Scheda Tecnica Display a Sette Segmenti 7.62mm Rosso-Arancio - Dimensioni 19.0x13.2x8.0mm - Tensione Diretta 2.0V - Potenza 60mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche tecniche per un display alfanumerico a sette segmenti con altezza cifra di 7.62mm (0.3 pollici). Il dispositivo è progettato per il montaggio through-hole (THT) e utilizza la tecnologia a chip AlGaInP per emettere una luce rosso-arancio. Presenta segmenti luminosi bianchi su una superficie di sfondo grigia, che migliora il contrasto e la leggibilità, specialmente in condizioni di illuminazione ambientale intensa. Il prodotto è categorizzato per intensità luminosa ed è conforme agli standard ambientali Pb-free e RoHS, rendendolo adatto a un'ampia gamma di applicazioni elettroniche che richiedono visualizzazioni numeriche o alfanumeriche limitate affidabili.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo display includono l'aderenza a un footprint standard industriale, garantendo compatibilità con layout PCB e zoccoli esistenti progettati per questa dimensione comune. Il suo basso consumo energetico è un beneficio chiave per dispositivi alimentati a batteria o ad alta efficienza energetica. La resina della superficie grigia migliora significativamente il contrasto riducendo la luce ambientale riflessa, facendo risaltare i segmenti illuminati in modo più chiaro. Il dispositivo è principalmente rivolto ad applicazioni che richiedono display numerici durevoli, leggibili e convenienti, come elettrodomestici consumer, pannelli strumenti industriali e vari sistemi di lettura digitale.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Le seguenti sezioni forniscono un'analisi dettagliata e oggettiva delle specifiche elettriche, ottiche e termiche del dispositivo come definite nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito e dovrebbe essere evitato in un progetto affidabile.

• Tensione Inversa (V_R):5V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare il breakdown della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):25mA. Questa è la massima corrente DC raccomandata per il funzionamento continuo.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):60mA. Questo è permesso solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro ≤ 10%, frequenza ≤ 1kHz) e non deve essere utilizzato per polarizzazione DC.
• Dissipazione di Potenza (P_d):60mW. Questa è la massima potenza che il package può dissipare a una temperatura ambiente (T_a) di 25°C. La curva di derating della potenza deve essere consultata per temperature più elevate.
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C per una durata massima di 5 secondi, tipica per processi di saldatura a onda o manuale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente standard di 25°C e definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali.

• Intensità Luminosa (I_v):Il valore tipico è 17.6 mcd per segmento quando pilotato a una corrente diretta (I_F) di 10mA. Il valore minimo specificato è 7.8 mcd. Si applica una tolleranza di ±10% all'intensità luminosa. I progettisti dovrebbero utilizzare il valore minimo per calcoli di luminosità nel caso peggiore.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):621 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è più forte.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):615 nm (tipico). Questa lunghezza d'onda descrive il colore percepito della luce ed è più rilevante per la visione umana rispetto alla lunghezza d'onda di picco.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):18 nm (tipico). Questo indica la purezza spettrale; una larghezza di banda più piccola significa un colore più monocromatico.
• Tensione Diretta (V_F):2.0V tipico, 2.4V massimo a I_F=20mA. La tolleranza è ±0.1V. Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 100 µA a V_R=5V. Questa è la corrente di dispersione quando il dispositivo è polarizzato inversamente.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono "Categorizzati per intensità luminosa". Ciò implica un processo di binning o selezione post-produzione.

• Binning per Intensità Luminosa:Il criterio di binning primario è l'intensità luminosa (I_v). I dispositivi sono testati e raggruppati in specifici intervalli di intensità o codici "CAT" (come riferito nell'etichetta di imballaggio). Ciò garantisce coerenza nella luminosità all'interno di un singolo lotto di produzione o ordine. I progettisti che specificano questo componente dovrebbero essere consapevoli che la luminosità può variare tra diversi codici CAT.
• Colore/Lunghezza d'Onda:Sebbene non menzionato esplicitamente come parametro binnato, sono forniti i valori tipici per la lunghezza d'onda di picco (621nm) e dominante (615nm). Per la maggior parte delle applicazioni che utilizzano AlGaInP per il rosso-arancio, la variazione di colore è tipicamente stretta, ma applicazioni critiche di abbinamento colore dovrebbero verificare con il fornitore.
• Tensione Diretta:La tolleranza specificata è ±0.1V, che è relativamente stretta. Sebbene non sia necessariamente un bin formale, questa tolleranza stretta semplifica la progettazione del driver riducendo la variazione della caduta di tensione attraverso il display.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce curve caratteristiche tipiche essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard.

4.1 Distribuzione Spettrale

La curva di uscita spettrale mostra un picco di emissione caratteristico intorno a 621 nm, confermando il colore rosso-arancio. La larghezza di banda di 18nm indica un colore ragionevolmente saturo. La forma della curva è tipica per i materiali AlGaInP.

4.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva illustra la relazione non lineare tra corrente e tensione. Mostra che per una data corrente diretta (es. 20mA), la tensione diretta sarà tipicamente intorno a 2.0V. La pendenza della curva rappresenta la resistenza dinamica della giunzione LED. I progettisti la utilizzano per calcolare la tensione di alimentazione necessaria e il valore della resistenza in serie per una corretta regolazione della corrente.

4.3 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è uno dei grafici più critici per un progetto affidabile. Mostra come la massima corrente diretta continua ammissibile deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. Alla massima temperatura di esercizio di 85°C, la corrente continua ammissibile è significativamente inferiore al valore massimo assoluto di 25mA a 25°C. Ignorare questo derating può portare a un deprezzamento accelerato dei lumen, a uno spostamento del colore e a un guasto catastrofico dovuto al surriscaldamento.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il display ha un footprint standard DIP (Dual In-line Package). Le dimensioni chiave dal disegno includono:

• Altezza Totale: 8.0 mm (max)
• Larghezza del Corpo: 13.2 mm (nominale)
• Lunghezza del Corpo: 19.0 mm (nominale)
• Altezza Cifra: 7.62 mm (0.3 pollici)
• Distanza dei Piedini (Pin): 2.54 mm (0.1 pollici) griglia standard.
• Diametro dei Piedini: 0.5 mm (tipico)

Le tolleranze sono ±0.25mm salvo diversa specifica. Queste dimensioni sono vitali per il layout PCB, garantendo un corretto inserimento nel foro di montaggio e la corretta spaziatura per la saldatura a onda.

5.2 Pinout e Identificazione della Polarità

Lo schema circuitale interno mostra una configurazione a catodo comune per i sette segmenti. Ciò significa che tutti i LED dei segmenti condividono una connessione negativa comune (catodo). Gli anodi individuali per i segmenti da a a g sono su pin separati. Il pin del catodo comune deve essere collegato a massa (o al potenziale di tensione inferiore) nel circuito. Il diagramma del pinout deve essere consultato durante la progettazione del PCB per instradare correttamente i segnali a ciascun segmento. Un collegamento errato comporterà che i segmenti non si illuminino o vengano visualizzati numeri/caratteri errati.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

• Saldatura:La temperatura massima assoluta di saldatura è di 260°C per un massimo di 5 secondi. Questo è adatto per la saldatura manuale con saldatore o processi di saldatura a onda. Si dovrebbe evitare un'esposizione prolungata al calore per prevenire danni al package plastico e ai bond interni dei fili.
• Precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica):I chip LED sono sensibili all'ESD. Le precauzioni di manipolazione raccomandate includono l'uso di braccialetti collegati a terra, postazioni di lavoro antistatiche con tappetini conduttivi e una corretta messa a terra di tutte le apparecchiature. I materiali isolanti dovrebbero essere trattati con ionizzatori o mantenuti a un'umidità controllata per dissipare la carica.
• Pulizia:Sebbene non specificato, possono essere utilizzati processi standard di pulizia PCB compatibili con package in resina epossidica. Consultare il produttore per la compatibilità chimica specifica.
• Magazzinaggio:I dispositivi dovrebbero essere conservati entro l'intervallo di temperatura di magazzinaggio specificato (-40°C a +100°C) in un ambiente a bassa umidità e antistatico.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

• Formato di Imballaggio:I dispositivi sono confezionati in tubi, poi in scatole e infine in cartoni. L'imballaggio specifico è di 26 pezzi per tubo, 88 tubi per scatola e 4 scatole per cartone, per un totale di 9.152 pezzi per cartone.
• Informazioni sull'Etichetta:L'etichetta di imballaggio include informazioni critiche per la tracciabilità e l'identificazione:
  • CPN: Numero di Parte del Cliente
  • P/N: Numero di Parte del Produttore (es. ELS-321USOWA/S530-A4)
  • QTY: Quantità nella confezione
  • CAT: Classe di Intensità Luminosa (il codice bin)
  • LOT No.: Numero di lotto di produzione per la tracciabilità.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Essendo un display a catodo comune, è tipicamente pilotato da un microcontrollore o da un IC driver dedicato (es. registro a scorrimento 74HC595, MAX7219). Ogni anodo di segmento è collegato all'uscita del driver attraverso una resistenza di limitazione della corrente. Il valore di questa resistenza (R_serie) è calcolato usando la Legge di Ohm: R_serie= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzando il V_Fmassimo (2.4V) per un progetto robusto, e una I_Fdesiderata di 10mA con un'alimentazione di 5V: R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260 Ω. Una resistenza standard da 270 Ω sarebbe appropriata. Il/i pin del catodo comune sono commutati a massa dal controller per abilitare la cifra.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante. Collegare direttamente a una sorgente di tensione distruggerà il LED a causa della corrente eccessiva.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, il multiplexing è comune per risparmiare pin I/O. Assicurarsi che la corrente di picco nei progetti multiplex non superi la valutazione I_FP(60mA) e che la corrente media nel tempo rispetti il derating di I_Fper il ciclo di lavoro utilizzato.
• Angolo di Visione:Lo sfondo grigio migliora il contrasto ma può influenzare leggermente l'angolo di visione rispetto a uno sfondo nero. Considerare la posizione di visione prevista del prodotto finale.
• Gestione del Calore:In ambienti ad alta temperatura ambiente o quando si pilota vicino alla corrente massima, assicurare un'adeguata ventilazione attorno al display per prevenire che la temperatura di giunzione superi i limiti di sicurezza.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto a tecnologie più vecchie o display più piccoli, questo dispositivo offre vantaggi specifici:

• vs. Display a Incandescenza o VFD:Consumo energetico molto inferiore, durata di vita più lunga, maggiore resistenza a urti/vibrazioni e funzionamento più fresco.
• vs. Display LED più Piccoli (es. cifra da 5mm o 3mm):L'altezza della cifra di 7.62mm offre una leggibilità superiore a distanza, rendendolo adatto per pannelli strumenti ed elettrodomestici dove l'utente potrebbe non essere ravvicinato.
• vs. Display LCD:I LED sono auto-illuminanti, fornendo un'ottima visibilità in condizioni di scarsa illuminazione senza retroilluminazione. Hanno anche un intervallo di temperatura operativa molto più ampio e un tempo di risposta più veloce.
• Differenziatore Chiave:La combinazione della dimensione standard industriale di 7.62mm, della superficie grigia che migliora il contrasto e della tecnologia AlGaInP affidabile per l'emissione rosso-arancio posiziona questo display come una scelta robusta, leggibile ed energeticamente efficiente per letture numeriche industriali e consumer.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Posso pilotare questo display con 20mA in modo continuo?

Sì, ma con cautela. La corrente continua massima assoluta è di 25mA a 25°C ambiente. Pilotare a 20mA è entro le specifiche, madeviconsultare la curva di derating della corrente diretta se si prevede che la temperatura ambiente aumenti. A 85°C, la corrente continua massima consentita è significativamente inferiore. Per un funzionamento affidabile a lungo termine, pilotare a 10-15mA è spesso una pratica più sicura che estende anche la vita operativa.

10.2 Perché la tensione diretta tipica (2.0V) è inferiore rispetto ad alcuni LED bianchi o blu?

La tensione diretta è determinata principalmente dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. L'AlGaInP, utilizzato per i colori rosso-arancio/rosso/ambra, ha un'energia di bandgap inferiore rispetto ai materiali InGaN utilizzati per i LED blu, verdi e bianchi. Un bandgap inferiore richiede meno energia (tensione inferiore) affinché gli elettroni attraversino ed emettano fotoni.

10.3 Cosa significa "categorizzato per intensità luminosa" per il mio progetto?

Significa che display provenienti da diversi lotti di produzione o etichettati con diversi codici "CAT" possono avere livelli di luminosità diversi. Se una luminosità uniforme su tutte le unità nel tuo prodotto è critica, dovresti specificare e procurare dispositivi da un singolo bin di intensità (codice CAT). Per la maggior parte delle applicazioni, la variazione entro la tolleranza specificata (±10%) è accettabile.

11. Studio di Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di un semplice voltmetro a 3 cifre per un alimentatore da banco, operante in un ambiente fino a 50°C.

Passi di Progettazione:

1. Selezione della Corrente di Pilotaggio:Obiettivo 10mA per segmento per una buona luminosità e longevità.
2. Resistenza di Limitazione della Corrente:Utilizzando un'alimentazione a microcontrollore di 5V e il V_Fmassimo di 2.4V: R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260Ω. Usare 270Ω (valore standard più vicino).
3. Multiplexing:Per controllare 3 cifre (21 segmenti + 3 catodi comuni) con meno pin, utilizzare il multiplexing con un ciclo di lavoro di 1/3. La corrente di picco per segmento durante il suo slot temporale attivo sarebbe di 30mA per mantenere una media di 10mA (poiché è acceso solo 1/3 del tempo). Questo picco di 30mA è ben al di sotto della valutazione I_FP rating.
4. Controllo Termico:A 50°C ambiente, la curva di derating deve essere verificata. La corrente continua ammissibile è inferiore a 25mA. Tuttavia, poiché la nostracorrente mediaper segmento è solo di 10mA, e il display è multiplexato (ogni cifra è spenta 2/3 del tempo), l'aumento della temperatura di giunzione sarà minimo, rendendo questo progetto termicamente sicuro.
5. Interfaccia Microcontrollore:Utilizzare un registro a scorrimento come il 74HC595 per controllare gli anodi dei segmenti, e tre pin GPIO per collegare i catodi comuni a massa tramite transistor (es. transistor NPN 2N3904).

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un display LED a sette segmenti è un assemblaggio di sette diodi emettitori di luce (LED) individuali disposti in un pattern a forma di otto. Ogni LED forma un segmento (etichettato da a a g). Illuminando selettivamente combinazioni specifiche di questi segmenti, si possono formare tutte le cifre decimali (0-9) e alcune lettere. In questo dispositivo a catodo comune, i catodi (terminali negativi) di tutti e sette i LED dei segmenti sono collegati internamente a uno o più pin comuni. Per accendere un segmento, deve essere applicata una tensione positiva al suo pin anodo individuale (attraverso una resistenza di limitazione della corrente), mentre il pin del catodo comune è collegato a massa, completando il circuito. L'emissione di luce stessa è dovuta all'elettroluminescenza nel chip semiconduttore AlGaInP: quando polarizzato direttamente, elettroni e lacune si ricombinano alla giunzione p-n, rilasciando energia sotto forma di fotoni con una lunghezza d'onda corrispondente al bandgap del materiale (circa 615-621 nm per il rosso-arancio).

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Display a sette segmenti through-hole come questo rappresentano una tecnologia matura e altamente affidabile. Mentre i display a montaggio superficiale (SMD) sono sempre più comuni per l'assemblaggio automatizzato e la miniaturizzazione, i display through-hole rimangono popolari per prototipazione, uso didattico, mercati di riparazione e applicazioni dove la robustezza meccanica e la facilità di saldatura manuale sono prioritarie. L'uso di AlGaInP è standard per LED rossi, arancioni e ambrati ad alta efficienza. Le tendenze nel più ampio mercato dei display includono l'integrazione di controller/driver nel modulo display, lo sviluppo di versioni ad altissima luminosità per la leggibilità alla luce solare e una transizione verso package SMD. Tuttavia, il design fondamentale e l'interfaccia elettrica del display a sette segmenti standard sono rimasti stabili per decenni, garantendo disponibilità a lungo termine e familiarità di progettazione.