ELD-526SURWA/S530-A3 Siebensegmentanzeige Datenblatt - 13,6mm Zeichenhöhe - 2,4V Durchlassspannung - Leuchtend Rot - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELD-526SURWA/S530-A3 ist eine einstellige alphanumerische Siebensegmentanzeige für die Durchsteckmontage. Sie verfügt über eine standardisierte Industriegröße mit einer Zeichenhöhe von 13,6 Millimetern (0,54 Zoll). Das Bauteil ist mit leuchtend roten AlGaInP-LED-Chips aufgebaut, die in einem weißen Diffusionsharzgehäuse untergebracht sind, das eine graue Oberflächenerscheinung aufweist. Diese Kombination ist darauf ausgelegt, hohe Zuverlässigkeit und ausgezeichnete Lesbarkeit selbst bei hellem Umgebungslicht zu gewährleisten. Die Anzeige wird nach Lichtstärke kategorisiert und entspricht den umweltfreundlichen Standards für bleifreie und RoHS-konforme Produkte, was sie für moderne Elektronikfertigungsprozesse geeignet macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser Anzeige umfassen ihren geringen Stromverbrauch, ihren standardisierten Footprint für einfachen Austausch oder Integration sowie ihre robuste Leistung unter verschiedenen Lichtverhältnissen. Ihr Design priorisiert Langlebigkeit und konstante Ausgangsleistung. Die Zielanwendungen sind vielfältig und konzentrieren sich hauptsächlich auf Konsum- und Industrieelektronik, bei denen klare numerische Anzeigen essenziell sind. Zu den Schlüsselmärkten zählen Bedienfelder von Haushaltsgeräten (z.B. Backöfen, Waschmaschinen), Messgeräteinstrumentierung und universelle digitale Anzeigen in verschiedenen Geräten.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

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):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann einen sofortigen Sperrschichtdurchbruch verursachen.
• Durchlassstrom (I_F):25 mA (Dauerbetrieb). Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann.
• Spitzendurchlassstrom (I_FP):60 mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz. Dies ist für Multiplex-Anwendungen entscheidend.
• Verlustleistung (P_d):60 mW. Die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, berechnet als Durchlassspannung (V_F) multipliziert mit dem Durchlassstrom (I_F).
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem garantiert wird, dass das Bauteil die veröffentlichten Spezifikationen erfüllt.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C.
• Löttemperatur (T_sol):260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden. Dies ist kritisch für Wellen- oder Handlötprozesse.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C) gemessen und repräsentieren die typische Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_v):Der typische Wert beträgt 12,5 mcd pro Segment bei einem Betriebsstrom von 10 mA. Das spezifizierte Minimum beträgt 7,8 mcd. Das Datenblatt vermerkt eine Toleranz von ±10 % bei der Lichtstärke, die Teil des Kategorisierungs- (Binning-) Prozesses ist. Die Messung ist ein Durchschnittswert über eine Siebensegmentziffer.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):632 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):624 nm (typisch). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge und definiert die Farbe (leuchtend rot).
• Spektrale Bandbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies gibt den Bereich der emittierten Wellenlängen an, der um die Spitzenwellenlänge zentriert ist.
• Durchlassspannung (V_F):2,0 V (typisch), mit einem Maximum von 2,4 V bei 20 mA. Die Toleranz beträgt ±0,1 V. Dieser Parameter ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 µA bei einer Sperrspannung von 5 V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die Bauteile \"nach Lichtstärke kategorisiert\" sind. Dies bezieht sich auf einen Binning- oder Sortierprozess.

• Lichtstärke-Binning:Die LEDs werden getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke beim Standardteststrom in Gruppen (Bins) sortiert. Die spezifizierte Toleranz von ±10 % definiert den Bereich für einen bestimmten Bin. Entwickler sollten sich bewusst sein, dass die Helligkeit innerhalb dieses Bereichs von einer Produktionscharge zur anderen variieren kann, was auffällig sein kann, wenn mehrere Anzeigen nebeneinander in einem Produkt verwendet werden.
• Durchlassspannungs-Binning:Obwohl nicht explizit als gebinnter Parameter angegeben, deutet die ±0,1 V Toleranz bei V_Fauf eine enge Kontrolle hin. Signifikante Variationen der Durchlassspannung über mehrere Segmente oder Ziffern hinweg könnten zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung führen, wenn sie in einer einfachen Parallelschaltung ohne individuelle Strombegrenzung betrieben werden.
• Wellenlängen-/Farb-Binning:Das Datenblatt spezifiziert typische Werte für Spitzen- und dominante Wellenlänge, erwähnt aber keine expliziten Farb-Bins. Für eine Standardanzeige in leuchtendem Rot ist die typische dominante Wellenlänge von 624 nm das Ziel.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien, die Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen geben.

4.1 Spektralverteilung

Die Spektralverteilungskurve (relative Intensität vs. Wellenlänge) würde einen schmalen Peak zeigen, der um 632 nm (Spitze) zentriert ist, mit einer dominanten Wellenlänge bei 624 nm. Die 20 nm Bandbreite deutet auf eine relativ reine rote Farbe hin, was charakteristisch für AlGaInP-Halbleitermaterial ist. Dieses Material ist für seine hohe Effizienz im roten bis bernsteinfarbenen Bereich bekannt.

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

Diese Kurve veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung. Für eine typische LED zeigt die Kurve einen sehr geringen Strom, bis die Durchlassspannung einen \"Knie\"-Punkt erreicht (bei diesem Bauteil etwa 1,8-2,0 V), wonach der Strom bei einer kleinen Spannungserhöhung schnell ansteigt. Dies unterstreicht die Bedeutung, LEDs mit einer Konstantstromquelle anstatt einer Konstantspannungsquelle zu betreiben, um thermisches Durchgehen zu verhindern und eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen.

4.3 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Dies ist ein entscheidendes Diagramm für das thermische Management. Es zeigt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom als Funktion der Umgebungstemperatur. Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die Fähigkeit des Bauteils, Wärme abzuführen, ab. Daher muss der maximal sichere Betriebsstrom reduziert (derated) werden, um ein Überschreiten der Sperrschichttemperaturgrenze zu verhindern und langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen. Die Kurve beginnt typischerweise beim Nennstrom (z.B. 25 mA) bei 25°C und fällt bis auf Null Strom bei der maximalen Sperrschichttemperatur ab.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen und Zeichnung

Die Gehäuseabmessungszeichnung liefert die genauen physikalischen Maße für das PCB-Layout. Zu den Schlüsselabmessungen gehören die Gesamthöhe, -breite und -tiefe der Anzeige, der Abstand zwischen den Pins (Rastermaß), der Pindurchmesser und die empfohlene PCB-Lochgröße. Die Zeichnung enthält einen Hinweis, dass die Toleranzen ±0,25 mm betragen, sofern nicht anders angegeben. Ingenieure müssen sich an diese Abmessungen halten, um einen korrekten Sitz und Ausrichtung auf der Leiterplatte sicherzustellen.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Das interne Schaltbild zeigt die gemeinsame-Anoden-Konfiguration der sieben Segmente und des Dezimalpunkts (falls vorhanden). Es identifiziert die Pin-Nummern, die jedem Segment (a bis g) und dem gemeinsamen Anodenpin(s) entsprechen. Die korrekte Polaritätsidentifikation ist essenziell; das Anlegen einer Sperrspannung oder einer falschen gemeinsamen Verbindung verhindert das Leuchten der Anzeige oder könnte sie beschädigen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

• Lötprozess:Das Bauteil eignet sich für Wellenlöten oder Handlöten. Der absolute Maximalwert für die Löttemperatur beträgt 260°C für maximal 5 Sekunden Dauer. Dies ist ein Standardwert für Durchsteckbauteile und hilft, thermische Schäden am LED-Chip und am Kunststoffgehäuse zu verhindern.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Schutz:Das Datenblatt enthält eine deutliche Warnung vor ESD-Empfindlichkeit. AlGaInP-LEDs können durch elektrostatische Entladung beschädigt werden. Empfohlene Handhabungsvorsichtsmaßnahmen umfassen die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, ESD-sicherer Arbeitsplätze und Böden, leitfähiger Tischmatten und die ordnungsgemäße Erdung aller Geräte. Wenn isolierende Materialien vorhanden sind, sollten Ionisatoren oder andere ladungsneutralisierende Methoden eingesetzt werden.
• Lagerbedingungen:Bauteile sollten innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs (-40°C bis +100°C) in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit und ESD-Schutz gelagert werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Das Bauteil ist für die automatisierte Montage in Tubes verpackt. Der Standardverpackungsprozess ist: 20 Stück pro Tube, 36 Tuben pro Karton und 4 Kartons pro Masterkarton. Dies ergibt insgesamt 2.880 Stück pro Masterkarton.

7.2 Etikettenerklärung

Das Verpackungsetikett enthält mehrere Codes: Kundenteilenummer (CPN), Herstellertypenbezeichnung (P/N), Verpackungsmenge (QTY), Lichtstärkenklasse (CAT) und Losnummer (LOT No.). Das Feld \"CAT\" entspricht direkt der zuvor diskutierten Lichtstärken-Bin-Klassifizierung.

8. Anwendungsentwurfsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Als gemeinsame-Anoden-Anzeige werden die Anoden (gemeinsame Pins) typischerweise über einen strombegrenzenden Widerstand oder einen Transistorschalter (für Multiplexing) mit einer positiven Versorgungsspannung verbunden. Die Kathode jedes Segments wird dann mit einem Treiber-IC (wie einem 7-Segment-Decoder/Treiber oder einem Mikrocontroller-GPIO-Pin) verbunden, der den erforderlichen Strom senken kann. Ein Reihenstrombegrenzungswiderstand ist für jedes Segment oder die gemeinsame Anode zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom auf den gewünschten Wert (z.B. 10-20 mA) einzustellen. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.

8.2 Entwurfsüberlegungen und Warnungen

• Strombegrenzung:Immer eine Konstantstromquelle oder einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Die LED niemals direkt an eine Spannungsquelle anschließen.
• Sperrspannungsschutz:Die Treiberschaltung muss sicherstellen, dass keine Sperrspannung an die LED angelegt wird, auch nicht im ausgeschalteten Zustand. Kontinuierliche Sperrspannung kann Metallmigration und dauerhafte Schäden verursachen. In Wechselstrom- oder Multiplex-Schaltungen sollte der Einbau einer Schutzdiode parallel zur LED (im Normalbetrieb in Sperrrichtung gepolt) in Betracht gezogen werden.
• Thermisches Management:Für Anwendungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Betrieb nahe dem Maximalstrom ist die Derating-Kurve zu berücksichtigen. Für ausreichende Wärmeableitung auf der Leiterplatte sorgen.
• Multiplexing:Diese Anzeige eignet sich für Multiplex-Anwendungen, bei denen mehrere Ziffern Treiberleitungen teilen. Die Spitzendurchlassstrom-Bewertung (60 mA bei 1/10 Tastverhältnis) unterstützt dies. Der Durchschnittsstrom pro Segment darf den kontinuierlichen Durchlassstrom-Nennwert (25 mA) nicht überschreiten.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien oder kleineren Anzeigen bietet die ELD-526SURWA/S530-A3 spezifische Vorteile:

• Material (AlGaInP vs. GaAsP):AlGaInP-Technologie bietet eine höhere Lumenausbeute und eine gesättigtere, leuchtendere rote Farbe im Vergleich zu älteren GaAsP-LEDs, die oft orangefarbener oder matter erscheinen.
• Standardisierte Größe:Die 13,6 mm Zeichenhöhe ist ein Industriestandard und gewährleistet breite Kompatibilität mit bestehenden Produktdesigns und Blenden.
• Geringer Stromverbrauch:Mit einer typischen Durchlassspannung von 2,0 V arbeitet sie effizient, reduziert die Anforderungen an die Stromversorgung und die Wärmeentwicklung im Vergleich zu Anzeigen mit höherer V_F.
• Graue Oberfläche:Die graue Oberfläche (im Gegensatz zu schwarz) bietet in hell beleuchteten Umgebungen einen besseren Kontrast, indem reflektiertes Umgebungslicht reduziert wird, was die Lesbarkeit verbessert.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige mit 5V-Logik von einem Mikrocontroller ansteuern?

A: Ja, aber Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Zum Beispiel, um ~10 mA mit einer 5V-Versorgung zu erreichen: R = (5V - 2,0V) / 0,01A = 300 Ohm. Ein 330 Ohm Widerstand ist ein Standardwert, der etwas weniger Strom liefert, was sicher ist.

F: Warum ist eine minimale Lichtstärke (7,8 mcd) und eine typische (12,5 mcd) spezifiziert?

A: Das Minimum ist die garantierte Untergrenze für unter dieser Teilenummer verkaufte Bauteile. Der typische Wert ist die durchschnittliche Ausgangsleistung aus der Produktion. Aufgrund des Binning-Prozesses (±10 %) können Sie Bauteile erhalten, deren Helligkeit irgendwo innerhalb dieses kategorisierten Bereichs liegt.

F: Ist diese Anzeige für den Außeneinsatz geeignet?

A: Der Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +85°C) deutet darauf hin, dass sie eine breite Palette von Umgebungen bewältigen kann. Für den direkten Außeneinsatz sollten jedoch zusätzliche Faktoren berücksichtigt werden, die nicht im Datenblatt behandelt werden, wie z.B. die UV-Beständigkeit des Kunststoffs, Wasserdichtigkeit und Schutzlackierung für die Leiterplatte.

F: Was passiert, wenn ich die 5V Sperrspannung überschreite?

A: Das Überschreiten der Sperrspannungsbewertung kann aufgrund von Lawinendurchbruch einen sofortigen und katastrophalen Ausfall der LED-Sperrschicht verursachen. Das Bauteil ist nicht dafür ausgelegt, Sperrspannung zu widerstehen.

11. Praktischer Entwurf und Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer einfachen digitalen Voltmeter-Anzeige.

Ein Entwickler erstellt ein Labornetzteil, das eine 3-stellige Spannungsanzeige benötigt. Er wählt drei ELD-526SURWA/S530-A3 Anzeigen. Der Mikrocontroller (z.B. ein ATmega328) verwendet einen 7-Segment-Treiber-IC wie den MAX7219. Die Entwurfsschritte umfassen: 1) Layout der Leiterplatte gemäß den Gehäuseabmessungen, um korrekten Pinabstand sicherzustellen. 2) Verbinden der gemeinsamen Anoden jeder Ziffer mit den Ziffernauswahlleitungen des Treiber-ICs. 3) Verbinden der Segmentkathoden (a-g) mit den Segmentleitungen des Treiber-ICs. 4) Programmieren des Mikrocontrollers, um einen ADC-Wert zu lesen, ihn in Spannung umzuwandeln und die entsprechenden Zifferncodes über SPI an den MAX7219 zu senden. 5) Einstellen des Treiberstroms in den Registern des MAX7219, um 10-15 mA pro Segment zu erreichen und sicherzustellen, dass er innerhalb der Bewertungen der Anzeige bleibt. Die graue Oberfläche der Anzeige wird speziell gewählt, weil die Laborumgebung Deckenbeleuchtung mit Leuchtstofflampen hat.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Siebensegment-LED-Anzeige ist eine Anordnung einzelner Leuchtdioden (LEDs), die im Muster der Ziffer \"8\" angeordnet sind. Jedes Segment (benannt a bis g) ist eine separate LED. Durch selektives Einschalten bestimmter Segmente können beliebige Ziffern von 0 bis 9 und einige Buchstaben dargestellt werden. Die ELD-526SURWA/S530-A3 verwendet eine gemeinsame-Anoden-Konfiguration, was bedeutet, dass die Anoden (positive Anschlüsse) aller Segment-LEDs einer Ziffer zu einem gemeinsamen Pin(s) verbunden sind. Um ein Segment zu beleuchten, wird seine gemeinsame Anode mit einer Spannungsquelle (über einen Strombegrenzer) verbunden und seine Kathode (negativer Anschluss) mit einer niedrigeren Spannung (Masse). Das Licht wird durch Elektrolumineszenz im AlGaInP-Halbleitermaterial erzeugt: Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) bei einer Wellenlänge frei, die der Bandlücke des Materials entspricht, die im roten Spektrum liegt.

13. Technologietrends und Kontext

Siebensegment-LED-Anzeigen repräsentieren eine ausgereifte und zuverlässige Technologie. Während neuere Displaytechnologien wie Punktmatrix-OLEDs oder TFT-LCDs größere Flexibilität für Grafiken und benutzerdefinierte Schriftarten bieten, behalten 7-Segment-LEDs in bestimmten Anwendungen starke Vorteile: überlegene Helligkeit und Sonnenlichtlesbarkeit, extrem große Betrachtungswinkel, hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer, einfache Steuerung und niedrigere Kosten für Anwendungen, die nur numerische Ausgaben erfordern. Der Trend bei solchen diskreten LED-Anzeigen geht zu höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro mA Strom), engerem Binning für Farb- und Helligkeitskonsistenz und fortgesetzter Einhaltung sich entwickelnder Umweltvorschriften (RoHS, REACH). Das Durchsteckgehäuse, wie in diesem Datenblatt verwendet, wird schrittweise durch oberflächenmontierbare (SMD) Versionen für die automatisierte Montage ergänzt, aber Durchsteckmontage bleibt für Prototyping, Reparatur und Anwendungen, die höhere mechanische Robustheit erfordern, entscheidend.