ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء 3 مم 850 نانومتر HIR204C - عبوة T-1 - جهد أمامي 1.45 فولت - قدرة 150 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء عالي الكثافة مقاس 3 مم (T-1). تم تصميم الجهاز لبعث الضوء عند طول موجي قياسي يبلغ 850 نانومتر (نانومتر)، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من تطبيقات الاستشعار والإرسال بالأشعة تحت الحمراء. تشمل مزاياه الرئيسية الموثوقية العالية، والإخراج الإشعاعي الكبير، ومتطلبات الجهد الأمامي المنخفض.

تم تصنيع ثنائي الباعث للضوء باستخدام مادة شريحة زرنيخيد الغاليوم والألومنيوم (GaAlAs) وهو مُغلف بغلاف بلاستيكي شفاف. تمت مطابقة الناتج الطيفي عمدًا ليكون متوافقًا مع أجهزة الاستقبال بالأشعة تحت الحمراء الشائعة مثل الترانزستورات الضوئية والثنائيات الضوئية ووحدات الاستقبال المتكاملة. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).

1.1 التطبيقات المستهدفة

تم تصميم الجهاز للأنظمة التي تتطلب إشارات قوية بالأشعة تحت الحمراء. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية:

• أنظمة نقل البيانات البصرية في الهواء الطلق.
• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء، خاصة تلك التي تتطلب طاقة إخراج أعلى.
• أنظمة كشف الدخان وإنذار الحريق التي تستخدم مبادئ الاستشعار البصري.
• أنظمة التطبيقات العامة القائمة على الأشعة تحت الحمراء للاستخدام الصناعي أو الاستهلاكي.

2. تحليل المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 100 مللي أمبير
• التيار الأمامي الذروي (I_FP): 1.0 أمبير (عرض النبضة ≤ 100 ميكروثانية، دورة العمل ≤ 1%)
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت
• درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -40°C إلى +85°C
• درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40°C إلى +100°C
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260°C (لمدة ≤ 5 ثوانٍ)
• تبديد الطاقة (P_d): 150 مللي واط (عند أو أقل من درجة حرارة محيطة 25°C)

2.2 الخصائص الكهروضوئية (T_a= 25°C)

تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي للجهاز تحت ظروف الاختبار المحددة.

• الكثافة الإشعاعية (I_e):
  • النموذجي: 17.6 مللي واط/ستراديان عند I_F= 20 مللي أمبير.
  • النموذجي: 90 مللي واط/ستراديان عند I_F= 100 مللي أمبير (نبضي).
  • النموذجي: 900 مللي واط/ستراديان عند I_F= 1 أمبير (نبضي).
• الطول الموجي الذروي (λ_p): نموذجي 850 نانومتر عند I_F= 20 مللي أمبير.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): نموذجي 45 نانومتر عند I_F= 20 مللي أمبير.
• الجهد الأمامي (V_F):
  • النموذجي: 1.45 فولت، الحد الأقصى: 1.65 فولت عند I_F= 20 مللي أمبير.
  • النموذجي: 1.80 فولت، الحد الأقصى: 2.40 فولت عند I_F= 100 مللي أمبير (نبضي).
  • النموذجي: 4.10 فولت، الحد الأقصى: 5.25 فولت عند I_F= 1 أمبير (نبضي).
• التيار العكسي (I_R): الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R= 5 فولت.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): نموذجي 25 درجة عند I_F= 20 مللي أمبير.

ملاحظة: يتم تحديد عدم اليقين في القياس للجهد الأمامي (±0.1 فولت)، والكثافة الإشعاعية (±10%)، والطول الموجي السائد (±1.0 نانومتر).

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة. هذه المنحنيات حاسمة لمهندسي التصميم للتنبؤ بالأداء في التطبيقات الواقعية.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر هذا المنحنى تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. تنخفض قدرة الجهاز على تبديد الطاقة مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار في التصميم الحراري لمنع ارتفاع درجة الحرارة.

3.2 التوزيع الطيفي

يؤكد رسم الناتج الطيفي على الانبعاث الذروي عند 850 نانومتر مع عرض نطاق محدد. هذا ضروري لضمان التوافق مع الحساسية الطيفية لمستقبل الهدف (مثل كاشف الضوء السيليكوني، الذي يكون أكثر حساسية حول 800-900 نانومتر).

3.3 الكثافة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني العلاقة بين تيار القيادة والإخراج البصري. يُظهر عادةً زيادة شبه خطية، مما يعني أن الكفاءة قد تنخفض عند التيارات العالية جدًا. يستخدم المصممون هذا لاختيار نقطة تشغيل توازن بين طاقة الإخراج والكفاءة وعمر الجهاز.

3.4 الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يحدد هذا الرسم البياني القطبي نمط الانبعاث المكاني (زاوية الرؤية). تشير زاوية النصف النموذجية البالغة 25 درجة إلى شعاع مركز بشكل معتدل، وهو مفيد لتوجيه طاقة الأشعة تحت الحمراء نحو هدف أو مستشعر محدد.

3.5 طول موجة الانبعاث الذروي مقابل درجة الحرارة المحيطة

تُظهر ثنائيات الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء تحولًا في الطول الموجي الذروي مع درجة الحرارة، عادةً حوالي 0.2-0.3 نانومتر/°C. يقوم هذا المنحنى بتحديد هذا التحول لـ HIR204C، وهو أمر مهم للتطبيقات التي يكون فيها مطابقة الطول الموجي الدقيقة أمرًا بالغ الأهمية.

3.6 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

الخاصية الكهربائية الأساسية للثنائي. يستخدم هذا المنحنى لتحديد انخفاض الجهد عبر ثنائي الباعث للضوء عند تيار تشغيل معين، وهو ضروري لتصميم دائرة القيادة (مثل اختيار مقاومة محددة للتيار أو تصميم محرك تيار ثابت).

4. معلومات الميكانيكا والعبوة

4.1 أبعاد العبوة (T-1، 3 مم)

يتوافق الجهاز مع أبعاد العبوة الشعاعية القياسية T-1 (3 مم). تشمل المواصفات الميكانيكية الرئيسية:

• القطر الكلي للعبوة حوالي 3.0 مم.
• المسافة القياسية بين الأطراف (بين المراكز) هي 2.54 مم (0.1 بوصة).
• يتم توفير رسم مفصل بأبعاد في ورقة البيانات، يحدد الأطوال والأقطار ومقاييس أسلاك الأطراف مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

4.2 تحديد القطبية

يحتوي ثنائي الباعث للضوء على جانب مسطح على العدسة أو طرف أقصر للإشارة إلى الطرف الكاثودي (السالب). يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تجميع الدائرة.

5. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة الصحيحة أمر بالغ الأهمية للحفاظ على موثوقية الجهاز وأدائه.

5.1 تشكيل الأطراف

• يجب أن يحدث الانحناء على الأقل 3 مم من قاعدة عدسة الإيبوكسي لتجنب الضغط على القطعة الداخلية وروابط الأسلاك.
• قم بتشكيل الأطراف قبل اللحام.
• تجنب تطبيق الضغط على العبوة. يجب أن تتماشى ثقوب اللوحة المطبوعة (PCB) تمامًا مع أطراف ثنائي الباعث للضوء لمنع ضغط التركيب.
• قص الأطراف في درجة حرارة الغرفة.

5.2 ظروف التخزين

• التخزين الموصى به: ≤ 30°C و ≤ 70% رطوبة نسبية (RH).
• العمر الافتراضي بعد الشحن هو 3 أشهر تحت هذه الظروف.
• للتخزين لفترات أطول (حتى سنة واحدة)، استخدم حاوية محكمة الغلق بجو نيتروجين ومجفف.
• تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.

5.3 توصيات اللحام

الحفاظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى لمبة الإيبوكسي.

• اللحام اليدوي: درجة حرارة طرف المكواة ≤ 300°C (30 واط كحد أقصى)، وقت اللحام ≤ 3 ثوانٍ.
• اللحام بالموجة/الغمس: التسخين المسبق ≤ 100°C (60 ثانية كحد أقصى)، حمام اللحام ≤ 260°C، وقت المكوث ≤ 5 ثوانٍ.
• تجنب الضغط على الأطراف أثناء عمليات درجات الحرارة العالية.
• لا تقم بإجراء لحام الغمس/اليدوي أكثر من مرة واحدة.
• اسمح للجهاز بالتبريد تدريجيًا إلى درجة حرارة الغرفة بعد اللحام، وحمايته من الصدمات أو الاهتزاز أثناء التبريد.

5.4 التنظيف

• إذا لزم الأمر، نظف فقط باستخدام كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لمدة ≤ دقيقة واحدة. جفف بالهواء.
• لا يُنصح بالتنظيف بالموجات فوق الصوتية. إذا كان لا مفر منه، فيجب تقييم تأثيره المحتمل بعناية.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواد التعبئة والمواصفات

يتم تعبئة الأجهزة باستخدام مواد مقاومة للرطوبة لمنع التلف أثناء التخزين والنقل. التسلسل الهرمي للتعبئة هو:

1. يتم وضع الأجهزة في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة.
2. توضع الأكياس في صناديق داخلية.
3. يتم تعبئة الصناديق الداخلية في صناديق شحن رئيسية.

6.2 كميات التعبئة

• الحد الأدنى 200 إلى 1000 قطعة لكل كيس مضاد للكهرباء الساكنة.
• 5 أكياس لكل صندوق داخلي.
• 10 صناديق لكل صندوق شحن رئيسي.

6.3 شرح الملصقات

تحتوي الملصقات على العبوة على معرفات رئيسية:

• CPN: رقم إنتاج العميل
• P/N: رقم الإنتاج (رقم القطعة)
• QTY: كمية التعبئة
• CAT: الرتب (فئات الأداء)
• HUE: الطول الموجي السائد
• REF: المرجع
• LOT No: رقم الدفعة للتتبع

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تصميم دائرة القيادة

بسبب الخاصية الأسية للتيار-الجهد (I-V) للثنائي، فإن محرك تيار ثابت أو مقاومة محددة للتيار إلزاميان. يمكن حساب قيمة المقاومة (R_limit) باستخدام قانون أوم: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. استخدم دائمًا الحد الأقصى لـ V_Fمن ورقة البيانات لـ I_Fمعين لضمان تيار كافٍ تحت جميع الظروف. للتشغيل النبضي (مثل أجهزة التحكم عن بعد)، تأكد من أن المحرك يمكنه توفير تيار الذروة العالي (حتى 1 أمبير) بدورة عمل صحيحة.

7.2 إدارة الحرارة

بينما يمكن للعبوة تبديد 150 مللي واط عند 25°C، فإن هذا التصنيف يتناقص مع درجة الحرارة المحيطة. في المساحات المغلقة أو درجات الحرارة المحيطة العالية، تأكد من أن تبديد الطاقة الفعلي (I_F* V_F) يظل أقل من الحد المخفض. قد تكون هناك حاجة إلى مساحة نحاسية كافية في اللوحة المطبوعة (PCB) أو وسائل تبريد أخرى للتشغيل المستمر بتيار عالي.

7.3 التصميم البصري

توفر زاوية الرؤية البالغة 25 درجة توازنًا بين تركيز الشعاع والتغطية. للتطبيقات طويلة المدى، يمكن استخدام بصريات ثانوية (عدسات) لجعل الشعاع متوازيًا. لتغطية منطقة واسعة، قد يكون الناشر ضروريًا. تأكد من أن مجال رؤية المستقبل وحساسيته الطيفية تتماشى مع إخراج ثنائي الباعث للضوء.

8. المقارنة التقنية والتمييز

المميزات الرئيسية لـ HIR204C في فئته (ثنائيات الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء 3 مم) هي مزيجه منالكثافة الإشعاعية العالية(حتى 900 مللي واط/ستراديان نبضي) والجهد الأمامي المنخفض نسبيًا(نموذجي 1.45 فولت عند 20 مللي أمبير). هذا يجعله فعالاً، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة لناتج ضوئي معين مقارنة بالأجهزة ذات V_Fالأعلى. الطول الموجي 850 نانومتر هو معيار لمستقبلات السيليكون، مما يوفر توازنًا جيدًا بين حساسية المستقبل والخفاء النسبي. يساهم بناؤه القوي ومادة العبوة الشفافة في موثوقيته العالية المعلنة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

9.1 ما الفرق بين تصنيفات التيار المستمر والنبضي؟

تصنيف التيار المستمر (100 مللي أمبير) هو أقصى تيار مستمر يمكن لثنائي الباعث للضوء تحمله إلى أجل غير مسمى دون خطر التلف. تصنيف التيار النبضي (1 أمبير) أعلى بكثير ولكن يمكن تطبيقه فقط لنبضات قصيرة جدًا (≤100 ميكروثانية) بدورة عمل منخفضة جدًا (≤1%). هذا يسمح بفترات قصيرة من السطوع العالي جدًا، الشائع في إشارات التحكم عن بعد، دون ارتفاع درجة حرارة الجهاز.

9.2 لماذا يكون الجهد الأمامي أعلى عند 1 أمبير مقارنة بـ 20 مللي أمبير؟

هذا بسبب المقاومة التسلسلية المتأصلة داخل شريحة ثنائي الباعث للضوء والعبوة. مع زيادة التيار، يزداد انخفاض الجهد عبر هذه المقاومة الداخلية (V = I * R)، مما يؤدي إلى جهد أمامي إجمالي أعلى. توفر ورقة البيانات هذه المعلومات حتى يمكن تصميم المحركات لتوفير الجهد اللازم عند تيار التشغيل المستهدف.

9.3 هل يمكن استخدام هذا الثنائي الباعث للضوء لنقل البيانات؟

نعم، قدرته السريعة على التبديل (المستنتجة من استخدامه في أجهزة التحكم عن بعد) تجعله مناسبًا لنقل البيانات المعدلة في أنظمة الهواء الطلق. سيعتمد معدل البيانات القابل للتحقيق على قدرة دائرة القيادة على تبديل التيار بسرعة وعرض النطاق الترددي للمستقبل.

10. مثال عملي على حالة الاستخدام

10.1 تصميم منارة بالأشعة تحت الحمراء بسيطة

الهدف: إنشاء منارة بالأشعة تحت الحمراء تعمل باستمرار لاستشعار القرب بمدى بضعة أمتار.

خطوات التصميم:

1. اختيار نقطة التشغيل: اختر I_F= 50 مللي أمبير لتوازن بين إخراج جيد وقوة معتدلة. من منحنى I-V، قدّر V_F≈ 1.6 فولت.
2. حساب المحرك: باستخدام مصدر طاقة 5 فولت ومقاومة متسلسلة: R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω. الطاقة في المقاومة: P = I²R = (0.05)² * 68 = 0.17W. استخدم مقاومة 68Ω، 0.25W.
3. فحص حراري: تبديد طاقة ثنائي الباعث للضوء: P_LED= V_F* I_F= 1.6V * 0.05A = 80mW. هذا أقل بكثير من تصنيف 150mW عند 25°C. إذا كان من المتوقع أن تكون درجة الحرارة المحيطة 50°C، استشر منحنى التخفيض للتأكد من أن 80mW لا تزال آمنة.
4. التركيب: ضعه على اللوحة المطبوعة (PCB) مع محاذاة الثقوب للأطراف. قم باللحام، مع الحفاظ على نقاط اللحام >3 مم من جسم العدسة.
5. الاقتران: استخدم ترانزستورًا ضوئيًا أو وحدة استقبال حساسة للضوء 850 نانومتر، وضعها داخل مخروط الشعاع بزاوية 25 درجة لثنائي الباعث للضوء.

11. مبدأ التشغيل

ثنائي الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء هو ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد مادة أشباه الموصلات المحددة المستخدمة (GaAlAs في هذه الحالة) طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي للفوتونات المنبعثة - في هذه الحالة، في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة حول 850 نانومتر. تعمل عبوة الإيبوكسي الشفافة كعدسة، تشكل شعاع الإخراج، وتحمي الشريحة شبه الموصلة الحساسة.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر تطوير ثنائيات الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء في التركيز على عدة مجالات رئيسية:زيادة الكفاءة(مزيد من طاقة الإخراج البصري لكل واط كهربائي مدخل)،كثافة طاقة أعلى(عبوات أصغر قادرة على التعامل مع تيار أكبر)، وتحسين الموثوقيةتحت الظروف البيئية القاسية. هناك أيضًا عمل مستمر لتطوير أجهزة بأطوال موجية محددة أخرى (مثل 940 نانومتر لتحسين التخفي، أو أطوال موجية محددة لاستشعار الغاز). يمثل التكامل مع دوائر القيادة والمستقبلات في وحدات مدمجة اتجاهًا مهمًا آخر، مما يبسط تصميم النظام للمستخدمين النهائيين. يمثل HIR204C تقنية ناضجة وموثوقة مناسبة تمامًا لتطبيقاته المقصودة.