ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء IR383 بقطر 5.0 مم - الأبعاد 5 مم - الطول الموجي القياسي 940 نانومتر - جهد التشغيل الأمامي 1.2 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد IR383 صمامًا ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء عالي الكثافة، مُحاطًا بغلاف بلاستيكي أزرق قياسي من نوع T-1 (قطر 5 مم). تم تصميمه لتقديم أداء موثوق في أنظمة نقل الأشعة تحت الحمراء. الوظيفة الأساسية للجهاز هي إصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء عند طول موجي قياسي يبلغ 940 نانومتر، مما يجعله متوافقًا طيفيًا مع الترانزستورات الضوئية والثنائيات الضوئية ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء الشائعة. تشمل مزاياه الأساسية الكثافة الإشعاعية العالية، وجهد التشغيل الأمامي المنخفض، وتصميمًا متوافقًا مع معايير RoHS وREACH والخالي من الهالوجين، مما يضمن ملاءمته لمتطلبات التصنيع الإلكتروني الحديث.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تم تصميم الجهاز للعمل ضمن حدود صارمة لضمان طول العمر والموثوقية. يتم تصنيف التيار الأمامي المستمر (IF) عند 100 مللي أمبير، بينما يُسمح بتيار أمامي ذروي (IFP) بقيمة 1.0 أمبير في ظل ظروف النبض (عرض النبضة ≤100 ميكروثانية، دورة العمل ≤1%). أقصى جهد عكسي (VR) هو 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل يتراوح من -40°C إلى +85°C، مع إمكانية التخزين حتى +100°C. يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام تصل إلى 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ. أقصى تبديد للطاقة (Pd) هو 120 مللي واط عندما تكون درجة الحرارة المحيطة عند أو أقل من 25°C.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس معايير الأداء الرئيسية عند درجة حرارة قياسية تبلغ 25°C. الحد الأدنى للكثافة الإشعاعية (Ie) هو 15.0 مللي واط/ستراديان عند تيار أمامي قدره 20 مللي أمبير، بقيمة نموذجية تبلغ 20.0 مللي واط/ستراديان. تحت التشغيل النبضي (IF=50 مللي أمبير، عرض النبضة ≤100 ميكروثانية، دورة العمل ≤1%)، تصل الكثافة الإشعاعية النموذجية إلى 80.0 مللي واط/ستراديان. يتركز طول موجة الانبعاث القياسي (λp) عند 940 نانومتر بعرض نطاق طيفي نموذجي (Δλ) يبلغ 45 نانومتر. جهد التشغيل الأمامي (VF) نموذجيًا 1.2 فولت عند 20 مللي أمبير، بحد أقصى 1.5 فولت. عند 50 مللي أمبير في ظل ظروف النبض، يكون VF نموذجيًا 1.4 فولت (بحد أقصى 1.8 فولت). الحد الأقصى للتيار العكسي (IR) هو 10 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت. زاوية الرؤية (2θ1/2) هي نموذجيًا 20 درجة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يستخدم IR383 نظام تصنيف للكثافة الإشعاعية لتصنيف الأجهزة بناءً على طاقة إخراجها. يتم تعريف التصنيفات على النحو التالي: التصنيف P (15.0-24.0 مللي واط/ستراديان)، التصنيف Q (21.0-34.0 مللي واط/ستراديان)، التصنيف R (30.0-48.0 مللي واط/ستراديان)، والتصنيف S (42.0-67.0 مللي واط/ستراديان). يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار المكونات التي تلبي متطلبات الكثافة المحددة لتطبيقهم، مما يضمن أداءً ثابتًا للنظام. تمت ملاحظة حالات عدم اليقين في القياس على النحو التالي: ±0.1 فولت لجهد التشغيل الأمامي، ±10% للكثافة الضوئية، و±1.0 نانومتر لطول الموجة السائد.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز في ظل ظروف مختلفة. يوضح الشكل 1 العلاقة بين التيار الأمامي ودرجة الحرارة المحيطة. يصور الشكل 2 التوزيع الطيفي، مؤكدًا على الذروة عند 940 نانومتر. يرسم الشكل 3 منحنى تحول طول موجة الانبعاث القصوى مقابل درجة الحرارة المحيطة. يوضح الشكل 4 العلاقة بين التيار الأمامي وجهد التشغيل الأمامي. يظهر الشكل 5 كيفية تغير الكثافة النسبية مع التيار الأمامي. يقدم الشكل 6 الكثافة الإشعاعية النسبية كدالة للإزاحة الزاوية عن المحور المركزي. يرسم الشكل 7 الكثافة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة، ويظهر الشكل 8 كيفية تغير جهد التشغيل الأمامي النسبي مع درجة الحرارة المحيطة. هذه المنحنيات ضرورية للتنبؤ بالأداء في بيئات التشغيل الواقعية.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يستخدم IR383 غلافًا بلاستيكيًا أزرق قياسيًا من نوع T-1 (قطر 5 مم). مسافة الأطراف هي 2.54 مم، متوافقة مع لوحات التجارب القياسية ولوحات الدوائر المطبوعة (PCBs). يتم توفير رسم تفصيلي لأبعاد الغلاف في ورقة البيانات، مع تحديد جميع الأبعاد بالمليمترات. التسامح للأبعاد غير المحددة هو ±0.25 مم. تساعد مادة العدسة الزرقاء في التعرف على الجهاز باعتباره باعثًا للأشعة تحت الحمراء.

6. إرشادات اللحام والتركيب

يتم تصنيف الجهاز للحام الموجة أو إعادة التدفق بحد أقصى لدرجة الحرارة 260°C لمدة لا تتجاوز 10 ثوانٍ. من الضروري الالتزام بهذه الحدود لمنع تلف الغلاف البلاستيكي أو شريحة أشباه الموصلات. الجهاز خالي من الرصاص ومتوافق مع معايير الخالي من الهالوجين (Br<900 جزء في المليون، Cl<900 جزء في المليون، Br+Cl<1500 جزء في المليون). يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي القياسية (ESD) أثناء التعامل والتركيب.

7. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية هي 500 قطعة لكل كيس، 5 أكياس لكل صندوق، و10 صناديق لكل كرتونة، بإجمالي 25,000 قطعة لكل كرتونة. يتضمن نموذج الملصق حقولًا لرقم جزء العميل (CPN)، ورقم جزء الإنتاج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ورتبة الكثافة (AT)، وطول الموجة القصوى (HUE)، والمرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No).

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

يعد IR383 مثاليًا لأنظمة نقل الأشعة تحت الحمراء في الهواء الطلق، مثل وحدات التحكم عن بُعد للإلكترونيات الاستهلاكية (التلفزيونات، أنظمة الصوت، أجهزة الاستقبال) حيث تزيد طاقة الإخراج العالية من نطاق التشغيل. كما أنه قابل للتطبيق في كاشفات الدخان، حيث يقترن بمستقبل لاكتشاف الجسيمات الدقيقة، وفي أنظمة الاستشعار والاتصالات المختلفة الأخرى القائمة على الأشعة تحت الحمراء.

8.2 اعتبارات التصميم

عند تصميم دائرة القيادة، يجب تحديد التيار الأمامي إلى الحد الأقصى للتصنيفات المستمرة أو النبضية باستخدام مقاوم متسلسل أو مصدر تيار ثابت. يقلل جهد التشغيل الأمامي المنخفض من استهلاك الطاقة. توفر زاوية الرؤية الضيقة (20 درجة) حزمة أكثر توجيهًا، وهو أمر مفيد للاتصال من نقطة إلى نقطة ولكنه يتطلب محاذاة دقيقة. قد يكون من الضروري استخدام غرفة تبريد إذا كان التشغيل قريبًا من أقصى تبديد للطاقة، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بصمامات الأشعة تحت الحمراء العامة بقطر 5 مم، يقدم IR383 كثافة إشعاعية دنيا مضمونة ويتميز بمجموعة شاملة من منحنيات الأداء وهيكل تصنيف رسمي. يعد امتثاله للوائح البيئية الحديثة (RoHS، REACH، الخالي من الهالوجين) عاملاً تمييزيًا رئيسيًا للأسواق ذات القيود الصارمة على المواد. الطول الموجي المحدد 940 نانومتر هو معيار شائع، مما يضمن توافقًا واسعًا مع دوائر الاستقبال المتكاملة (ICs).

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: ما الفرق بين تصنيفات التيار الأمامي المستمر والنبضي؟

ج: التصنيف المستمر (100 مللي أمبير) مخصص للتشغيل في الحالة المستقرة. يسمح التصنيف النبضي (1.0 أمبير) بتيار لحظي أعلى بكثير لتحقيق ومضات ضوئية أكثر سطوعًا، ولكن فقط للنبضات القصيرة جدًا (≤100 ميكروثانية) بدورة عمل منخفضة (≤1%) لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.

س: كيف تؤثر درجة الحرارة المحيطة على الأداء؟

ج: كما هو موضح في المنحنيات المميزة، تؤدي زيادة درجة الحرارة عادةً إلى انخفاض في الإخراج الإشعاعي وزيادة طفيفة في جهد التشغيل الأمامي. يجب على المصممين تخفيض معايير أداء الجهاز عند التشغيل فوق 25°C.

س: هل يمكن استخدام هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) لنقل البيانات؟

ج: نعم، وقت استجابته السريع (المتأصل في الصمامات الثنائية الباعثة للضوء) وإخراجه العالي يجعله مناسبًا لنقل البيانات المُعدَّلة في أجهزة التحكم عن بُعد وروابط الاتصال قصيرة المدى، على الرغم من أن ورقة البيانات لا تحدد عرض نطاق التعديل.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم جهاز تحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء بعيد المدى

لجهاز تحكم عن بُعد يتطلب مدى ممتد، سيختار المصمم IR383 من التصنيف S للحصول على أعلى كثافة إشعاعية. ستستخدم دائرة القيادة متحكمًا دقيقًا (microcontroller) لتوليد إشارة مُعدَّلة (على سبيل المثال، حامل بتردد 38 كيلو هرتز). سيقوم مفتاح ترانزستور بتشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) بنبضات عند 50 مللي أمبير أو أعلى، مع البقاء ضمن حد دورة العمل 1% لعرض النبضة المستخدم في البروتوكول. تساعد زاوية الرؤية الضيقة في تركيز الطاقة نحو المستقبل. يتم حساب المقاوم المتسلسل البسيط كالتالي: R = (Vcc - Vf) / If، حيث يؤخذ Vf من القيمة النموذجية عند التيار النبضي.

12. مقدمة عن المبدأ

الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو صمام ثنائي تقاطع p-n شبه موصل يصدر ضوءًا تحت أحمر غير مرئي عند انحيازه أماميًا. تندمج الإلكترونات مع الفجوات داخل الجهاز، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات. المادة المحددة (GaAlAs لـ IR383) وبنية أشباه الموصلات تحددان طول موجة الضوء المنبعث، وهو 940 نانومتر في هذه الحالة. يقوم الغلاف البلاستيكي بتغليف الشريحة، ويوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل العدسة نمط الإشعاع.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه في صمامات الأشعة تحت الحمراء الباعثة للضوء نحو كفاءة أعلى (مزيد من الإخراج الإشعاعي لكل واط كهربائي)، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. هناك أيضًا دفع نحو زيادة الموثوقية وطول العمر. يتطور التغليف لتمكين إدارة حرارية أفضل وتحكم بصري أكثر دقة. علاوة على ذلك، أصبح دمج دوائر القيادة وأجهزة الاستشعار في وحدات مدمجة أكثر شيوعًا لتبسيط تصميم المستخدم النهائي. يظل الامتثال للوائح البيئية والمادية العالمية المتطورة محورًا صناعيًا حاسمًا.