ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء HIR7393C - قطر 5.0 مم - جهد أمامي 1.45 فولت - طول موجي 850 نانومتر - تبديد طاقة 150 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

هذا الجهاز هو صمام ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء عالي الكثافة (IRED) مُغلف في غلاف قياسي T-1 3/4 (قطر 5.0 مم) مع عدسة بلاستيكية شفافة. تم تصميمه لبعث الضوء عند طول موجي ذروة يبلغ 850 نانومتر، مما يجعله متطابقًا طيفيًا مع كواشف السيليكون الشائعة مثل الترانزستورات الضوئية والثنائيات الضوئية ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء، لضمان تشغيل موثوق في أنظمة الاستشعار والاتصالات.

1.1 الميزات الرئيسية والمزايا الأساسية

• كثافة إشعاعية عالية:يوفر كثافة إشعاعية نموذجية تبلغ 15 ميلي واط/ستراديان عند تيار أمامي 20 مللي أمبير، مما يتيح إرسال إشارة قوية.
• جهد أمامي منخفض:يتميز بجهد أمامي نموذجي (V_F) يبلغ 1.45 فولت عند 20 مللي أمبير، مما يساهم في تقليل استهلاك الطاقة في الدوائر.
• موثوقية عالية:مصنوع من مواد وعمليات قوية مناسبة للتطبيقات الصناعية.
• خالي من الرصاص ومتوافق مع RoHS:يتم التصنيع وفقًا للوائح البيئية.
• تباعد أطراف قياسي:تباعد بين الأطراف يبلغ 2.54 مم (0.1 بوصة) ليتوافق مع لوحات التجارب القياسية ولوحات الدوائر المطبوعة.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

يستهدف صمام الأشعة تحت الحمراء هذا بشكل أساسي المصممين والمهندسين العاملين على أنظمة إلكترونية تتطلب مصادر ضوء غير مرئية. تطبيقه الرئيسي هو فيأنظمة الأشعة تحت الحمراء التطبيقية, والتي تشمل على نطاق واسع:

• كشف الأجسام والاستشعار عن القرب
• نقل البيانات بالأشعة تحت الحمراء (مثل أجهزة التحكم عن بُعد، الاتصالات قصيرة المدى)
• المشفرات البصرية واستشعار الموضع
• أنظمة الحواجز ومستشعرات الأمان
• الإضاءة لأتمتة الصناعية ورؤية الآلة

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم 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 ميلي واط (عند أو أقل من درجة حرارة هواء حر 25°C)
• درجة حرارة اللحام (T_sol):260°C لمدة ≤5 ثوانٍ

2.2 الخصائص الكهروضوئية (Ta=25°C)

هذه هي معايير الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• الكثافة الإشعاعية (I_e):الحد الأدنى 7.8، نموذجي 15 ميلي واط/ستراديان @ I_F=20 مللي أمبير. يمكن أن تصل إلى ~50 ميلي واط/ستراديان @ I_F=100 مللي أمبير تحت ظروف النبض.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):850 نانومتر (نموذجي) @ I_F=20 مللي أمبير. هذا قريب من حساسية الذروة لكواشف السيليكون.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):45 نانومتر (نموذجي) @ I_F=20 مللي أمبير. يحدد العرض الطيفي عند نصف الكثافة القصوى.
• الجهد الأمامي (V_F):نموذجي 1.45 فولت، أقصى 1.65 فولت @ I_F=20 مللي أمبير. نموذجي 1.80 فولت، أقصى 2.40 فولت @ I_F=100 مللي أمبير (نبضي).
• التيار العكسي (I_R):أقصى 10 ميكرو أمبير @ V_R=5 فولت.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):45 درجة (نموذجي) @ I_F=20 مللي أمبير. هذه هي الزاوية الكاملة عند نصف الكثافة.

2.3 الخصائص الحرارية

يتم تحديد تصنيف تبديد الطاقة البالغ 150 ميلي واط عند درجة حرارة محيطة 25°C أو أقل. مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، يقل تبديد الطاقة الأقصى المسموح به. يجب على المصممين الرجوع إلى منحنى التخفيض (المشار إليه في ورقة البيانات) لضمان ألا تتجاوز درجة حرارة التقاطع الحدود الآمنة، وهو أمر بالغ الأهمية للموثوقية طويلة المدى. نطاق درجة حرارة التشغيل من -40°C إلى +85°C يجعله مناسبًا للبيئات القاسية.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتوفر HIR7393C في درجات أداء مختلفة، أو "صناديق"، بناءً على الكثافة الإشعاعية المقاسة عند I_F= 20 مللي أمبير. هذا يسمح باختيار جهاز يلبي متطلبات سطوع محددة.

تصنيف الكثافة الإشعاعية (الوحدة: ميلي واط/ستراديان):

• الصندوق M:الحد الأدنى 7.8، الحد الأقصى 12.5
• الصندوق N:الحد الأدنى 11.0، الحد الأقصى 17.6
• الصندوق P:الحد الأدنى 15.0، الحد الأقصى 24.0
• الصندوق Q:الحد الأدنى 21.0، الحد الأقصى 34.0

يضمن اختيار صندوق أعلى (مثل Q) كثافة إشعاعية دنيا أعلى، وهو ما يمكن أن يكون مهمًا لتعظيم نسبة الإشارة إلى الضوضاء في تطبيقات الاستشعار أو زيادة مدى نقل الأشعة تحت الحمراء.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يظهر منحنى التخفيض العلاقة بين الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر ودرجة الحرارة المحيطة. مع ارتفاع درجة الحرارة، يجب تقليل التيار الأقصى لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان بقاء درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة. هذا المنحنى ضروري لتصميم دوائر موثوقة، خاصة في البيئات عالية الحرارة.

4.2 التوزيع الطيفي

يرسم منحنى التوزيع الطيفي الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يؤكد الانبعاث الذروي عند 850 نانومتر وعرض النطاق الطيفي البالغ حوالي 45 نانومتر. المنحنى متماثل نسبيًا ومركزه عند 850 نانومتر، وهو مثالي للتطابق مع كواشف السيليكون التي تتمتع بحساسية ذروة حول 800-900 نانومتر.

4.3 الكثافة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا المنحنى أن الكثافة الإشعاعية تزداد مع التيار الأمامي، لكن العلاقة ليست خطية تمامًا، خاصة عند التيارات الأعلى بسبب التسخين وانخفاض الكفاءة. التشغيل في الوضع النبضي (كما هو محدد لاختبار 100 مللي أمبير) يسمح بكثافة ذروية أعلى دون التراكم الحراري المرتبط بالتشغيل المستمر.

4.4 الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يوضح هذا الرسم البياني القطبي نمط الانبعاث المكاني لصمام LED. تشير زاوية الرؤية البالغة 45 درجة (العرض الكامل عند نصف الكثافة القصوى) إلى شعاع معتدل الاتساع. تكون الكثافة أعلى عند 0 درجة (على المحور) وتتناقص بسلاسة نحو الحواف. هذا النمط مهم لتصميم الأنظمة البصرية لضمان تغطية أو تركيز كافيين.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الغلاف

يستخدم الجهاز غلافًا دائريًا قياسيًا T-1 3/4 (قطر 5.0 مم). تشمل الأبعاد الرئيسية:

• القطر الكلي: 5.0 مم.
• تباعد الأطراف: 2.54 مم (قياسي).
• قطر الطرف: نموذجيًا 0.45 مم.
• ارتفاع الغلاف: حوالي 8.6 مم من مستوى الجلوس إلى قبة العدسة.
• التسامحات: ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك في رسم الأبعاد التفصيلي.

يجب الرجوع إلى الرسم الميكانيكي الدقيق لوضع التصميم الحرج وتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة.

5.2 تحديد القطبية

يحتوي صمام LED على بقعة مسطحة أو شق على حافة العدسة البلاستيكية، والتي تشير عادةً إلى جانب الكاثود (السالب). يكون طرف الكاثود أيضًا عادةً هو الطرف الأقصر، على الرغم من أنه يمكن تقصيره أثناء التجميع. تحقق دائمًا من القطبية قبل اللحام لمنع تلف الانحياز العكسي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تشكيل الأطراف

• اثني الأطراف عند نقطة تبعد 3 مم على الأقل عن قاعدة المصباح الإيبوكسي.
• قم بتشكيل الأطرافقبل soldering.
• تجنب تطبيق إجهاد على غلاف صمام LED أثناء الانحناء.
• اقطع الأطراف في درجة حرارة الغرفة.
• تأكد من محاذاة ثقوب لوحة الدوائر المطبوعة مع أطراف صمام LED تمامًا لتجنب إجهاد التركيب.

6.2 التخزين

• التخزين الموصى به: ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية (RH).
• العمر الافتراضي تحت هذه الظروف: 3 أشهر من تاريخ الشحن.
• للتخزين لفترات أطول (حتى سنة واحدة): استخدم حاوية محكمة الغلق بجو نيتروجين ومادة ماصة للرطوبة.
• تجنب التحولات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.

6.3 عملية اللحام

القاعدة العامة:حافظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى المصباح الإيبوكسي.

اللحام اليدوي:

• درجة حرارة طرف المكواة: أقصى 300°C (لمكواة بقوة قصوى 30 واط).
• وقت اللحام لكل طرف: أقصى 3 ثوانٍ.

اللحام بالغمس/الموجة:

• درجة حرارة التسخين المسبق: أقصى 100°C (لمدة أقصاها 60 ثانية).
• درجة حرارة حمام اللحام: أقصى 260°C.
• وقت المكوث في اللحام: أقصى 5 ثوانٍ.

ملاحظات حرجة:

• تجنب الإجهاد على الأطراف أثناء مراحل الحرارة العالية.
• لا تقم بإجراء لحام بالغمس/يدوي أكثر من مرة واحدة.
• احمِ صمام LED من الصدمات/الاهتزازات الميكانيكية حتى يبرد إلى درجة حرارة الغرفة بعد اللحام.
• تجنب عمليات التبريد السريع.
• استخدم أدنى درجة حرارة ممكنة تحقق وصلة لحام موثوقة.

6.4 التنظيف

• إذا لزم الأمر، نظف فقط باستخدام كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لمدة ≤1 دقيقة.
• جفف في درجة حرارة الغرفة قبل الاستخدام.
• تجنب التنظيف بالموجات فوق الصوتيةما لم يكن ضروريًا تمامًا وتم التأهيل المسبق، حيث يمكن أن يسبب تلفًا ميكانيكيًا.

6.5 إدارة الحرارة

يجب مراعاة إدارة الحرارة خلال مرحلة تصميم الدائرة. يجب تخفيض التيار بشكل مناسب بناءً على درجة الحرارة المحيطة، كما هو موضح في منحنى التخفيض. يمكن أن تساعد مساحة النحاس الكافية في لوحة الدوائر المطبوعة (تخفيف حراري) حول أطراف صمام LED في تبديد الحرارة. للتشغيل النبضي عالي التيار أو دورة العمل العالية، قد تكون هناك حاجة إلى تدابير تبريد إضافية.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

• التعبئة الأولية:500 قطعة لكل كيس مضاد للكهرباء الساكنة.
• الصندوق الداخلي:5 أكياس (2500 قطعة) لكل صندوق داخلي.
• الصندوق الرئيسي/الخارجي:10 صناديق داخلية (25,000 قطعة) لكل صندوق خارجي.

7.2 معلومات الملصق

يحتوي ملصق المنتج على عدة معرفات رئيسية:

• CPN:رقم منتج العميل.
• P/N:رقم منتج الشركة المصنعة (مثل HIR7393C).
• QTQ:كمية التعبئة في الكيس.
• CAT:رتبة شدة الإضاءة (رمز الصندوق، مثل M, N, P, Q).
• HUE:رتبة الطول الموجي السائد.
• REF:رتبة الجهد الأمامي.
• رقم الدفعة:رقم دفعة التصنيع للتتبع.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

الدائرة الأكثر شيوعًا هي توصيل تسلسلي بسيط مع مقاومة محددة للتيار. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت، V_F=1.45 فولت، والتيار المطلوب I_F=20 مللي أمبير: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 أوم. ستكون مقاومة قياسية 180 أوم مناسبة. للتشغيل النبضي لكثافة أعلى، يكون مفتاح ترانزستور أو MOSFET يتم التحكم فيه بواسطة متحكم دقيق نموذجيًا.

8.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:قم دائمًا بتشغيل مصابيح LED بتيار ثابت أو مصدر جهد محدود التيار لمنع الانحراف الحراري.
• حماية الجهد العكسي:الحد الأقصى للجهد العكسي هو 5 فولت فقط. في الدوائر التي قد يحدث فيها انحياز عكسي (مثل الاقتران AC، الأحمال الحثية)، قم بتضمين ثنائي حماية بالتوازي مع صمام LED (الكاثود إلى الأنود).
• التصميم البصري:ضع في اعتبارك زاوية الرؤية البالغة 45 درجة عند تصميم العدسات أو العواكس أو الفتحات لنظامك. العدسة الشفافة مناسبة للاستخدام مع العناصر البصرية الخارجية.
• مطابقة الكاشف:تأكد من أن الكاشف الضوئي المقترن (الترانزستور الضوئي، الثنائي الضوئي، دائرة الاستقبال المتكاملة) حساس في منطقة 850 نانومتر للحصول على أفضل أداء.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصابيح LED المرئية القياسية أو مصابيح LED تحت الحمراء الأخرى، يقدم HIR7393C مزايا محددة:

• مقارنة بمصابيح LED المرئية:يبعث في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، غير مرئي للعين البشرية، مما يجعله مثاليًا للاستشعار والاتصالات غير المرئية.
• مقارنة بمصابيح LED تحت الحمراء 940 نانومتر:ضوء 850 نانومتر يتم اكتشافه بسهولة أكبر بواسطة كواشف السيليكون القياسية (الأكثر حساسية حول 800-900 نانومتر) وغالبًا ما يكون مرئيًا كوهج أحمر خافت مع بعض الكاميرات الرقمية، مما يساعد في المحاذاة أثناء النمذجة الأولية.
• مقارنة بمصابيح LED تحت الحمراء منخفضة الطاقة:توفر صناديقه ذات الكثافة الإشعاعية الأعلى (P, Q) إخراجًا أقوى، مما يتيح مدى أطول أو سلامة إشارة أفضل في البيئات الصاخبة.
• مقارنة بالعبوات غير القياسية:عبوة T-1 3/4 موجودة في كل مكان، مما يجعل من السهل الحصول عليها والنمذجة بها واستبدالها.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س1: هل يمكنني تشغيل صمام LED هذا مباشرة من طرف متحكم دقيق؟

ج: يعتمد ذلك على قدرة طرف المتحكم الدقيق على توفير التيار. يمكن للعديد من أطراف المتحكم الدقيق توفير 20 مللي أمبير، لكنه غالبًا ما يكون عند الحد الأعلى. من الأكثر أمانًا ويوصى عمومًا باستخدام ترانزستور بسيط (مثل NPN مثل 2N3904) كمفتاح لتشغيل صمام LED، يتم التحكم فيه بواسطة طرف المتحكم الدقيق.

س2: لماذا يكون الحد الأقصى للتيار النبضي (1 أمبير) أعلى بكثير من التيار المستمر (100 مللي أمبير)؟

ج: توليد الحرارة يتناسب مع مربع التيار (I²R). النبضة القصيرة جدًا (≤100 ميكروثانية) مع دورة عمل منخفضة (≤1%) لا تتيح وقتًا كافيًا لتراكم حرارة كبيرة في شريحة صمام LED، مما يمنع التلف الحراري. التشغيل المستمر عند تيار مرتفع سيسبب ارتفاع درجة الحرارة.

س3: ماذا يعني "متطابق طيفيًا"؟

ج: يعني أن طول الموجة الذروي لانبعاث هذا الصمام (850 نانومتر) يتوافق جيدًا مع حساسية الذروة الطيفية للكواشف الضوئية القائمة على السيليكون الشائعة. تعمل هذه المطابقة على تعظيم الإشارة الكهربائية المتولدة في الكاشف لكمية معينة من ضوء الأشعة تحت الحمراء، مما يحسن كفاءة النظام ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.

س4: كيف أختار الصندوق المناسب (M, N, P, Q)؟

ج: اختر بناءً على متطلبات حساسية نظامك. إذا كنت بحاجة إلى إخراج عالي ومتسق (مثل لمدى أطول أو عبر مواد مخففة)، حدد الصندوق P أو Q. للتطبيقات الحساسة للتكلفة حيث يكون الحد الأدنى للسطوع أقل أهمية، قد يكون الصندوق M أو N كافيًا. راجع جدول التصنيف للقيم الدقيقة للحد الأدنى/الأقصى.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

11.1 مستشعر قرب أجسام بسيط

تطبيق كلاسيكي هو مستشعر أجسام عاكس. يتم وضع HIR7393C بجوار ترانزستور ضوئي. يضيء صمام LED المنطقة أمام المستشعر. عندما يقترب جسم ما، فإنه يعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء مرة أخرى إلى الترانزستور الضوئي، مما يتسبب في زيادة تيار المجمع. يمكن اكتشاف هذا التغيير بواسطة مقارن أو محول تماثلي رقمي في متحكم دقيق لتنشيط إجراء. يوفر الشعاع بزاوية 45 درجة لصمام LED توازنًا جيدًا بين حجم البقعة والشدة لمثل هذا الاستشعار.

11.2 وصلة بيانات بالأشعة تحت الحمراء

لنقل البيانات التسلسلية البسيط (مثل جهاز التحكم عن بُعد للتلفزيون)، يمكن تشغيل صمام LED بنبضات عالية التيار (مثل نبضات 100 مللي أمبير) وفقًا لإشارة رقمية معدلة (مثل ناقل 38 كيلو هرتز). تتيح الكثافة الإشعاعية العالية في الوضع النبضي مدى معقول. ستستخدم وحدة استقبال الأشعة تحت الحمراء المطابقة (مع مزيل تشكيل مدمج) مضبوطة على نفس التردد في جهة الاستقبال.

12. مبدأ التشغيل

صمام ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (IRED) هو صمام ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند انحيازه أماميًا، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة. في صمام IRED مصنوع من زرنيخيد الغاليوم والألومنيوم (GaAlAs)، يتم إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي كفوتونات في طيف الأشعة تحت الحمراء (حوالي 850 نانومتر في هذه الحالة). تعمل عبوة الإيبوكسي الشفافة كعدسة، تشكل الضوء المنبعث إلى نمط الشعاع المميز. تحدد كفاءة عملية الإضاءة الكهربائية هذه الكثافة الإشعاعية لتيار تشغيل معين.

13. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تعتبر عبوة T-1 3/4 الأساسية وتكنولوجيا 850 نانومتر ناضجة، تشمل اتجاهات مصابيح LED تحت الحمراء:

• كفاءة أعلى:تهدف تحسينات علوم المواد المستمرة إلى إنتاج المزيد من الطاقة البصرية (الكثافة الإشعاعية) لكل وحدة من طاقة الإدخال الكهربائية، مما يقلل من توليد الحرارة واستهلاك الطاقة.
• أطياف أضيق:تستفيد بعض التطبيقات، مثل استشعار الغاز أو الاتصالات عالية السرعة، من مصابيح LED ذات أطوال موجية انبعاثية محددة جدًا وضيقة.
• أجهزة متكاملة:تشمل الاتجاهات الجمع بين صمام LED تحت الحمراء والكاشف الضوئي في عبوة واحدة (نمط مقرن ضوئي) أو مع دوائر القيادة لتكامل نظام أبسط.
• التصغير:بينما يظل مقاس 5 مم شائعًا، أصبحت عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) أكثر شيوعًا للتجميع الآلي والتصميمات المدمجة.
• سلامة العين:زيادة التركيز على ضمان امتثال انبعاثات الأشعة تحت الحمراء، خاصة من الأجهزة عالية الطاقة، لمعايير سلامة العين الدولية (IEC 62471).

يمثل HIR7393C مكونًا موثوقًا به ومفهومًا جيدًا يستمر في العمل كحجر بناء أساسي في مجموعة واسعة من أنظمة الاستشعار والتحكم الإلكترونية.