ورقة بيانات ثنائي باعث الأشعة تحت الحمراء SIR383C - عبوة 5 مم - جهد أمامي 1.6 فولت - طول موجي 875 نانومتر - قدرة 150 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

SIR383C هو ثنائي باعث عالي الكثافة للأشعة تحت الحمراء (IR) مقاس 5 مم. وهو مُشكّل في عبوة بلاستيكية شفافة بالماء ومصمم لبعث الضوء عند طول موجي قياسي يبلغ 875 نانومتر (نانومتر). يتطابق هذا الجهاز طيفيًا مع الترانزستورات الضوئية السليكونية الشائعة، والثنائيات الضوئية، ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء، مما يجعله مصدرًا مثاليًا لتطبيقات الاستشعار والإرسال بالأشعة تحت الحمراء المتنوعة.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا المكون موثوقيته العالية، وإخراج الكثافة الإشعاعية العالي، ومتطلبات الجهد الأمامي المنخفض. تم تصنيعه باستخدام مواد خالية من الرصاص (Pb-Free) وهو متوافق مع اللوائح البيئية ذات الصلة بما في ذلك RoHS، وEU REACH، ومعايير الخلو من الهالوجين (Br < 900 جزء في المليون، Cl < 900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون). تسهّل المسافة القياسية 2.54 مم بين الأطراف التكامل السهل في لوحات الدوائر المطبوعة القياسية (PCBs).

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 100 مللي أمبير
• التيار الأمامي القصوي (I_FP): 1.0 أمبير (عرض النبضة ≤ 100 ميكروثانية، دورة العمل ≤ 1%)
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت
• درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -40°م إلى +85°م
• درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40°م إلى +100°م
• درجة حرارة اللحام (T_sol): 260°م (لمدة ≤ 5 ثوانٍ)
• تبديد الطاقة (P_d): 150 ميلي واط (عند أو أقل من درجة حرارة هواء حر 25°م)

2.2 الخصائص الكهروضوئية (T_a= 25°م)

هذه هي معلمات الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• الكثافة الإشعاعية (I_e): عادةً 20 ميلي واط/ستراديان عند I_F= 20 مللي أمبير. تحت الظروف النبضية (I_F= 100 مللي أمبير، النبضة ≤ 100 ميكروثانية، دورة العمل ≤ 1%)، يمكن أن تصل إلى 95 ميلي واط/ستراديان، وإلى 950 ميلي واط/ستراديان عند I_F= 1 أمبير مع نفس قيود النبضة.
• الطول الموجي القصوي (λ_p): 875 نانومتر (عند I_F= 20 مللي أمبير)
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): 80 نانومتر (عند I_F= 20 مللي أمبير)
• الجهد الأمامي (V_F): 1.3 فولت (نموذجي)، 1.6 فولت (أقصى) عند I_F= 20 مللي أمبير
• التيار العكسي (I_R): 10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R= 5 فولت
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 20 درجة (عند I_F= 20 مللي أمبير)

ملاحظة: شكوك القياس هي ±0.1 فولت لـ V_F, ±10% لـ I_e, و ±1.0 نانومتر لـ λ_p.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة أساسية لمهندسي التصميم.

3.1 التيار الأمامي مقابل درجة حرارة المحيط

يُظهر منحنى التخفيض هذا كيف ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر مع زيادة درجة حرارة المحيط فوق 25°م. تتطلب إدارة الحرارة المناسبة الرجوع إلى هذا الرسم البياني لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان الموثوقية طويلة المدى.

3.2 توزيع الطيف

يوضح الرسم البياني إخراج الطاقة الإشعاعية النسبية عبر طيف الأطوال الموجية، متمركزًا حول القمة 875 نانومتر. يشير عرض النطاق 80 نانومتر إلى نطاق الأطوال الموجية المنبعثة، وهو أمر مهم لمطابقة منحنى حساسية مستشعر الاستقبال.

3.3 طول موجة الانبعاث القصوى مقابل درجة حرارة المحيط

يُظهر هذا المنحنى الانزياح في الطول الموجي القصوي (λ_p) مع تغيرات درجة حرارة المحيط. فهم هذا الانحراف الحراري أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب محاذاة دقيقة للطول الموجي.

3.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

منحنى I-V أساسي لتصميم الدائرة، حيث يُظهر العلاقة غير الخطية بين التيار المار عبر الثنائي والجهد عبره. فهو يساعد في اختيار مقاومات تحديد التيار المناسبة ومتطلبات مصدر الطاقة.

3.5 الكثافة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يُظهر هذا الرسم البياني الإخراج البصري (الكثافة الإشعاعية) كدالة لتيار التشغيل. يكون عادةً دون خطي عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وتأثيرات الكفاءة، مما يسلط الضوء على أهمية تشغيل الثنائي ضمن نطاقه الأمثل.

3.6 الكثافة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

يحدد هذا الرسم البياني القطبي نمط الانبعاث المكاني أو زاوية الرؤية للثنائي. تشير زاوية الرؤية 20 درجة إلى حزمة مركزة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء الموجهة.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

يُحتوى SIR383C في عبوة ثنائي باعث قياسية دائرية مقاس 5 مم. تشمل الأبعاد الرئيسية قطر الجسم 5.0 مم، ومسافة قياسية نموذجية بين الأطراف 2.54 مم، وطول إجمالي. يُحدد القطب السالب عادةً بجانب مسطح على عدسة الثنائي و/أو طرف أقصر. جميع الأبعاد لها تسامح ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يجب على المهندسين الرجوع إلى الرسم الميكانيكي التفصيلي في ورقة البيانات لتصميم الموضع والمساحة بالضبط.

5. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة الصحيحة أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة الجهاز وأدائه.

5.1 تشكيل الأطراف

• يجب أن يحدث الانحناء على الأقل 3 مم من قاعدة المصباح الإيبوكسي.
• شكل الأطراف قبل اللحام وتجنب إجهاد العبوة.
• اقطع الأطراف في درجة حرارة الغرفة، وليس عندما تكون ساخنة.
• تأكد من محاذاة ثقوب PCB تمامًا مع أطراف الثنائي لتجنب إجهاد التركيب.

5.2 التخزين

• قم بالتخزين عند ≤ 30°م و ≤ 70% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي هو 3 أشهر تحت هذه الظروف.
• للتخزين الأطول (حتى سنة واحدة)، استخدم حاوية محكمة الغلق بجو نيتروجين ومجفف.
• تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.

5.3 اللحام

حافظ على مسافة دنيا 3 مم من نقطة اللحام إلى المصباح الإيبوكسي.

• اللحام اليدوي: درجة حرارة طرف المكواة ≤ 300°م (لمكواة بقدرة قصوى 30 واط)، وقت اللحام ≤ 3 ثوانٍ.
• اللحام بالموجة/الغمس: التسخين المسبق ≤ 100°م (60 ثانية كحد أقصى)، حمام اللحام ≤ 260°م لمدة ≤ 5 ثوانٍ.
• تجنب الإجهاد على الأطراف أثناء اللحام وبعده مباشرة بينما يكون الجهاز ساخنًا.
• لا تقم بإجراء لحام الغمس/اليدوي أكثر من مرة واحدة.
• اسمح للثنائي بالتبريد تدريجيًا إلى درجة حرارة الغرفة، وحميه من الصدمات أو الاهتزازات أثناء التبريد.

5.4 التنظيف

• إذا لزم الأمر، نظف فقط باستخدام كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لمدة ≤ دقيقة واحدة. جفف بالهواء.
• تجنب التنظيف بالموجات فوق الصوتية. إذا كان مطلوبًا تمامًا، فقم بتأهيل معلمات العملية مسبقًا لضمان عدم حدوث تلف.

5.5 إدارة الحرارة

يجب النظر في إدارة الحرارة خلال مرحلة تصميم التطبيق. يجب تخفيض تصنيف تيار التشغيل وفقًا لمنحنى التيار الأمامي مقابل درجة حرارة المحيط لمنع ارتفاع درجة حرارة الوصلة بشكل مفرط، مما يمكن أن يقلل من الأداء والعمر الافتراضي.

6. معلومات التغليف والطلب

6.1 مواصفات الملصق

يتضمن ملصق المنتج معلومات مثل رقم جزء العميل (CPN)، ورقم المنتج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ورتب أداء متنوعة (CAT للكثافة، HUE للطول الموجي، REF للجهد)، جنبًا إلى جنب مع رقم الدفعة ورموز التاريخ.

6.2 كمية التعبئة

التعبئة القياسية هي 500 قطعة لكل كيس، مع 5 أكياس داخل كل صندوق داخلي. يحتوي الكرتون القياسي على 10 صناديق داخلية، بإجمالي 5000 قطعة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء: كثافته الإشعاعية العالية، خاصة تحت التشغيل النبضي، تجعله مناسبًا لأجهزة التحكم عن بعد طويلة المدى أو عالية الطاقة.
• كاشفات الدخان: يُستخدم في كاشفات الدخان الكهروضوئية حيث يتم تشتيت حزمة الأشعة تحت الحمراء بواسطة جزيئات الدخان على مستقبل.
• أنظمة الأشعة تحت الحمراء التطبيقية: إرسال عام للأشعة تحت الحمراء لروابط البيانات، ومستشعرات القرب، وعوّادات الأشياء، والأتمتة الصناعية.

7.2 اعتبارات التصميم

• تشغيل التيار: استخدم مصدر تيار ثابت أو مقاومة تحديد تيار على التوالي مع الثنائي. راجع منحنيات I-V والتخفيض.
• التشغيل النبضي لإخراج أعلى: للتطبيقات التي تتطلب كثافة لحظية عالية جدًا (مثل الإرسال لمسافات طويلة)، استخدم مواصفات التشغيل النبضي (I_FPحتى 1 أمبير مع قيود صارمة لدورة العمل).
• المطابقة الطيفية: تأكد من أن المستقبل (الترانزستور الضوئي، الثنائي الضوئي، أو وحدة الأشعة تحت الحمراء) لديه حساسية قصوى حول 875 نانومتر للحصول على قوة إشارة مثالية.
• التصميم البصري: قد تتطلب زاوية الرؤية 20 درجة عدسات أو عواكس لتحقيق نمط الحزمة المطلوب.
• تخطيط PCB: اتبع الأبعاد الميكانيكية بدقة والتزم بقاعدة المسافة الدنيا 3 مم بين اللحام والجسم.

8. المقارنة والتمييز التقني

مقارنةً بثنائيات الأشعة تحت الحمراء العامة مقاس 5 مم، يقدم SIR383C مزيجًا متوازنًا من الميزات:

• كثافة عالية: كثافته الإشعاعية النموذجية البالغة 20 ميلي واط/ستراديان عند 20 مللي أمبير تنافسية للعبوات القياسية مقاس 5 مم.
• طول موجي دقيق: القمة 875 نانومتر هي معيار شائع، مما يضمن توافقًا واسعًا مع المستقبلات.
• مواصفات قوية: توفر تصنيفات التشغيل النبضي المحددة بوضوح (حتى 1 أمبير) مرونة في التصميم للتطبيقات ذات الاندفاعات العالية.
• توافق شامل: يضمن التوافق مع RoHS وREACH والخلو من الهالوجين استمرارية التصاميم للأسواق العالمية.
• ملاحظات تطبيقية مفصلة: توفر ورقة البيانات إرشادات شاملة حول المناولة واللحام والتخزين، وهو أمر بالغ الأهمية لعائد التصنيع وموثوقية المنتج.

9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

9.1 ما الفرق بين تصنيفات التيار الأمامي المستمر والنبضي؟

التيار الأمامي المستمر (100 مللي أمبير) هو أقصى تيار مستمر يمكن للثنائي تحمله إلى أجل غير مسمى دون تلف، مع مراعاة الحدود الحرارية. التيار الأمامي القصوي (1 أمبير) هو تيار أعلى بكثير يُسمح به فقط لنبضات قصيرة جدًا (≤100 ميكروثانية) عند دورة عمل منخفضة (≤1%). وهذا يسمح بانبعاثات ضوئية عالية الكثافة لفترة وجيزة دون ارتفاع درجة حرارة شريحة الثنائي.

9.2 كيف يمكنني التعرف على القطب السالب (الطرف السالب)؟

يُشار إلى القطب السالب عادةً بميزتين: 1) جانب مسطح على حافة عدسة الثنائي الدائرية، و2) الطرف السالب عادةً ما يكون أقصر من الطرف الموجب. تحقق دائمًا من القطبية قبل اللحام لتجنب الانحياز العكسي.

9.3 هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي مباشرة من دبوس متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت أو 5 فولت؟

لا، لا يجب عليك توصيله مباشرة. جهد الثنائي الأمامي حوالي 1.3-1.6 فولت. توصيله مباشرة بمصدر جهد أعلى بدون مقاومة تحديد تيار سيتسبب في تدفق تيار مفرط، مما قد يدمر الثنائي على الفور. استخدم دائمًا مقاومة على التوالي محسوبة كـ R = (V_supply- V_F) / I_F.

9.4 لماذا يقتصر شرط التخزين على 3 أشهر؟

يمكن للعبوة البلاستيكية امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء العمليات اللاحقة ذات درجة الحرارة العالية مثل اللحام، يمكن أن تتمدد هذه الرطوبة المحتبسة بسرعة، مما يسبب انفصالًا داخليًا أو تشققًا (ظاهرة "الفرقعة"). يفترض الحد الزمني 3 أشهر ظروف أرضية المصنع القياسية. للتخزين الأطول، يتم وصف طريقة الكيس الجاف (نيتروجين مع مجفف) لمنع امتصاص الرطوبة.

10. حالة تصميم عملية

السيناريو: تصميم جهاز إرسال تحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء بعيد المدى.

الهدف: تحقيق مدى يزيد عن 30 مترًا في بيئة غرفة معيشة نموذجية.

خطوات التصميم:

1. اختيار طريقة التشغيل: لتعظيم المدى، نحتاج إلى طاقة بصرية لحظية عالية. لذلك، سنستخدم التشغيل النبضي عند أقصى تصنيف I_FPالمسموح به وهو 1 أمبير.
2. معلمات النبضة: اضبط عرض النبضة على 100 ميكروثانية ودورة العمل على 1% (مثلًا، تشغيل 100 ميكروثانية، إيقاف 9900 ميكروثانية). هذا يضمن بقائنا ضمن القيم القصوى المطلقة.
3. تصميم الدائرة: يمكن استخدام مفتاح ترانزستور بسيط (مثل NPN أو MOSFET بقناة N) يتم التحكم فيه بواسطة دبوس GPIO لمتحكم دقيق. مقاومة قاعدة/بوابة صغيرة تحد من تيار التحكم. قد لا تزال هناك حاجة لمقاومة على التوالي بين مصدر الطاقة والثنائي لضبط تيار النبضة 1 أمبير بالضبط، مع الأخذ في الاعتبار جهد تشبع الترانزستور.
4. مصدر الطاقة: يجب أن يكون جهد الإمداد مرتفعًا بدرجة كافية للتغلب على V_F(≈1.5 فولت عند تيار عالي) بالإضافة إلى انخفاض الجهد عبر الترانزستور وأي مقاومة على التوالي. عادةً ما يكون مصدر 5 فولت كافيًا.
5. التضمين: يجب تضمين نبضات الأشعة تحت الحمراء عند تردد حامل (مثل 38 كيلوهرتز) متوافق مع المستقبل المقصود. يتم ذلك عن طريق تشغيل وإيقاف نبضات 1 أمبير بمعدل 38 كيلوهرتز داخل الغلاف الزمني 100 ميكروثانية.
6. الاعتبار الحراري: على الرغم من أن دورة العمل منخفضة جدًا، تحقق من أن متوسط الطاقة (P_avg= V_F* I_{F_avg}) ضمن التصنيف 150 ميلي واط. مع نبضات 1 أمبير عند دورة عمل 1%، I_{F_avg}= 10 مللي أمبير. P_avg≈ 1.5 فولت * 0.01 أمبير = 15 ميلي واط، وهو ضمن الحدود بشكل جيد.

تستفيد هذه الطريقة من قدرة الثنائي النبضية لتحقيق مدى أعلى بكثير مما يسمح به التشغيل المستمر بتيار 20 مللي أمبير.

11. مقدمة عن المبدأ

ثنائي باعث الضوء تحت الأحمر (IR LED) هو ثنائي وصلة p-n شبه موصل يبعث ضوءًا تحت أحمر غير مرئي عند انحيازه كهربائيًا في الاتجاه الأمامي. تندمج الإلكترونات مع الفجوات داخل الجهاز، مما يطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي المحدد للضوء المنبعث (مثل 875 نانومتر) بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات المستخدمة، والتي في هذه الحالة هي زرنيخيد الغاليوم ألومنيوم (GaAlAs). لا تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة بالماء بتصفية ضوء الأشعة تحت الحمراء، مما يسمح بكفاءة إرسال عالية. الكثافة الإشعاعية هي مقياس للطاقة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة، مما يشير إلى مدى تركيز وقوة الحزمة المنبعثة.

12. اتجاهات التطوير

يستمر مجال ثنائيات الأشعة تحت الحمراء في التطور. تشمل الاتجاهات العامة الملحوظة في الصناعة:

• زيادة الكفاءة: تطوير مواد شبه موصلة جديدة وهياكل شرائح (مثل flip-chip، رقيقة-film) لتحقيق كثافة إشعاعية أعلى وكفاءة تحويل طاقة (الطاقة البصرية الخارجة / الطاقة الكهربائية الداخلة) من نفس أحجام العبوات أو أصغر.
• التصغير: الطلب على مساحات عبوات أصغر (مثل 0402، 0603 SMD) لتمكين أجهزة إلكترونية أكثر إحكاما، خاصة في الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة القابلة للارتداء.
• تعزيز الموثوقية: تحسينات في مواد وعمليات التغليف لتحمل درجات حرارة لحام أعلى (متوافقة مع متطلبات الخلو من الرصاص)، وظروف بيئية أقسى، وعمر تشغيلي أطول.
• حلول متكاملة: نمو وحدات باعث-مستشعر مجتمعة ودوائر متكاملة خاصة بالتطبيق (ASICs) التي تتضمن مشغلات، ومضمنات، ومنطق، مما يبسط تصميم النظام للمستخدمين النهائيين.
• تنويع الطول الموجي: توفر ثنائيات الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية قياسية متنوعة (مثل 850 نانومتر، 940 نانومتر، 1050 نانومتر) لتناسب تطبيقات مختلفة، مثل تجنب التداخل مع الضوء المحيط (940 نانومتر أقل وضوحًا) أو مطابقة حساسيات مستشعرات محددة.