ورقة بيانات باعث الأشعة تحت الحمراء LTE-3271T - الطول الموجي 940 نانومتر - تيار عالي وجهد أمامي منخفض - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTE-3271T ديود باعث للضوء (LED) عالي القدرة للأشعة تحت الحمراء (IR)، مُصمم للتطبيقات التي تتطلب إخراجًا بصريًا قويًا. تكمن ميزاته الأساسية في بنيته المتخصصة للتعامل مع تيارات القيادة العالية مع الحفاظ على انخفاض نسبي في الجهد الأمامي، مما يساهم في كفاءة أعلى في التصاميم الحساسة للطاقة. يعمل هذا الباعث عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر، مما يضعه في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، وهو مثالي لتطبيقات مثل مستشعرات القرب، والمفاتيح البصرية، وأنظمة التحكم عن بُعد حيث يكون انبعاث الضوء المرئي غير مرغوب فيه. يتميز الجهاز بزاوية رؤية واسعة، مما يضمن نمط إشعاع واسع وموحد مناسب للإضاءة أو الاستشعار للمناطق.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تصنيف الجهاز لتيار أمامي مستمر أقصى (I_F) بقيمة 100 مللي أمبير. ومع ذلك، فهو قادر على التعامل مع تيارات ذروة أعلى بكثير تحت التشغيل النبضي، بتصنيف 2 أمبير لنبضات مدتها 10 ميكروثانية بمعدل 300 نبضة في الثانية. هذا يسلط الضوء على ملاءمته للتطبيقات النبضية مثل نقل البيانات أو الاستشعار في وضع الدفعات. أقصى تبديد للطاقة هو 150 ملي واط. نطاقات درجة حرارة التشغيل والتخزين محددة من -40°C إلى +85°C ومن -55°C إلى +100°C على التوالي، مما يشير إلى أداء قوي عبر مجموعة واسعة من الظروف البيئية. يمكن للجهاز تحمل جهد عكسي (V_R) يصل إلى 5 فولت.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس معايير الأداء الرئيسية عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25°C. يتميز الجهاز بنظام تصنيف (Binning) لإخراجه الإشعاعي:

• التصنيف B:التوهج الإشعاعي للفتحة (E_e) 0.64 - 1.20 ملي واط/سم²؛ الشدة الإشعاعية (I_E) 4.81 - 9.02 ملي واط/ستراديان (عندI_F=20 مللي أمبير).
• التصنيف C: E_e0.80 - 1.68 ملي واط/سم²؛I_E6.02 - 12.63 ملي واط/ستراديان.
• التصنيف D: E_e1.12 ملي واط/سم² (الحد الأدنى)؛I_E8.42 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى).

الجهد الأمامي (V_F) هو عادة 1.6 فولت عند 50 مللي أمبير و 2.1 فولت عند 250 مللي أمبير، مما يؤكد خاصية عمله بجهد منخفض. يتركز طول موجة الانبعاث الذروة عند 940 نانومتر مع عرض نصف طيفي نموذجي (Δλ) يبلغ 50 نانومتر. زاوية الرؤية (2θ_1/2) هي 50 درجة، مما يحدد المخروط الذي تكون فيه الشدة الإشعاعية على الأقل نصف قيمتها القصوى.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يستخدم المنتج نظام تصنيف للأداء يعتمد على الإخراج الإشعاعي. يقوم هذا النظام بتجميع الأجهزة وفقًا لقوتها البصرية المقاسة (الشدة الإشعاعية والتوهج الإشعاعي للفتحة) عند تيار اختبار قياسي يبلغ 20 مللي أمبير. تمثل التصنيفات B و C و D مستويات مختلفة من الإخراج البصري، حيث يوفر التصنيف D أعلى حد أدنى مضمون للإخراج. وهذا يسمح للمصممين باختيار المكونات التي تتطابق بدقة مع متطلبات الحساسية لأجهزة الكشف المقترنة بها أو احتياجات الإضاءة لتطبيقهم، مما يضمن أداءً ثابتًا للنظام.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية مميزة. يوضح الشكل 1توزيع الطيف، موضحًا النطاق الضيق للانبعاث حول 940 نانومتر. يصور الشكل 2التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطةمنحنى التخفيض، موضحًا كيف ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر مع زيادة درجة الحرارة المحيطة لمنع ارتفاع درجة الحرارة. الشكل 3 هومنحنى الجهد-التيار (I-V) القياسي، موضحًا العلاقة بين التيار الأمامي والجهد الأمامي. يوضح الشكل 4 كيفالشدة الإشعاعية النسبيةتتناقص مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. يوضح الشكل 5 كيفالشدة الإشعاعية النسبيةتزداد مع التيار الأمامي، موضحًا قابلية توسيع نطاق إخراج الجهاز. الشكل 6 هومخطط الإشعاع، وهو رسم قطبي يمثل زاوية الرؤية البالغة 50 درجة بصريًا. يوضح الشكل 7 بالتفصيلتيار الذروة الأمامي مقابل مدة النبضة، مما يوفر بيانات حاسمة لتصميم دوائر القيادة النبضية الآمنة من خلال إظهار الحد الأقصى المسموح به للتيار لعرض نبضة ودورة عمل معينين.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

يأتي الجهاز في غلاف LED قياسي مع حافة. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. أقصى بروز للراتنج تحت الحافة هو 1.5 مم. يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم الغلاف. يحدد الرسم الأبعاد المحدد من ورقة البيانات الطول والعرض والارتفاع وقطر الأطراف والموضع بدقة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد القيم القصوى المطلقة أنه يمكن لحام الأطراف عند درجة حرارة 260°C لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على مسافة 1.6 مم (0.063 بوصة) من جسم الغلاف. هذه معلمة حاسمة لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق. تجاوز هذه الدرجة أو الوقت يمكن أن يتلف شريحة أشباه الموصلات الداخلية أو سلامة الغلاف. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل والتجميع.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

يعد LTE-3271T مناسبًا لمجموعة متنوعة من تطبيقات الأشعة تحت الحمراء، بما في ذلك:وحدات التحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراءلإلكترونيات المستهلك،مستشعرات القرب والوجودفي الأجهزة أو أنظمة الأمان،المفاتيح والمشفرات البصريةفي المعدات الصناعية،كشف الأشياءفي الأتمتة، وإضاءة الرؤية الليليةعند اقترانه بكاميرا حساسة للأشعة تحت الحمراء.

7.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:يوصى باستخدام مصدر تيار ثابت لإخراج بصري مستقر، حيث تعتمد شدة LED بشكل أساسي على التيار. يجب أن تحترم دائرة القيادة كلاً من حدود التيار المستمر والنبضي.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن الجهاز له نطاق تشغيل واسع، فإن الحفاظ على درجة حرارة تقاطع أقل سيضمن عمرًا أطول وإخراجًا مستقرًا. ضع في اعتبارك استخدام مشتت حراري للتطبيقات ذات دورة العمل العالية أو التيار العالي.
• التصميم البصري:يجب أخذ زاوية الرؤية البالغة 50 درجة في الاعتبار في تصميم العدسة أو الهيكل. بالنسبة للتطبيقات طويلة المدى، قد تكون هناك حاجة إلى عدسة ثانوية لتجميع الحزمة.
• الاقتران مع الكاشف:تأكد من أن كاشف الضوء أو المستشعر المختار حساس في منطقة 940 نانومتر للحصول على أداء مثالي للنظام.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED القياسية منخفضة التيار للأشعة تحت الحمراء، فإن المميزات الرئيسية لـ LTE-3271T هيقدرته العالية على التيار(حتى 2 أمبير نبضي) وجهد الأمامي المنخفض. يسمح هذا المزيج له بتقديم طاقة بصرية أعلى من جهد إمداد معين، مما يحسن الكفاءة. يوفر التصنيف الصريح للشدة الإشعاعية مستويات أداء مضمونة، مما يوفر ميزة على الأجزاء غير المصنفة حيث يمكن أن يختلف الإخراج بشكل كبير. زاوية الرؤية الواسعة مفيدة للتطبيقات التي تتطلب تغطية واسعة بدلاً من حزمة ضيقة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس متحكم دقيق 5 فولت؟

ج: لا. عادةً لا يمكن لدبوس المتحكم الدقيق توفير 100 مللي أمبير بشكل مستمر. يجب عليك استخدام ترانزستور أو دائرة قيادة مخصصة. علاوة على ذلك، يجب عليك تضمين مقاومة محددة للتيار، لأن الجهد الأمامي المنخفض لـ LED سيسبب تيارًا مفرطًا إذا تم توصيله مباشرة بـ 5 فولت.

س: ما الفرق بين الشدة الإشعاعية (ملي واط/ستراديان) والتوهج الإشعاعي للفتحة (ملي واط/سم²)؟

ج: تقيس الشدة الإشعاعية الطاقة البصرية لكل زاوية صلبة (ستراديان)، موضحة مدى تركيز الضوء. يقيس التوهج الإشعاعي للفتحة الطاقة لكل وحدة مساحة عند مسافة/موضع محدد، وغالبًا ما يكون ذا صلة بأجهزة الاستشعار. يرتبط كلاهما من خلال الهندسة ونمط الإشعاع.

س: كيف أختار بين التصنيف B أو C أو D؟

ج: اختر بناءً على حساسية دائرة المستقبل الخاصة بك والمسافة التشغيلية المطلوبة. يوفر التصنيف D أعلى إخراج مضمون لأقصى مدى أو قوة إشارة. بالنسبة للتطبيقات الأقل تطلبًا، قد يكون التصنيف B أو C كافيًا وفعالًا من حيث التكلفة.

10. حالة تصميم عملية

الحالة: تصميم مستشعر قرب بعيد المدى.

لمستشعر يحتاج إلى مدى 2 متر، سيختار المصمم LTE-3271T في التصنيف D للحصول على أقصى إخراج. سيقومون بتصميم دائرة قيادة نبضية تعمل عند الحد الأقصى المصنف 2 أمبير لنبضات قصيرة جدًا (مثل 10 ميكروثانية) بدورة عمل منخفضة (مثل 1٪)، كما هو موضح في الشكل 7. وهذا يوفر طاقة بصرية لحظية عالية لنسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل عند الكاشف دون تجاوز حد تبديد الطاقة المتوسط. سيتم وضع عدسة فوق الباعث لتضييق الحزمة من 50 درجة الأصلية إلى حوالي 10-15 درجة، وتركيز الطاقة على المنطقة المستهدفة على بعد 2 متر. سيكون لكاشف الضوء المقترن مرشح نطاق ضيق يتركز عند 940 نانومتر لرفض الضوء المحيط.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

ديود باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (IR LED) هو ديود تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد البالغ 940 نانومتر بواسطة طاقة فجوة النطاق لمواد أشباه الموصلات المستخدمة في بناء الديود (عادةً زرنيخيد ألومنيوم جاليوم، AlGaAs). زاوية الرؤية الواسعة هي نتيجة لتصميم الغلاف وموضع شريحة أشباه الموصلات بالنسبة لعدسة الإيبوكسي.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر اتجاه تكنولوجيا باعث الأشعة تحت الحمراء نحو كفاءة أعلى (مزيد من طاقة الإخراج البصري لكل واط مدخل كهربائي)، مما يقلل من توليد الحرارة واستهلاك الطاقة. هناك أيضًا تطور نحو قدرات تضمين عالية السرعة لتطبيقات اتصالات البيانات مثل IrDA أو الشبكات اللاسلكية البصرية. التكامل هو اتجاه آخر، حيث يتم دمج البواعث مع مشغلات أو أجهزة استشعار أو منطق في وحدات أو دوائر متكاملة واحدة لتبسيط تصميم النظام. يظل مبدأ التشغيل الأساسي قائمًا على فيزياء أشباه الموصلات، لكن التقدم في المواد (مثل مركبات III-V الجديدة) وتقنيات التغليف يقود تحسينات الأداء.