ورقة بيانات ثنائي الأشعة تحت الحمراء 5 مم HIR333C/H0 - عبوة 5.0 مم - طول موجي 850 نانومتر - جهد أمامي 1.65 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء (IR) من نوع الثقب المار (Through-Hole) مقاس 5.0 مم (T-1 3/4). تم تصميم الجهاز لبعث ضوء ذي طول موجي قياسي يبلغ 850 نانومتر، مما يجعله مناسبًا لمختلف تطبيقات الاستشعار والإرسال بالأشعة تحت الحمراء. وهو مُغلف بغلاف بلاستيكي شفاف تمامًا، مما يتيح إخراجًا إشعاعيًا عاليًا.

1.1 المزايا الأساسية

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون موثوقيته العالية وكثافته الإشعاعية العالية. ويتميز بجهد أمامي منخفض، مما يساهم في كفاءة الطاقة في تصميمات الدوائر. تم تصنيع الجهاز باستخدام مواد خالية من الرصاص وهو متوافق مع اللوائح البيئية والسلامة الرئيسية، بما في ذلك RoHS وEU REACH ومعايير المواد الخالية من الهالوجين (Br < 900 جزء في المليون، Cl < 900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

يتطابق طيف هذا الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء مع الترانزستورات الضوئية السليكونية الشائعة والثنائيات الضوئية ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء. تشمل تطبيقاته النموذجية:

• أنظمة الإرسال في الهواء الطلق للاتصالات البياناتية.
• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء التي تتطلب طاقة إخراج أعلى.
• أنظمة كشف الدخان.
• أنظمة الأشعة تحت الحمراء التطبيقية العامة للاستشعار والكشف.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

توفر الأقسام التالية تفصيلاً دقيقًا للخصائص الكهربائية والبصرية والحرارية للجهاز.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل المستمر.

• التيار الأمامي المستمر (IF):100 مللي أمبير
• التيار الأمامي الذروي (IFP):1.0 أمبير (عرض النبضة ≤100 ميكروثانية، دورة العمل ≤1%)
• الجهد العكسي (VR):5 فولت
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40°C إلى +85°C
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40°C إلى +85°C
• درجة حرارة اللحام (Tsol):260°C لمدة ≤5 ثوانٍ
• تبديد الطاقة (Pd) عند 25°C:150 ملي واط

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعاملات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C وتحدد الأداء النموذجي للجهاز تحت الظروف المحددة.

• الكثافة الإشعاعية (Ie):الحد الأدنى للقيمة النموذجية هو 7.8 ملي واط/ستراديان عند تيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير. تحت ظروف النبض (IF=100 مللي أمبير، عرض النبضة ≤100 ميكروثانية، دورة العمل ≤1%)، تكون الكثافة الإشعاعية النموذجية 80 ملي واط/ستراديان. عند التيار الذروي 1 أمبير تحت نفس ظروف النبض، تصل إلى 800 ملي واط/ستراديان.
• طول موجة الذروة (λp):850 نانومتر (نموذجي) عند IF=20 مللي أمبير.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):45 نانومتر (نموذجي) عند IF=20 مللي أمبير، مما يشير إلى العرض الطيفي عند نصف أقصى شدة.
• الجهد الأمامي (VF):يتراوح من 1.45 فولت (نموذجي) إلى حد أقصى 1.65 فولت عند IF=20 مللي أمبير. يزداد مع ارتفاع التيار، ليصل إلى حد أقصى 2.40 فولت عند 100 مللي أمبير و5.25 فولت عند 1 أمبير تحت التشغيل النبضي.
• التيار العكسي (IR):حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند VR=5 فولت.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):30 درجة (نموذجي) عند IF=20 مللي أمبير، تحدد الانتشار الزاوي حيث تكون الكثافة الإشعاعية على الأقل نصف قيمتها القصوى.

2.3 الخصائص الحرارية

أداء الجهاز يعتمد على درجة الحرارة. تم تصنيف أقصى تبديد للطاقة بـ 150 ملي واط في الهواء الطلق عند 25°C. يجب على المصممين مراعاة تخفيض هذه القيمة عند التشغيل في درجات حرارة محيطة أعلى لضمان الموثوقية طويلة الأمد ومنع الانحراف الحراري.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتوفر المنتج في درجات أداء مختلفة، أو "صناديق" (Bins)، بناءً على الكثافة الإشعاعية المقاسة عند IF=20 مللي أمبير. وهذا يسمح للمصممين باختيار مكون يطابق بدقة متطلبات الحساسية لتطبيقهم.

هيكل التصنيف للكثافة الإشعاعية كما يلي:

• الصندوق M:7.8 - 12.5 ملي واط/ستراديان
• الصندوق N:11.0 - 17.6 ملي واط/ستراديان
• الصندوق P:15.0 - 24.0 ملي واط/ستراديان
• الصندوق Q:21.0 - 34.0 ملي واط/ستراديان
• الصندوق R:30.0 - 48.0 ملي واط/ستراديان

تشير ورقة البيانات أيضًا إلى أن الجهاز متوفر بتصنيفات لطول الموجة السائد (HUE) والجهد الأمامي (REF)، على الرغم من عدم تفصيل رموز الصناديق المحددة لهذه المعاملات في المقتطف المقدم.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة أعمق لسلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة.

4.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر هذا المنحنى تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25°C. للحفاظ على الموثوقية، يجب تقليل تيار التشغيل عند درجات الحرارة الأعلى.

4.2 التوزيع الطيفي

يوضح الرسم البياني ناتج الطاقة الإشعاعية النسبية عبر طيف الأطوال الموجية، متمركزًا حول ذروة 850 نانومتر. يشير عرض النطاق 45 نانومتر إلى نطاق الأطوال الموجية المنبعثة.

4.3 طول موجة الذروة للإشعاع مقابل درجة الحرارة المحيطة

تُظهر هذه العلاقة كيف يتحول طول موجة الذروة (λp) مع تغيرات درجة حرارة الوصلة. عادةً ما يزداد الطول الموجي قليلاً مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو عامل حاسم في التطبيقات التي تتطلب تطابقًا طيفيًا دقيقًا مع كاشف.

4.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى IV)

يصور هذا المنحنى الأساسي العلاقة الأسية بين الجهد المطبق عبر الثنائي والتيار الناتج. وهو ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار (مثل اختيار مقاوم متسلسل).

4.5 الكثافة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني أن الكثافة الإشعاعية تزداد بشكل فائق الخطية مع التيار الأمامي. ومع ذلك، فإن التشغيل عند تيارات عالية جدًا (خاصة التيار المستمر) يؤدي إلى زيادة توليد الحرارة وفقدان محتمل للكفاءة، مما يجعل التشغيل النبضي مُفضلًا لمتطلبات الشدة العالية.

4.6 الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يمثل هذا الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية (2θ1/2 = 30°) بصريًا. يوضح كيف تتناقص الشدة مع تحرك زاوية المراقبة بعيدًا عن المحور المركزي (0°)، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم الأنظمة البصرية ومحاذاة البواعث مع الكواشف.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتوافق الجهاز مع العبوة القياسية ذات الأطراف الشعاعية T-1 3/4 (5 مم). تشمل الأبعاد الرئيسية القطر الكلي البالغ حوالي 5.0 مم وتباعد قياسي للأطراف يبلغ 2.54 مم (0.1 بوصة)، متوافق مع اللوحات المثقبة القياسية. يحدد الرسم الأبعاد تفاوتات ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تحديد الشكل الدقيق لقبة العدسة وطول الأطراف في رسم العبوة التفصيلي.

5.2 تحديد القطبية

يُحدد الكاثود عادةً بنقطة مسطحة على حافة العدسة البلاستيكية أو بالطرف الأقصر. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تجميع الدائرة لمنع تلف الانحياز العكسي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة الصحيحة أمر بالغ الأهمية لمنع التلف الميكانيكي والحراري.

6.1 تشكيل الأطراف (الرجلين)

• يجب أن يحدث الانحناء على بعد 3 مم على الأقل من قاعدة المصباح الإيبوكسي.
• شكل الأطراف قبل اللحام.
• تجنب تطبيق إجهاد على العبوة أثناء الانحناء.
• قص الأطراف في درجة حرارة الغرفة.
• تأكد من محاذاة ثقوب اللوحة المطبوعة (PCB) تمامًا مع أطراف LED لتجنب إجهاد التركيب.

6.2 ظروف التخزين

• قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية (RH).
• أقصى عمر تخزين في التغليف الأصلي هو 3 أشهر.
• للتخزين لفترات أطول (حتى عام واحد)، استخدم حاوية محكمة الغلق بجو 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 (لمكواة بقدرة قصوى 30 واط)، وقت اللحام ≤3 ثوانٍ لكل طرف. حافظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى المصباح الإيبوكسي.

اللحام بالموجة/الغمس:درجة حرارة التسخين المسبق ≤100°C لمدة ≤60 ثانية. درجة حرارة حمام اللحام ≤260°C لمدة ≤5 ثوانٍ. حافظ على قاعدة المسافة 3 مم.

قواعد عامة:لا تطبق إجهادًا على الأطراف في درجة حرارة عالية. تجنب لحام نفس الجهاز أكثر من مرة. احمِ الجهاز من الصدمات/الاهتزازات أثناء التبريد إلى درجة حرارة الغرفة. لا تستخدم عمليات التبريد السريع. اتبع ملف اللحام الموصى به لللحام بالموجة.

6.4 التنظيف

تذكر ورقة البيانات أنه يجب إجراء التنظيف فقط عند الضرورة، على الرغم من عدم تفصيل توصيات مواد التنظيف المحددة أو معاملات التنظيف بالموجات فوق الصوتية في المقتطف المقدم. الممارسة القياسية هي استخدام منظفات لطيفة وغير عدوانية متوافقة مع راتنج الإيبوكسي.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

يتم تعبئة الجهاز في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة للحماية من ESD. تدفق التعبئة القياسي هو:

1. 500 قطعة لكل كيس مضاد للكهرباء الساكنة.

2. 5 أكياس (2500 قطعة) لكل صندوق داخلي.

3. 10 صناديق داخلية (25000 قطعة) لكل صندوق خارجي رئيسي.

7.2 مواصفات نموذج الملصق

تتضمن ملصقات المنتج معلومات رئيسية للتتبع والتعريف:

- CPN (رقم جزء العميل)

- P/N (رقم جزء الشركة المصنعة: HIR333C/H0)

- QTY (كمية التعبئة)

- CAT (رتبة السطوع/الكثافة الإشعاعية، على سبيل المثال M، N، P، Q، R)

- HUE (رتبة طول الموجة السائد)

- REF (رتبة الجهد الأمامي)

- LOT No. (رقم الدفعة للتتبع)

- رمز التاريخ

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

دائرة القيادة الأكثر شيوعًا هي مقاوم متسلسل بسيط لتحديد التيار الأمامي. يتم حساب قيمة المقاوم (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - Vf) / If، حيث Vcc هو جهد التغذية، Vf هو الجهد الأمامي لـ LED (استخدم القيمة القصوى للموثوقية)، وIf هو التيار الأمامي المطلوب. للتشغيل النبضي (مثل أجهزة التحكم عن بعد)، يُستخدم عادةً مفتاح ترانزستور لتوصيل تيارات ذروية عالية (تصل إلى 1 أمبير) مع الحفاظ على دورة عمل منخفضة للحفاظ على متوسط الطاقة ضمن الحدود.

8.2 ملاحظات التصميم البصري

توفر زاوية الرؤية البالغة 30 درجة توازنًا جيدًا بين تركيز الحزمة والتغطية. للتطبيقات بعيدة المدى أو ذات الحزمة الأضيق، قد تكون البصريات الثانوية (العدسات) مطلوبة. العدسة الشفافة تمامًا مثالية لنقل 850 نانومتر. تأكد من أن المستقبل (الترانزستور الضوئي، الثنائي الضوئي، أو الدائرة المتكاملة) حساس طيفيًا في منطقة 850 نانومتر لتحقيق أقصى كفاءة للنظام.

8.3 إدارة الحرارة

على الرغم من أن العبوة يمكنها تبديد 150 ملي واط عند 25°C، إلا أن التبريد الفعال عبر الأطراف أو تخطيط اللوحة بعناية ضروري للتشغيل المستمر عند تيارات عالية أو درجات حرارة محيطة مرتفعة. يؤدي استخدام وضع القيادة النبضي إلى تقليل تبديد الطاقة المتوسط والإجهاد الحراري بشكل كبير.

9. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بمصابيح LED المرئية القياسية أو مصابيح LED تحت الحمراء الأخرى، فإن المميزات الرئيسية لهذا الجهاز هي مزيجه منكثافة إشعاعية عالية(تصل إلى 48 ملي واط/ستراديان في الصندوق R)،جهد أمامي منخفض(نموذجيًا 1.45 فولت)، والامتثال البيئي الشامل(RoHS، REACH، خالي من الهالوجين). استخدام مادة شريحة GaAlAs هو المعيار لانبعاث 850 نانومتر عالي الكفاءة. تقدم العبوة مقاس 5 مم عامل شكل قوي من نوع الثقب المار مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والاستهلاكية حيث قد لا تكون أجهزة التركيب السطحي مثالية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بشكل مستمر عند 100 مللي أمبير؟

ج: الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر هو 100 مللي أمبير. ومع ذلك، فإن التشغيل المستمر عند هذا التيار الأقصى سيولد حرارة كبيرة (Pd ≈ Vf * If). للتشغيل الموثوق طويل الأمد، يُنصح بتخفيض التيار، خاصة إذا كانت درجة الحرارة المحيطة أعلى من 25°C، أو استخدام مبدد حراري.

س: ما الفرق بين الصناديق (M، N، P، Q، R)؟

ج: تصنف الصناديق الحد الأدنى والأقصى للكثافة الإشعاعية لـ LED عند تشغيله بـ 20 مللي أمبير. الصندوق M له أقل ناتج (7.8-12.5 ملي واط/ستراديان)، والصندوق R له أعلى ناتج (30.0-48.0 ملي واط/ستراديان). اختر صندوقًا بناءً على قوة الإشارة المطلوبة وحساسية دائرة المستقبل الخاصة بك.

س: لماذا يكون الجهد الأمامي أعلى عند 1 أمبير منه عند 20 مللي أمبير؟

ج: هذا بسبب المقاومة المتسلسلة الداخلية لشريحة أشباه الموصلات وأسلاك الربط. مع زيادة التيار، يزداد انخفاض الجهد عبر هذه المقاومة (V = I*R)، مما يؤدي إلى جهد أمامي إجمالي أعلى.

س: كيف أحقق الكثافة الإشعاعية البالغة 800 ملي واط/ستراديان؟

ج: يتم تحديد هذه الشدة تحت ظروف النبض: تيار أمامي قدره 1 أمبير، بعرض نبضة 100 ميكروثانية أو أقل، ودورة عمل 1% أو أقل. هذا يقلل من التسخين إلى الحد الأدنى مع السماح بناتج ضوئي لحظي عالٍ جدًا.

11. دراسات حالة للتصميم والاستخدام

دراسة الحالة 1: جهاز تحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء بعيد المدى

يحتاج مصمم إلى جهاز تحكم عن بعد بمدى يزيد عن 30 مترًا. يختارون HIR333C/H0 في الصندوق R للحصول على أقصى ناتج. تستخدم الدائرة متحكمًا دقيقًا لتوليد نبضات بيانات مُعدلة. يتم تشغيل LED بنبضات 1 أمبير (عرض 100 ميكروثانية، دورة عمل 1%) عبر مفتاح ترانزستور NPN. تضمن شدة الذروة العالية وصول إشارة قوية إلى المستقبل البعيد، بينما تحافظ دورة العمل المنخفضة على استهلاك البطارية وتسخين الجهاز في حدوده الدنيا.

دراسة الحالة 2: مستشعر القرب في بيئة صناعية

تتطلب آلة أوتوماتيكية مستشعر قرب قويًا. يتم وضع LED للأشعة تحت الحمراء وترانزستور ضوئي مقابل بعضهما البعض عبر مسار ناقل. يتم تشغيل LED بتيار ثابت 50 مللي أمبير (مخفض من الحد الأقصى 100 مللي أمبير للموثوقية). الطول الموجي 850 نانومتر أقل عرضة للتداخل من الضوء المرئي المحيط مقارنة بمصابيح LED الحمراء المرئية. توفر الحزمة بزاوية 30 درجة تغطية كافية دون انتشار مفرط. يكتشف المستشعر عندما يعترض جسم ما الحزمة.

12. مبدأ التشغيل

ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (IR LED) هو ثنائي وصلة p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات من المنطقة n مع الفجوات من المنطقة p داخل المنطقة النشطة للشريحة. تُطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد المادة المحددة المستخدمة في المنطقة النشطة للشريحة (في هذه الحالة، زرنيخيد الغاليوم ألومنيوم - GaAlAs) الطول الموجي للفوتونات المنبعثة. بالنسبة لـ GaAlAs، ينتج عن ذلك ضوء تحت أحمر ذي طول موجي قياسي حوالي 850 نانومتر، وهو غير مرئي للعين البشرية ولكنه يمكن اكتشافه بسهولة بواسطة الكواشف الضوئية القائمة على السليكون.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه في مصابيح LED تحت الحمراء نحو كفاءة أعلى (مزيد من الناتج الإشعاعي لكل واط كهربائي مدخل)، مما يسمح إما باستهلاك طاقة أقل أو ناتج أعلى من نفس العبوة. هناك أيضًا دفع نحو قدرات تضمين عالية السرعة لتطبيقات اتصالات البيانات مثل IrDA والشبكات اللاسلكية البصرية. تتطور التغليف لتشمل أجهزة التركيب السطحي (SMD) بأداء حراري محسن للتطبيقات عالية الطاقة، على الرغم من أن عبوات الثقب المار مثل مقاس 5 مم تظل شائعة لقوتها الميكانيكية وسهولة النمذجة الأولية. التكامل مع دوائر القيادة والكواشف الضوئية في وحدات مفردة هو اتجاه شائع آخر لتصميم نظام مبسط.