ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء IR204-A - عبوة 3 مم - طول موجي 940 نانومتر - تيار 100 مللي أمبير - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد IR204-A صمامًا ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء عالي الشدة، مُحاطًا بغلاف بلاستيكي أزرق قياسي مقاس 3 مم (T-1). تم تصميمه لإصدار ضوء عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر، مما يجعله متطابقًا طيفيًا مع الترانزستورات الضوئية الثنائية الضوئية، والصمامات الثنائية الضوئية، ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء الشائعة. يتميز هذا الجهاز بموثوقيته العالية، وشدة إشعاعه العالية، وجهد تشغيله الأمامي المنخفض، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات إرسال الأشعة تحت الحمراء المتنوعة.

1.1 المزايا الأساسية

• شدة إشعاعية عالية:يوفر ناتجًا قويًا للأشعة تحت الحمراء لنقل إشارة موثوق.
• مطابقة الطول الموجي:تم تحسين طول الموجة الذروة البالغ 940 نانومتر ليكون متوافقًا مع مستقبلات الأشعة تحت الحمراء القياسية.
• مضغوط وموحد:تسمح العبوة مقاس 3 مم مع تباعد أطراف 2.54 مم بالتكامل بسهولة في تخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة القياسية.
• الامتثال: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).

1.2 التطبيقات المستهدفة

يُقصد بهذا الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء بشكل أساسي الأنظمة التي تتطلب اتصالاً بضوء غير مرئي. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء ذات متطلبات الطاقة العالية، وأنظمة الإرسال في الهواء الطلق، وكاشفات الدخان، وأنظمة الاستشعار أو الاتصال العامة الأخرى القائمة على الأشعة تحت الحمراء.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه الحدود القيم التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود.

• التيار الأمامي المستمر (IF):100 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• تيار الذروة الأمامي (IFP):1.0 أمبير. يُسمح بهذا التيار العالي فقط في ظل ظروف النبض (عرض النبضة ≤ 100 ميكروثانية، دورة العمل ≤ 1%).
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. يمكن أن يؤدي تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي إلى إتلاف وصلة الصمام الثنائي.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين (Topr/Tstg):من -40°C إلى +85°C. تم تصنيف الجهاز لنطاقات درجات الحرارة الصناعية.
• تبديد الطاقة (Pd):150 ملي واط عند 25°C. أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها دون تجاوز حدودها الحرارية.

2.2 الخصائص الكهربائية-البصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة تقاطع قياسية تبلغ 25°C وتحدد أداء الجهاز في ظل الظروف المحددة.

• الشدة الإشعاعية (Ie):مقياس أداء رئيسي. عند تيار تشغيل قياسي يبلغ 20 مللي أمبير، تبلغ الشدة الإشعاعية النموذجية 5.6 ملي واط/ستراديان. تحت التشغيل النبضي عالي التيار (100 مللي أمبير، 1 أمبير)، يزداد الناتج بشكل كبير إلى 38 ملي واط/ستراديان و 350 ملي واط/ستراديان على التوالي، مما يتيح تطبيقات نبضية بعيدة المدى أو عالية السطوع.
• طول الموجة الذروة (λp):940 نانومتر (نموذجي). هذا في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، غير مرئي للعين البشرية ولكنه يُكتشف بكفاءة بواسطة أجهزة الاستشعار القائمة على السيليكون.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):حوالي 45 نانومتر. يحدد هذا العرض الطيفي للضوء المنبعث حول طول الموجة الذروة.
• الجهد الأمامي (VF):عادةً 1.2 فولت عند 20 مللي أمبير، ويزداد مع التيار. يساهم هذا الجهد المنخفض في انخفاض استهلاك الطاقة في التصميمات.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):35 درجة. هذا هو الانتشار الزاوي الذي تنخفض عنده الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى، مما يحدد نمط الحزمة.

3. شرح نظام التصنيف

تتضمن ورقة البيانات هيكل تصنيف للشدة الإشعاعية. يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (K، L، M، N) بناءً على ناتجها المقاس عند IF=20 مللي أمبير. على سبيل المثال، تحتوي المجموعة 'L' على شدة دنيا تبلغ 5.6 ملي واط/ستراديان وحد أقصى 8.9 ملي واط/ستراديان. يسمح هذا للمصممين باختيار أجزاء ذات مستويات أداء دنيا مضمونة لتحقيق سلوك نظامي متسق. لا تشير ورقة البيانات إلى تصنيف الطول الموجي أو الجهد الأمامي لرقم الجزء المحدد هذا.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية للتصميم.

4.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 1)

يُظهر هذا المنحنى كيف يتناقص الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25°C. يجب على المصممين استخدام هذا الرسم البياني لضمان ألا يتجاوز تيار التشغيل الحد الآمن عند أقصى درجة حرارة محيطة للتطبيق.

4.2 التوزيع الطيفي (الشكل 2)

يوضح القدرة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي، متمركزة حول ذروة 940 نانومتر مع عرض النطاق المحدد البالغ ~45 نانومتر.

4.3 طول موجة الانبعاث الذروة مقابل درجة الحرارة (الشكل 3)

يُظهر الانزياح في طول الموجة الذروة مع تغيرات درجة الحرارة المحيطة (وبالتالي درجة حرارة التقاطع). هذا مهم للتطبيقات التي يكون فيها المطابقة الطيفية الدقيقة مع كاشف أمرًا بالغ الأهمية.

4.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى IV) (الشكل 4)

يصور العلاقة غير الخطية بين التيار والجهد. المنحنى ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار (مثل حساب المقاوم التسلسلي).

4.5 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي (الشكل 5)

يوضح أن ناتج الضوء ليس متناسبًا خطيًا مع التيار، خاصة عند التيارات الأعلى حيث قد تنخفض الكفاءة بسبب التسخين وتأثيرات أخرى.

4.6 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية (الشكل 6)

هذا هو نمط الإشعاع المكاني، يُظهر بيانيًا زاوية الرؤية البالغة 35 درجة. إنه حيوي للتصميم البصري لضمان المحاذاة والتغطية المناسبة.

5. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يستخدم الجهاز عبوة دائرية قياسية T-1 (3 مم). يوفر الرسم الميكانيكي التفصيلي في ورقة البيانات جميع الأبعاد الحرجة بما في ذلك قطر الجسم (3.0 مم نموذجي)، وتباعد الأطراف (2.54 مم)، وقطر الأطراف. التسامحات عادةً ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. مادة العبوة هي بلاستيك مائل للأزرق، تعمل كمرشح مدمج.

5.2 تحديد القطبية

الطرف الأطول هو الأنود (+)، والطرف الأقصر هو الكاثود (-). هذا هو الاتفاقية القياسية لمصابيح LED. قد تشير الجانب المسطح على حافة العبوة أيضًا إلى جانب الكاثود.

6. إرشادات اللحام والتجميع

• درجة حرارة اللحام:أقصى درجة حرارة لحام هي 260°C.
• زمن اللحام:يجب ألا تتعرض الأطراف لدرجات حرارة لحام تزيد عن 260°C لأكثر من 5 ثوانٍ.
• التعامل العام:يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي القياسية (ESD) أثناء التعامل والتجميع لمنع تلف وصلة أشباه الموصلات.
• ظروف التخزين:يجب تخزين الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -40°C إلى +85°C في بيئة جافة.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

عادةً ما يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس (200-1000 قطعة لكل كيس). توضع أربعة أكياس في صندوق، وعشرة صناديق تشكل كرتونًا واحدًا.

7.2 معلومات الملصق

يتضمن الملصق على العبوة معلومات رئيسية مثل رقم الجزء (P/N)، والكمية (QTY)، والرتبة/المجموعة (CAT)، وطول الموجة الذروة (HUE)، ورقم الدفعة (LOT No.)، ورمز مرجعي. هذا التتبع مهم لمراقبة الجودة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

في دائرة أساسية، يتم تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء بواسطة مصدر جهد عبر مقاوم محدد للتيار. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - Vf) / If، حيث Vcc هو جهد الإمداد، Vf هو الجهد الأمامي للصمام الثنائي الباعث للضوء (مثل 1.2 فولت عند 20 مللي أمبير)، و If هو تيار التشغيل الأمامي المطلوب. للتشغيل النبضي (مثل أجهزة التحكم عن بعد)، يُستخدم عادةً مفتاح ترانزستور لتوفير تيار الذروة العالي (حتى 1 أمبير) من مكثف أو مباشرة من مصدر الطاقة.

8.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:قم دائمًا بتشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء بتيار مضبوط، وليس بجهد ثابت. استخدم مقاومًا تسلسليًا أو محرك تيار ثابت.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن العبوة ذات مقاومة حرارية منخفضة، فإن التشغيل المستمر عند تيارات عالية (تقترب من 100 مللي أمبير) أو في درجات حرارة محيطة عالية يتطلب النظر في منحنى التناقص لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.
• المحاذاة البصرية:تتطلب زاوية الرؤية البالغة 35 درجة محاذاة مناسبة مع مستشعر الاستقبال للحصول على قوة إشارة مثالية. يمكن استخدام عدسات أو عواكس لتعديل نمط الحزمة إذا لزم الأمر.
• ضوضاء مصدر الطاقة:في تطبيقات الاستشعار التناظرية الحساسة، تأكد من أن دائرة تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء لا تسبب ضوضاء كهربائية قد تتداخل مع الإشارة الضعيفة من الكاشف.

9. المقارنة التقنية والتمييز

المميزات الأساسية لـ IR204-A هي مزيجها من عبوة قياسية مقاس 3 مم، وشدة إشعاعية نبضية عالية (تصل إلى 350 ملي واط/ستراديان)، وطول موجي محدد بدقة يبلغ 940 نانومتر. مقارنة بمصابيح LED للأشعة تحت الحمراء العامة، فإنه يوفر أداءً أدنى مضمونًا (عبر التصنيف) والامتثال للوائح البيئية الحديثة. مادة شريحة GaAlAs الخاصة به قياسية لانبعاث الأشعة تحت الحمراء الفعال.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء مباشرة من دبوس متحكم دقيق 5 فولت أو 3.3 فولت؟

لا، ليس مباشرة.عادةً لا يمكن لدبوس المتحكم الدقيق توفير 20 مللي أمبير بشكل مستمر (تحقق من ورقة بيانات متحكمك الدقيق)، وبالتأكيد لا يمكنه توفير تيار الذروة البالغ 1 أمبير. والأهم من ذلك، يجب عليك استخدام مقاوم تسلسلي لتحديد التيار إلى القيمة المطلوبة (مثل 20 مللي أمبير). يلزم وجود ترانزستور (BJT أو MOSFET) لتبديل التيارات الأعلى المطلوبة للصمام الثنائي الباعث للضوء.

10.2 لماذا تكون الشدة الإشعاعية أعلى بكثير في ظل الظروف النبضية؟

تسمح التصنيفات النبضية الأعلى (100 مللي أمبير، 1 أمبير) بتشغيل التقاطع بتيار أكبر بكثير لفترات قصيرة جدًا. يولد هذا المزيد من الضوء دون التسبب في ارتفاع متوسط درجة حرارة التقاطع إلى مستويات مدمرة، حيث أن الكتلة الحرارية للشريحة والعبوة لديها وقت للتبريد بين النبضات. هذا مثالي للاتصال الانفجاري مثل أجهزة التحكم عن بعد.

10.3 ماذا يعني "متطابق طيفيًا مع الترانزستور الضوئي"؟

تتمتع الترانزستورات الضوئية والصمامات الثنائية الضوئية القائمة على السيليكون بحساسية ذروة في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة، حوالي 800-900 نانومتر. يقع انبعاث IR204-A البالغ 940 نانومتر ضمن نطاق الحساسية العالية هذا، مما يضمن استقبال الكاشف لإشارة قوية، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء ومسافة تشغيل النظام.

11. تصميم عملي وحالة استخدام

الحالة: جهاز إرسال تحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء بسيط.استخدام شائع هو في جهاز تحكم تلفزيون عن بعد. يولد متحكم دقيق رمزًا رقميًا معدلًا (مثل ناقل 38 كيلو هرتز). تقود هذه الإشارة قاعدة ترانزستور. يقوم الترانزستور بتبديل تيار المجمع عبر IR204-A. قد يوفر مكثف بالقرب من الصمام الثنائي الباعث للضوء نبضة التيار العالي القصيرة (حتى 100 مللي أمبير أو أكثر) اللازمة لإشارة قوية. يتم تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء نبضيًا بتردد 38 كيلو هرتز. الضوء ذو الطول الموجي 940 نانومتر غير مرئي، وتسمح الشدة النبضية العالية للإشارة بالانعكاس عن الجدران ولا يزال يتم اكتشافها بواسطة المستقبل عبر الغرفة. يساعد الجهد الأمامي المنخفض في الحفاظ على طاقة البطارية.

12. مقدمة المبدأ

الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو صمام ثنائي تقاطع أشباه موصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، فإنها تطلق الطاقة. في هذا الجهاز المحدد، تم اختيار مادة أشباه الموصلات (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد - GaAlAs) بحيث يتم إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي كفوتونات ضوء في طيف الأشعة تحت الحمراء (طول موجي 940 نانومتر). تعمل العبوة البلاستيكية الزرقاء كمرشح، مما يحجب بعض الضوء المرئي وقد تعمل أيضًا كعدسة لتشكيل حزمة الإخراج.

13. اتجاهات التطوير

تشمل اتجاهات تكنولوجيا الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء تطوير أجهزة ذات كفاءة أعلى في تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوئية (مزيد من ناتج الضوء لكل واط كهربائي مدخل)، مما يتيح عمر بطارية أطول أو مدى أطول. هناك أيضًا عمل مستمر لإنتاج مصابيح LED ذات نطاقات طيفية أضيق للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الطول الموجي وتقليل الحساسية لضوضاء الضوء المحيط. يمثل دمج الصمام الثنائي الباعث للضوء مع دائرة متكاملة محركة أو كاشف ضوئي في وحدة واحدة اتجاهًا آخر، مما يبسط تصميم النظام. يستمر السعي لتحقيق كثافة طاقة أعلى في عبوات أصغر، إلى جانب السعي الصناعي العالمي للامتثال الكامل للوائح البيئية والسلامة.