ELD-512SURWB/S530-A3 LED-Anzeige Datenblatt - 14,22mm Ziffernhöhe - 2,4V Durchlassspannung - 25mA Durchlassstrom - Leuchtendes Rot

1. Produktübersicht

Die ELD-512SURWB/S530-A3 ist eine hochzuverlässige, alphanumerische 7-Segment-Anzeige für die Durchsteckmontage. Sie verfügt über eine standardisierte Industriegröße mit einer Ziffernhöhe von 14,22 mm (0,56 Zoll) und eignet sich somit ideal für Anwendungen, die klare numerische Anzeigen erfordern. Das Display nutzt weiße Segmente auf einer schwarzen Hintergrundfläche, was auch bei hellem Umgebungslicht einen exzellenten Kontrast und eine sehr gute Lesbarkeit gewährleistet. Konstruktion und Materialien entsprechen den bleifreien und RoHS-Umweltstandards.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Anzeige sind ihr geringer Stromverbrauch, ihr standardisiertes Gehäuse für eine einfache Integration in bestehende Designs und die Kategorisierung der Lichtstärke für eine konsistente Performance über alle Produktionschargen hinweg. Sie ist für den zuverlässigen Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen konstruiert. Die Zielanwendungen liegen hauptsächlich in der Konsumgüter- und Industrie-Elektronik, einschließlich Haushaltsgeräten (z.B. Backöfen, Mikrowellen), verschiedenen Instrumententafeln für Mess- und Steuerungssysteme sowie universellen Digitalanzeigen, wo klare, gut lesbare Zahlen benötigt werden.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils, wie in den Tabellen für die absoluten Maximalwerte und die elektro-optischen Kenngrößen definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen maximalen Dauer-Durchlassstrom (I_F) von 25 mA ausgelegt. Für gepulsten Betrieb mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz kann der Spitzen-Durchlassstrom (I_FP) 60 mA erreichen. Die maximale Sperrspannung (V_R) ist auf 5 V begrenzt; eine Überschreitung kann die LED-Übergänge beschädigen. Die gesamte Verlustleistung (P_d) darf 60 mW nicht überschreiten. Der Betriebstemperaturbereich ist von -40°C bis +85°C spezifiziert, mit einem weiteren Lagertemperaturbereich von -40°C bis +100°C. Das Bauteil hält einer Löttemperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden stand, was mit Standard-Lötschritten für bleifreies Reflow- und Handlöten kompatibel ist.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Unter Standard-Testbedingungen (Ta=25°C, I_F=10mA) beträgt die typische Lichtstärke (I_v) für ein einzelnes Segment 17,6 mcd, mit einem spezifizierten Mindestwert von 7,8 mcd. Die Durchlassspannung (V_F) bei 20mA beträgt typischerweise 2,0V, maximal 2,4V. Die emittierte Farbe ist leuchtendes Rot, erzielt durch die Verwendung eines AlGaInP-Chipmaterials (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid). Die Peak-Wellenlänge (λ_p) beträgt typisch 632 nm, und die dominante Wellenlänge (λ_d) beträgt typisch 624 nm, mit einer spektralen Bandbreite (Δλ) von etwa 20 nm, welche die Reinheit und den Farbton des Rots definiert. Der Sperrstrom (I_R) ist sehr niedrig, mit einem Maximum von 100 µA bei 5V Sperrspannung.

2.3 Thermische Eigenschaften

Die Performance des Bauteils ist temperaturabhängig. Der Durchlassstrom muss reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, um die maximale Sperrschichttemperatur nicht zu überschreiten und die Langzeit-Zuverlässigkeit sicherzustellen. Die bereitgestellte Durchlassstrom-Reduktionskurve definiert visuell den maximal zulässigen Dauerstrom bei jeder gegebenen Betriebstemperatur innerhalb des spezifizierten Bereichs.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt zeigt an, dass die Bauteile nach Lichtstärke kategorisiert (gebinned) werden. Das bedeutet, dass während der Fertigung die LEDs getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute bei einem Standardstrom (z.B. 10mA) in Gruppen sortiert werden. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit für den Endanwender, was besonders wichtig ist, wenn mehrere Anzeigen in einem einzigen Produkt verwendet werden. Die Toleranz für die Lichtstärke ist mit ±10% spezifiziert. Ebenso hat die Durchlassspannung eine Toleranz von ±0,1V um den typischen Wert, was beim Entwurf stabiler Treiberschaltungen hilft.

4. Analyse der Performance-Kurven

4.1 Spektrale Verteilung

Die spektrale Verteilungskurve zeigt die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen. Für diese auf AlGaInP basierende rote LED ist die Kurve um den Bereich von 624-632 nm mit der spezifizierten 20 nm Bandbreite zentriert. Diese Kurve ist wichtig für Anwendungen, bei denen Farbreinheit oder spezifische Wellenlängenanpassung kritisch ist.

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

Diese grundlegende Kurve veranschaulicht die Beziehung zwischen der an der LED anliegenden Spannung und dem resultierenden Stromfluss. Sie ist nicht-linear. Der typische V_F-Wert von 2,0V bei 20mA ist ein zentraler Arbeitspunkt dieser Kurve. Das Verständnis dieser Beziehung ist für den Entwurf einer geeigneten strombegrenzenden Schaltung essenziell, da LEDs stromgesteuerte Bauteile sind.

4.3 Durchlassstrom-Reduktionskurve

Dieser entscheidende Graph stellt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom über der Umgebungstemperatur dar. Mit steigender Temperatur sinkt der maximal sichere Strom linear. Die Einhaltung dieser Reduktionskurve ist entscheidend, um thermisches Durchgehen zu verhindern und sicherzustellen, dass das Bauteil innerhalb seines sicheren Arbeitsbereichs (SOA) arbeitet, wodurch seine Betriebslebensdauer maximiert wird.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil ist ein Durchsteckbauteil mit einem Standardgehäuse von 14,22 mm Ziffernhöhe. Die detaillierte Gehäusedimension-Zeichnung liefert alle kritischen mechanischen Maße, einschließlich Gesamthöhe, Breite, Segmentabmessungen sowie Anschlussstift-Abstände und -Durchmesser. Toleranzen für nicht spezifizierte Maße betragen ±0,25 mm. Das interne Schaltbild zeigt die gemeinsame-Anoden-Konfiguration der sieben Segmente und des Dezimalpunkts, was für den korrekten Entwurf der Multiplex- oder Direktansteuerungsschaltung wesentlich ist. Die Pinbelegung identifiziert, welcher Pin welchem Segment (a-g) und der gemeinsamen Anode entspricht.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Der absolute Maximalwert für die Löttemperatur beträgt 260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden. Dieser Parameter muss während Wellenlöt- oder Handlötprozessen strikt eingehalten werden, um Schäden an den internen LED-Chips und dem Epoxidharzgehäuse zu verhindern. Während der Handhabung und Montage müssen Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) befolgt werden, da die LED-Chips empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind. Dies beinhaltet die Verwendung von geerdeten Handgelenkbändern, ESD-sicheren Arbeitsplätzen und leitfähigen Bodenmatten. Die LEDs müssen stets unter Durchlassvorspannungsbedingungen betrieben werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Der Standard-Verpackungsprozess ist: 20 Stück pro Tube, 63 Tuben pro Karton und 4 Kartons pro Masterkarton. Das Etikett auf der Verpackung enthält mehrere Schlüsselfelder für Rückverfolgbarkeit und Identifikation: CPN (Kunden-Produktnummer), P/N (Produktnummer), QTY (Packmenge), CAT (Lichtstärke-Klasse/Rang) und LOT No. (Losnummer). Das Verständnis dieser Kennzeichnung ist wichtig für die Lagerverwaltung und um sicherzustellen, dass die korrekte Bauteilversion in der Produktion verwendet wird.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Als gemeinsame-Anoden-Anzeige wird jede Segment-Kathode unabhängig angesteuert, typischerweise über einen Vorwiderstand und einen Transistor oder einen speziellen LED-Treiber-IC, der den erforderlichen Strom senken kann. Der gemeinsame Anoden-Pin wird mit der positiven Versorgungsspannung verbunden. Das Multiplexen mehrerer Ziffern ist eine gängige Technik, um die Anzahl der benötigten Treiber-Pins auf einem Mikrocontroller zu reduzieren.

8.2 Designüberlegungen und Warnhinweise

Strombegrenzung:Ein Vorwiderstand in Reihe ist für jedes Segment zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom auf den gewünschten Wert (z.B. 10-20 mA) einzustellen, berechnet basierend auf der Versorgungsspannung und der Durchlassspannung der LED.Sperrspannungsschutz:Die Schaltung muss so ausgelegt sein, dass das Anlegen einer Sperrspannung über 5V verhindert wird, da dies irreversiblen Schaden verursachen kann. Falls die Treiberschaltung die LED im ausgeschalteten Zustand einer Sperrspannung aussetzen könnte, kann eine parallel zur LED geschaltete Schutzdiode (im Normalbetrieb in Sperrrichtung) notwendig sein.Thermisches Management:Stellen Sie sicher, dass der Betriebsstrom entsprechend der Umgebungstemperatur reduziert wird. In Hochtemperaturumgebungen sollten Sie eine Reduzierung des Treiberstroms oder eine verbesserte Belüftung in Betracht ziehen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien oder kleineren Anzeigen bietet die ELD-512SURWB/S530-A3 eine gute Balance aus Größe (0,56\"), Helligkeit und Zuverlässigkeit. Ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind die Verwendung des effizienten AlGaInP-Halbleitermaterials für leuchtend rotes Licht, ein Weiß-auf-Schwarz-Design für hohen Kontrast und die Einhaltung moderner Umweltstandards (bleifrei, RoHS). Das Durchsteckdesign bietet im Vergleich zu oberflächenmontierbaren Alternativen mechanische Robustheit und einfaches Prototyping, benötigt jedoch mehr Platz auf der Leiterplatte.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Was ist der Zweck der Lichtstärke-Kategorisierung (CAT)?

A: Sie gruppiert LEDs mit ähnlichen Helligkeitsstufen. Dies gewährleistet ein einheitliches Erscheinungsbild, wenn mehrere Anzeigen nebeneinander in einem Produkt verwendet werden, und vermeidet Helligkeitsunterschiede.

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

A: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Für eine 5V-Versorgung, einen typischen V_F-Wert von 2,0V und einen gewünschten I_F-Wert von 20mA wäre der Widerstandswert R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150 Ω. Stellen Sie außerdem sicher, dass der MCU-Pin den erforderlichen Segmentstrom senken kann.

F: Was bedeutet \"gemeinsame Anode\"?

A: Es bedeutet, dass die Anoden (positive Seiten) aller LED-Segmente miteinander verbunden und an einen gemeinsamen Pin angeschlossen sind. Um ein Segment zu leuchten, verbinden Sie die gemeinsame Anode mit Vcc und legen den entsprechenden Kathoden-Pin auf LOW (über einen Widerstand auf Masse).

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für Dauerbetrieb mit dem maximalen Nennstrom (25mA) nahe der oberen Temperaturgrenze wird ein sorgfältiges Leiterplattenlayout zur Wärmeableitung empfohlen. Für die meisten Anwendungen bei moderaten Strömen und Temperaturen ist kein separater Kühlkörper erforderlich.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Einfache 4-stellige Voltmeter-Anzeige.Vier ELD-512SURWB-Anzeigen können gemultiplext werden, um eine Spannungsanzeige von 0,000 bis 19,99V anzuzeigen. Ein Mikrocontroller würde sequentiell die gemeinsame Anode jeder Ziffer über einen PNP-Transistor aktivieren und das korrekte 7-Segment-Muster für diese Ziffer auf den gemeinsamen Kathodenleitungen ausgeben, wobei jede Kathodenleitung über einen entsprechenden Vorwiderstand verfügt. Die Aktualisierungsrate muss hoch genug sein (>60Hz), um Flackern zu vermeiden.

Beispiel 2: Industrieller Timer/Countdown-Anzeige.Verwendet auf einem Bedienpanel gewährleistet der hohe Kontrast der Anzeige Lesbarkeit in einer gut beleuchteten Fabrikumgebung. Ihr breiter Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +85°C) macht sie für nicht klimatisierte Räume geeignet. Die Treiberschaltung würde für einen konservativen Betrieb mit 15mA pro Segment ausgelegt, um die Langzeit-Zuverlässigkeit zu erhöhen und die Wärmeentwicklung zu minimieren.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine 7-Segment-LED-Anzeige ist eine Anordnung mehrerer Leuchtdioden (LEDs) in einer Achter-Form. Jedes Segment (bezeichnet mit a bis g) ist eine einzelne LED. Bei Durchlassvorspannung – d.h. wenn eine positive Spannung an der Anode relativ zur Kathode anliegt – rekombinieren Elektronen und Löcher innerhalb des aktiven Bereichs des Halbleiters (in diesem Fall der AlGaInP-Chip) und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung (AlGaInP) bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die bei diesem Bauteil im leuchtend roten Spektrum liegt. Durch selektives Ansteuern verschiedener Kombinationen dieser sieben Segmente können alle Dezimalziffern (0-9) und einige Buchstaben dargestellt werden.

13. Technologietrends und Kontext

Während Durchsteckanzeigen wie diese aufgrund ihrer Robustheit und einfachen Handhabung in bestimmten Anwendungen beliebt bleiben, geht der allgemeine Trend in der Elektronik hin zu Miniaturisierung und Oberflächenmontagetechnik (SMT). SMT-Anzeigen bieten kleinere Abmessungen, eine geringere Bauhöhe und sind besser für automatisierte Bestückungsanlagen geeignet. Durchsteckbauteile werden jedoch nach wie vor beim Prototyping, in der Ausbildung, in Industrieanlagen, wo Vibrationsfestigkeit entscheidend ist, und für Anwendungen, bei denen manuelles Löten oder Reparatur erwartet wird, geschätzt. Die zugrundeliegende LED-Technologie, AlGaInP für Rot/Orange/Gelb und InGaN für Blau/Grün/Weiß, verbessert sich weiterhin in Effizienz (mehr Licht pro Watt) und Zuverlässigkeit. Zukünftige Anzeigen könnten mehr Intelligenz integrieren, wie z.B. eingebaute Treiber oder Kommunikationsschnittstellen (z.B. I2C), was den Entwurf für den Ingenieur vereinfacht.