Technisches Datenblatt für Siebensegment-Anzeige ELS-315SYGWA/S530-E2 - Ziffernhöhe 9,14mm - Gelbgrüne Farbe - 2,0V Durchlassspannung - Deutschsprachiges Dokument

1. Produktübersicht

Die ELS-315SYGWA/S530-E2 ist eine siebensegmentige alphanumerische Anzeige in Durchsteckbauform, die für klare digitale Anzeigen konzipiert ist. Sie verfügt über eine standardisierte Industriegröße mit einer Ziffernhöhe von 9,14 mm (0,36 Zoll). Das Bauteil ist mit weißen lichtemittierenden Segmenten vor einer grauen Hintergrundfläche aufgebaut, was einen hohen Kontrast und eine ausgezeichnete Lesbarkeit selbst bei hellen Umgebungslichtverhältnissen bietet. Diese Anzeige ist nach Leuchtstärke kategorisiert und entspricht den bleifreien sowie RoHS-Umweltstandards, was sie für moderne elektronische Anwendungen geeignet macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Anzeige umfassen ihren geringen Stromverbrauch, ihren standardisierten Footprint für eine einfache Integration in bestehende Designs und ihre zuverlässige Leistung. Sie ist speziell für Anwendungen ausgelegt, die dauerhafte, gut lesbare numerische oder begrenzt alphanumerische Anzeigen erfordern. Zu den wichtigsten Zielmärkten zählen Haushaltsgeräte, industrielle Instrumententafeln und verschiedene digitale Anzeigesysteme, bei denen Zuverlässigkeit und Klarheit von größter Bedeutung sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten elektrischen und optischen 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 zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden darf.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10, Frequenz 1 kHz), um kurzzeitig eine höhere Helligkeit zu erreichen.
• Verlustleistung (P_d):60 mW. Die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
• 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 Handlötprozesse.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

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

• Leuchtstärke (I_v):Der typische Wert beträgt 3,2 mcd pro Segment bei einem Durchlassstrom (I_F) von 10 mA, mit einem Minimum von 2,0 mcd. Das Datenblatt gibt eine Toleranz von ±10 % für diesen Wert an. Diese Intensität ist ein auf einem einzelnen Segment gemessener Durchschnittswert.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Typischerweise 575 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die abgegebene optische Leistung am größten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Typischerweise 573 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die die Farbe definiert (in diesem Fall gelbgrün).
• Spektrale Strahlungsbandbreite (Δλ):Typischerweise 20 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit oder Breite des emittierten Lichts an.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 2,0 V, maximal 2,4 V bei I_F=20 mA. Die Toleranz beträgt ±0,1V. Dies ist ein kritischer Parameter für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5 V, was den Leckstrom im ausgeschalteten Zustand angibt.

3. Erklärung des Binning-Systems

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

• Leuchtstärke-Binning:LEDs aus einer Produktionscharge werden gemessen und basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei einem spezifizierten Prüfstrom in verschiedene Gruppen (Bins) sortiert. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit in Endprodukten. Der typische Wert ist 3,2 mcd, aber die Bauteile werden gebinnt, um ein Minimum von 2,0 mcd zu garantieren. Der tatsächliche Bin-Code ist wahrscheinlich auf dem Verpackungsetikett (Feld \"CAT\") angegeben.
• Farbe/Wellenlänge:Das Chipmaterial ist als AlGaInP spezifiziert, das typischerweise Farben im Spektrum von Rot bis Gelbgrün erzeugt. Die dominante Wellenlänge wird eng kontrolliert (typisch 573 nm), aber geringfügige Abweichungen können ebenfalls durch Binning verwaltet werden, um die Farbkonsistenz zu erhalten, was besonders bei mehrstelligen Anzeigen wichtig ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Leistungskurven, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Spektralverteilung

Diese Kurve stellt die relative Leuchtstärke über der Wellenlänge dar. Sie bestätigt visuell die Spitzenwellenlänge (λ_p~575 nm) und die spektrale Bandbreite (Δλ ~20 nm). Eine schmalere Kurve zeigt eine spektral reinere Farbe an.

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

Dieses Diagramm zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und dem Spannungsabfall über ihr. Sie ist nichtlinear. Entwickler nutzen diese Kurve, um die erforderliche Treiberspannung für einen gewünschten Betriebsstrom zu bestimmen, was für die Auswahl geeigneter Vorwiderstände oder den Entwurf von Konstantstromtreibern entscheidend ist.

4.3 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist eines der kritischsten Diagramme für die Zuverlässigkeit. Es zeigt, wie der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom (I_F) reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Der Betrieb der LED bei hohen Strömen in Hochtemperaturumgebungen ohne ordnungsgemäßes Derating wird ihre Lebensdauer aufgrund übermäßiger Sperrschichttemperatur erheblich verkürzen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges Durchsteck-DIP-Gehäuse (Dual In-line Package).

5.1 Maßzeichnung

Die Gehäusezeichnung liefert kritische mechanische Abmessungen, einschließlich Gesamthöhe, Breite, Zifferngröße, Anschlussabstand (Rastermaß) und Anschlussdurchmesser. Die Anmerkung gibt an, dass die Toleranzen ±0,25 mm betragen, sofern nicht anders angegeben. Ingenieure verwenden diese Zeichnung für das Leiterplatten-Layout und um einen korrekten Sitz im Gehäuse sicherzustellen.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Das interne Schaltbild ist wesentlich. Eine gemeinsame Anoden- oder Kathodenkonfiguration muss aus diesem Diagramm identifiziert werden. Es zeigt, wie die Anoden und Kathoden aller einzelnen Segmente (a-g) und des Dezimalpunkts (dp, falls vorhanden) intern verbunden sind. Eine korrekte Identifikation ist für den richtigen Schaltungsanschluss zwingend erforderlich. Die Pinnummerierung ist hier ebenfalls definiert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Datenblatt gibt spezifische Parameter für manuelle Lötprozesse an.

• Löttemperatur:Die maximal empfohlene Temperatur der Lötspitze beträgt 260°C.
• Lötzeit:Der Anschluss sollte nicht länger als 5 Sekunden mit dem Lötkolben in Kontakt sein, um Hitzeschäden am internen Chip und den Bonddrähten zu verhindern.
• ESD-Schutz (Elektrostatische Entladung):Das Bauteil ist empfindlich gegenüber ESD. Es wird dringend empfohlen, geerdete Handgelenkbänder, ESD-sichere Arbeitsplätze, leitfähige Bodenmatten und Ionisatoren zu verwenden. Alle Geräte und Personen müssen während der Handhabung und Montage ordnungsgemäß geerdet sein.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Das Bauteil wird in Tubes und Kartons verpackt. Der Standardverpackungsablauf ist: 35 Stück pro Tube, 140 Tubes pro Karton und 4 Kartons pro Versandkarton.

7.2 Etikettenerklärung

Das Verpackungsetikett enthält mehrere Codes: CPN (Kundenteilenummer), P/N (Produktnummer), QTY (Menge), CAT (Leuchtstärkekategorie/Bin), HUE (Farbreferenz), REF (Referenz), LOT No. (Produktionslosnummer) und einen REFERENCE-Volumenetikettencode. Diese werden für die Rückverfolgbarkeit und Lagerverwaltung verwendet.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Haushaltsgeräte:Timer an Mikrowellen/Backöfen, Temperaturanzeigen an Thermostaten oder Heizgeräten, Programmanzeigen an Waschmaschinen.
• Instrumententafeln:Anzeigen für Spannung, Strom, Frequenz oder Drehzahl an Prüfgeräten, industriellen Steuerungen und Nachrüstinstrumenten für Kraftfahrzeuge.
• Allgemeine digitale Anzeigen:Jedes Gerät, das eine einfache, zuverlässige numerische Anzeige benötigt, wie Uhren, Zähler oder einfache Messgeräte.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder einen Konstantstromtreiber, um I_Fauf 25 mA oder weniger zu begrenzen (temperaturabhängig reduziert). Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F.
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen ist ein Multiplexing-Schema üblich, um viele Segmente mit weniger I/O-Pins zu steuern. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom in Multiplex-Designs I_FP(60mA) nicht überschreitet und dass der Durchschnittsstrom pro Segment innerhalb der Grenzen bleibt.
• Betrachtungswinkel und Kontrast:Der graue Hintergrund verbessert den Kontrast. Berücksichtigen Sie die Betrachtungswinkelanforderungen des Endprodukts.
• Wärmemanagement:Halten Sie sich an die Strom-Derating-Kurve. Reduzieren Sie in Hochtemperaturumgebungen den Betriebsstrom oder verbessern Sie die Belüftung.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen Siebensegmentanzeigen bietet die ELS-315SYGWA/S530-E2 spezifische Vorteile:

• Standardisierte Industriegröße:Gewährleistet direkte Kompatibilität mit vielen bestehenden Leiterplattenlayouts und Frontplattenausschnitten.
• Intensitäts-Binning:Bietet garantierte Mindesthelligkeitswerte, was im Vergleich zu nicht gebinnten Anzeigen zu einem gleichmäßigeren Erscheinungsbild in mehrstelligen Anwendungen führt.
• Umweltkonformität:Die Bleifreiheit und RoHS-Konformität ist für Produkte, die in vielen globalen Märkten verkauft werden, unerlässlich.
• Robuste Spezifikation:Klar definierte absolute Maximalwerte und Derating-Kurven ermöglichen im Vergleich zu Teilen mit schlecht dokumentierten Grenzen zuverlässigere und langlebigere Designs.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Nein. Bei einem typischen V_Fvon 2,0V würde ein direkter Anschluss an 5V einen übermäßigen Strom verursachen und die LED zerstören. Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Zum Beispiel für einen 10mA-Antrieb aus einer 5V-Quelle: R = (5V - 2,0V) / 0,01A = 300 Ω.

F: Was bedeutet \"Spitzen-Durchlassstrom (I_FP) von 60 mA\" für mein Design?

A: Diese Bewertung erlaubt kurze Pulse mit höherem Strom, was bei Multiplex-Anzeigen nützlich ist, bei denen jede Ziffer nur einen Bruchteil der Zeit mit Strom versorgt wird. Der Durchschnittsstrom über den gesamten Zyklus muss dennoch innerhalb der 25mA-Dauerbewertung liegen. Das Tastverhältnis 1/10 bei 1kHz ist eine spezifische Testbedingung; andere Puls-Schemata erfordern eine sorgfältige Analyse.

F: Wie interpretiere ich den \"CAT\"-Code auf dem Etikett?

A: Der \"CAT\"-Code spezifiziert das Leuchtstärke-Bin. Während das Datenblatt Min./Typ.-Werte angibt, stellt das tatsächliche Binning sicher, dass alle Bauteile einer Charge eine ähnliche Ausgangsleistung haben. Verwenden Sie für eine gleichmäßige Helligkeit über alle Ziffern in einem Produkt Anzeigen mit demselben CAT-Code.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer 4-stelligen multiplexen Voltmeter-Anzeige

Ein Entwickler entwirft ein einfaches 0-30V DC Voltmeter. Der Mikrocontroller hat eine begrenzte Anzahl von I/O-Pins. Er entscheidet sich für den Einsatz von vier ELS-315SYGWA/S530-E2 Anzeigen in einer Multiplex-Konfiguration.

1. Schaltungsentwurf:Die gemeinsame Anode (oder Kathode) jeder Ziffer ist über einen Transistorschalter mit einem Mikrocontroller-Pin verbunden. Die Segmentleitungen (a-g) sind über strombegrenzende Widerstände mit Mikrocontroller-Pins verbunden und werden von allen Ziffern gemeinsam genutzt.

2. Software:Die Firmware durchläuft jede Ziffer schnell (z.B. mit 200Hz), schaltet jeweils den gemeinsamen Pin einer Ziffer ein und setzt gleichzeitig das entsprechende Segmentmuster für diese Ziffer. Die Nachbildwirkung des Auges lässt alle Ziffern gleichzeitig beleuchtet erscheinen.

3. Stromberechnung:Um eine gute Helligkeit zu erreichen, könnte der Entwickler einen Spitzensegmentstrom von 15mA während des aktiven Zeitfensters anstreben. Bei 4 Ziffern beträgt das Tastverhältnis pro Ziffer 1/4. Der Durchschnittsstrom pro Segment beträgt 15mA / 4 = 3,75mA, was deutlich unter der 25mA-Dauerbewertung liegt. Der Spitzenwert von 15mA liegt auch sicher unter dem 60mA I_FP rating.

4. Widerstandswert:Bei Verwendung einer 5V-Versorgung für die Segmente: R = (5V - 2,0V) / 0,015A ≈ 200 Ω.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine siebensegmentige LED-Anzeige ist eine Anordnung mehrerer Leuchtdioden (LEDs) in einer Achterform. Jedes Segment (bezeichnet mit a bis g) ist eine einzelne LED. Durch selektives Versorgen verschiedener Kombinationen dieser Segmente können Ziffern von 0 bis 9 und einige Buchstaben dargestellt werden. Das beschriebene Bauteil verwendet AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Halbleitermaterial. Bei Flusspolung (positive Spannung an der Anode relativ zur Kathode) rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall gelbgrün (~573 nm). Das Licht vom Chip wird durch eine geformte Epoxidlinse emittiert, die auch die Segmentform bildet.

13. Technologietrends und Kontext

Siebensegment-LED-Anzeigen repräsentieren eine ausgereifte und hochzuverlässige Anzeigetechnologie. Während neuere Technologien wie Punktmatrix-OLEDs oder LCDs eine größere Flexibilität für Grafiken und alphanumerische Zeichen bieten, behalten Siebensegment-LEDs in bestimmten Bereichen starke Vorteile:Extreme Lesbarkeit:Ihre einfachen, kontrastreichen Segmente sind aus der Ferne und unter einer Vielzahl von Lichtverhältnissen, einschließlich direktem Sonnenlicht, leicht lesbar.Robustheit und Langlebigkeit:Es sind Festkörperbauteile ohne bewegliche Teile, stoß- und vibrationsresistent und bieten eine sehr lange Betriebslebensdauer (oft Zehntausende von Stunden).Einfachheit und Kosteneffizienz:Sie benötigen im Vergleich zu komplexeren Anzeigen relativ einfache Ansteuerelektronik, was sie zu einer kostengünstigen Lösung für Anwendungen macht, die nur Zahlen oder einen begrenzten Satz von Zeichen anzeigen müssen. Der Trend für Komponenten wie die ELS-315SYGWA/S530-E2 geht in Richtung kontinuierlicher Verfeinerung für Zuverlässigkeit, weiterer Reduzierung des Stromverbrauchs und Einhaltung sich entwickelnder Umweltstandards (wie RoHS), anstatt radikaler technologischer Veränderungen. Sie bleiben die erste Wahl für Anwendungen, bei denen Klarheit, Haltbarkeit und Einfachheit die primären Designtreiber sind.