Hoja de Datos de Display de Siete Segmentos Rojo-Anaranjado de 7.62mm - Tamaño 19.0x13.2x8.0mm - Voltaje Directo 2.0V - Potencia 60mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones técnicas de un display alfanumérico de siete segmentos con una altura de dígito de 7.62 mm (0.3 pulgadas). El dispositivo está diseñado para montaje a través de orificio (PTH) y utiliza tecnología de chip AlGaInP para emitir una luz de color rojo-anaranjado. Presenta segmentos emisores de luz de color blanco sobre una superficie de fondo gris, lo que mejora el contraste y la legibilidad, especialmente en condiciones de iluminación ambiental brillante. El producto está categorizado por intensidad luminosa y cumple con los estándares ambientales libres de plomo y RoHS, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones electrónicas que requieren indicaciones numéricas o alfanuméricas limitadas fiables.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales de este display incluyen su adhesión a una huella estándar industrial, garantizando la compatibilidad con diseños de PCB y zócalos existentes diseñados para este tamaño común. Su bajo consumo de energía es un beneficio clave para dispositivos alimentados por batería o de alta eficiencia energética. La resina de superficie gris mejora significativamente el contraste al reducir la luz ambiental reflejada, haciendo que los segmentos iluminados destaquen con mayor claridad. El dispositivo está dirigido principalmente a aplicaciones que requieren displays numéricos duraderos, legibles y rentables, como electrodomésticos de consumo, paneles de instrumentos industriales y varios sistemas de lectura digital.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Las siguientes secciones proporcionan un análisis detallado y objetivo de las especificaciones eléctricas, ópticas y térmicas del dispositivo, tal como se definen en la hoja de datos.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites y debe evitarse en un diseño fiable.

• Voltaje Inverso (V_R):5V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Corriente Directa Continua (I_F):25mA. Esta es la corriente DC máxima recomendada para operación continua.
• Corriente Directa Pico (I_FP):60mA. Esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo ≤ 10%, frecuencia ≤ 1kHz) y no debe usarse para polarización DC.
• Disipación de Potencia (P_d):60mW. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C. Se debe consultar la curva de reducción de potencia para temperaturas más altas.
• Temperatura de Operación (T_opr):-40°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante un máximo de 5 segundos, lo que es típico para procesos de soldadura por ola o manual.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente estándar de 25°C y definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación.

• Intensidad Luminosa (I_v):El valor típico es 17.6 mcd por segmento cuando se maneja con una corriente directa (I_F) de 10mA. El valor mínimo especificado es 7.8 mcd. Se aplica una tolerancia de ±10% a la intensidad luminosa. Los diseñadores deben usar el valor mínimo para cálculos de brillo en el peor caso.
• Longitud de Onda Pico (λ_p):621 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la cual la emisión espectral es más fuerte.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):615 nm (típico). Esta longitud de onda describe el color percibido de la luz y es más relevante para la visión humana que la longitud de onda pico.
• Ancho de Banda de Radiación Espectral (Δλ):18 nm (típico). Esto indica la pureza espectral; un ancho de banda más pequeño significa un color más monocromático.
• Voltaje Directo (V_F):2.0V típico, 2.4V máximo a I_F=20mA. La tolerancia es ±0.1V. Este parámetro es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 100 µA a V_R=5V. Esta es la corriente de fuga cuando el dispositivo está polarizado inversamente.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que los dispositivos están \"Categorizados por intensidad luminosa.\" Esto implica un proceso de clasificación o selección posterior a la fabricación.

• Clasificación por Intensidad Luminosa:El criterio principal de clasificación es la intensidad luminosa (I_v). Los dispositivos se prueban y agrupan en rangos de intensidad específicos o códigos \"CAT\" (como se referencia en la etiqueta del empaque). Esto asegura consistencia en el brillo dentro de un solo lote de producción o pedido. Los diseñadores que especifiquen esta pieza deben ser conscientes de que el brillo puede variar entre diferentes códigos CAT.
• Color/Longitud de Onda:Aunque no se menciona explícitamente como un parámetro clasificado, se proporcionan los valores típicos para la longitud de onda pico (621nm) y dominante (615nm). Para la mayoría de las aplicaciones que usan AlGaInP para rojo-anaranjado, la variación de color es típicamente estrecha, pero las aplicaciones críticas de coincidencia de color deben verificar con el proveedor.
• Voltaje Directo:La tolerancia especificada es ±0.1V, que es relativamente estrecha. Aunque no necesariamente es una clasificación formal, esta tolerancia estrecha simplifica el diseño del controlador al reducir la variación en la caída de voltaje a través del display.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona curvas características típicas que son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar.

4.1 Distribución Espectral

La curva de salida espectral muestra un pico de emisión característico alrededor de 621 nm, confirmando el color rojo-anaranjado. El ancho de banda de 18nm indica un color razonablemente saturado. La forma de la curva es típica para materiales AlGaInP.

4.2 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

Esta curva ilustra la relación no lineal entre corriente y voltaje. Muestra que para una corriente directa dada (por ejemplo, 20mA), el voltaje directo será típicamente alrededor de 2.0V. La pendiente de la curva representa la resistencia dinámica de la unión LED. Los diseñadores usan esto para calcular el voltaje de alimentación necesario y el valor de la resistencia en serie para una regulación de corriente adecuada.

4.3 Curva de Reducción de Corriente Directa

Este es uno de los gráficos más críticos para un diseño fiable. Muestra cómo la corriente directa continua máxima permisible debe reducirse a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. A la temperatura máxima de operación de 85°C, la corriente continua permitida es significativamente menor que el límite absoluto máximo de 25mA a 25°C. Ignorar esta reducción puede llevar a una depreciación acelerada del lumen, cambio de color y fallo catastrófico debido al sobrecalentamiento.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El display tiene una huella estándar DIP (Dual In-line Package). Las dimensiones clave del dibujo incluyen:

• Altura Total: 8.0 mm (máx.)
• Ancho del Cuerpo: 13.2 mm (nominal)
• Longitud del Cuerpo: 19.0 mm (nominal)
• Altura del Dígito: 7.62 mm (0.3 pulgadas)
• Espaciado de Pines: 2.54 mm (0.1 pulgada) rejilla estándar.
• Diámetro de los Pines: 0.5 mm (típico)

Las tolerancias son ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario. Estas dimensiones son vitales para el diseño de la PCB, asegurando un ajuste adecuado en el orificio de montaje y un espaciado correcto para la soldadura por ola.

5.2 Asignación de Pines e Identificación de Polaridad

El diagrama de circuito interno muestra una configuración de cátodo común para los siete segmentos. Esto significa que todos los LEDs de los segmentos comparten una conexión negativa común (cátodo). Los ánodos individuales para los segmentos a a g están en pines separados. El pin de cátodo común debe conectarse a tierra (o al potencial de voltaje más bajo) en el circuito. Se debe consultar el diagrama de asignación de pines durante el diseño de la PCB para enrutar correctamente las señales a cada segmento. Una conexión incorrecta resultará en segmentos que no se iluminen o en números/caracteres incorrectos mostrados.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

• Soldadura:La temperatura máxima absoluta de soldadura es 260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto es adecuado para soldadura manual con cautín o procesos de soldadura por ola. Se debe tener cuidado para evitar una exposición prolongada al calor para prevenir daños al encapsulado plástico y a las uniones internas de alambre.
• Precauciones contra ESD (Descarga Electroestática):Los chips LED son sensibles a la ESD. Las precauciones de manejo recomendadas incluyen el uso de pulseras antiestáticas conectadas a tierra, estaciones de trabajo seguras contra ESD con tapetes conductivos y una correcta conexión a tierra de todo el equipo. Los materiales aislantes deben tratarse con ionizadores o mantenerse en una humedad controlada para disipar la carga.
• Limpieza:Aunque no se especifica, se pueden usar procesos estándar de limpieza de PCB compatibles con encapsulados de resina epoxi. Consulte al fabricante para conocer la compatibilidad química específica.
• Almacenamiento:Los dispositivos deben almacenarse dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado (-40°C a +100°C) en un ambiente de baja humedad y seguro contra ESD.

7. Información de Empaquetado y Pedido

• Formato de Empaquetado:Los dispositivos se empacan en tubos, luego en cajas y finalmente en cartones. El empaquetado específico es de 26 piezas por tubo, 88 tubos por caja y 4 cajas por cartón, totalizando 9,152 piezas por cartón.
• Información de la Etiqueta:La etiqueta del empaque incluye información crítica para la trazabilidad e identificación:
  • CPN: Número de Parte del Cliente
  • P/N: Número de Parte del Fabricante (ej., ELS-321USOWA/S530-A4)
  • QTY: Cantidad en el paquete
  • CAT: Rango de Intensidad Luminosa (el código de clasificación)
  • LOT No.: Número de lote de fabricación para trazabilidad.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Al ser un display de cátodo común, normalmente es manejado por un microcontrolador o un CI controlador de display dedicado (ej., registro de desplazamiento 74HC595, MAX7219). Cada ánodo de segmento se conecta a la salida del controlador a través de una resistencia limitadora de corriente. El valor de esta resistencia (R_serie) se calcula usando la Ley de Ohm: R_serie= (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Usando el V_Fmáximo (2.4V) para un diseño robusto, y una I_Fdeseada de 10mA con una alimentación de 5V: R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260 Ω. Una resistencia estándar de 270 Ω sería apropiada. El/los pin(es) de cátodo común se conmutan a tierra por el controlador para habilitar el dígito.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia en serie o un controlador de corriente constante. Conectar directamente a una fuente de voltaje destruirá el LED debido a la corriente excesiva.
• Multiplexación:Para displays de múltiples dígitos, la multiplexación es común para ahorrar pines de E/S. Asegúrese de que la corriente pico en diseños multiplexados no exceda la clasificación I_FP(60mA) y que la corriente promedio en el tiempo respete la reducción de I_Fpara el ciclo de trabajo utilizado.
• Ángulo de Visión:El fondo gris mejora el contraste pero puede afectar ligeramente el ángulo de visión en comparación con un fondo negro. Considere la posición de visión prevista del producto final.
• Gestión Térmica:En entornos de alta temperatura ambiente o cuando se maneja cerca de la corriente máxima, asegure una ventilación adecuada alrededor del display para evitar que la temperatura de la unión exceda los límites seguros.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas o displays más pequeños, este dispositivo ofrece ventajas específicas:

• vs. Displays Incandescentes o VFD:Consumo de energía mucho menor, vida útil más larga, mayor resistencia a golpes/vibraciones y operación más fría.
• vs. Displays LED más Pequeños (ej., dígito de 5mm o 3mm):La altura de dígito de 7.62mm ofrece una legibilidad superior a distancia, haciéndolo adecuado para medidores de panel y electrodomésticos donde el usuario puede no estar cerca.
• vs. Displays LCD:Los LEDs son autoiluminados, proporcionando una excelente visibilidad en condiciones de poca luz sin retroiluminación. También tienen un rango de temperatura de operación mucho más amplio y un tiempo de respuesta más rápido.
• Diferenciador Clave:La combinación del tamaño industrial estándar de 7.62mm, la superficie gris que mejora el contraste y la tecnología AlGaInP fiable para emisión rojo-anaranjada posiciona este display como una opción robusta, legible y energéticamente eficiente para indicaciones numéricas industriales y de consumo.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Puedo manejar este display con 20mA continuamente?

Sí, pero con precaución. La corriente continua absoluta máxima es 25mA a 25°C ambiente. Manejar a 20mA está dentro de las especificaciones, pero usteddebeconsultar la curva de reducción de corriente directa si se espera que la temperatura ambiente aumente. A 85°C, la corriente continua máxima permitida es significativamente menor. Para una operación a largo plazo fiable, manejar a 10-15mA es a menudo una práctica más segura que también extiende la vida operativa.

10.2 ¿Por qué el voltaje directo típico (2.0V) es menor que para algunos LEDs blancos o azules?

El voltaje directo está determinado principalmente por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. El AlGaInP, usado para colores rojo-anaranjado/rojo/ámbar, tiene una energía de banda prohibida más baja que los materiales InGaN usados para LEDs azules, verdes y blancos. Una banda prohibida más baja requiere menos energía (menor voltaje) para que los electrones la crucen y emitan fotones.

10.3 ¿Qué significa \"categorizado por intensidad luminosa\" para mi diseño?

Significa que los displays de diferentes lotes de producción o etiquetados con diferentes códigos \"CAT\" pueden tener diferentes niveles de brillo. Si la uniformidad del brillo en todas las unidades de su producto es crítica, debe especificar y adquirir dispositivos de un solo rango de intensidad (código CAT). Para la mayoría de las aplicaciones, la variación dentro de la tolerancia especificada (±10%) es aceptable.

11. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario:Diseñar un voltímetro simple de 3 dígitos para una fuente de alimentación de banco, operando en un ambiente de hasta 50°C.

Pasos de Diseño:

1. Selección de Corriente de Manejo:Objetivo 10mA por segmento para un buen brillo y longevidad.
2. Resistencia Limitadora de Corriente:Usando una alimentación de microcontrolador de 5V y el V_Fmáximo de 2.4V: R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260Ω. Usar 270Ω (valor estándar más cercano).
3. Multiplexación:Para controlar 3 dígitos (21 segmentos + 3 cátodos comunes) con menos pines, usar multiplexación con un ciclo de trabajo de 1/3. La corriente pico por segmento durante su ranura de tiempo activa sería de 30mA para mantener un promedio de 10mA (ya que solo está encendido 1/3 del tiempo). Este pico de 30mA está muy por debajo de la clasificación I_FP rating.
4. Verificación Térmica:A 50°C ambiente, se debe verificar la curva de reducción. La corriente continua permisible es menor que 25mA. Sin embargo, dado que nuestracorriente promediopor segmento es solo 10mA, y el display está multiplexado (cada dígito está apagado 2/3 del tiempo), el aumento de temperatura de la unión será mínimo, haciendo este diseño térmicamente seguro.
5. Interfaz con Microcontrolador:Usar un registro de desplazamiento como el 74HC595 para controlar los ánodos de los segmentos, y tres pines GPIO para conectar los cátodos comunes a través de transistores (ej., transistores NPN 2N3904).

12. Introducción al Principio de Operación

Un display LED de siete segmentos es un conjunto de siete diodos emisores de luz (LEDs) individuales dispuestos en un patrón de figura ocho. Cada LED forma un segmento (etiquetado de a a g). Al iluminar selectivamente combinaciones específicas de estos segmentos, se pueden formar todos los números decimales (0-9) y algunas letras. En este dispositivo de cátodo común, los cátodos (terminales negativos) de los siete LEDs de segmento están conectados internamente a uno o más pines comunes. Para encender un segmento, se debe aplicar un voltaje positivo a su pin de ánodo individual (a través de una resistencia limitadora de corriente), mientras que el pin de cátodo común se conecta a tierra, completando el circuito. La emisión de luz en sí se debe a la electroluminiscencia en el chip semiconductor AlGaInP: cuando está polarizado directamente, los electrones y huecos se recombinan en la unión p-n, liberando energía en forma de fotones con una longitud de onda correspondiente a la banda prohibida del material (alrededor de 615-621 nm para rojo-anaranjado).

13. Tendencias y Contexto Tecnológico

Los displays de siete segmentos a través de orificio como este representan una tecnología madura y altamente fiable. Si bien los displays de montaje superficial (SMD) son cada vez más comunes para el ensamblaje automatizado y la miniaturización, los displays a través de orificio siguen siendo populares para prototipos, uso educativo, mercados de reparación y aplicaciones donde se prioriza la robustez mecánica y la facilidad de soldadura manual. El uso de AlGaInP es estándar para LEDs rojos, naranjas y ámbar de alta eficiencia. Las tendencias en el mercado más amplio de displays incluyen la integración de controladores/drivers en el módulo de display, el desarrollo de versiones de ultra alto brillo para legibilidad bajo la luz solar y un cambio hacia encapsulados SMD. Sin embargo, el diseño fundamental y la interfaz eléctrica del display de siete segmentos estándar se han mantenido estables durante décadas, asegurando disponibilidad a largo plazo y familiaridad en el diseño.