ورقة بيانات مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء LTE-7377LM1-TA - عالي السرعة، عالي القدرة، غلاف أزرق - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة مواصفات مكون مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء (IR) عالي الأداء. تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب أوقات استجابة سريعة وقدرة إخراج بصرية كبيرة. يتمحور فلسفة التصميم الأساسية حول الموثوقية والكفاءة في بيئات التشغيل النبضي، مما يجعله مناسبًا لمجموعة من أنظمة الاستشعار والاتصالات. يتم وضع المكون في غلاف أزرق شفاف مميز، مما يمكن أن يساعد في التعرف البصري أثناء التجميع وقد يوفر خصائص ترشيح أو إرسال محددة لطول الموجة المنبعثة.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. هذه القيم ليست للتشغيل المستمر ولكنها تمثل عتبات لا يجب تجاوزها تحت أي ظرف.

• تبديد الطاقة (P_D):200 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة. يتجاوز هذا الحد يخاطر بالهروب الحراري والفشل.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):2 أمبير. ينطبق هذا التقييم تحت ظروف نبضية محددة (100 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). يشير إلى قدرة الجهاز على التعامل مع تيارات لحظية عالية جدًا لفترات قصيرة، وهو أمر بالغ الأهمية لتوليد نبضات بصرية عالية الكثافة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):100 ملي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تمريره عبر الجهاز بشكل مستمر دون تدهور أدائه أو عمره الافتراضي.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. أقصى جهد يمكن تطبيقه في اتجاه الانحياز العكسي. قد يتسبب تجاوز هذا في انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_A):-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي يتم فيه ضمان أن الجهاز يلبي المواصفات المنشورة.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):-55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة للتخزين غير التشغيلي دون تدهور.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم من جسم الغلاف. هذا يحدد تحمل المظهر الحراري لعمليات اللحام الموجي أو اليدوي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعاملات عند درجة حرارة محيطة قياسية تبلغ 25 درجة مئوية وتحدد الأداء النموذجي للجهاز تحت ظروف الاختبار المحددة.

• الشدة الإشعاعية (I_E):35 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى). مقاسة بتيار أمامي (I_F) بقيمة 50 ملي أمبير. تصف الشدة الإشعاعية القدرة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان)، مما يشير إلى سطوع المصدر من اتجاه محدد.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_P):880 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تكون فيه قدرة الإخراج البصرية في أقصى حد. يقع 880 نانومتر في الطيف تحت الأحمر القريب، غير مرئي للعين البشرية ولكنه قابل للكشف بواسطة الثنائيات الضوئية السيليكونية والعديد من أجهزة الاستشعار.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):50 نانومتر (الحد الأقصى). هذه المعلمة، المعروفة أيضًا باسم العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM)، تشير إلى عرض النطاق الطيفي للضوء المنبعث. تشير قيمة 50 نانومتر إلى أنه ليس مصدرًا أحادي اللون ولكنه ينبعث عبر نطاق من الأطوال الموجية يتركز حول 880 نانومتر.
• الجهد الأمامي (V_F):1.5 فولت (الحد الأدنى)، 1.75 فولت (نموذجي)، 2.1 فولت (الحد الأقصى). مقاسة عند تيار نبضي عالي بقيمة 350 ملي أمبير (100 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). هذا هو انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي عند انحيازه للأمام والتوصيل. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة القيادة وحساب تبديد الطاقة.
• التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى). تيار التسرب عند تطبيق انحياز عكسي بقيمة 5 فولت. من المرغوب فيه أن تكون القيمة منخفضة.
• وقت الصعود/الانخفاض (T_r/T_f):40 نانو ثانية (الحد الأقصى). هذا يحدد سرعة تبديل الجهاز، مقاسة كوقت انتقال الإخراج البصري من 10% إلى 90% من قيمته النهائية (الصعود) والعكس صحيح (الانخفاض). يؤكد مواصفة 40 نانو ثانية على ملاءمته للتعديل عالي السرعة والتطبيقات النبضية.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):16 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). تشير زاوية 16 درجة إلى شعاع ضيق نسبيًا، مفيد للإضاءة الموجهة أو الاستشعار عبر مسار محدد.

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص النموذجية الضرورية لتحليل التصميم التفصيلي. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، يتم شرح محتواها النموذجي وأهميتها أدناه.

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

يظهر هذا الرسم البياني العلاقة بين التيار المتدفق عبر الصمام الثنائي والجهد عبره. إنه غير خطي، ويظهر جهد تشغيل/عتبة (حوالي 1.2-1.4 فولت لمصابيح LED تحت الحمراء GaAs) وبعدها يزداد التيار بسرعة مع زيادة صغيرة في الجهد. يستخدم المصممون هذا المنحنى لاختيار مقاومات تحديد التيار المناسبة أو تصميم مشغلات تيار ثابت.

3.2 الشدة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم كيف تزداد قدرة الإخراج البصرية مع تيار القيادة. يكون خطيًا عادةً على نطاق واسع ولكن قد يشبع عند تيارات عالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة الداخلية. يرتبط ميل هذا الخط بكفاءة الكم الخارجية للجهاز.

3.3 الشدة الإشعاعية مقابل درجة الحرارة المحيطة

يوضح هذا المنحنى اعتماد الإخراج البصري على درجة الحرارة. بالنسبة لمصابيح LED، تنخفض الشدة الإشعاعية عمومًا مع زيادة درجة حرارة الوصلة. عامل التخفيض هذا بالغ الأهمية لتصميم الأنظمة التي تعمل على نطاق درجة الحرارة الكامل (-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) لضمان أداء متسق.

3.4 التوزيع الطيفي

رسم بياني يظهر القدرة البصرية النسبية المنبعثة كدالة للطول الموجي. سيكون الذروة عند 880 نانومتر النموذجي ويكون له عرض محدد بواسطة مواصفة 50 نانومتر FWHM. هذا مهم لمطابقة المصدر مع الحساسية الطيفية للكاشف المستخدم.

4. معلومات الميكانيكية والغلاف

4.1 أبعاد الغلاف

يستخدم الجهاز تنسيق غلاف LED قياسي مع حافة للاستقرار الميكانيكي وربما لتبديد الحرارة. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية من ورقة البيانات:

• جميع الأبعاد بالمليمترات، مع البوصات بين قوسين.
• ينطبق تسامح عام قدره ±0.25 مم (±0.010 بوصة) ما لم يكن لميزة محددة إشارة مختلفة.
• قد يبرز الراتنج تحت الحافة بحد أقصى 1.5 مم (0.059 بوصة).
• يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم الغلاف، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم بصمة PCB.

يوفر الرسم الأبعاد المحدد قيمًا دقيقة لطول الجسم، العرض، الارتفاع، قطر الأطراف، والتباعد.

4.2 تحديد القطبية

مصابيح LED تحت الحمراء هي مكونات مستقطبة. يحتوي الغلاف عادةً على جانب مسطح أو شق على الحافة للإشارة إلى الطرف الكاثود (السالب). قد يشير الطرف الأطول أيضًا إلى الأنود (الموجب)، ولكن علامة الغلاف هي المرجع الحاسم. القطبية الصحيحة ضرورية للتشغيل.

5. إرشادات اللحام والتجميع

الالتزام بمواصفات اللحام أمر حيوي لمنع التلف الميكانيكي أو الحراري.

• درجة حرارة اللحام:يمكن للأطراف تحمل 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 5 ثوانٍ، بشرط تطبيق الحرارة على بعد 1.6 مم على الأقل (0.063 بوصة) من جسم الغلاف البلاستيكي. هذا يمنع ذوبان الراتنج أو تعرضه للإجهاد الحراري.
• توصية العملية:للحام بإعادة التدفق، يكون المظهر الحراري القياسي الخالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية مناسبًا. يجب التحكم في الوقت فوق السائل لتقليل إجمالي المدخلات الحرارية.
• التنظيف:إذا كان التنظيف مطلوبًا، استخدم عمليات متوافقة مع راتنج الإيبوكسي الأزرق الشفاف. يجب تجنب المذيبات القاسية.
• ظروف التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة ضمن نطاق درجة حرارة التخزين المحدد (-55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية). يمكن العثور على معلومات مستوى حساسية الرطوبة (MSL)، إذا كانت قابلة للتطبيق، في مواصفة تعبئة منفصلة.

6. معلومات التعبئة والطلب

الصفحة الأخيرة من ورقة البيانات مخصصة لتفاصيل التعبئة. يتضمن هذا عادةً:

• تنسيق التعبئة:من المحتمل أن يتم توريد الأجهزة على شريط وبكرة لوضع آلي، وهو قياسي للمكونات السطحية. يتم تعريف حجم البكرة، عرض الشريط، أبعاد الجيوب، والتوجه هنا.
• الكمية لكل بكرة:العدد القياسي للقطع لكل بكرة (مثل 1000، 2000، 4000).
• رقم الموديل:رقم القطعةLTE-7377LM1-TAهو رمز الطلب الكامل. قد تشير اللواحق مثل "-TA" إلى تعبئة الشريط والبكرة أو خيارات فرز محددة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• استشعار الأشعة تحت الحمراء:أجهزة استشعار القرب، كشف الأشياء، روبوتات تتبع الخط، والمفاتيح البصرية المقاطعة (مثل كشف الورق في الطابعات). زاوية الرؤية الضيقة والسرعة العالية مفيدة.
• الاتصالات البصرية:رؤية الآلة والإضاءة:
• توفير إضاءة غير مرئية لكاميرات المراقبة ذات قدرة الرؤية الليلية أو لأنظمة رؤية الآلة المتخصصة.7.2 اعتبارات التصميم

دائرة القيادة:

• بسبب التيار النبضي المسموح به العالي (2 أمبير)، يكون ترانزستور قيادة مخصص (BJT أو MOSFET) مطلوبًا دائمًا تقريبًا. المقاوم التسلسلي البسيط غير كافٍ لمثل هذه النبضات عالية التيار وسيضيع طاقة مفرطة.تحديد التيار:
• للتشغيل المستمر أو النبضي، يجب تحديد التيار بنشاط لمنع تجاوز القيم القصوى المطلقة. استخدم مشغل تيار ثابت لإخراج بصري مستقر.إدارة الحرارة:
• بينما يحتوي الغلاف على حافة، للتشغيل المستمر عند تيارات عالية (تقترب من 100 ملي أمبير)، يجب مراعاة تخطيط PCB ليعمل كمشتت حراري، خاصة إذا كان التشغيل عند درجات حرارة محيطة عالية.التصميم البصري:
• قد تتطلب زاوية الرؤية 16 درجة عدسات أو موزعات إذا كانت هناك حاجة لنمط شعاع مختلف. يتطلب الطول الموجي 880 نانومتر كاشفًا حساسًا في هذا النطاق (مثل الثنائي الضوئي السيليكوني، الترانزستور الضوئي).الحماية الكهربائية:
• قد يكون من المستحسن استخدام مقاوم تسلسلي صغير أو مثبط جهد عابر (TVS) للحماية من طفرات الجهد، خاصة في البيئات الصناعية، على الرغم من تصنيف الجهد العكسي 5 فولت.8. المقارنة التقنية والتمييز

بناءً على مواصفاته، يميز هذا المصدر تحت الأحمر نفسه في السوق من خلال مزيج من السمات الرئيسية:

مزيج السرعة العالية والقدرة العالية:

• سرعة التبديل 40 نانو ثانية مجتمعة مع شدة إشعاعية عالية (35 ملي واط/ستراديان كحد أدنى) وقدرة تيار نبضي عالية جدًا (2 أمبير) هي ميزة كبيرة للتطبيقات التي تتطلب نبضات ساطعة ومعدلات بيانات سريعة أو توقيت دقيق.مُحسّن للتشغيل النبضي:
• التقييمات الصريحة لتيار الذروة النبضي والجهد الأمامي المحدد تحت ظروف النبض تشير إلى أن الجهاز مصمم لهذا الوضع المتطلب، مما يوفر أداءً وموثوقية أفضل من مصابيح LED المصنفة ببساطة للتيار المستمر.زاوية رؤية ضيقة:
• الشعاع 16 درجة أضيق من العديد من مصابيح LED تحت الحمراء القياسية (التي يمكن أن تكون 30-60 درجة)، مما يوفر ضوءًا أكثر توجيهًا وشدة أعلى على المحور، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء في تطبيقات الاستشعار الموجهة.9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: هل يمكنني تشغيل هذا LED باستخدام دبوس متحكم دقيق 5 فولت باستخدام مقاوم تسلسلي فقط؟

ج: للنبضات القصيرة عند تيار منخفض (مثل 20-50 ملي أمبير)، حساب المقاوم التسلسلي ممكن (R = (V

- V_CC) / I_F). ومع ذلك، للتشغيل النبضي عالي التيار (350 ملي أمبير أو 2 أمبير) الذي صُمم من أجله الجهاز، لا يمكن لدبوس المتحكم الدقيق توفير تيار كافٍ. مفتاح ترانزستور (مثل MOSFET) يتم التحكم فيه بواسطة MCU إلزامي لتوصيل التيار المطلوب من مصدر طاقة منفصل._Fس2: ما هو الغرض من الغلاف الأزرق؟ هل هو فقط للون؟

ج: يعمل راتنج الإيبوكسي الأزرق الشفاف كمرشح تمرير طول موجي قصير. إنه شفاف للضوء تحت الأحمر المنبعث 880 نانومتر ولكنه يحجب أو يضعف الضوء المرئي. يمكن أن يساعد هذا في تقليل التداخل من الضوء المرئي المحيط في الكاشف، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء لنظام الأشعة تحت الحمراء. كما يعمل كمعرف بصري.

س3: كيف أفسر قيمة "الشدة الإشعاعية" لتصميمي؟

ج: الشدة الإشعاعية (ملي واط/ستراديان) هي مقياس لمقدار القدرة البصرية المنبعثة في زاوية صلبة معينة. لتقدير الإشعاع (القدرة لكل وحدة مساحة) على مسافة (د) على المحور البصري، يمكنك استخدام التقريب: E ≈ I

/ د_Eللزوايا الصغيرة، حيث تكون E بوحدة ملي واط/سم² إذا كانت د بوحدة سم. هذا يساعد في تحديد ما إذا كان ما يكفي من الضوء سيصل إلى كاشفك.²س4: الحد الأقصى لدرجة حرارة التخزين هو 100 درجة مئوية، ولكن درجة حرارة اللحام هي 260 درجة مئوية. أليس هذا متناقضًا؟

ج: لا. درجة حرارة التخزين هي للظروف طويلة الأجل غير التشغيلية حيث يكون الغلاف بأكمله بشكل موحد عند تلك درجة الحرارة. تصنيف اللحام هو للتعرض الحراري الموضعي جدًا قصير المدى (5 ثوانٍ) يتم تطبيقه فقط على الأطراف المعدنية، والتي تقوم بتوصيل الحرارة بعيدًا عن الوصلة شبه الموصلة الحساسة وجسم الغلاف.

10. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو: تصميم مشفر بصري عالي السرعة.

يتطلب المشفر الدوراني البصري مصدر ضوء ليمر عبر قرص مشفر إلى مجموعة كاشف ضوئي. يجب أن يعمل المشفر بسرعات دوران عالية، مما يتطلب تبديلًا سريعًا لمصدر الضوء لتجنب التشويش وتمكين كشف الحواف الدقيق.

منطق اختيار المكون:

• تم اختيار LTE-7377LM1-TA لأن وقت الصعود/الانخفاض 40 نانو ثانية يسمح بنبضات بصرية حادة جدًا، مما يمكن النظام من حل التغيرات الموضعية الدقيقة بسرعة عالية. تساعد زاوية الرؤية الضيقة 16 درجة في تركيز الضوء عبر الفتحات الضيقة لقرص المشفر، مما يحسن التباين.تصميم الدائرة:
• يتم تنفيذ دائرة مشغل تيار ثابت باستخدام MOSFET عالي السرعة. يتم تبديل MOSFET بواسطة مؤقت أو إخراج FPGA. يتم ضبط التيار على 100 ملي أمبير (الحد الأقصى المستمر) أو قيمة نبضية مثل 350 ملي أمبير لنبضات أعلى كثافة، مع البقاء ضمن حدود ورقة البيانات. يتم استخدام الجهد الأمامي عند هذا التيار لحساب تبديد الطاقة في المشغل.التخطيط والحراري:
• تطابق بصمة PCB تباعد الأطراف في الرسم الغلافي. يتم وضع وسادة تخفيف حرارية صغيرة متصلة بمستوى أرضي تحت الحافة للمساعدة في تبديد الحرارة أثناء التشغيل المستمر.المحاذاة البصرية:
• يتم محاذاة المصدر والكاشف على جانبي قرص المشفر. يضمن الشعاع الضيق تداخلًا ضئيلًا بين المسارات المجاورة على القرص.11. مبدأ التشغيل

هذا الجهاز هو صمام ثنائي باعث للضوء (LED) يعتمد على وصلة شبه موصلة p-n، يستخدم عادةً مواد مثل زرنيخيد الغاليوم (GaAs) أو زرنيخيد ألومنيوم غاليوم (AlGaAs) لإنتاج ضوء الأشعة تحت الحمراء. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الوصلة، يتم حقق الإلكترونات والثقوب عبر الوصلة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لمادة أشباه الموصلات طول موجة الفوتونات المنبعثة، والتي في هذه الحالة تتركز حول 880 نانومتر. يقوم غلاف الإيبوكسي الأزرق بتغليف شريحة أشباه الموصلات، ويوفر حماية ميكانيكية، ويعمل كعدسة أولية تشكل شعاع الإخراج بينما يقوم بترشيح الأطوال الموجية الأقصر.

12. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر تكنولوجيا مصادر الأشعة تحت الحمراء في التطور جنبًا إلى جنب مع اتجاهات الإلكترونيات الضوئية الأوسع. هناك دفع مستمر نحو كفاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط كهربائي مدخل) لتقليل استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. هذا يمكن مصادر أكثر سطوعًا أو عمر بطارية أطول في الأجهزة المحمولة. اتجاه آخر هو دمج المصادر مع المشغلات ومنطق التحكم في وحدات ذكية، مما يبسط تصميم النظام. علاوة على ذلك، هناك تطور نحو سرعات تبديل أسرع لدعم معدلات بيانات أعلى في الاتصالات البصرية (مثل لـ Li-Fi) واستشعار وقت الطيران (ToF) أكثر دقة لتطبيقات التصوير ثلاثي الأبعاد وLiDAR. يستمر الدفع نحو التصغير أيضًا، مما يؤدي إلى بصمات غلاف أصغر مع الحفاظ على خصائص الأداء أو تحسينها.

Infrared emitter technology continues to evolve alongside broader optoelectronic trends. There is a constant drive towards higher efficiency (more light output per electrical watt input) to reduce power consumption and heat generation. This enables brighter sources or longer battery life in portable devices. Another trend is the integration of emitters with drivers and control logic into smart modules, simplifying system design. Furthermore, there is development towards even faster switching speeds to support higher data rates in optical communication (e.g., for Li-Fi) and more precise time-of-flight (ToF) sensing for 3D imaging and LiDAR applications. The push for miniaturization also continues, leading to smaller package footprints while maintaining or improving performance characteristics.