ورقة بيانات مصابيح LED سلسلة LTL1CHKxKNN - عبوة T-1 3 مم - جهد أمامي 2.0-2.4 فولت - تيار مستمر 30 مللي أمبير - ألوان من الأحمر الفائق إلى الأخضر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة المواصفات الفنية لسلسلة الثنائيات الباعثة للضوء (LED) LTL1CHKxKNN. تتكون هذه العائلة من المنتجات من مصابيح LED قياسية من نوع T-1 (3 مم) ذات الثقب المار، مصممة لتطبيقات المؤشرات العامة التي تتطلب مستوى أعلى من الشدة الضوئية. تم تصنيع الأجهزة باستخدام تكنولوجيا مادة فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) المزروعة على ركيزة زرنيخيد الجاليوم (GaAs)، والمعروفة بإنتاج ضوء مرئي عالي الكفاءة عبر مجموعة من الألوان من الأحمر إلى الأخضر.

تشمل المزايا الأساسية لهذه السلسلة استهلاك الطاقة المنخفض، والكفاءة الضوئية العالية، والتوافق مع مستويات تشغيل الدوائر المتكاملة (IC) بسبب متطلبات التيار المنخفضة. تتميز جميع المتغيرات في هذه السلسلة بعدسة شفافة بالماء، والتي لا تشتت الضوء، مما ينتج عنه حزمة ضوئية أكثر تركيزًا وكثافة، مما يجعلها مناسبة للإشارة الواضحة.

السوق المستهدف لهذه مصابيح LED واسع، ويشمل أي جهاز إلكتروني يتطلب مؤشرات حالة، أو أضواء لوحة، أو إضاءة بسيطة حيث تكون الموثوقية، والرؤية، وفعالية التكلفة اعتبارات رئيسية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 التصنيفات القصوى المطلقة

تحدد التصنيفات القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. للتشغيل الموثوق، لا ينبغي تجاوز هذه الحدود أبدًا، حتى ولو للحظة.

• تبديد الطاقة (Pd):جميع الأجهزة في السلسلة لها تبديد طاقة أقصى يبلغ 75 مللي واط عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. تجاوز هذا الحد يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وفشل كارثي.
• التيار الأمامي:تم تحديد تصنيفين للتيار:
  • التيار الأمامي المستمر (I_F):التيار المستمر الأقصى الذي يمكن تطبيقه باستمرار هو 30 مللي أمبير لجميع الألوان.
  • التيار الأمامي الذروة:يُسمح بتيار نابض أعلى تحت ظروف محددة. بالنسبة للمتغيرات الحمراء (الأحمر الفائق، الأحمر السوبر، الأحمر)، يكون تيار الذروة 90 مللي أمبير عند دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. بالنسبة لمتغيرات البرتقالي، والأصفر، والأخضر، يكون تيار الذروة 60 مللي أمبير تحت نفس الظروف. هذه المعلمة حاسمة لمخططات التشغيل المتعدد أو النبضي.
• التخفيض الحراري:يجب تخفيض التيار الأمامي المستمر الأقصى خطيًا فوق 70 درجة مئوية بمعدل 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية. هذا يعني أن التيار المستمر المسموح به يتناقص مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، وهو اعتبار تصميم حاسم للبيئات عالية الحرارة.
• الجهد العكسي (V_R):الجهد العكسي الأقصى المسموح به هو 5 فولت عند تيار عكسي (I_R) قدره 100 ميكرو أمبير. تطبيق جهد عكسي أعلى يمكن أن يكسر تقاطع PN الخاص بـ LED.
• نطاقات درجة الحرارة:نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية، ونطاق درجة حرارة التخزين هو من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية، مما يشير إلى أداء قوي عبر مجموعة واسعة من الظروف.
• درجة حرارة اللحام:يمكن لحام الأطراف عند 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، مع أن تكون نقطة اللحام على بعد 1.6 مم على الأقل (0.063 بوصة) من جسم LED لمنع التلف الحراري للعدسة الإيبوكسية والرقاقة الداخلية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (T_A=25 درجة مئوية) وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• الشدة الضوئية (I_v):هذه معلمة بصرية رئيسية. جميع الأجهزة لها شدة ضوئية دنيا تبلغ 140 مللي كانديلا عند تيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير. تتراوح القيم النموذجية من 210 مللي كانديلا إلى 320 مللي كانديلا اعتمادًا على المتغير اللوني المحدد. يتم قياس الشدة باستخدام مزيج من المستشعر والمرشح الذي يقارب منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE). تذكر ورقة البيانات أن المنتجات مصنفة إلى رتبتين للشدة الضوئية، مع وضع رمز الرتبة على العبوة.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):تتميز السلسلة بزاوية رؤية ضيقة تبلغ 45 درجة. يتم تعريف هذا على أنه الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الضوئية إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور المركزي (0°). هذه الخاصية تؤدي إلى حزمة ضوئية أكثر توجيهًا.
• مواصفات الطول الموجي:يتم توفير ثلاثة مقاييس رئيسية للطول الموجي:
  • الطول الموجي الذروة (λ_P):الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة البصرية في أقصى حد. يتراوح من 575 نانومتر (الأخضر) إلى 650 نانومتر (الأحمر الفائق).
  • الطول الموجي السائد (λ_d):طول موجي واحد مشتق من مخطط اللونية CIE الذي يمثل بشكل أفضل اللون المدرك للضوء. بشكل عام، يكون أكثر صلة بتعريف اللون من الطول الموجي الذروة. تتراوح القيم من 572 نانومتر (الأخضر) إلى 639 نانومتر (الأحمر الفائق).
  • نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):عرض طيف الانبعاث عند نصف طاقته القصوى (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM). يشير إلى نقاء اللون. مصابيح LED الحمراء لها طيف أوسع (20 نانومتر)، بينما مصابيح LED الصفراء والخضراء لها طيف أضيق (15-17 نانومتر).
• الجهد الأمامي (V_F):انخفاض الجهد عبر LED عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. الحد الأدنى لـ V_Fيتراوح بين 2.0 فولت و 2.05 فولت، والقيمة النموذجية لـ V_Fتتراوح بين 2.3 فولت و 2.4 فولت، اعتمادًا على اللون. هذه المعلمة أساسية لتصميم المقاوم المحدد للتيار المتسلسل مع LED.
• التيار العكسي (I_R):تيار التسرب عند تطبيق جهد عكسي قدره 5 فولت. عادة ما يكون 100 ميكرو أمبير أو أقل.
• السعة (C):سعة الوصلة النموذجية هي 40 بيكو فاراد عند القياس بتحيز 0 فولت وتردد 1 ميجا هرتز. يمكن أن يكون هذا عاملاً في تطبيقات التبديل عالية السرعة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى استخدام نظام تصنيف (binning) بشكل أساسي للشدة الضوئية. يتم تصنيف المنتجات إلى رتبتين للشدة (صناديق). يتم وضع رمز الصندوق المحدد لـ LED معين على كيس التغليف الفردي الخاص به. هذا يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED ذات مستويات سطوع متسقة لتطبيقاتهم. بينما لم يتم تفصيل ذلك صراحةً للطول الموجي أو الجهد الأمامي في هذه الوثيقة، غالبًا ما يكون لهذه المعلمات نطاقات تسامح (الحد الأدنى/النموذجي/الأقصى) تحدد بشكل فعال صناديق ضمنية.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى صفحة مخصصة لـ "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". على الرغم من عدم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص، بناءً على أوراق بيانات LED القياسية، فإن هذه تشمل عادةً:

• الشدة الضوئية النسبية مقابل التيار الأمامي (منحنى I-V):يوضح كيف يزداد ناتج الضوء مع التيار، عادةً في علاقة شبه خطية ضمن نطاق التشغيل.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي:يوضح خاصية الجهد-تيار الأسية للثنائي.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، مما يسلط الضوء على أهمية إدارة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يظهر الطاقة النسبية المنبعثة عبر أطوال موجية مختلفة، يمثل بصريًا الطول الموجي الذروة ونصف العرض الطيفي.
• نمط زاوية الرؤية:رسم قطبي يظهر التوزيع المكاني لشدة الضوء حول LED.

هذه المنحنيات لا تقدر بثمن لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف غير قياسية ولتصميم الدائرة بدقة.

5. المعلومات الميكانيكية وبيانات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يستخدم LED عبوة قياسية من نوع T-1 (3 مم) ذات الثقب المار شعاعيًا. تشمل ملاحظات الأبعاد الرئيسية:

• جميع الأبعاد بالمليمترات، مع توفير البوصات بين قوسين.
• ينطبق تسامح قياسي قدره ±0.25 مم (±0.010 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• قد يبرز الراتنج تحت الحافة حتى أقصى حد يبلغ 1.0 مم (0.04 بوصة).
• يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم العبوة، وهو أمر بالغ الأهمية لوضع الثقوب على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).
• سيعرض رسم العبوة (المشار إليه باسم سلسلة LTL1CHx) عادةً الطول الإجمالي، وقطر العدسة، وطول وقطر الأطراف، وموقع النقطة المسطحة أو مؤشر القطبية الآخر على الحافة.

5.2 تحديد القطبية

بالنسبة لمصابيح LED ذات الثقب المار، يكون الطرف الأطول عالميًا هو الأنود (الموجب)، والطرف الأقصر هو الكاثود (السالب). بالإضافة إلى ذلك، تحتوي معظم العبوات على نقطة مسطحة على حافة الحافة، والتي تقع عادةً على جانب الكاثود. تحقق دائمًا من القطبية قبل اللحام لمنع تلف الانحياز العكسي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الإرشاد الأساسي المقدم هو للحام اليدوي أو الموجي: يجب أن تكون طرف مكواة اللحام على بعد 1.6 مم على الأقل من الجسم البلاستيكي لـ LED، ويجب ألا تتجاوز درجة الحرارة 260 درجة مئوية لأكثر من 5 ثوانٍ. يمكن للحرارة المطولة أن تحول عدسة الإيبوكسي إلى كربون، أو تسبب انفصالًا داخليًا، أو تتلف وصلات الأسلاك.

ملاحظات التجميع العامة:

• تجنب تطبيق إجهاد ميكانيكي على الأطراف بالقرب من الجسم.
• لا تنظف LED باستخدام منظفات الموجات فوق الصوتية، حيث يمكن أن يؤدي التجويف إلى إتلاف الهيكل الداخلي.
• استخدم إجراءات التعامل المضادة للكهرباء الساكنة المناسبة أثناء التجميع لحماية الرقاقة شبه الموصلة من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، على الرغم من أن مصابيح LED بشكل عام أكثر متانة من بعض الدوائر المتكاملة.

7. معلومات التعبئة والطلب

مخطط ترقيم الأجزاء للسلسلة هو LTL1CHKxKNN، حيث يشير "x" إلى رمز اللون:

• D:أحمر فائق (AlInGaP)
• R:أحمر سوبر (AlInGaP)
• E:أحمر (AlInGaP)
• F:أصفر برتقالي (AlInGaP)
• Y:أصفر كهرماني (AlInGaP)
• S:أصفر (AlInGaP)
• G:أخضر (AlInGaP)

تشارك جميع المتغيرات العدسة الشفافة بالماء ونفس العبوة الأساسية. نوع التعبئة المحدد (مثل السائب، الشريط والبكرة) لم يتم تحديده في المحتوى المقدم ولكن سيتم تعريفه من قبل المورد.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

كمصابيح مؤشرات للأغراض العامة، فإن هذه مصابيح LED مناسبة لـ:

• مؤشرات التشغيل/الحالة على الإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة المنزلية، ولوحات التحكم الصناعية.
• الإضاءة الخلفية للمفاتيح، والأزرار، والنقوش.
• الإضاءة الزخرفية البسيطة.
• تطبيقات العزل الضوئي أو المستشعرات الأساسية (باستخدام LED كمصدر للضوء).

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:مقاوم محدد للتيار خارجي إلزامي. احسب قيمة المقاوم باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. استخدم دائمًا أقصى قيمة لـ V_Fمن ورقة البيانات لتصميم متحفظ لضمان ألا يتجاوز التيار المستوى المطلوب.
• إدارة الحرارة:للتشغيل المستمر بالقرب من تصنيف التيار الأقصى أو في درجات حرارة محيطة عالية، ضع في الاعتبار منحنى التخفيض. تأكد من تدفق هواء كافٍ إذا تم استخدام عدة مصابيح LED في مساحة ضيقة.
• زاوية الرؤية:زاوية الرؤية البالغة 45 درجة تخلق بقعة ساخنة أكثر تركيزًا. لإضاءة منطقة أوسع، سيكون LED ذو عدسة مشتتة أو موزع ضوء خارجي أكثر ملاءمة.
• دوائر التشغيل:يمكن تشغيل مصابيح LED مباشرة من دبابيس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة (والتي عادةً ما تزود/تستقبل حتى 20-25 مللي أمبير) أو من خلال مشغلات الترانزستور لتيار أعلى أو لتعددية العديد من مصابيح LED.

9. المقارنة التقنية والتمييز

المميز الرئيسي لسلسلة LTL1CHKxKNN هو استخدامها لتكنولوجيا AlInGaP للألوان من الأحمر إلى الأصفر/الأخضر. مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الجاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة ضوئية أعلى بكثير، مما يعني ناتج ضوء أكثر سطوعًا لنفس كمية التيار الكهربائي. توفر العدسة الشفافة بالماء أعلى ناتج ضوئي ممكن من العبوة، حيث لا يتم تشتيت الضوء أو امتصاصه بواسطة صبغة مشتتة. زاوية الرؤية الضيقة البالغة 45 درجة هي اختيار محدد للتطبيقات التي تتطلب حزمة موجهة بدلاً من توهج واسع محيطي.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من مصدر طاقة 5 فولت بدون مقاوم؟

ج:No.بدون مقاوم محدد للتيار، سيحاول LED سحب تيار مفرط، مما يتجاوز بسرعة تصنيفاته القصوى ويؤدي إلى فشل فوري. دائمًا ما يكون هناك حاجة لمقاوم متسلسل للتشغيل بجهد ثابت.

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروة والطول الموجي السائد؟

ج: الطول الموجي الذروة هو المكان الذي تنبعث فيه معظم الطاقة البصرية. يتم حساب الطول الموجي السائد من إحداثيات اللون ويتطابق بشكل أفضل مع اللون الذي تدركه العين البشرية. بالنسبة لمصابيح LED أحادية اللون، غالبًا ما تكون قريبة، لكن الطول الموجي السائد هو المعيار لتحديد اللون.

س: يصبح LED دافئًا أثناء التشغيل. هل هذا طبيعي؟

ج: نعم، من الطبيعي أن يولد LED حرارة. الكفاءة ليست 100٪؛ يتم تحويل بعض الطاقة الكهربائية إلى حرارة عند الوصلة. هذا هو السبب في أن مواصفات التخفيض والاعتبارات الحرارية مهمة للموثوقية طويلة الأجل.

س: هل يمكنني استخدام تعديل عرض النبضة (PWM) لتعتيم هذا LED؟

ج: نعم، هذه مصابيح LED مناسبة جدًا للتعتيم بـ PWM. يمكنك تشغيلها بتيار الذروة الأمامي (60 مللي أمبير أو 90 مللي أمبير اعتمادًا على اللون) عند دورة عمل منخفضة لتحقيق تيار متوسط يعتم LED. تأكد من أن تردد PWM مرتفع بما يكفي (عادةً > 100 هرتز) لتجنب الوميض المرئي.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: مؤشر حالة لوحدة التحكم الدقيقة

استخدام شائع هو كمؤشر طاقة. قم بتوصيل أنود LED أحمر (LTL1CHKEKNN) إلى خط طاقة لوحدة التحكم الدقيقة 3.3 فولت عبر مقاوم. احسب المقاوم: بافتراض أن V_F= 2.4 فولت والتيار المطلوب I_F= 10 مللي أمبير (لطاقة أقل)، R = (3.3V - 2.4V) / 0.01A = 90Ω. سيوفر المقاوم القياسي 100Ω حوالي 9 مللي أمبير، وهو آمن وساطع بدرجة كافية.

المثال 2: مؤشر لوحة 12 فولت

للوحة سيارات أو صناعية 12 فولت، سيبدد المقاوم المتسلسل طاقة أكبر. لـ LED أخضر (LTL1CHKGKNN) عند 20 مللي أمبير: R = (12V - 2.4V) / 0.02A = 480Ω. الطاقة في المقاوم هي P = I²R = (0.02)²* 480 = 0.192W. المقاوم القياسي 1/4W (0.25W) كافٍ ولكنه سيعمل دافئًا. استخدام مقاوم 1/2W يوفر هامش أمان أفضل.

12. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

تعتمد هذه مصابيح LED على بنية تقاطع غير متجانس مزدوج باستخدام فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) كطبقة نشطة باعثة للضوء. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة من طبقات أشباه الموصلات من النوع N والنوع P، على التوالي. تتحدان بشكل إشعاعي، وتطلقان الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق للمادة، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. تنتج فجوة النطاق الأوسع أطوال موجية أقصر (أخضر/أصفر)، بينما تنتج فجوة النطاق الأضيق أطوال موجية أطول (أحمر). تعمل عدسة الإيبوكسي الشفافة بالماء على حماية الرقاقة شبه الموصلة، وتشكيل الحزمة عبر هندستها القبة، وتوفير وسيط لاستخراج الضوء بكفاءة من مادة أشباه الموصلات عالية معامل الانكسار.

13. اتجاهات تطور التكنولوجيا

بينما تمثل ورقة البيانات هذه منتجًا ناضجًا ومستخدمًا على نطاق واسع، فإن تكنولوجيا LED تستمر في التطور. تشمل الاتجاهات ذات الصلة بهذا النوع من الأجهزة:

• زيادة الكفاءة:تؤدي التحسينات المستمرة في علوم المواد والنمو الطبقي إلى زيادة لومن لكل واط (lm/W)، مما يعني ضوءًا أكثر سطوعًا أو استهلاكًا أقل للطاقة لنفس السطوع.
• اتساق اللون:أصبحت نطاقات التسامح الأكثر ضيقًا للطول الموجي والشدة الضوئية معيارًا، مما يسمح بمظهر أكثر تجانسًا في تطبيقات LED المتعددة.
• التعبئة:بينما يظل الثقب المار شائعًا للنماذج الأولية وتطبيقات معينة، أصبحت عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) (مثل 0603، 0805) إلى حد كبير المعيار الصناعي للإنتاج بكميات كبيرة بسبب حجمها الأصغر وملاءمتها للتجميع الآلي.
• توسيع التطبيقات:الموثوقية الأساسية والكفاءة لمصابيح LED مثل هذه تستمر في دفع اعتمادها في مجالات جديدة تتجاوز المؤشرات البسيطة، مثل الإضاءة العامة منخفضة المستوى، واللافتات، وإضاءة السيارات الداخلية.