ELS-2326SURWA/S530-A3 七段顯示器規格書 - 57.0mm 字高 - 2.0V 順向電壓 - 亮紅色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

ELS-2326SURWA/S530-A3 是一款通孔安裝式七段字母數字顯示器，專為需要在各種照明條件下提供清晰、可靠數字讀數的應用而設計。此元件屬於工業標準元件系列，以其耐用性和一致的性能著稱。

1.1 核心特色與優勢

此顯示模組的主要優勢源於其設計與材料選擇。它具有標準的工業尺寸，確保與現有為類似元件設計的PCB佈局和插座相容。一個關鍵優點是其低功耗，使其適用於電池供電或對能源敏感的應用。該元件採用無鉛材料製造，完全符合RoHS指令，滿足現代環境與法規要求。顯示段為白色，襯以灰色表面，提供高對比度以提升可讀性。

1.2 目標市場與定位

此顯示器定位於成本效益高、注重可靠性的應用，其中清晰的數字指示至關重要。其設計優先考慮在標準操作環境中的長期性能，而非需要特殊元件的極端條件。

2. 深入技術參數分析

ELS-2326SURWA/S530-A3 的性能由一系列電氣、光學和熱參數定義，設計師必須考慮這些參數以確保成功應用。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。它們不適用於正常操作。

• 逆向電壓 (V_R):5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流 (I_F):25 mA。這是可以連續施加到每個顯示段的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP):60 mA。此電流僅允許在脈衝條件下（工作週期 ≤ 10%，頻率 ≤ 1 kHz）使用，不得用於直流操作。
• 功率消耗 (P_d):60 mW。可以以熱量形式消耗的最大功率，計算方式為順向電壓 (V_F) × 順向電流 (I_F)。
• 操作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。這是元件被規定能正確運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +100°C。
• 焊接溫度 (T_sol):260°C，最多持續 5 秒。這對於波峰焊或手工焊接過程至關重要，以防止環氧樹脂封裝和內部接合點受到熱損傷。

2.2 電光特性

在標準接面溫度 (T_a= 25°C) 下測量，這些參數定義了元件在正常操作條件下的光輸出和電氣行為。

• 發光強度 (I_v):15 mcd (最小)，34 mcd (典型值)，於 I_F= 10 mA 時。這是每個顯示段的平均光輸出。此值有 ±10% 的容差，意味著元件會根據測得的強度進行分級或分類。
• 峰值波長 (λ_p):632 nm (典型值)。這是光譜發射最強的波長。這是決定感知顏色（亮紅色）的關鍵參數。
• 主波長 (λ_d):624 nm (典型值)。這是與光的感知顏色最匹配的單一波長，可能與峰值波長略有不同。
• 頻譜頻寬 (Δλ):20 nm (典型值)。發射的波長範圍，以峰值強度的一半（半高全寬）測量。頻寬越窄表示光譜顏色越純。
• 順向電壓 (V_F):2.0 V (典型值)，2.4 V (最大值)，於 I_F= 20 mA 時。這是LED工作時的跨元件電壓降。驅動電路必須設計為提供足夠的電壓。規定了 ±0.1V 的容差。
• 逆向電流 (I_R):100 µA (最大值)，於 V_R= 5 V 時。這是當元件在其最大額定值內被逆向偏壓時流動的小量漏電流。

3. 分級與分類系統

規格書指出元件已根據發光強度進行分類。這指的是LED製造中常見的做法，稱為分級。

3.1 發光強度分級

由於半導體磊晶生長和製造過程中固有的變異，LED的光輸出可能有所不同。為了確保最終用戶的一致性，製造商會根據測得的發光強度對LED進行測試和分類（分級）。ELS-2326SURWA/S530-A3 的典型強度為 34 mcd，最小值為 15 mcd。購買的元件將落在特定的強度範圍（等級）內，這在單一生產批次或訂單中應保持一致。標籤說明中包含CAT: 發光強度等級，證實了此做法。

3.2 順向電壓一致性

雖然未明確描述為分級參數，但順向電壓的嚴格容差（±0.1V）表明了嚴謹的製程控制。一致的 V_F對於設計簡單的串聯電阻限流電路很重要，因為當從共同電壓源驅動時，它可以最小化各顯示段之間的亮度差異。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了參數如何隨操作條件變化的深入見解。

4.1 頻譜分佈

頻譜曲線顯示了不同波長下光的相對強度。對於這種基於AlGaInP的元件，曲線將以 632 nm（峰值）為中心，典型頻寬為 20 nm。此曲線確認了單色的亮紅色，在其他顏色波段沒有顯著的發射。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此曲線說明了半導體二極體中電流與電壓之間的非線性關係。對於LED，電壓超過導通閾值（約1.8V）後的微小增加會導致電流呈指數級大幅增加。這就是為什麼LED必須使用限流源（例如，恆流驅動器或串聯電阻）驅動，而不是恆壓源，以防止熱失控和損壞。

4.3 順向電流降額曲線

這是可靠設計中最關鍵的圖表之一。它顯示了最大允許連續順向電流 (I_F) 必須如何隨著環境溫度升高而降低。在 25°C 時，允許完整的 25 mA。當溫度上升到最高操作溫度 85°C 時，允許的電流會顯著下降。這種降額是必要的，因為LED的內部接面溫度會隨著環境溫度和電流流動產生的自熱而升高。超過安全的接面溫度會降低光輸出並急劇縮短使用壽命。設計師必須使用此曲線，根據其應用在最壞情況下的環境溫度來選擇適當的操作電流。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸

此元件的字高為 57.0 mm (2.24 英寸)，這將其歸類為適合遠距離觀看的大型顯示器。封裝尺寸圖提供了顯示器整體、通孔引腳的間距和尺寸以及顯示段佈局的詳細測量值。除非另有說明，否則適用 ±0.25 mm 的一般公差。此圖對於創建PCB佔位面積、確保正確安裝以及定義電路板上的禁置區域至關重要。

5.2 引腳配置與內部電路圖

內部電路圖顯示了各個顯示段（a 到 g）和共接點的電氣連接。此顯示器採用共陽極配置，意味著所有LED顯示段的陽極（正極側）在內部連接在一起，連接到一個共接引腳（或一組引腳）。每個顯示段的陰極（負極側）則引出到單獨的引腳。要點亮一個顯示段，需將共陽極引腳連接到正電壓源，並通過一個限流電阻將相應的陰極引腳拉低（接地）。引腳配置圖指定了哪個實體引腳對應於每個顯示段陰極和共陽極。

6. 焊接與組裝指南

需要正確處理以保持元件的完整性和性能。

6.1 焊接參數

絕對最大額定值規定焊接溫度為 260°C，最多持續 5 秒。這適用於波峰焊或手工焊接期間的引線/焊線溫度。對於迴流焊，應使用峰值溫度不超過 260°C 的標準無鉛製程曲線。長時間暴露在高溫下會損壞內部焊線、劣化環氧樹脂封裝或導致分層。

6.2 靜電放電 (ESD) 防護

規格書包含關於ESD敏感性的強烈警告。AlGaInP半導體晶片容易受到靜電損壞，這可能導致立即故障或潛在缺陷，從而降低長期可靠性。強制性預防措施包括：操作員佩戴接地腕帶；使用防靜電工作站、墊子和工具；確保所有設備正確接地；以及將元件儲存/運輸在導電或防靜電包裝中。可以使用離子發生器來中和工作區域中非導電材料上的電荷。

6.3 儲存條件

元件應在指定的儲存溫度範圍 -40°C 至 +100°C 內、乾燥的環境中儲存，以防止吸濕，並在準備使用前保持在其原始的ESD防護包裝中。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

此元件遵循特定的包裝流程：10 個元件裝入一個管中以提供機械保護和便於處理。然後將 10 個管放入一個盒子中。最後，將 4 個盒子裝入一個主運輸紙箱。這種分層包裝（10 個/管 → 10 管/盒 → 4 盒/箱）對於通孔元件很常見，有助於庫存管理和自動化組裝。

7.2 標籤說明

包裝上的標籤包含幾個代碼：CPN（客戶零件編號）、P/N（製造商零件編號：ELS-2326SURWA/S530-A3）、QTY（數量）、CAT（發光強度類別/等級）和 LOT No（可追溯的生產批號）。CAT代碼對於確保生產批次間的亮度一致性至關重要。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用場景

規格書建議了三個主要應用：家電（例如，烤箱計時器、洗衣機顯示器）、儀表板（用於工業設備、測試儀器或汽車改裝市場）以及通用數字讀數顯示器。其大尺寸和高對比度使其適合需要從幾英尺外或在相當明亮的環境光下讀取顯示內容的應用。

8.2 驅動電路設計

設計驅動電路需要幾個關鍵計算。首先，根據所需的亮度和環境溫度，使用降額曲線確定操作電流 (I_F)。典型值可能在 10-20 mA 之間。對於連接到電源電壓 V_CC 的共陽極顯示器的簡單串聯電阻設計，每個顯示段的電阻值為：R = (V_CC- V_F) / I_F。使用典型的 V_F 值 2.0V 和 5V 電源，I_F=15mA，則 R = (5 - 2.0) / 0.015 = 200 Ω。電阻的額定功率應至少為 I_F²× R = (0.015)²× 200 = 0.045W，因此標準的 1/8W (0.125W) 電阻就足夠了。對於多工多個數字，通常使用專用的驅動IC（如 74HC595 移位暫存器或 MAX7219 顯示驅動器）來控制顯示段陰極和數字陽極，從而顯著減少所需的微控制器I/O引腳數量。

8.3 熱管理

雖然不是高功率元件，但熱考量對於使用壽命仍然很重要。確保PCB上有足夠的間距以允許一些空氣流通。避免將顯示器放置在其他顯著熱源附近。遵守電流降額曲線是熱管理的主要方法。寬廣的操作溫度範圍（-40°C 至 +85°C）表明其適用於大多數室內和許多室外環境。

9. 技術比較與差異化

ELS-2326SURWA/S530-A3 以其屬性的特定組合而區別於其他產品：57.0mm 的大字高、通孔安裝、亮紅色 AlGaInP 發光以及共陽極配置。與較小的顯示器（例如，14.2mm 或 20mm）相比，它在遠距離下提供更優越的可視性。與表面黏著元件 (SMD) 顯示器相比，像這樣的通孔版本通常被認為在高振動環境或需要手動維修的應用中更為堅固，並且通常更容易進行原型製作。與舊技術相比，AlGaInP 材料系統在紅/橙/琥珀色光譜中提供了高效率和良好的色純度。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以直接用 5V 微控制器引腳驅動此顯示器嗎？

答：不行。微控制器引腳無法提供或吸收足夠的電流（通常每個引腳最大 20-40mA，且有總封裝限制）來明亮地驅動多個顯示段。更重要的是，LED必須限制其電流。將其直接連接到電壓源而沒有串聯電阻，會試圖吸取過多電流，損壞LED並可能損壞微控制器引腳。務必使用串聯限流電阻或專用的恆流驅動器。

問：為什麼我在 85°C 下操作顯示器時，即使使用與室溫下相同的電流，顯示器也很暗？

答：LED的發光效率（每單位電輸入的光輸出）會隨著接面溫度升高而降低。這是半導體的基本特性。此外，降額曲線要求您在高環境溫度下降低操作電流以防止過熱。這兩種效應都會導致在高溫下亮度降低。

問：無鉛且符合RoHS對我的設計意味著什麼？

答：這意味著該元件不含有RoHS（有害物質限制）指令中定義的鉛 (Pb) 或其他受限制的有害物質。這是在許多地區（包括歐盟）銷售電子產品的法律要求。它也會影響您的焊接製程，需要使用熔點更高的無鉛焊料，這就是為什麼 260°C 的焊接額定值很重要。

問：順向電壓典型值為 2.0V。我可以從 3.3V 系統供電嗎？

答：是的，完全可以。使用 3.3V 電源 (V_CC)，需要重新計算串聯電阻值。對於 I_F=15mA：R = (3.3 - 2.0) / 0.015 ≈ 87 Ω。確保您的驅動電路（微控制器、驅動IC）在將陰極拉低時能夠處理顯示段電流。

11. 設計與使用案例研究

情境：為實驗室培養箱設計一個簡單的數字計時器。

顯示器需要在實驗室環境光下從房間對面清晰可讀。選擇 ELS-2326SURWA/S530-A3 的 57.0mm 字高是為了可視性。培養箱內部有一個運行在 5V 的微控制器。為簡單起見選擇了共陽極配置。該設計使用單個 74HC595 移位暫存器來控制 7 個顯示段陰極，並使用一個電晶體陣列（例如 ULN2003）來吸收 4 個數字的共陽極電流，從而實現多工。將每個顯示段的操作電流設定為 12 mA，以確保良好的亮度，同時保持在 25mA 限制內，並為溫暖的培養箱外殼內部（最高約 40°C）的溫度降額留出餘地。使用 220 Ω 的串聯電阻 ((5V - 2.0V)/0.012A ≈ 250Ω；220Ω 是最接近的標準值，導致 I_F≈ 13.6mA)。PCB佈局包含了規格書中的精確佔位面積，在組裝過程中，技術人員使用防靜電腕帶和溫度控制焊鐵，設定為 350°C，每個引腳的焊接時間快速，少於 3 秒。

12. 操作原理

七段顯示器是由七個發光二極體 (LED) 條排列成8字形組成的組件。每個條都是一個獨立的LED。通過選擇性地點亮這七個顯示段的特定組合，可以形成所有十進制數字（0-9）和一些字母。在像這樣的共陽極顯示器中，所有顯示段LED的陽極（正極端）都連接在一起，連接到一個共接點。陰極（負極端）則是分開的。要點亮一個顯示段，需將正電壓施加到共陽極，並通過限流電路將所需顯示段的陰極連接到較低的電壓（通常是接地）。此元件中使用的 AlGaInP（磷化鋁鎵銦）半導體材料是一種直接能隙化合物，專門設計用於當電子跨越能隙與電洞復合時，在可見光譜的紅色到琥珀色區域發光，這個過程稱為電致發光。

13. 技術趨勢

離散式七段顯示器的市場在很大程度上保持穩定，像這樣的通孔類型服務於舊有設計、維修市場以及重視堅固性的應用。顯示技術的更廣泛趨勢是朝向表面黏著元件 (SMD) 以實現自動化組裝、更高密度的多位數模組，以及將控制器和驅動器整合到顯示器封裝中。還有朝向更寬色域和在白光LED中使用先進螢光粉的趨勢，但對於單色紅色指示器，AlGaInP 仍然是主導的高效率技術。本規格書中涵蓋的電流驅動、熱管理和ESD防護原理是基礎的，並且普遍適用於所有LED技術，從這種離散顯示器到現代的高功率照明LED。