ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء 5 مم IR8353-14C - عبوة 5 مم - جهد أمامي 1.2-1.8 فولت - طول موجي 940 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات صمام ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء (IR) عالي الكثافة مقاس 5 مم. الجهاز مغلف في عبوة بلاستيكية شفافة بالماء، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات الاستشعار والإرسال بالأشعة تحت الحمراء المتنوعة. ناتجه الطيفي متطابق خصيصًا للعمل بكفاءة مع الترانزستورات الضوئية والثنائيات الضوئية ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء الشائعة.

1.1 المزايا الأساسية

• موثوقية عالية:مصمم لأداء متسق وعمل طويل الأمد.
• كثافة إشعاعية عالية:يوفر ناتجًا قويًا للأشعة تحت الحمراء لإرسال الإشارات بفعالية.
• جهد أمامي منخفض:عادةً 1.2 فولت عند 20 مللي أمبير، مما يساهم في تشغيل موفر للطاقة.
• الامتثال البيئي:المنتج متوافق مع RoHS، ولوائح الاتحاد الأوروبي 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 باستخدام هذا الصمام الثنائي للأشعة تحت الحمراء في أنظمة الأشعة تحت الحمراء المتنوعة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: وحدات التحكم عن بُعد، وأجهزة استشعار القرب، وكشف الأجسام، والمفاتيح البصرية، ونقل البيانات عبر مسافات قصيرة.

2. تحليل المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد التصنيفات التالية الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• التيار الأمامي المستمر (I_F):100 مللي أمبير
• التيار 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 ملي واط (عند أو أقل من درجة حرارة هواء حر 25°C)

2.2 الخصائص الكهروضوئية

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

• الكثافة الإشعاعية (I_e):7.8 - 17.6 ملي واط/ستراديان (عند I_F=20 مللي أمبير، حسب الفئة). حتى 50 ملي واط/ستراديان نموذجيًا عند I_F=100 مللي أمبير.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):940 نانومتر (عند I_F=20 مللي أمبير).
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):45 نانومتر (عند I_F=20 مللي أمبير).
• الجهد الأمامي (V_F):1.2 فولت (نموذجي) / 1.5 فولت (أقصى) عند 20 مللي أمبير؛ 1.4 فولت (نموذجي) / 1.8 فولت (أقصى) عند 100 مللي أمبير.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5 فولت.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):27° إلى 43° (عند I_F=20 مللي أمبير).

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم تصنيف الكثافة الإشعاعية لهذا الصمام الثنائي إلى فئات مختلفة لضمان الاتساق في تصميم التطبيق. يتم تعريف التصنيف عند تيار أمامي قدره 20 مللي أمبير.

• الفئة M:نطاق الكثافة الإشعاعية من 7.80 ملي واط/ستراديان إلى 12.50 ملي واط/ستراديان.
• الفئة N:نطاق الكثافة الإشعاعية من 11.0 ملي واط/ستراديان إلى 17.6 ملي واط/ستراديان.

هذا يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED ذات ناتج أدنى مضمون يتناسب مع متطلبات الحساسية المحددة لتطبيقاتهم.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية لتصميم الدائرة وإدارة الحرارة.

4.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر منحنى تخفيض التصنيف هذا أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة، يجب تقليل الحد الأقصى للتيار لمنع تجاوز حدود تبديد طاقة الجهاز وضمان الموثوقية طويلة الأمد. يجب على المصممين استخدام هذا المنحنى لاختيار تيارات تشغيل مناسبة للبيئة الحرارية لتطبيقهم.

4.2 الكثافة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني العلاقة بين تيار التشغيل وقوة الخرج البصري (الكثافة الإشعاعية). يكون الناتج خطيًا بشكل عام على مدى معين ولكنه سيشبع عند التيارات العالية جدًا. من الأهمية بمكان تحديد تيار التشغيل المطلوب لتحقيق قوة إشارة مرغوبة عند المستقبل.

4.3 التوزيع الطيفي

يؤكد المنحنى الطيفي على الانبعاث الذروي عند 940 نانومتر بعرض نطاق نموذجي 45 نانومتر. هذا الطول الموجي مثالي لأنه يقع خارج الطيف المرئي، مما يقلل من تداخل الضوء المرئي، وهو متطابق جيدًا مع حساسية الكواشف الضوئية القائمة على السيليكون.

4.4 الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يحدد هذا الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية (2θ_1/2)، وهي الزاوية التي تنخفض عندها الكثافة الإشعاعية إلى نصف قيمتها عند 0° (على المحور). يشير النطاق المحدد من 27° إلى 43° إلى انتشار الحزمة. توفر الزاوية الأضيق ضوءًا أكثر تركيزًا، بينما توفر الزاوية الأوسع تغطية أوسع.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتم وضع الجهاز في عبوة قياسية دائرية لمصباح LED مقاس 5 مم. تشمل الأبعاد الرئيسية: القطر الكلي (5.0 مم نموذجي)، ومسافة الأطراف (2.54 مم / 0.1 بوصة قياسي)، والمسافة من القاعدة إلى قبة العدسة. يبلغ قطر الأطراف عادةً 0.45 مم. جميع الأبعاد لها تسامح ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم توفير رسم تفصيلي بأبعاد في ورقة البيانات الأصلية لتخطيط PCB الدقيق.

5.2 تحديد القطبية

يتم تحديد الكاثود (الطرف السالب) عادةً من خلال بقعة مسطحة على حافة العدسة البلاستيكية و/أو من خلال كونه الطرف الأقصر. الأنود (الطرف الموجب) أطول. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تجميع الدائرة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تشكيل الأطراف (الرجلين)

• يجب إجراء الانحناءات على بعد 3 مم على الأقل من قاعدة اللمبة الإيبوكسية.
• يجب إجراء التشكيل قبل اللحام وفي درجة حرارة الغرفة.
• تجنب إجهاد العبوة أثناء الانحناء أو القطع.
• يجب أن تتماشى ثقوب PCB تمامًا مع أطراف LED لتجنب إجهاد التركيب.

6.2 ظروف التخزين

• التخزين الموصى به: ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية.
• العمر الافتراضي بعد الشحن هو 3 أشهر تحت هذه الظروف.
• للتخزين لفترات أطول (حتى سنة واحدة)، استخدم حاوية محكمة الغلق تحتوي على نيتروجين ومجفف.
• تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.

6.3 معاملات اللحام

اللحام اليدوي:

• درجة حرارة طرف المكواة: 300°C كحد أقصى (30 واط كحد أقصى)
• زمن اللحام: 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل طرف.
• الحد الأدنى للمسافة من نقطة اللحام إلى اللمبة الإيبوكسية: 3 مم.

اللحام بالموجة/الغمس (Wave/DIP):

• درجة حرارة التسخين المسبق: 100°C كحد أقصى (60 ثانية كحد أقصى)
• درجة حرارة حمام اللحام: 260°C كحد أقصى.
• زمن الغمر في الحمام: 5 ثوانٍ كحد أقصى.
• الحد الأدنى للمسافة من نقطة اللحام إلى اللمبة الإيبوكسية: 3 مم.

ملاحظات حرجة:

• تجنب إجهاد الأطراف بينما الصمام الثنائي ساخن.
• لا تقم بلحام (غمس أو يدوي) أكثر من مرة واحدة.
• احمِ الصمام الثنائي من الصدمات/الاهتزازات حتى يبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
• استخدم أقل درجة حرارة لحام ممكنة تحقق وصلة موثوقة.

6.4 التنظيف

• إذا لزم الأمر، نظف فقط باستخدام كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لمدة ≤1 دقيقة.
• لا تستخدم التنظيف بالموجات فوق الصوتية إلا إذا تم التأهيل المسبق، حيث يمكن أن يسبب تلفًا.

7. إدارة الحرارة

تبديد الحرارة الفعال أمر بالغ الأهمية لأداء وعمر الصمام الثنائي. يجب تخفيض تصنيف التيار وفقًا لمنحنى "التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة". يجب التحكم في درجة الحرارة المحيطة بالصمام الثنائي في التطبيق النهائي. قد يتضمن ذلك استخدام مساحة نحاسية مناسبة في اللوحة PCB لتبديد الحرارة، أو ضمان تهوية كافية، أو استخدام مشتتات حرارة إذا تم تشغيل تيارات عالية بشكل مستمر.

8. معلومات التعبئة والطلب

8.1 مواصفات التعبئة

• يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة.
• كمية التعبئة:200-500 قطعة لكل كيس. 5 أكياس لكل صندوق داخلي. 10 صناديق داخلية لكل صندوق رئيسي (خارجي).

8.2 معلومات الملصق

يتضمن ملصق المنتج معرّفات رئيسية: رقم جزء العميل (CPN)، رقم المنتج (P/N)، كمية التعبئة (QTY)، رتبة الشدة الضوئية (CAT)، رتبة الطول الموجي السائد (HUE)، رتبة الجهد الأمامي (REF)، رقم الدفعة، ورمز تاريخ.

9. اعتبارات تصميم التطبيق

9.1 تشغيل الصمام الثنائي

استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. استخدم أقصى قيمة V_Fمن ورقة البيانات لتصميم متحفظ. للتشغيل النبضي (مثل أجهزة التحكم عن بُعد)، تأكد من عدم تجاوز حدود تيار الذروة (I_FP) ودورة العمل لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.

9.2 التصميم البصري

ضع في اعتبارك زاوية الرؤية عند تصميم العدسات أو العواكس للنظام. طول الموجة 940 نانومتر غير مرئي، لذلك قد يكون من الضروري وجود مؤشر LED أو ردود فعل من الدائرة لتأكيد التشغيل للمستخدم. تأكد من أن المستقبل (الترانزستور الضوئي، الدائرة المتكاملة) متطابق طيفيًا مع 940 نانومتر للحصول على حساسية مثالية.

9.3 مناعة الضوضاء الكهربائية

في البيئات ذات الضوضاء الكهربائية العالية، فكر في حماية زوج LED/المستقبل، واستخدام إشارات الأشعة تحت الحمراء المضمنة (على سبيل المثال، ناقل 38 كيلو هرتز) مع مستقبل مزيل للتضمين مناسب، وتنفيذ تصفية برمجية لرفض الضوء المحيط وذروات الضوضاء.

10. المقارنة التقنية والتحديد

يقدم هذا الصمام الثنائي للأشعة تحت الحمراء مقاس 5 مم وطول موجي 940 نانومتر توازنًا بين الأداء والتكلفة للتطبيقات العامة للأشعة تحت الحمراء. عوامل التمييز الرئيسية له هي الكثافة الإشعاعية المرتفعة نسبيًا (حتى 17.6 ملي واط/ستراديان) من عبوة قياسية مقاس 5 مم والجهد الأمامي المنخفض، مما يقلل من استهلاك الطاقة. مقارنة بمصابيح LED القديمة 880 نانومتر أو 850 نانومتر، فإن انبعاث 940 نانومتر أقل وضوحًا (بدون توهج أحمر خافت)، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات المنفصلة. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب زوايا حزمة ضيقة للغاية أو طاقة أعلى، ستكون أنماط العبوات البديلة (على سبيل المثال، الرؤية الجانبية، SMD عالي الطاقة) أكثر ملاءمة.

11. الأسئلة الشائعة (FAQ)

11.1 ما الفرق بين الفئة M والفئة N؟

تصنف الفئة M والفئة N الصمام الثنائي بناءً على الحد الأدنى المضمون لكثافته الإشعاعية عند 20 مللي أمبير. تتمتع مصابيح LED من الفئة N بناتج أدنى أعلى (11.0 ملي واط/ستراديان) مقارنة بالفئة M (7.8 ملي واط/ستراديان). اختر الفئة N للتطبيقات التي تتطلب قوة إشارة أقوى أو مدى أطول.

11.2 هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي بتيار 100 مللي أمبير بشكل مستمر؟

نعم، الحد الأقصى المطلق للتصنيف للتيار الأمامي المستمر هو 100 مللي أمبير. ومع ذلك، يجب الرجوع إلى منحنى تخفيض التصنيف. عند درجة حرارة محيطة 25°C، يُسمح بـ 100 مللي أمبير، ولكن مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن حدود آمنة. يعد تبديد الحرارة الكافي أمرًا بالغ الأهمية للتشغيل المستمر بتيار عالٍ.

11.3 لماذا تعتبر مسافة اللحام الدنيا (3 مم) مهمة؟

تمنع مسافة 3 مم انتقال الحرارة المفرطة عبر الطرف وتلف شريحة أشباه الموصلات الداخلية أو التغليف الإيبوكسي أثناء عملية اللحام. يمكن أن تسبب الحرارة المفرطة تشققًا أو انفصال طبقات أو تدهورًا كهربائيًا دائمًا.

12. مثال على حالة استخدام في التصميم

السيناريو: مستشعر قرب بسيط للأجسام.

التصميم:ضع الصمام الثنائي للأشعة تحت الحمراء والترانزستور الضوئي جنبًا إلى جنب، متجهين في نفس الاتجاه. شغل الصمام الثنائي بتيار ثابت 20 مللي أمبير (باستخدام مقاومة من مصدر 5 فولت: R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω، استخدم القيمة القياسية 180Ω). عندما يقترب جسم من المدى، ينعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء عن الجسم ويدخل إلى الترانزستور الضوئي، مما يتسبب في زيادة تيار المجمع. يمكن تحويل هذا التغيير في التيار إلى جهد عبر مقاومة سحب وإدخاله إلى مقارن أو محول تناظري رقمي (ADC) في متحكم دقيق لاكتشاف وجود الجسم. يساعد الطول الموجي 940 نانومتر في رفض الضوء المحيط المرئي. يعتمد الاختيار بين الفئة M أو N على مسافة الاستشعار المطلوبة وانعكاسية الجسم.

13. مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو صمام ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند انحيازه أماميًا (تطبيق جهد موجب على الأنود بالنسبة للكاثود)، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد مادة أشباه الموصلات المحددة المستخدمة (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد - GaAlAs في هذه الحالة) الطول الموجي للضوء المنبعث. بالنسبة لـ GaAlAs، ينتج عن ذلك إشعاع تحت أحمر يتركز حول 940 نانومتر، وهو خارج الطيف المرئي. لا تقوم العدسة الشفافة بالماء بتصفية الضوء أو تلوينه، مما يسمح بأقصى نقل للناتج تحت الأحمر.

14. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل مصابيح LED المنفصلة مقاس 5 مم ذات الثقب المار (through-hole) شائعة للنماذج الأولية ومشاريع الهواة وبعض التطبيقات الصناعية، فإن الاتجاه الصناعي يتجه بقوة نحو عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD). تقدم مصابيح LED تحت الحمراء SMD مزايا مثل بصمة أصغر، وملاءمة أفضل للتجميع الآلي (pick-and-place)، وغالبًا ما تكون أداء حراريًا محسنًا بسبب التركيب المباشر على اللوحة PCB. هناك أيضًا تطور مستمر لزيادة الكفاءة (مزيد من الناتج الإشعاعي لكل واط كهربائي مدخل) وموثوقية باعثات الأشعة تحت الحمراء. ومع ذلك، يظل المبدأ الأساسي للتشغيل والمعلمات الرئيسية مثل الطول الموجي والشدة وزاوية الرؤية معايير الاختيار الحرجة لأي تطبيق للأشعة تحت الحمراء.