Scheda Tecnica Display a Sette Segmenti ELS-2326SURWA/S530-A3 - Altezza Cifra 57.0mm - Tensione Diretta 2.0V - Rosso Brillante - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ELS-2326SURWA/S530-A3 è un display alfanumerico a sette segmenti a montaggio a foro passante, progettato per applicazioni che richiedono una visualizzazione numerica chiara e affidabile in varie condizioni di illuminazione. Questo dispositivo appartiene a una famiglia di componenti standard industriali noti per la loro durata e prestazioni costanti.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

I vantaggi principali di questo modulo di visualizzazione derivano dal suo design e dalla selezione dei materiali. Presenta un ingombro standard industriale, garantendo compatibilità con layout PCB e zoccoli esistenti progettati per componenti simili. Un vantaggio chiave è il suo basso consumo energetico, che lo rende adatto per applicazioni alimentate a batteria o sensibili all'energia. Il dispositivo è costruito con materiali privi di piombo ed è pienamente conforme alle direttive RoHS, rispondendo alle moderne esigenze ambientali e normative. I segmenti sono bianchi, su uno sfondo grigio, il che fornisce un elevato rapporto di contrasto per una migliore leggibilità.

1.2 Mercato di Riferimento e Posizionamento

Questo display è posizionato per l'uso in applicazioni economiche, focalizzate sull'affidabilità, dove un'indicazione numerica chiara è fondamentale. Il suo design privilegia le prestazioni a lungo termine in ambienti operativi standard piuttosto che in condizioni estreme che richiedono componenti specializzati.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le prestazioni dell'ELS-2326SURWA/S530-A3 sono definite da una serie di parametri elettrici, ottici e termici che i progettisti devono considerare per un'implementazione di successo.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare il breakdown della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):25 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuo a ciascun segmento.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):60 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro ≤ 10%, frequenza ≤ 1 kHz) e non deve essere utilizzato per il funzionamento in continua.
• Dissipazione di Potenza (P_d):60 mW. La massima potenza che può essere dissipata come calore, calcolata come Tensione Diretta (V_F) × Corrente Diretta (I_F).
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è specificato per funzionare correttamente.
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C per un massimo di 5 secondi. Questo è critico per i processi di saldatura a onda o manuale per prevenire danni termici alla resina epossidica e ai legami interni.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Misurati a una temperatura di giunzione standard (T_a= 25°C), questi parametri definiscono l'emissione luminosa e il comportamento elettrico del dispositivo in condizioni operative normali.

• Intensità Luminosa (I_v):15 mcd (Min), 34 mcd (Tip) a I_F= 10 mA. Questa è l'emissione luminosa media per segmento. A questo valore viene applicata una tolleranza di ±10%, il che significa che i dispositivi vengono classificati in base all'intensità misurata.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):632 nm (Tip). La lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è più forte. Questo è un parametro chiave per il colore percepito (rosso brillante).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):624 nm (Tip). La singola lunghezza d'onda che meglio corrisponde al colore percepito della luce, che può differire leggermente dalla lunghezza d'onda di picco.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):20 nm (Tip). L'intervallo di lunghezze d'onda emesse, misurato a metà dell'intensità di picco (Larghezza a Mezza Altezza). Una larghezza di banda più stretta indica un colore spettralmente più puro.
• Tensione Diretta (V_F):2.0 V (Tip), 2.4 V (Max) a I_F= 20 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. Il circuito di pilotaggio deve essere progettato per fornire una tensione sufficiente. È specificata una tolleranza di ±0.1V.
• Corrente Inversa (I_R):100 µA (Max) a V_R= 5 V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è polarizzato inversamente entro il suo valore massimo.

3. Sistema di Classificazione e Categorizzazione

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono"Categorizzati per intensità luminosa."Questo si riferisce a una pratica comune nella produzione di LED nota come "binning".

3.1 Classificazione per Intensità Luminosa

A causa delle variazioni intrinseche nella crescita epitassiale del semiconduttore e nel processo di fabbricazione, l'emissione luminosa dei LED può variare. Per garantire coerenza all'utente finale, i produttori testano e suddividono (bin) i LED in gruppi in base alla loro intensità luminosa misurata. L'ELS-2326SURWA/S530-A3 ha un'intensità tipica di 34 mcd con un minimo di 15 mcd. I dispositivi acquistati rientreranno in un intervallo di intensità specifico (bin), che dovrebbe essere coerente all'interno di un singolo lotto di produzione o ordine. La spiegazione dell'etichetta include "CAT: Luminous Intensity Rank", confermando questa pratica.

3.2 Coerenza della Tensione Diretta

Sebbene non sia esplicitamente descritto come un parametro classificato, la stretta tolleranza sulla tensione diretta (±0.1V) suggerisce un attento controllo del processo. Una V_Fcoerente è importante per progettare semplici circuiti di limitazione della corrente con resistenza in serie, poiché minimizza la variazione di luminosità tra i segmenti quando pilotati da una sorgente di tensione comune.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

I dati grafici forniscono informazioni su come i parametri cambiano con le condizioni operative.

4.1 Distribuzione Spettrale

La curva spettrale mostra l'intensità relativa della luce emessa a diverse lunghezze d'onda. Per questo dispositivo basato su AlGaInP, la curva sarà centrata attorno a 632 nm (picco) con una larghezza di banda tipica di 20 nm. Questa curva conferma il colore monocromatico "rosso brillante" senza emissioni significative in altre bande di colore.

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

Questa curva illustra la relazione non lineare tra corrente e tensione in un diodo a semiconduttore. Per il LED, un piccolo aumento della tensione oltre la soglia di accensione (~1.8V) provoca un grande aumento esponenziale della corrente. Questo è il motivo per cui i LED devono essere pilotati con una sorgente a corrente limitata (ad esempio, un driver a corrente costante o una resistenza in serie), non con una sorgente a tensione costante, per prevenire la fuga termica e la distruzione.

4.3 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è uno dei grafici più critici per un design affidabile. Mostra come la massima corrente diretta continua ammissibile (I_F) deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente. A 25°C, sono consentiti tutti i 25 mA. Man mano che la temperatura sale verso la massima temperatura operativa di 85°C, la corrente ammissibile diminuisce significativamente. Questo derating è necessario perché la temperatura di giunzione interna del LED aumenta sia con la temperatura ambiente che con l'autoriscaldamento dovuto al flusso di corrente. Superare la temperatura di giunzione sicura degrada l'emissione luminosa e riduce drasticamente la durata di vita. I progettisti devono utilizzare questa curva per selezionare una corrente operativa appropriata per la peggiore temperatura ambiente prevista nella loro applicazione.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Fisiche

Il dispositivo ha un'altezza della cifra di 57.0 mm (2.24 pollici), il che lo classifica come un display di grande formato adatto per la visualizzazione a distanza. Il disegno dimensionale del package fornisce misure dettagliate per il corpo del display, la spaziatura e le dimensioni dei pin a foro passante e il layout dei segmenti. Si applica una tolleranza generale di ±0.25 mm salvo diversa specifica. Il disegno è essenziale per creare l'impronta PCB, garantire un corretto montaggio e definire l'area di esclusione sulla scheda.

5.2 Pinout e Schema Circuitale Interno

Lo schema circuitale interno mostra la connessione elettrica dei singoli segmenti (da a a g) e la connessione comune. Questo display utilizza una configurazione ad anodo comune, il che significa che gli anodi (lati positivi) di tutti i segmenti LED sono collegati internamente a un pin comune (o a un set di pin). I catodi (lati negativi) di ciascun segmento sono portati a pin individuali. Per illuminare un segmento, il pin dell'anodo comune è collegato a una tensione di alimentazione positiva e il corrispondente pin del catodo è portato a basso (messo a massa) attraverso una resistenza di limitazione della corrente. Il diagramma del pinout specifica quale pin fisico corrisponde a ciascun catodo di segmento e all'anodo comune.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

È richiesta una manipolazione corretta per mantenere l'integrità e le prestazioni del dispositivo.

6.1 Parametri di Saldatura

Il valore massimo assoluto specifica una temperatura di saldatura di 260°C per un massimo di 5 secondi. Questo si applica alla temperatura del terminale/filo durante la saldatura a onda o manuale. Per la saldatura a rifusione, dovrebbe essere utilizzato un profilo standard senza piombo con una temperatura di picco non superiore a 260°C. Un'esposizione prolungata ad alte temperature può danneggiare i legami interni dei fili, degradare il package epossidico o causare delaminazione.

6.2 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

La scheda tecnica contiene un forte avvertimento sulla sensibilità alle ESD. Il die semiconduttore AlGaInP è vulnerabile ai danni da elettricità statica, che possono causare guasti immediati o difetti latenti che riducono l'affidabilità a lungo termine. Le precauzioni obbligatorie includono: operatori che indossano braccialetti collegati a terra; utilizzo di postazioni di lavoro, tappetini e strumenti antistatici; garantire che tutte le apparecchiature siano correttamente messe a terra; e conservare/trasportare i dispositivi in imballaggi conduttivi o antistatici. Gli ionizzatori possono essere utilizzati per neutralizzare la carica sui materiali non conduttivi nell'area di lavoro.

6.3 Condizioni di Magazzinaggio

I dispositivi devono essere conservati entro l'intervallo di temperatura di magazzinaggio specificato da -40°C a +100°C, in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità, e nel loro imballaggio protettivo ESD originale fino al momento dell'uso.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Imballaggio

Il dispositivo segue un processo di imballaggio specifico: 10 pezzi sono confezionati in un tubo per protezione meccanica e manipolazione. 10 tubi sono poi inseriti in una scatola. Infine, 4 scatole sono imballate in un cartone master per la spedizione. Questo imballaggio gerarchico (10 PCS/Tubo → 10 Tubi/Scatola → 4 Scatole/Cartone) è comune per i componenti a foro passante e aiuta nella gestione dell'inventario e nel montaggio automatizzato.

7.2 Spiegazione delle Etichette

Le etichette sull'imballaggio contengono diversi codici: CPN (Numero di Parte del Cliente), P/N (Numero di Parte del Produttore: ELS-2326SURWA/S530-A3), QTY (Quantità), CAT (Categoria/Classe di Intensità Luminosa) e LOT No (Numero di lotto di produzione tracciabile). Il codice "CAT" è cruciale per garantire la coerenza della luminosità in una produzione.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Scenari Applicativi Tipici

La scheda tecnica suggerisce tre applicazioni principali: Elettrodomestici (ad esempio, timer per forni, display per lavatrici), Pannelli Strumenti (per apparecchiature industriali, strumenti di test o mercato aftermarket automobilistico) e Display Digitali Generici. Le sue grandi dimensioni e il buon contrasto lo rendono adatto per applicazioni in cui il display deve essere letto da diversi metri di distanza o in condizioni di luce ambientale ragionevolmente luminose.

8.2 Progetto del Circuito di Pilotaggio

La progettazione del circuito di pilotaggio richiede diversi calcoli chiave. Innanzitutto, determinare la corrente operativa (I_F) in base alla luminosità richiesta e alla temperatura ambiente utilizzando la curva di derating. Un valore tipico potrebbe essere 10-20 mA. Per un semplice progetto con resistenza in serie con un display ad anodo comune collegato a una tensione di alimentazione V_CC, il valore della resistenza per ciascun segmento è: R = (V_CC- V_F) / I_F. Utilizzando la V_Ftipica di 2.0V e un'alimentazione a 5V con I_F=15mA si ottiene R = (5 - 2.0) / 0.015 = 200 Ω. La potenza nominale della resistenza dovrebbe essere almeno I_F²× R = (0.015)²× 200 = 0.045W, quindi una resistenza standard da 1/8W (0.125W) è sufficiente. Per multiplexare più cifre, vengono comunemente utilizzati circuiti integrati driver dedicati (come i registri a scorrimento 74HC595 o i driver per display MAX7219) per controllare i catodi dei segmenti e gli anodi delle cifre, riducendo significativamente il numero di pin I/O del microcontrollore richiesti.

8.3 Gestione Termica

Sebbene non sia un dispositivo ad alta potenza, le considerazioni termiche sono comunque importanti per la longevità. Assicurare un'adeguata spaziatura sul PCB per consentire una certa circolazione d'aria. Evitare di posizionare il display vicino ad altre fonti di calore significative. Rispettare la curva di derating della corrente è il metodo principale di gestione termica. L'ampio intervallo di temperatura operativa (-40°C a +85°C) indica robustezza per la maggior parte degli ambienti interni e molti esterni.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

L'ELS-2326SURWA/S530-A3 si differenzia per la sua specifica combinazione di attributi: un'altezza cifra grande di 57.0mm, montaggio a foro passante, emissione rosso brillante AlGaInP e configurazione ad anodo comune. Rispetto a display più piccoli (ad es. 14.2mm o 20mm), offre una visibilità superiore a distanza. Rispetto ai display a montaggio superficiale (SMD), le versioni a foro passante come questa sono spesso percepite come più robuste per ambienti ad alta vibrazione o applicazioni che richiedono riparazioni manuali, e sono tipicamente più facili da prototipare. Il sistema di materiali AlGaInP offre alta efficienza e buona purezza del colore nello spettro rosso/arancio/ambra rispetto alle tecnologie più vecchie.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?

R: No. Un pin di un microcontrollore non può fornire o assorbire corrente sufficiente (tipicamente 20-40mA max per pin, con un limite totale del package) per pilotare più segmenti in modo luminoso. Ancora più importante, un LED deve avere la sua corrente limitata. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione senza una resistenza in serie tenterebbe di assorbire una corrente eccessiva, danneggiando sia il LED che possibilmente il pin del microcontrollore. Utilizzare sempre una resistenza di limitazione della corrente in serie o un driver a corrente costante dedicato.

D: Perché il mio display è debole quando lo faccio funzionare a 85°C, anche se uso la stessa corrente che usavo a temperatura ambiente?

R: L'efficienza luminosa del LED (emissione luminosa per unità di ingresso elettrico) diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa è una proprietà fondamentale dei semiconduttori. Inoltre, la curva di derating richiede diridurrela corrente operativa ad alte temperature ambientali per prevenire il surriscaldamento. Entrambi gli effetti contribuiscono alla ridotta luminosità ad alta temperatura.

D: Cosa significa "senza piombo e conforme RoHS" per il mio progetto?

R: Significa che il dispositivo non contiene piombo (Pb) o altre sostanze pericolose limitate come definite dalla direttiva RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose). Questo è un requisito legale per la vendita di prodotti elettronici in molte regioni, inclusa l'Unione Europea. Influisce anche sul processo di saldatura, richiedendo l'uso di saldatura senza piombo con un punto di fusione più alto, motivo per cui la specifica di saldatura a 260°C è importante.

D: La tensione diretta è tipicamente 2.0V. Posso alimentarlo da un sistema a 3.3V?

R: Sì, assolutamente. Con un'alimentazione a 3.3V (V_CC), il valore della resistenza in serie dovrebbe essere ricalcolato. Per I_F=15mA: R = (3.3 - 2.0) / 0.015 ≈ 87 Ω. Assicurarsi che il circuito di pilotaggio (microcontrollore, IC driver) possa gestire la corrente del segmento quando il catodo viene portato a basso.

11. Studio di Caso di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un semplice timer digitale per un incubatore da laboratorio.

Il display deve essere leggibile dall'altra parte della stanza nella luce ambientale del laboratorio. L'altezza di 57.0mm dell'ELS-2326SURWA/S530-A3 è scelta per la visibilità. L'incubatore ha un microcontrollore interno che funziona a 5V. Viene selezionata una configurazione ad anodo comune per semplicità. Il design utilizza un singolo registro a scorrimento 74HC595 per controllare i 7 catodi dei segmenti e un array di transistor (ad es. ULN2003) per assorbire corrente per gli anodi comuni di 4 cifre, consentendo il multiplexing. La corrente operativa è impostata a 12 mA per segmento per garantire una buona luminosità rimanendo ben entro il limite di 25mA e lasciando margine per il derating termico all'interno del contenitore caldo dell'incubatore (max ~40°C). Vengono utilizzate resistenze in serie da 220 Ω ((5V - 2.0V)/0.012A ≈ 250Ω; 220Ω è il valore standard più vicino, risultante in I_F≈ 13.6mA). Il layout PCB include l'impronta esatta dalla scheda tecnica e durante il montaggio, i tecnici utilizzano braccialetti ESD e un saldatore a temperatura controllata impostato a 350°C con giunzioni rapide, inferiori a 3 secondi per pin.

12. Principio Operativo

Un display a sette segmenti è un assemblaggio di sette barre a diodo a emissione luminosa (LED) disposte in un pattern a otto. Ogni barra è un LED indipendente. Illuminando selettivamente specifiche combinazioni di questi sette segmenti, è possibile formare tutte le cifre decimali (0-9) e alcune lettere. In un display ad anodo comune come questo, tutti gli anodi (terminali positivi) dei LED dei segmenti sono collegati insieme a un nodo comune. I catodi (terminali negativi) sono separati. Per accendere un segmento, viene applicata una tensione positiva all'anodo comune e il catodo del segmento desiderato è collegato a una tensione inferiore (solitamente massa) attraverso un circuito di limitazione della corrente. Il materiale semiconduttore AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio) utilizzato in questo dispositivo è un composto a bandgap diretto progettato specificamente per emettere luce nella regione rossa/ambra dello spettro visibile quando gli elettroni si ricombinano con le lacune attraverso il bandgap, un processo chiamato elettroluminescenza.

13. Tendenze Tecnologiche

Il mercato dei display a sette segmenti discreti è rimasto in gran parte stabile, con i tipi a foro passante come questo che servono design legacy, mercati di riparazione e applicazioni in cui è apprezzata la robustezza. La tendenza più ampia nella tecnologia dei display è verso dispositivi a montaggio superficiale (SMD) per il montaggio automatizzato, moduli multi-cifra ad alta densità e l'integrazione di controller e driver nel package del display. C'è anche una tendenza verso gamme di colori più ampie e l'uso di fosfori avanzati nei LED bianchi, ma per indicatori rossi monocromatici, l'AlGaInP rimane la tecnologia ad alta efficienza dominante. I principi di pilotaggio in corrente, gestione termica e protezione ESD trattati in questa scheda tecnica sono fondamentali e si applicano universalmente a tutte le tecnologie LED, da questo display discreto ai moderni LED per illuminazione ad alta potenza.