ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر 3 مم IR204/H16/L10 - الأبعاد 3 مم - الجهد 1.5 فولت - الطول الموجي 940 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر عالي الكثافة مقاس 3 مم (T-1). الجهاز مُغلف بغلاف بلاستيكي أزرق شفاف ومصمم لمطابقة طيفية مثالية مع كواشف السيليكون الضوئية، والترانزستورات الضوئية، ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء. وظيفته الأساسية هي إصدار ضوء تحت الأحمر عند طول موجي قياسي يبلغ 940 نانومتر، مما يجعله غير مرئي للعين البشرية بينما يكون قابلاً للكشف بدرجة عالية بواسطة أجهزة الاستشعار الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم الـ LED عدة مزايا رئيسية تشمل الموثوقية العالية، والجهد الأمامي المنخفض، والكثافة الإشعاعية العالية. تم تصميمه بمسافة أقطاب قياسية تبلغ 2.54 مم لسهولة التكامل مع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB). المنتج متوافق مع معايير RoHS، وEU REACH، وخالي من الهالوجين (Br < 900 جزء في المليون، Cl < 900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون)، مما يجعله مناسبًا للأسواق الواعية بيئيًا والخاضعة للتنظيم. تطبيقاته المستهدفة الرئيسية هي في الأنظمة القائمة على الأشعة تحت الحمراء مثل أجهزة التحكم عن بُعد، وأجهزة استشعار القرب، وكشف الأجسام، والمفاتيح الضوئية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تم تصميم الجهاز للعمل ضمن حدود صارمة لضمان طول العمر والموثوقية. يجب ألا يتجاوز التيار الأمامي المستمر (IF) 100 مللي أمبير. للتشغيل النبضي بعرض نبضة ≤100 ميكروثانية ودورة عمل ≤1%، يُسمح بتيار أمامي ذروة (IFP) يصل إلى 1.0 أمبير. أقصى جهد عكسي (VR) هو 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr) هو من -40°C إلى +85°C، بينما يمتد نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg) من -40°C إلى +100°C. يجب الحفاظ على درجة حرارة اللحام (Tsol) عند 260°C أو أقل لمدة لا تتجاوز 5 ثوانٍ. أقصى تبديد للطاقة (Pd) عند درجة حرارة هواء حر 25°C هو 150 ملي واط.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم تحديد جميع الخصائص الكهروضوئية عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C وتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك. الكثافة الإشعاعية (IE) مصنفة، مع قيم دنيا تتراوح من 4.0 إلى 11.0 ملي واط/ستراديان اعتمادًا على الرتبة. الطول الموجي القياسي (λp) هو عادةً 940 نانومتر، بعرض نطاق طيفي (Δλ) يبلغ 45 نانومتر. الجهد الأمامي (VF) هو عادةً 1.2 فولت بحد أقصى 1.5 فولت. التيار العكسي (IR) هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي 5 فولت. زاوية الرؤية (2θ1/2)، المُعرَّفة على أنها الزاوية الكاملة عند نصف الكثافة، هي عادةً 50 درجة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم تصنيف الناتج الإشعاعي للـ LED إلى فئات (Bins) لضمان الاتساق في تصميم التطبيق. يعتمد التصنيف على قياس الكثافة الإشعاعية عند تيار أمامي IF=20mA. الفئات المتاحة هي K، L، M، وN، مع قيم دنيا وعليا للكثافة الإشعاعية كما يلي: الفئة K: 4.0-6.4 ملي واط/ستراديان؛ الفئة L: 5.6-8.9 ملي واط/ستراديان؛ الفئة M: 7.8-12.5 ملي واط/ستراديان؛ الفئة N: 11.0-17.6 ملي واط/ستراديان. يتيح ذلك للمصممين اختيار مكون يلبي متطلبات الحساسية المحددة لدائرة الكاشف الضوئي الخاصة بهم.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يظهر منحنى تخفيض التصنيف العلاقة بين أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به ودرجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، ينخفض أقصى تيار أمامي مسموح به بشكل خطي. هذا اعتبار تصميم حاسم لمنع الانحراف الحراري وضمان بقاء درجة حرارة الوصلة ضمن حدود التشغيل الآمنة، وبالتالي الحفاظ على موثوقية الجهاز.

4.2 التوزيع الطيفي

يوضح رسم التوزيع الطيفي الكثافة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي. يتركز الانبعاث حول الطول الموجي القياسي البالغ 940 نانومتر بعرض نطاق محدد. هذه الخاصية حاسمة لضمان التوافق مع جهاز الاستشعار المستقبل، والذي عادةً ما يكون له منحنى حساسية طيفية خاص به. المطابقة الجيدة تعظم كفاءة النظام ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.

4.3 الكثافة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يصور هذا الرسم البياني العلاقة غير الخطية بين الناتج الإشعاعي (Ie) والتيار الأمامي (IF). تزداد الكثافة الإشعاعية مع التيار ولكن ليس بطريقة خطية تمامًا، خاصة عند مستويات التيار الأعلى. فهم هذا المنحنى ضروري لقيادة الـ LED بشكل صحيح لتحقيق الناتج الضوئي المطلوب دون تجاوز الحدود القصوى المطلقة.

4.4 الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يظهر رسم نمط الإشعاع كيف تختلف شدة الضوء المنبعث مع الزاوية من المحور المركزي (0°). النمط هو عادةً لامبرتي أو شبه لامبرتي لهذا النوع من الغلاف، حيث تنخفض الشدة إلى 50% من قيمتها على المحور عند حوالي ±25 درجة (مما يؤدي إلى زاوية رؤية 50°). هذه المعلومات حيوية للتصميم البصري، لتحديد منطقة التغطية ومتطلبات المحاذاة في النظام.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يتم تغليف الـ LED في غلاف شعاعي قياسي T-1 (3 مم). الجسم مصنوع من البلاستيك الأزرق الشفاف. للأقطاب مسافة قياسية تبلغ 2.54 مم (0.1 بوصة). الرسم الأبعادي (المُشار إليه في ملف PDF) سيوفر القياسات الدقيقة لقطر الجسم، وطول الأقطاب، والأبعاد الحرجة الأخرى، عادةً بسماحية ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تحديد القطب السالب عادةً بنقطة مسطحة على حافة العدسة أو بقصر أحد الأقطاب، على الرغم من أنه يجب التحقق من العلامة المحددة من الرسم الميكانيكي.

6. إرشادات اللحام والتركيب

يمكن استخدام عمليات اللحام اليدوي أو اللحام بالموجة. أقصى درجة حرارة للحام هي 260°C، ويجب ألا تتجاوز مدة اللحام 5 ثوانٍ. يُوصى باتباع إرشادات IPC القياسية للحام المكونات ذات الثقوب المارّة. التعرض المطول لدرجات الحرارة العالية يمكن أن يتلف الغلاف البلاستيكي والرقاقة شبه الموصلة الداخلية. يجب تخزين الجهاز في بيئة جافة لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب ظاهرة "الفشار" أثناء إعادة التدفق إذا كان ذلك مناسبًا، على الرغم من أن هذا المكون هو في الأساس مكون ذو ثقوب مارّة.

7. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية هي 200 إلى 1000 قطعة لكل كيس، 4 أكياس لكل صندوق، و10 صناديق لكل كرتون. يتضمن الملصق على العبوة معلومات حرجة للتتبع والتعريف: رقم إنتاج العميل (CPN)، ورقم الإنتاج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، والرتب (CAT)، والطول الموجي القياسي (HUE)، والمرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No)، ومكان الإنتاج. تُستخدم مواد تعبئة مقاومة للرطوبة لحماية المكونات أثناء التخزين والنقل.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا الـ LED تحت الأحمر مناسب بشكل مثالي لمجموعة واسعة من تطبيقات الاستشعار والإشارة غير التلامسية. تشمل الاستخدامات الشائعة أجهزة التحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء للإلكترونيات الاستهلاكية (التلفزيونات، أنظمة الصوت)، وكشف القرب والأجسام في الأجهزة والمعدات الصناعية، والمشفرات الضوئية، وأجهزة استشعار قطع الحزمة، وكمنبع ضوئي في وحدات باعث-كاشف مقترنة للعد أو استشعار المستوى.

8.2 اعتبارات التصميم

عند تصميم دائرة، قم دائمًا بتضمين مقاومة محددة للتيار على التوالي مع الـ LED للتحكم في التيار الأمامي ومنع التلف. يمكن حساب القيمة باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - VF) / IF. اختر فئة الكثافة الإشعاعية المناسبة بناءً على مسافة الاستشعار المطلوبة وحساسية الكاشف. ضع في اعتبارك زاوية الرؤية عند محاذاة الـ LED مع المستقبل. للتشغيل النبضي لتحقيق ناتج لحظي أعلى (مثلًا لمدى أطول)، تأكد من بقاء عرض النبضة ودورة العمل ضمن الحدود المحددة لـ IFP. وفر تخطيطًا كافيًا للوحة الدوائر المطبوعة لتبديد الحرارة، خاصة عند التشغيل بالقرب من الحدود القصوى.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED تحت الحمراء العامة، يقدم هذا الجهاز ناتجًا طيفيًا محددًا وثابتًا يتمحور حول 940 نانومتر، وهو طول موجي ذروة حساسية شائع للثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية السيليكونية، مما يضمن اقترانًا فعالاً. توفر فئات الكثافة الإشعاعية أداءً يمكن التنبؤ به في الإنتاج الضخم. يمكن أن يؤدي الجمع بين الجهد الأمامي المنخفض (عادةً 1.2 فولت) والكثافة الإشعاعية العالية إلى تصاميم أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. التوافق مع المعايير البيئية الحديثة (RoHS، REACH، خالي من الهالوجين) هو ميزة كبيرة للمنتجات التي تستهدف الأسواق العالمية ذات اللوائح الصارمة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: ما الفرق بين الفئات K، L، M، وN؟

ج: تمثل الفئات نطاقات مختلفة للحد الأدنى للكثافة الإشعاعية. الفئة N لها أعلى ناتج (11.0-17.6 ملي واط/ستراديان)، بينما الفئة K لها أقل ناتج (4.0-6.4 ملي واط/ستراديان). اختر فئة بناءً على قوة الإشارة المطلوبة لتطبيقك.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرةً بمصدر طاقة 5 فولت؟

ج: لا. الجهد الأمامي هو حوالي 1.2-1.5 فولت فقط. توصيله مباشرةً بـ 5 فولت سيسبب تيارًا مفرطًا ويدمر الـ LED. يجب عليك دائمًا استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي.

س: كيف أحدد القطب السالب؟

ج: بالنسبة للغلاف القياسي T-1، يُشار إلى القطب السالب عادةً بحافة مسطحة على حافة العدسة البلاستيكية. بدلاً من ذلك، عند النظر إلى الـ LED من الأسفل، القطب المقابل للجانب المسطح هو القطب السالب. قد يكون القطب السالب أيضًا هو القطب الأقصر.

س: ما هو عمر التشغيل النموذجي؟

ج: على الرغم من عدم ذكره صراحةً في ورقة البيانات هذه، فإن مصابيح LED تحت الحمراء مثل هذا عادةً ما يكون لها عمر تشغيلي طويل جدًا (عشرات الآلاف من الساعات) عند تشغيلها ضمن حدودها القصوى المطلقة المحددة، خاصة حدود التيار ودرجة الحرارة.

11. مثال عملي للاستخدام

السيناريو: تصميم مستشعر بسيط لكشف الأجسام.

يحتاج مهندس إلى اكتشاف وجود جسم يمر عبر فجوة. يقترن هذا الـ LED IR204 بترانزستور ضوئي موضوع على الجانب المقابل من الفجوة (تكوين الحزمة المارة). يختارون LED من الفئة M لكثافة كافية. يتم تشغيل الـ LED بتيار ثابت 20 مللي أمبير من دبوس متحكم دقيق 3.3 فولت عبر مقاومة 100 أوم (R = (3.3V - 1.2V) / 0.02A ≈ 105 أوم). يتم سحب مجمع الترانزستور الضوئي إلى 3.3 فولت عبر مقاومة، ويتم قراءة الجهد عند المجمع بواسطة محول التناظري إلى الرقمي (ADC) الخاص بالمتحكم الدقيق. عندما تكون الحزمة غير معوقة، يوصل الترانزستور الضوئي، مما يسحب الجهد إلى مستوى منخفض. عندما يحجب جسم ما الحزمة، يتوقف الترانزستور الضوئي عن التوصيل، ويرتفع الجهد، مما يشير إلى وجود الجسم. تضمن زاوية الرؤية 50° حزمة واسعة بما يكفي للكشف الموثوق حتى مع سوء المحاذاة الطفيف.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الـ LED تحت الأحمر هو ثنائي وصلة p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق الخاصة به، تلتقي الإلكترونات من المنطقة n مع الفجوات من المنطقة p في المنطقة النشطة (المصنوعة من GaAlAs في هذه الحالة). تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد) الطول الموجي للفوتونات المنبعثة، والذي يكون في هذا الجهاز في الطيف تحت الأحمر حول 940 نانومتر. الغلاف البلاستيكي الأزرق الشفاف ليس مرشحًا بل يعمل كعدسة لتشكيل حزمة الإخراج وحماية الرقاقة شبه الموصلة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر تكنولوجيا الـ LED تحت الأحمر في التطور نحو كفاءة أعلى (مزيد من الناتج الإشعاعي لكل واط كهربائي مدخل)، وكثافة طاقة أعلى لتطبيقات المدى الطويل مثل LiDAR واستشعار وقت الطيران، وأحجام أغلفة أصغر للتكامل في الأجهزة الاستهلاكية المدمجة. هناك أيضًا اتجاه نحو تحكم أكثر دقة في الطول الموجي وعرض نطاق طيفي أضيق لتطبيقات الاستشعار المحددة، مثل كشف الغازات أو المراقبة الفسيولوجية. تكامل المشغلات ومنطق التحكم مباشرة مع رقاقة الـ LED (LEDs الذكية) هو مجال آخر من مجالات التطوير. تظل المبادئ الأساسية للأجهزة مثل الموصوف هنا حرجة لمجموعة واسعة من الأنظمة الكهروضوئية القائمة والناشئة.