ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر SIR204C - قطر 3.0 مم - جهد أمامي 1.3 فولت - طول موجي 875 نانومتر - تبديد طاقة 150 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر SIR204C هو ثنائي باعث للضوء عالي الشدة، مُحاط بغلاف بلاستيكي شفاف مقاس 3 مم (T-1). تم تصميمه للتطبيقات التي تتطلب انبعاثًا موثوقًا للأشعة تحت الحمراء مع توافق طيفي جيد مع المستشعرات الضوئية القائمة على السيليكون. يستخدم الجهاز شريحة GaAlAs لإنتاج ضوء بطول موجي ذروة يبلغ 875 نانومتر، مما يجعله مثاليًا لمختلف أنظمة الاستشعار والإرسال.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم هذا الثنائي الباعث للضوء عدة مزايا رئيسية تشمل الموثوقية العالية، والجهد الأمامي المنخفض، وتصميم مدمج مع تباعد أطراف قياسي 2.54 مم. وهو متوافق طيفيًا مع الترانزستورات الضوئية والثنائيات الضوئية ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء الشائعة. المنتج متوافق مع معايير RoHS، وEU REACH، والخالي من الهالوجين (Br<900 جزء في المليون، Cl<900 جزء في المليون، Br+Cl<1500 جزء في المليون). تشمل أسواقه الرئيسية الإلكترونيات الاستهلاكية، والأتمتة الصناعية، ومعدات السلامة التي تتطلب إشارات أو استشعارًا بالأشعة تحت الحمراء.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

توفر الأقسام التالية تفصيلاً دقيقًا للمواصفات الكهربائية والبصرية والحرارية للجهاز.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها 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):-40°C إلى +85°C
• درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +100°C
• درجة حرارة اللحام (T_sol):260°C (لمدة ≤ 5 ثوانٍ)
• تبديد الطاقة (P_d):150 ميلي واط (عند أو أقل من درجة حرارة محيطة 25°C)

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة (T_a) قدرها 25°C وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• الشدة الإشعاعية (I_e):4.0 ميلي واط/ستراديان (الحد الأدنى) إلى 6.4 ميلي واط/ستراديان (النموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. تحت ظروف النبض (I_F=100 مللي أمبير، دورة عمل 1%)، يمكن أن تصل إلى 30 ميلي واط/ستراديان، وإلى 300 ميلي واط/ستراديان عند I_F=1 أمبير.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):875 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):80 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير.
• الجهد الأمامي (V_F):1.3 فولت (نموذجي) إلى 1.6 فولت (الحد الأقصى) عند I_F=20 مللي أمبير. يزداد هذا تحت تشغيل النبض عالي التيار.
• التيار العكسي (I_R):الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R=5 فولت.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):30 درجة (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير.

ملاحظة: شكوك القياس هي ±0.1 فولت لـ V_F, ±10% لـ I_e, و ±1.0 نانومتر لـ λ_p.

3. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر هذا المنحنى العلاقة بين أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به ودرجة حرارة التشغيل المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار خطيًا لمنع تجاوز حد تبديد الطاقة وضمان الموثوقية طويلة الأمد.

3.2 التوزيع الطيفي

يؤكد رسم الناتج الطيفي على الانبعاث الذروي عند 875 نانومتر بعرض نطاق نموذجي 80 نانومتر. يضمن عرض النطاق الواسع هذا توافقًا جيدًا مع كاشفات السيليكون، والتي تتمتع بحساسية طيفية واسعة في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة.

3.3 الطول الموجي الذروي للانبعاث مقابل درجة الحرارة المحيطة

يظهر الطول الموجي الذروي تحولًا طفيفًا مع درجة الحرارة، وهي خاصية شائعة لثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء (LED) شبه الموصلة. يجب على المصممين مراعاة هذا التحول في التطبيقات الحساسة للطول الموجي، خاصة على مدى نطاق درجة حرارة التشغيل الكامل من -40°C إلى +85°C.

3.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

يوضح منحنى التيار-الجهد (IV) هذا العلاقة الأسية بين التيار والجهد. الجهد الأمامي النموذجي منخفض (1.3 فولت عند 20 مللي أمبير)، مما يساهم في تشغيل موفر للطاقة. المنحنى ضروري لتصميم دائرة تحديد تيار مناسبة.

3.5 الشدة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

تزداد الشدة الإشعاعية مع التيار الأمامي ولكنها تُظهر علاقة شبه خطية عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وتأثيرات الكفاءة. يساعد الرسم البياني في تحديد تيار التشغيل الأمثل لشدة الإخراج المطلوبة.

3.6 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يحدد هذا الرسم القطبي نمط الانبعاث المكاني، الذي يتميز بنصف زاوية قدرها 30 درجة. تكون الشدة أعلى عند 0° (على المحور) وتنخفض وفقًا لدالة تشبه جيب التمام، وهو أمر مهم لتصميم النظام البصري لضمان المحاذاة الصحيحة وقوة الإشارة.

4. معلومات الميكانيكا والتعبئة

4.1 أبعاد العبوة

يستخدم SIR204C عبوة دائرية قياسية T-1 (3 مم). تشمل الأبعاد الرئيسية قطر الجسم 3.0 مم، وتباعد أطراف نموذجي 2.54 مم، وطول إجمالي. جميع التسامحات الأبعاد هي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. العدسة شفافة، مما يسمح لطيف الأشعة تحت الحمراء الكامل بالمرور دون امتصاص كبير.

4.2 تحديد القطبية

يحتوي الثنائي الباعث للضوء على جانب مسطح على حافة العدسة البلاستيكية، والذي يشير عادةً إلى الطرف الكاثود (السالب). الطرف الأطول هو عادةً الأنود (الموجب). يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تجميع الدائرة لمنع تلف الانحياز العكسي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

يمكن استخدام اللحام اليدوي أو اللحام بالموجات. الحد الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام هو 260°C، ويجب ألا تتجاوز مدة اللحام 5 ثوانٍ. يُوصى بإبقاء جسم الثنائي الباعث للضوء على الأقل 1.5 مم فوق سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أثناء اللحام بالموجات لتقليل الإجهاد الحراري على العبوة الإيبوكسية. يجب تخزين الجهاز في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة عند درجات حرارة بين -40°C و +100°C.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواصفات كمية التعبئة

يتم تعبئة الثنائيات الباعثة للضوء عادةً في أكياس وصناديق: 200-1000 قطعة لكل كيس، 5 أكياس لكل صندوق، و10 صناديق لكل كرتون.

6.2 مواصفات نموذج الملصق

تتضمن ملصقات المنتج معرفات رئيسية: رقم إنتاج العميل (CPN)، ورقم الإنتاج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، والرتب (CAT)، والطول الموجي الذروي (HUE)، والمرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No).

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• أنظمة الإرسال في الهواء الطلق:أجهزة التحكم عن بُعد، وصلات بيانات قصيرة المدى.
• المفاتيح الكهروضوئية:كشف الأجسام، استشعار الموضع، مستشعرات الفتحات.
• كاشفات الدخان:تُستخدم في غرف كشف الدخان من نوع التعتيم.
• أنظمة الأشعة تحت الحمراء العامة:مصابيح الرؤية الليلية، أنظمة الأمان.
• محركات الأقراص المرنة:استخدام تاريخي لكشف المسار صفر.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي أو محرك تيار ثابت لتحديد I_Fإلى القيمة المطلوبة، عادةً بين 20 مللي أمبير و 100 مللي أمبير للتشغيل المستمر.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أو تبريد حراري إذا كان التشغيل قريبًا من الحدود القصوى أو عند درجات حرارة محيطة عالية.
• التصميم البصري:ضع في اعتبارك زاوية الرؤية البالغة 30 درجة عند تصميم العدسات أو العواكس أو الفتحات لجمع أو موازاة الضوء المنبعث بشكل فعال.
• حماية الجهد العكسي:يجعل تصنيف الجهد العكسي المنخفض (5 فولت) الجهاز عرضة للتلف من التفريغ الكهروستاتيكي أو القطبية غير الصحيحة. فكر في إضافة ثنائي حماية على التوازي في الدوائر حيث من الممكن حدوث تقلبات جهد عكسي.

8. المقارنة التقنية والتمييز

يتميز SIR204C من خلال مزيجه من عبوة قياسية 3 مم، وشدة إشعاعية عالية نسبيًا (تصل إلى 6.4 ميلي واط/ستراديان عند 20 مللي أمبير)، وجهد أمامي منخفض. مقارنة ببعض ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء تحت الأحمر القديمة، فإنه يوفر موثوقية أفضل وامتثالًا للوائح البيئية الحديثة (RoHS، الخالي من الهالوجين). إن تطابقه الطيفي مع كاشفات السيليكون هو ميزة رئيسية على ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء ذات الأطوال الموجية الذروية المختلفة، مما يزيد من حساسية النظام.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

9.1 ما الفرق بين التيار الأمامي المستمر والذروي؟

التيار الأمامي المستمر (100 مللي أمبير) هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه إلى أجل غير مسمى دون خطر التلف. التيار الأمامي الذروي (1 أمبير) هو تيار أعلى بكثير يمكن تطبيقه فقط لنبضات قصيرة جدًا (≤100 ميكروثانية) عند دورة عمل منخفضة جدًا (≤1%). هذا يسمح باندفاعات ضوئية عالية الشدة لفترة قصيرة لأغراض الاستشعار بعيد المدى أو المزامنة.

9.2 كيف تؤثر درجة الحرارة المحيطة على الأداء؟

كما هو موضح في المنحنيات المميزة، تقلل درجة الحرارة المتزايدة من الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر ويمكن أن تسبب تحولًا طفيفًا في الطول الموجي الذروي. قد تنخفض الشدة الإشعاعية أيضًا عند درجات الحرارة الأعلى. يجب أن تقلل التصميمات المخصصة للتشغيل عند أقصى نطاق -40°C إلى +85°C من تيارات التشغيل وفقًا لذلك.

9.3 هل يلزم وجود مشتت حراري؟

للتطبيقات التي تعمل عند أو أقل من 50 مللي أمبير تيار مستمر، لا يلزم وجود مشتت حراري مخصص إذا كانت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) توفر بعض مساحة النحاس لنشر الحرارة. للتشغيل عند 100 مللي أمبير تيار مستمر، خاصة في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة، يُوصى بتصميم حراري دقيق للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة.

10. تصميم عملي وحالة استخدام

الحالة: مستشعر قرب الجسم

في مفتاح كهروضوئي نموذجي، يتم إقران SIR204C مع ترانزستور ضوئي. يتم تشغيل الثنائي الباعث للضوء بتيار 20-50 مللي أمبير، غالبًا ما يتم تعديله بتردد محدد (مثل 38 كيلو هرتز) لرفض تداخل الضوء المحيط. ينعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث عن جسم قريب ويتم اكتشافه بواسطة الترانزستور الضوئي. توفر زاوية الرؤية البالغة 30 درجة للثنائي الباعث للضوء توازنًا جيدًا بين نطاق الكشف ومجال الرؤية. يسمح الجهد الأمامي المنخفض بتشغيل المستشعر بكفاءة من مصدر منطقي 3.3 فولت أو 5 فولت مع مقاوم تحديد تيار بسيط. يجب على المصممين ضمان المحاذاة الميكانيكية للثنائي الباعث للضوء والمستشعر وقد يستخدمون حاجزًا لمنع التداخل البصري المباشر.

11. مبدأ التشغيل

ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند انحيازه أماميًا، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد - GaAlAs في هذه الحالة)، والتي تم هندستها لإنتاج فوتونات في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة حول 875 نانومتر. هذا الطول الموجي غير مرئي للعين البشرية ولكنه يتم اكتشافه بكفاءة بواسطة أجهزة الاستشعار القائمة على السيليكون.

12. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر الاتجاه في ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء تحت الأحمر نحو كفاءة أعلى (مزيد من الإخراج الإشعاعي لكل واط كهربائي)، وكثافة طاقة أعلى للتطبيقات طويلة المدى مثل LiDAR والمراقبة، وأحجام عبوات أصغر للتكامل في الأجهزة الاستهلاكية المدمجة. هناك أيضًا تركيز على تحسين سرعة التعديل للاتصالات البيانات عالية السرعة (مثل IrDA، Li-Fi). أصبحت عبوات متعددة الأطوال الموجية وثنائية الانبعاث أكثر شيوعًا لتطبيقات الاستشعار المتقدمة. أصبح الامتثال البيئي (RoHS، REACH، الخالي من الهالوجين) الآن متطلبًا قياسيًا عبر الصناعة. يمثل SIR204C تقنية موثوقة وناضجة مناسبة تمامًا للتطبيقات الحساسة للتكلفة والحجم الكبير التي تتطلب أداءً مثبتًا.