ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء HIR234C 3مم - عبوة T-1 - الطول الموجي القياسي 850 نانومتر - جهد التشغيل الأمامي 1.65 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد HIR234C صمامًا ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء عالي الكثافة، مُحاطًا بغلاف بلاستيكي شفاف قياسي مقاس 3 مم (T-1). تم تصميمه لبعث الضوء عند طول موجي قياسي يبلغ 850 نانومتر، مما يجعله متوافقًا طيفيًا مع الترانزستورات الضوئية الثنائية الضوئية الشائعة من السيليكون، والثنائيات الضوئية، ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء. تم هندسة هذا الجهاز للتطبيقات التي تتطلب إرسالًا موثوقًا وفعالًا للأشعة تحت الحمراء.

1.1 المزايا الأساسية

• كثافة إشعاعية عالية:يوفر خرجًا بصريًا قويًا، مناسبًا لأنظمة الاستقبال طويلة المدى أو منخفضة الحساسية.
• موثوقية عالية:مصمم لأداء ثابت وعمر تشغيلي طويل.
• جهد تشغيل أمامي منخفض:يبلغ عادةً 1.65 فولت عند 20 مللي أمبير، مما يساهم في استهلاك طاقة أقل في التصميمات.
• الامتثال البيئي:يلتزم المنتج بمعايير RoHS، وEU REACH، والخالي من الهالوجين (Br < 900 جزء في المليون، Cl < 900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).
• العبوة القياسية:الشكل المألوف T-1 (3 مم) مع تباعد أطراف 2.54 مم يضمن التكامل السهل في التصميمات الحالية وتخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة.

1.2 التطبيقات المستهدفة

هذا الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء مناسب لمجموعة متنوعة من الأنظمة التي تتطلب اتصالاً أو استشعارًا بضوء غير مرئي.

• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء، خاصة تلك ذات متطلبات الطاقة الأعلى.
• روابط نقل البيانات البصرية في الفضاء الحر.
• أنظمة كشف الدخان.
• أنظمة الأشعة تحت الحمراء للأغراض العامة، بما في ذلك أجهزة استشعار القرب وعدادات الأشياء.

2. تحليل المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

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

• تيار التشغيل الأمامي المستمر (I_F):100 مللي أمبير
• تيار التشغيل 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
• تبديد الطاقة (P_d):150 مللي واط (عند درجة حرارة محيطة 25°C أو أقل)
• درجة حرارة اللحام (T_sol):260°C لمدة ≤ 5 ثوانٍ

2.2 الخصائص الكهروضوئية

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

• الكثافة الإشعاعية (I_e):
  • 7.8 مللي واط/ستراديان (الحد الأدنى) / 15 مللي واط/ستراديان (النموذجي) عند I_F= 20 مللي أمبير (تيار مستمر).
  • 50 مللي واط/ستراديان (النموذجي) عند I_F= 100 مللي أمبير (نبضي).
  • 300 مللي واط/ستراديان (النموذجي) عند I_F= 1 أمبير (نبضي).
• الطول الموجي القياسي (λ_p):850 نانومتر (نموذجي) عند I_F= 20 مللي أمبير.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):45 نانومتر (نموذجي) عند I_F= 20 مللي أمبير.
• جهد التشغيل الأمامي (V_F):
  • 1.45 فولت (الحد الأدنى) / 1.65 فولت (النموذجي) / 1.65 فولت (الحد الأقصى) عند I_F= 20 مللي أمبير.
  • 1.80 فولت (النموذجي) / 2.40 فولت (الحد الأقصى) عند I_F= 100 مللي أمبير (نبضي).
  • 4.10 فولت (النموذجي) / 5.25 فولت (الحد الأقصى) عند I_F= 1 أمبير (نبضي).
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R= 5 فولت.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):30 درجة (نموذجي) عند I_F= 20 مللي أمبير.

تفاوتات القياس:جهد التشغيل الأمامي ±0.1 فولت، الكثافة الإشعاعية ±10%، الطول الموجي القياسي ±1.0 نانومتر.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف تشغيل مختلفة.

3.1 الاعتماد على الحرارة والتيار

تيار التشغيل الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 1):يُظهر هذا المنحنى تخفيض الحد الأقصى المسموح به لتيار التشغيل الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. لضمان الموثوقية والبقاء ضمن حد تبديد الطاقة، يجب تقليل تيار التشغيل عند درجات الحرارة المرتفعة.

الطول الموجي للانبعاث القياسي مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 3):يحتوي الطول الموجي القياسي للصمام الثنائي الباعث للضوء على معامل درجة حرارة، حيث يتحول قليلاً عادةً مع درجة الحرارة. يقوم هذا المنحنى بتحديد هذا التحول لـ HIR234C، وهو أمر مهم للتطبيقات التي يكون فيها التوافق الطيفي الدقيق حاسمًا.

تيار التشغيل الأمامي مقابل جهد التشغيل الأمامي (الشكل 4):هذا هو منحنى I-V الأساسي للثنائي. يُظهر العلاقة الأسية بين التيار والجهد. يساعد المنحنى في تصميم دائرة تحديد التيار وفهم انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت ظروف تشغيل مختلفة.

3.2 خصائص الخرج البصري

التوزيع الطيفي (الشكل 2):يرسم هذا الرسم البياني الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يؤكد بصريًا ذروة 850 نانومتر وعرض النطاق الطيفي البالغ حوالي 45 نانومتر، مما يُظهر نطاق الأطوال الموجية المنبعثة.

الكثافة الإشعاعية مقابل تيار التشغيل الأمامي (الشكل 5):يُظهر هذا المنحنى العلاقة بين قوة الخرج البصري (بالمللي واط/ستراديان) والتيار الكهربائي الداخل. يكون خطيًا بشكل عام في النطاق المتوسط ولكنه قد يشبع عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية والكفاءة.

الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية (الشكل 6):يحدد هذا الرسم البياني القطبي نمط إشعاع الصمام الثنائي الباعث للضوء. يُظهر كيف تنخفض الكثافة عند الابتعاد عن المحور المركزي (0°)، مما يحدد في النهاية زاوية الرؤية البالغة 30 درجة حيث تنخفض الكثافة إلى نصف قيمتها القصوى.

الكثافة الإشعاعية مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 7):ينخفض الخرج البصري مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. يقوم هذا المنحنى بتحديد الانخفاض النموذجي في الكثافة الإشعاعية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (وبالتالي درجة حرارة الوصلة)، وهو أمر حيوي لتصميم الأنظمة التي تعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة.

جهد التشغيل الأمامي النسبي مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 8):يحتوي جهد التشغيل الأمامي للثنائي على معامل درجة حرارة سالب. يُظهر هذا المنحنى كيف ينخفض V_Fعادةً مع زيادة درجة الحرارة، مما يمكن أن يكون عاملاً في مخططات التشغيل بجهد ثابت أو لاستخدام الصمام الثنائي الباعث للضوء كمستشعر لدرجة الحرارة.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 اختيار الجهاز وبنائه

• مادة الشريحة:GaAlAs (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد).
• العدسة/اللون:بلاستيك شفاف.

4.2 أبعاد العبوة (T-1، 3 مم)

يتوافق الجهاز مع أبعاد عبوة الصمام الثنائي الباعث للضوء المستديرة القياسية T-1 (3 مم). تشمل الملاحظات الميكانيكية الرئيسية من ورقة البيانات:

• جميع الأبعاد بالمليمترات (مم).
• تفاوتات الأبعاد القياسية هي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• يُظهر الرسم عادةً قطر الجسم (3.0 مم)، وتباعد الأطراف (2.54 مم)، والأبعاد الكلية بما في ذلك شكل العدسة وطول/قطر الأطراف.

تحديد القطبية:يتم تحديد الكاثود عادةً بواسطة بقعة مسطحة على حافة العدسة البلاستيكية و/أو طرف أقصر. يُرجى دائمًا الرجوع إلى رسم العبوة للتحديد النهائي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

• اللحام اليدوي:استخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة. قلل وقت اللحام لكل طرف إلى حد أقصى 3 ثوانٍ عند درجة حرارة لا تتجاوز 350°C.
• اللحام بالموجة:يمكن استخدامه، ولكن يجب التحكم في وقت التسخين المسبق والتعرض لتقليل الإجهاد الحراري على العبوة البلاستيكية.
• اللحام بإعادة التدفق:يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام ذروية تبلغ 260°C لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، وفقًا للقيم القصوى المطلقة. هذا متوافق مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية (مثل IPC/JEDEC J-STD-020).
• الاحتياطات العامة:
  • تجنب تطبيق إجهاد ميكانيكي على الأطراف أو العدسة أثناء التعامل.
  • لا تتجاوز نطاق درجة حرارة التخزين المحدد.
  • استخدم احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي المناسبة أثناء التعامل والتجميع.

6. معلومات التغليف والطلب

6.1 مواصفات التعبئة

• التعبئة القياسية: 200 إلى 1000 قطعة لكل كيس.
• يتم تعبئة 5 أكياس في صندوق واحد.
• يتم تعبئة 10 صناديق في كرتون واحد.

6.2 معلومات الملصق

يتضمن ملصق المنتج معرّفات رئيسية للتتبع والتحقق:

• CPN:رقم جزء العميل
• P/N:رقم الإنتاج (HIR234C)
• QTY:الكمية في العبوة
• CAT:الرتب/الفئات (مثل، سلة السطوع)
• HUE:معلومات الطول الموجي القياسي
• REF:مرجع
• LOT No:رقم دفعة التصنيع للتتبع

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء

التشغيل بتيار ثابت:الصمامات الثنائية الباعثة للضوء هي أجهزة تعمل بالتيار. للحصول على خرج بصري مستقر ومتوقع، استخدم مصدر تيار ثابت أو مقاومة تحديد تيار على التوالي مع مصدر جهد. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. استخدم دائمًا الحد الأقصى لـ V_Fمن ورقة البيانات لتصميم متحفظ.

التشغيل النبضي:للتطبيقات التي تتطلب كثافة لحظية عالية جدًا (مثل أجهزة التحكم عن بعد طويلة المدى)، يمكن تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء بنبضات قصيرة عالية التيار (تصل إلى 1 أمبير) كما هو محدد. يجب القيام بذلك مع الالتزام الصارم بحدود عرض النبضة (≤100 ميكروثانية) ودورة العمل (≤1%) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.

7.2 التصميم البصري

اختيار العدسة:تُصدر العدسة الشفافة حزمة بزاوية 30 درجة. للحزم الأضيق أو ذات الأشكال المختلفة، يمكن استخدام بصريات ثانوية (عدسات بلاستيكية، عواكس).

مطابقة المستقبل:يتم اكتشاف الطول الموجي القياسي 850 نانومتر بشكل مثالي بواسطة أجهزة الاستشعار القائمة على السيليكون. تأكد من أن الترانزستور الضوئي، أو الثنائي الضوئي، أو وحدة استقبال الأشعة تحت الحمراء المختارة لها حساسية قياسية في نطاق 800-900 نانومتر.

مناعة ضد الضوء المحيط:في البيئات ذات الضوء المحيط القوي (خاصة ضوء الشمس الذي يحتوي على الأشعة تحت الحمراء)، فكر في تعديل إشارة تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء بتردد محدد واستخدام مستقبل مضبوط على ذلك التردد لرفض الضوضاء الخلفية.

8. المقارنة التقنية والتحديد

يحدد HIR234C نفسه كمصدر للأشعة تحت الحمراء للأغراض العامة وذو موثوقية عالية في العبوة الشائعة مقاس 3 مم.

• مقارنة بصمامات الأشعة تحت الحمراء القياسية مقاس 5 مم:تقدم العبوة مقاس 3 مم بصمة أصغر، مما يمكن أن يكون مفيدًا في التصميمات المصغرة، مع توفير كثافة إشعاعية كبيرة.
• مقارنة بصمامات الأشعة تحت الحمراء ذات التركيب السطحي (SMD):غالبًا ما تُفضل العبوة المثقوبة T-1 للنماذج الأولية، أو التجميع اليدوي، أو التطبيقات التي يُرغب فيها في متانة ميكانيكية أعلى أو تبديد حرارة أسهل عبر الأطراف مقارنة بأجهزة التركيب السطحي.
• المميز الرئيسي:مزيجه منكثافة إشعاعية نبضية عالية (300 مللي واط/ستراديان)والعبوة القياسيةيجعله مناسبًا للتطبيقات التي تحتاج إلى دفعات قوية من ضوء الأشعة تحت الحمراء من شكل شائع التوفر.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س1: ما الفرق بين الكثافة الإشعاعية (مللي واط/ستراديان) وقوة الخرج (مللي واط)؟

ج1: تقيس الكثافة الإشعاعية الطاقة البصرية لكل زاوية صلبة (ستراديان). تشير إلى مدى تركيز الحزمة. سيتطلب التدفق الإشعاعي الكلي (مللي واط) تكامل الكثافة على نمط الانبعاث بأكمله. بالنسبة لصمام ثنائي باعث للضوء بزاوية 30 درجة، تكون الطاقة الكلية أقل بكثير من قيمة الكثافة القصوى.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء باستمرار عند 100 مللي أمبير؟

ج2: القيمة القصوى المطلقة لتيار التشغيل الأمامي المستمر هي 100 مللي أمبير. ومع ذلك، فإن التشغيل المستمر عند هذا التيار الأقصى سيولد حرارة كبيرة، مما يرفع درجة حرارة الوصلة. للتشغيل الموثوق على المدى الطويل، يُنصح بالتشغيل عند تيار أقل (مثل 20-50 مللي أمبير) أو تنفيذ تبديد حرارة كافٍ، خاصة في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة.

س3: لماذا يكون جهد التشغيل الأمامي أعلى بكثير عند 1 أمبير نبضي (5.25 فولت كحد أقصى) مقارنة بـ 20 مللي أمبير تيار مستمر (1.65 فولت كحد أقصى)؟

ج3: هذا بسبب المقاومة التسلسلية داخل شريحة الصمام الثنائي الباعث للضوء والعبوة. عند التيارات العالية جدًا، يصبح انخفاض الجهد عبر هذه المقاومة الداخلية كبيرًا، مما يؤدي إلى إجمالي V_Fأعلى. هذه خاصية شائعة لجميع الصمامات الثنائية الباعثة للضوء.

س4: هل صمام الأشعة تحت الحمراء 850 نانومتر مرئي؟

ج4: يقع 850 نانومتر في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR). وهو غير مرئي بشكل عام للعين البشرية. ومع ذلك، قد يرى بعض الأشخاص توهجًا أحمر داكنًا خافتًا جدًا من صمامات الأشعة تحت الحمراء 850 نانومتر عالية الطاقة، حيث يحتوي طيف الانبعاث على "ذيل" صغير يمتد إلى المنطقة الحمراء المرئية. للتشغيل السري تمامًا، تُستخدم عادةً صمامات الأشعة تحت الحمراء 940 نانومتر.

10. دراسة حالة التصميم والاستخدام

الحالة: جهاز إرسال تحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء طويل المدى

الهدف:تصميم جهاز تحكم عن بعد يجب أن يعمل بشكل موثوق على مسافة 15 مترًا في بيئة غرفة معيشة نموذجية.

خيارات التصميم:

1. اختيار الصمام الثنائي الباعث للضوء:تم اختيار HIR234C لكثافته الإشعاعية النبضية العالية (300 مللي واط/ستراديان نموذجي عند 1 أمبير).
2. دائرة التشغيل:يتم استخدام مفتاح ترانزستور بسيط لنبض الصمام الثنائي الباعث للضوء من مصدر بطارية 3 فولت. يتم حساب مقاومة تسلسلية لتحديد تيار النبضة إلى حوالي 800 مللي أمبير (أقل بأمان من الحد الأقصى 1 أمبير)، مع مراعاة انخفاض جهد البطارية و V_Fللصمام الثنائي الباعث للضوء عند التيار العالي.
3. تعديل الإشارة:يتم ترميز نبضات التشغيل بتردد ناقل 38 كيلوهرتز، وهو معيار شائع لأجهزة التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء.
4. البصريات:يتم وضع عدسة بلاستيكية بسيطة لتجميع الضوء أمام الصمام الثنائي الباعث للضوء لتضييق الحزمة من 30 درجة إلى حوالي 10 درجات، مما يتركز المزيد من الطاقة المنبعثة نحو المستقبل البعيد.

النتيجة:يضمن مزيج التشغيل النبضي عالي الكثافة وتجميع الحزمة وصول إشارة قوية وقابلة للاكتشاف إلى وحدة استقبال الأشعة تحت الحمراء على المسافة المستهدفة، حتى في وجود ضوضاء محيطية معتدلة للأشعة تحت الحمراء.

11. مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (IR LED) هو ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، يتم إطلاق الطاقة. في حالة مادة GaAlAs الخاصة بـ HIR234C، تتوافق هذه الطاقة مع فوتونات ذات طول موجي يتركز حول 850 نانومتر، وهو في الجزء تحت الأحمر من الطيف الكهرومغناطيسي. يتم تحديد الطول الموجي المحدد بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. تعمل العبوة الإيبوكسية الشفافة كعدسة، تشكل الضوء المنبعث إلى زاوية الرؤية المحددة.

12. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر تكنولوجيا الصمام الثنائي الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء في التطور جنبًا إلى جنب مع تكنولوجيا الصمام الثنائي الباعث للضوء المرئي. تشمل الاتجاهات العامة ذات الصلة بأجهزة مثل HIR234C:

• زيادة الكفاءة:تؤدي التحسينات المستمرة في المواد والنمو الطبقي إلى كفاءة أعلى في تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوئية (مزيد من خرج الضوء لكل واط كهربائي مدخل)، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة.
• تعديل عالي السرعة:يتم دفع تطوير الصمامات الثنائية الباعثة للضوء القادرة على التبديل الأسرع من خلال التطبيقات في اتصالات البيانات البصرية (IrDA، Li-Fi) والاستشعار المتقدم مثل وقت الطيران (ToF).
• التصغير:بينما تظل العبوات المثقوبة شائعة، هناك تحول قوي في السوق نحو عبوات أجهزة التركيب السطحي (SMD) (مثل 0805، 0603، مقياس الشريحة) للتجميع الآلي والتصميمات المقيدة المساحة.
• متعددة الأطوال الموجية و VCSELs:للاستشعار المتخصص (مثل تحليل الغازات، القياسات الحيوية)، تظهر مصادر الأشعة تحت الحمراء متعددة الأطوال الموجية. تكتسب ليزرات التجويف الرأسي السطحية الباعثة (VCSELs) أيضًا قوة جذب في استشعار ثلاثي الأبعاد عالي الأداء وتطبيقات الضوء المنظم بسبب خصائص حزمتها الدقيقة.

يمثل HIR234C حلاً ناضجًا وموثوقًا وفعالاً من حيث التكلفة في هذا المشهد المتطور، وهو مناسب تمامًا لتطبيقاته المستهدفة في الإلكترونيات الاستهلاكية والاستشعار الصناعي.