für jedes Segment oder jede gemeinsame Leitung, um den Durchlassstrom einzustellen. Berechnen Sie diesen basierend auf der Versorgungsspannung und der typischen V_Fbei dem gewünschten I_F.
• Multiplexing:Für Mehrfachanzeigen ist Multiplexing üblich, um die Pinanzahl auf dem Mikrocontroller zu reduzieren. Stellen Sie sicher, dass die Treiberschaltung den Spitzenstrom während des Multiplexzyklus bewältigen kann, ohne den Spitzenstromwert des Bauteils zu überschreiten.
• Betrachtungswinkel:Das weiße, diffundierende Harz bietet einen weiten Betrachtungswinkel. Berücksichtigen Sie die Ausrichtung der Anzeige relativ zum Benutzer.
• Helligkeitssteuerung:Die Helligkeit kann durch Variieren des Durchlassstroms (innerhalb der Grenzen) oder durch Verwendung von PWM (Pulsweitenmodulation) auf dem Ansteuersignal eingestellt werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien oder kleineren Anzeigen bietet die ELS-315SURWA/S530-A3 eine ausgewogene Kombination aus Größe, Helligkeit und Effizienz. Ihre 9,14mm Ziffernhöhe ist ein gängiger Standard und gewährleistet breite Kompatibilität. Die Verwendung von AlGaInP-Material bietet eine höhere Effizienz und ein lebendigeres, gesättigteres Rot im Vergleich zu älteren, auf GaAsP basierenden roten LEDs. Das Durchsteckdesign bietet im Vergleich zu SMD-Bauteilen mechanische Robustheit und einfaches Prototyping, erfordert jedoch mehr Platz auf der Leiterplatte. Ihr wichtigster Unterscheidungsmerkmal in ihrer Klasse ist die Kombination aus industriestandardkonformer Pinbelegung, Lichtstärke-Binning für Konsistenz und RoHS-Konformität.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

Nein, nicht direkt.Ein typischer Mikrocontroller-GPIO-Pin kann 20-25mA liefern/aufnehmen, was dem I_F-Wert der Anzeige entspricht. Die Durchlassspannung der LED beträgt jedoch nur etwa 2,0V. Ein direkter Anschluss an einen 5V-Pin ohne Strombegrenzungswiderstand würde versuchen, einen viel höheren Strom zu treiben, was sowohl die LED als auch den Mikrocontroller-Pin beschädigen könnte. Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden: R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150Ω (verwenden Sie 150Ω oder 180Ω als Standardwert).

10.2 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λ_p)ist die physikalische Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine maximale Intensität hat.Dominante Wellenlänge (λ_d)ist die Wellenlänge von monochromatischem Licht, das für das menschliche Auge die gleiche Farbe zu haben scheint. Für LEDs ist λ_doft etwas kürzer als λ_pund ist der relevantere Parameter für die Farbangabe in visuellen Anwendungen.

10.3 Ist dies eine Common-Anode- oder Common-Cathode-Anzeige?

Der vorliegende Datenblattauszug gibt dies nicht explizit an. Diese kritische Information ist iminternen Schaltbildenthalten. Der Konstrukteurmussdieses Diagramm konsultieren, um die Konfiguration zu bestimmen, bevor die Treiberschaltung entworfen wird. Die Verwendung der falschen Konfiguration verhindert, dass die Anzeige leuchtet.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf eines 4-stelligen, gemultiplexten Zählers.Um vier ELS-315SURWA/S530-A3 Anzeigen mit einem Mikrocontroller anzusteuern:

1. Bestimmen Sie den Typ des gemeinsamen Pins (Anode/Kathode) aus dem internen Schaltbild.
2. Verbinden Sie alle entsprechenden Segmentpins (a-g, dp) über die vier Ziffern hinweg miteinander.
3. Verbinden Sie den gemeinsamen Pin jeder Ziffer über einen Transistor (für die Stromhandhabung) mit einem separaten Mikrocontroller-Pin, wenn es sich um einen Common-Anode-Typ handelt, oder direkt/invertiert, wenn es sich um Common-Cathode handelt und innerhalb der Senkfähigkeit des MCU liegt.
4. Berechnen Sie einen einzelnen Strombegrenzungswiderstand für jede Segmentleitung basierend auf dem Spitzenstrom pro Segment während des Multiplexens. Wenn jede Ziffer 1/4 der Zeit aktiv ist, um einen Durchschnittsstrom von 10mA zu erreichen, sollte der Spitzenstrom während ihres aktiven Zeitfensters 40mA betragen. Stellen Sie sicher, dass dieser 40mA-Spitzenwert den I_FP-Wert des Bauteils (60mA) nicht überschreitet und innerhalb der Fähigkeiten des Treibers liegt.
5. Schreiben Sie eine Firmware, um die Ziffern schnell durchzuschalten (z.B. 100Hz pro Ziffer, 400Hz Gesamtaktualisierungsrate) und dabei die korrekten Segmente für die aktive Ziffer zu beleuchten.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Siebensegment-Anzeige ist eine Anordnung von sieben LED-Stäben (Segmenten) in einer Achterform. Durch selektives Beleuchten spezifischer Kombinationen dieser Segmente können alle Dezimalziffern (0-9) und einige Buchstaben dargestellt werden. Jedes Segment ist eine einzelne LED. In einerCommon-Anode-Anzeigesind alle Anoden der Segment-LEDs miteinander verbunden und an einen gemeinsamen Pin (V_CC) angeschlossen, und jede Kathode wird separat angesteuert. Um ein Segment zu beleuchten, wird sein Kathoden-Pin auf LOW (über einen Strombegrenzungswiderstand mit Masse verbunden) gezogen. In einerCommon-Cathode-Anzeigesind die Kathoden gemeinsam (Masse), und die Anoden werden auf HIGH gezogen, um zu leuchten. Die ELS-315SURWA/S530-A3 verwendet AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Halbleitermaterial, das Licht im roten bis gelb-orangen Spektrum emittiert, wenn Elektronen sich mit Löchern über die Bandlücke des Materials rekombinieren, ein Prozess namens Elektrolumineszenz.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Während bedrahtete Siebensegment-Anzeigen wie die ELS-315SURWA/S530-A3 aufgrund ihrer Robustheit und Benutzerfreundlichkeit beliebt bleiben, geht der allgemeine Trend in der Elektronik hin zur Oberflächenmontagetechnik (SMT) für automatisierte Bestückung, kleinere Größe und geringere Bauhöhe. Hochhelle und sonnenlichtlesbare Versionen sind ebenfalls gefragt. Darüber hinaus gibt es eine wachsende Verlagerung hin zu integrierten Anzeigemodulen mit eingebauten Controllern (I2C, SPI), die die Schnittstelle zum Mikrocontroller vereinfachen. Dennoch behalten diskrete Siebensegment-LEDs eine starke Position in kostenempfindlichen Anwendungen, Hobbyprojekten und Situationen, in denen die hohe Sichtbarkeit und einfache direkte Ansteuerung eines Standardbauteils von größter Bedeutung sind. Die Verwendung effizienterer Materialien wie AlGaInP, wie in diesem Bauteil zu sehen, ist Teil der laufenden Entwicklung, um eine bessere Leistung innerhalb des klassischen Formfaktors zu bieten.