Scheda Tecnica Display a Sette Segmenti ELS-315SYGWA/S530-E2 - Altezza Cifra 9.14mm - Colore Giallo-Verde - Tensione Diretta 2.0V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ELS-315SYGWA/S530-E2 è un display alfanumerico a sette segmenti per montaggio through-hole, progettato per visualizzazioni digitali nitide. Presenta dimensioni industriali standard con un'altezza della cifra di 9.14mm (0.36 pollici). Il dispositivo è realizzato con segmenti a emissione di luce bianca su una superficie di sfondo grigia, garantendo un elevato contrasto e un'ottima leggibilità anche in condizioni di illuminazione ambientale intensa. Questo display è categorizzato per intensità luminosa ed è conforme agli standard ambientali Pb-free e RoHS, risultando quindi adatto per applicazioni elettroniche moderne.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I principali vantaggi di questo display includono il basso consumo energetico, l'ingombro standardizzato per una facile integrazione nei progetti esistenti e le prestazioni affidabili. È specificamente rivolto ad applicazioni che richiedono indicatori numerici o alfanumerici limitati, durevoli e leggibili. I mercati chiave di riferimento includono elettrodomestici consumer, pannelli strumenti industriali e vari sistemi di visualizzazione digitale dove affidabilità e chiarezza sono fondamentali.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva delle principali specifiche elettriche e ottiche del dispositivo, come definite nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi non sono condizioni per il funzionamento normale.

• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Corrente Diretta Continua (I_F):25 mA. La massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):60 mA. Questo valore è consentito solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, frequenza 1 kHz) per ottenere brevemente una luminosità più elevata.
• Dissipazione di Potenza (P_d):60 mW. La massima potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile.
• 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 tipiche.

• Intensità Luminosa (I_v):Il valore tipico è 3.2 mcd per segmento a una corrente diretta (I_F) di 10 mA, con un minimo di 2.0 mcd. La scheda tecnica riporta una tolleranza di ±10% su questo valore. Questa intensità è una media misurata su un singolo segmento.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):Tipicamente 575 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 573 nm. Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che definisce il colore (in questo caso giallo-verde).
• Larghezza di Banda dello Spettro di Radiazione (Δλ):Tipicamente 20 nm. Questo indica la purezza spettrale o l'ampiezza della luce emessa.
• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 2.0 V, con un massimo di 2.4 V a I_F=20 mA. La tolleranza è ±0.1V. Questo è un parametro critico per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 100 µA a una tensione inversa (V_R) di 5 V, indicando la corrente di dispersione nello stato di spegnimento.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono "Categorizzati per intensità luminosa". Questo si riferisce a un processo di binning o selezione.

• Binning dell'Intensità Luminosa:I LED di un lotto di produzione vengono misurati e suddivisi in diversi gruppi (bin) in base alla loro emissione luminosa misurata a una corrente di test specificata. Ciò garantisce uniformità nella luminosità per i prodotti finali. Il valore tipico è 3.2 mcd, ma i dispositivi sono binnati per garantire un minimo di 2.0 mcd, con il codice bin effettivo probabilmente indicato sull'etichetta della confezione (campo "CAT").
• Colore/Lunghezza d'Onda:Il materiale del chip è specificato come AlGaInP, che tipicamente produce colori nello spettro dal rosso al giallo-verde. La lunghezza d'onda dominante è strettamente controllata (tipicamente 573 nm), ma piccole variazioni possono essere gestite anche attraverso il binning per mantenere la coerenza del colore, particolarmente importante nei display multi-cifra.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve di prestazione tipiche, essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard.

4.1 Distribuzione dello Spettro

Questa curva traccia l'intensità luminosa relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma visivamente la lunghezza d'onda di picco (λ_p~575 nm) e la larghezza di banda spettrale (Δλ ~20 nm). Una curva più stretta indica un colore spettralmente più puro.

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

Questo grafico mostra la relazione tra la corrente che attraversa il LED e la caduta di tensione ai suoi capi. È non lineare. I progettisti utilizzano questa curva per determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente operativa desiderata, fondamentale per selezionare resistenze in serie appropriate o progettare driver a corrente costante.

4.3 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è uno dei grafici più critici per l'affidabilità. Mostra come la massima corrente diretta continua ammissibile (I_F) deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. Far funzionare il LED ad alte correnti in ambienti ad alta temperatura senza un adeguato derating ridurrà significativamente la sua durata a causa dell'eccessiva temperatura di giunzione.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo utilizza un formato standard through-hole DIP (Dual In-line Package).

5.1 Disegno Dimensionale

Il disegno del package fornisce le dimensioni meccaniche critiche, inclusa l'altezza complessiva, la larghezza, la dimensione della cifra, la spaziatura dei terminali (pitch) e il diametro dei terminali. La nota specifica che le tolleranze sono ±0.25mm salvo diversa indicazione. Gli ingegneri utilizzano questo disegno per la progettazione dell'impronta PCB e per garantire un corretto montaggio all'interno del contenitore.

5.2 Pinout e Identificazione della Polarità

Lo schema circuitale interno è essenziale. Da questo diagramma deve essere identificata una configurazione a anodo comune o a catodo comune. Mostra come gli anodi e i catodi di tutti i singoli segmenti (a-g) e del punto decimale (dp, se presente) sono collegati internamente. L'identificazione corretta è obbligatoria per un corretto collegamento del circuito. Qui è definita anche la numerazione dei pin.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La scheda tecnica fornisce parametri specifici per i processi di saldatura manuale.

• Temperatura di Saldatura:La temperatura massima consigliata della punta del saldatore è 260°C.
• Tempo di Saldatura:Il terminale dovrebbe essere a contatto con il saldatore per non più di 5 secondi per prevenire danni da calore al die interno e ai fili di collegamento.
• Protezione ESD (Scarica Elettrostatica):Il dispositivo è sensibile all'ESD. Si raccomanda vivamente l'uso di braccialetti collegati a terra, postazioni di lavoro antistatiche, tappetini conduttivi e ionizzatori. Tutte le attrezzature e il personale devono essere adeguatamente messi a terra durante la manipolazione e l'assemblaggio.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Imballaggio

Il dispositivo è confezionato in tubi e scatole. Il flusso di imballaggio standard è: 35 pezzi per tubo, 140 tubi per scatola e 4 scatole per cartone.

7.2 Spiegazione dell'Etichetta

L'etichetta di imballaggio contiene diversi codici: CPN (Numero Parte del Cliente), P/N (Numero Prodotto), QTY (Quantità), CAT (Categoria/Bin Intensità Luminosa), HUE (Riferimento Colore), REF (Riferimento), LOT No. (Numero Lotto di Produzione) e un codice di etichetta di volume REFERENCE. Questi sono utilizzati per la tracciabilità e la gestione dell'inventario.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Elettrodomestici:Timer su microonde/forni, display di temperatura su termostati o riscaldatori, indicatori di ciclo su lavatrici.
• Pannelli Strumenti:Letture per tensione, corrente, frequenza o RPM su apparecchiature di test, controlli industriali e strumenti per l'aftermarket automobilistico.
• Display Digitali Generali:Qualsiasi dispositivo che richieda una visualizzazione numerica semplice e affidabile, come orologi, contatori o dispositivi di misurazione di base.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante per limitare I_Fa 25 mA o meno (deratata per la temperatura). Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, è comune uno schema di multiplexing per controllare molti segmenti con meno pin I/O. Assicurarsi che la corrente di picco nei progetti multiplexati non superi I_FP(60mA) e che la corrente media per segmento rimanga entro i limiti.
• Angolo di Visione e Contrasto:Lo sfondo grigio migliora il contrasto. Considerare i requisiti dell'angolo di visione del prodotto finale.
• Gestione del Calore:Rispettare la curva di derating della corrente. In ambienti ad alta temperatura, ridurre la corrente operativa o migliorare la ventilazione.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai display a sette segmenti generici, l'ELS-315SYGWA/S530-E2 offre vantaggi specifici:

• Dimensioni Industriali Standardizzate:Garantisce la compatibilità diretta con molti layout PCB e aperture frontali esistenti.
• Binning dell'Intensità:Fornisce livelli di luminosità minima garantiti, portando a un aspetto più uniforme nelle applicazioni multi-cifra rispetto ai display non binnati.
• Conformità Ambientale:Essere Pb-free e conforme RoHS è essenziale per i prodotti venduti in molti mercati globali.
• Specifiche Robuste:Valori massimi assoluti e curve di derating chiaramente definiti consentono progetti più affidabili e durevoli rispetto a componenti con limiti scarsamente documentati.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

R: No. Con un V_Ftipico di 2.0V, collegarlo direttamente a 5V causerebbe una corrente eccessiva, distruggendo il LED. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente. Ad esempio, per un pilotaggio a 10mA da una sorgente a 5V: R = (5V - 2.0V) / 0.01A = 300 Ω.

D: Cosa significa "Corrente Diretta di Picco (I_FP) di 60 mA" per il mio progetto?

R: Questo valore nominale consente brevi impulsi di corrente più elevata, utile nei display multiplexati dove ogni cifra è alimentata solo per una frazione del tempo. La corrente media sull'intero ciclo deve comunque rimanere entro il valore nominale continuo di 25mA. Il ciclo di lavoro 1/10 a 1kHz è una condizione di test specifica; altri schemi di impulsi richiedono un'analisi attenta.

D: Come interpreto il codice "CAT" sull'etichetta?

R: Il codice "CAT" specifica il bin dell'intensità luminosa. Mentre la scheda tecnica fornisce valori min/typ, il binning effettivo garantisce che tutti i dispositivi di un lotto abbiano un'emissione simile. Per una luminosità uniforme su tutte le cifre in un prodotto, utilizzare display con lo stesso codice CAT.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Display per Voltmetro a 4 Cifre Multiplexato

Un progettista sta creando un semplice voltmetro DC 0-30V. Il microcontrollore ha un numero limitato di pin I/O. Sceglie di utilizzare quattro display ELS-315SYGWA/S530-E2 in una configurazione multiplexata.

1. Progettazione del Circuito:L'anodo comune (o catodo comune) di ogni cifra è collegato a un pin del microcontrollore tramite un transistor di commutazione. Le linee dei segmenti (a-g) sono collegate ai pin del microcontrollore attraverso resistenze di limitazione della corrente, condivise tra tutte le cifre.

2. Software:Il firmware cicla rapidamente attraverso ogni cifra (ad esempio a 200Hz), attivando un pin comune alla volta mentre imposta il pattern di segmenti appropriato per quella cifra. La persistenza della visione fa apparire tutte le cifre accese simultaneamente.

3. Calcolo della Corrente:Per ottenere una buona luminosità, il progettista potrebbe puntare a una corrente di picco per segmento di 15mA durante il suo slot di tempo attivo. Con 4 cifre, il ciclo di lavoro per cifra è 1/4. La corrente media per segmento è 15mA / 4 = 3.75mA, ben entro il valore nominale continuo di 25mA. Il picco di 15mA è anche sicuramente al di sotto del valore I_FP rating.

4. Valore della Resistenza:Utilizzando un'alimentazione a 5V per i segmenti: R = (5V - 2.0V) / 0.015A ≈ 200 Ω.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un display LED a sette segmenti è un assemblaggio di più diodi emettitori di luce (LED) disposti in un pattern a forma di otto. Ogni segmento (etichettato da a a g) è un LED individuale. Alimentando selettivamente diverse combinazioni di questi segmenti, è possibile formare numeri da 0 a 9 e alcune lettere. Il dispositivo descritto utilizza materiale semiconduttore AlGaInP (Fosfuro di Alluminio Gallio Indio). Quando polarizzato direttamente (tensione positiva applicata all'anodo rispetto al catodo), elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlGaInP determina l'energia del bandgap, che a sua volta definisce la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, giallo-verde (~573 nm). La luce dal chip viene emessa attraverso una lente epossidica modellata che forma anche la forma del segmento.

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

I display LED a sette segmenti rappresentano una tecnologia di visualizzazione matura e altamente affidabile. Mentre tecnologie più recenti come OLED a matrice di punti o LCD offrono maggiore flessibilità per grafica e caratteri alfanumerici, i LED a sette segmenti mantengono forti vantaggi in aree specifiche:Leggibilità Estrema:I loro segmenti semplici e ad alto contrasto sono facilmente leggibili a distanza e in un'ampia gamma di condizioni di illuminazione, inclusa la luce solare diretta.Robustezza e Longevità:Sono dispositivi a stato solido senza parti in movimento, resistenti a urti e vibrazioni, e offrono una durata operativa molto lunga (spesso decine di migliaia di ore).Semplicità e Convenienza:Richiedono elettronica di pilotaggio relativamente semplice rispetto a display più complessi, rendendoli una soluzione conveniente per applicazioni che devono mostrare solo numeri o un set limitato di caratteri. La tendenza per componenti come l'ELS-315SYGWA/S530-E2 è verso un continuo affinamento per l'affidabilità, un'ulteriore riduzione del consumo energetico e l'adesione a standard ambientali in evoluzione (come RoHS), piuttosto che un cambiamento tecnologico radicale. Rimangono la scelta preferita per applicazioni in cui chiarezza, durata e semplicità sono i driver di progettazione primari.