ورقة بيانات مُصدر الأشعة تحت الحمراء LTE-3226 - عبوة 5.0 مم - طول موجي 850 نانومتر - جهد أمامي 1.6 فولت - تبديد طاقة 120 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد مُصدر الأشعة تحت الحمراء LTE-3226 مُصدرًا عالي الأداء مُصممًا للتطبيقات التي تتطلب أوقات استجابة سريعة وإخراجًا بصريًا كبيرًا. تشمل مزاياه الأساسية التشغيل عالي السرعة، وإخراج طاقة إشعاعية عالية، وملاءمته لأنظمة القيادة النبضية، وعبوة شفافة تسهل المحاذاة البصرية الدقيقة. يستهدف هذا الجهاز عادةً الأسواق التي تشمل أنظمة التحكم عن بُعد، والمفاتيح البصرية، وأجهزة الاستشعار الصناعية، وروابط اتصال البيانات قصيرة المدى حيث تكون إشارات الأشعة تحت الحمراء الموثوقة ضرورية.

2. تحليل مُعمق للمُعاملات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تُحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُوصى بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لفترات طويلة.

• تبديد الطاقة (P_D):120 ميلي واط. هذه هي أقصى طاقة إجمالية يمكن للجهاز تبديدها كحرارة تحت أي ظروف تشغيل عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):1 أمبير. يُسمح بهذا التيار العالي فقط تحت ظروف نبضية محددة: عرض نبضة 10 ميكروثانية ومعدل تكرار نبضة لا يتجاوز 300 نبضة في الثانية. هذا التقييم حاسم للتطبيقات مثل الإشارات عالية السطوع قصيرة المدة.
• تيار الأمام المستمر (I_F):60 ميلي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه باستمرار على الجهاز.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا الجهد في الاتجاه العكسي في انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يضمن هذا النطاق الواسع الموثوقية في الظروف البيئية القاسية.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260 درجة مئوية لمدة 6 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم من جسم العبوة. يُحدد هذا تحمل الملف الحراري لعمليات التجميع.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المُعاملات عند T_A=25 درجة مئوية وتُحدد الأداء النموذجي للجهاز تحت ظروف الاختبار المحددة.

• الشدة الإشعاعية (I_e):مُعلمة إخراج بصرية رئيسية. القيم النموذجية هي 26 ميلي واط/ستراديان عند I_F=20 ميلي أمبير و 65 ميلي واط/ستراديان عند I_F=50 ميلي أمبير. يُبرز الزيادة الكبيرة مع التيار قدرة الجهاز على إخراج طاقة عالية.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):850 نانومتر (نموذجي). يضع هذا الجهاز في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، وهو مثالي لكاشفات السيليكون الضوئية وأقل وضوحًا للعين البشرية من الأطوال الموجية الأقصر.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):40 نانومتر (نموذجي). يشير هذا إلى عرض النطاق الطيفي للضوء المنبعث.
• جهد الأمام (V_F):1.6 فولت (نموذجي)، بحد أقصى 2.0 فولت عند I_F=50 ميلي أمبير. يُعد هذا الجهد المنخفض مفيدًا لتصميم الدوائر منخفضة الطاقة.
• التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5 فولت.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):25 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى، مما يُحدد الانتشار الزاوي للحزمة.

3. تحليل منحنى الأداء

توفر ورقة البيانات عدة تمثيلات بيانية لسلوك الجهاز، وهي بالغة الأهمية لتحسين التصميم.

3.1 التوزيع الطيفي (الشكل 1)

يُظهر هذا المنحنى الشدة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي، متمركزًا حول الذروة 850 نانومتر مع نصف العرض المميز 40 نانومتر. يؤكد أن الجهاز يُصدر في نطاق الأشعة تحت الحمراء المقصود.

3.2 تيار الأمام مقابل جهد الأمام (الشكل 3)

يُوضح منحنى التيار-الجهد هذا العلاقة غير الخطية بين التيار والجهد. يمكن رؤية V_Fالنموذجي البالغ 1.6 فولت عند 50 ميلي أمبير. يستخدم المصممون هذا لحساب قيم المقاوم التسلسلي وتبديد الطاقة في LED.

3.3 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل تيار الأمام (الشكل 5)

يُظهر هذا الرسم البياني الزيادة فوق الخطية في الإخراج البصري مع تيار القيادة، مما يُبرر استخدام التشغيل النبضي عالي التيار (حتى تصنيف الذروة 1 أمبير) لتحقيق سطوع لحظي عالٍ جدًا.

3.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 4)

يُظهر هذا المنحنى معامل درجة الحرارة السالب للإخراج البصري. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، تنخفض الشدة الإشعاعية. يجب أخذ هذا في الاعتبار في التصميمات التي تعمل على كامل نطاق درجة الحرارة لضمان قوة إشارة متسقة.

3.5 مخطط الإشعاع (الشكل 6)

يمثل هذا الرسم القطبي زاوية المشاهدة 25 درجة بشكل مرئي، ويُظهر التوزيع المكاني للضوء تحت الأحمر المنبعث. إنه ضروري لتصميم العدسات والعواكس ومحاذاة المُصدر مع الكاشف.

4. معلومات الميكانيكا والتعبئة

4.1 أبعاد العبوة

يأتي LTE-3226 في عبوة قياسية 5.0 مم بأطراف شعاعية مع عدسة شفافة. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام ±0.25 مم؛ أقصى بروز للراتنج تحت الحافة 1.5 مم؛ ويتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم العبوة.

4.2 تحديد القطبية

يحتوي الجهاز على جانب مسطح على جسم العبوة، والذي يشير عادةً إلى الطرف الكاثود (السالب). الطرف الأطول عادةً هو الأنود (الموجب). تحقق دائمًا من القطبية قبل التوصيل لمنع تلف الانحياز العكسي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

يُعد الالتزام بمواصفات اللحام أمرًا حيويًا للموثوقية. يُحدد الحد الأقصى المطلق أن الأطراف يمكن أن تتعرض لـ 260 درجة مئوية لمدة 6 ثوانٍ عند القياس على بعد 1.6 مم من جسم العبوة. يعني هذا أنه أثناء اللحام الموجي أو اليدوي، يجب تقليل وقت التعرض للحرارة. بالنسبة للحم إعادة التدفق، يُوصى بملف ذو درجة حرارة ذروة أقل من 260 درجة مئوية للبقاء ضمن هذا الحد. يمكن أن يؤدي التعرض المطول لدرجات الحرارة العالية إلى تدهور الإيبوكسي الداخلي والمواد شبه الموصلة.

6. اقتراحات التطبيق

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• أجهزة التحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء:تجعل السرعة والطاقة العالية منه مناسبًا لنقل نبضات البيانات المشفرة.
• المفاتيح البصرية وأجهزة الاستشعار:تُستخدم في اكتشاف الأشياء والعد واستشعار الموضع عند اقترانها بكاشف ضوئي.
• روابط البيانات الصناعية:للاتصالات التسلسلية قصيرة المدى والمحصنة ضد الضوضاء في البيئات الكهربائية الصاخبة.
• أنظمة الأمان:كمصدر إضاءة غير مرئي للكاميرات الحساسة للأشعة تحت الحمراء.

6.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومًا تسلسليًا أو مُشغل تيار ثابت لتحديد تيار الأمام إلى المستوى المطلوب (مثل 20 ميلي أمبير، 50 ميلي أمبير، أو نبضي 1 أمبير)، ولا تتصل مباشرة بمصدر جهد أبدًا.
• إدارة الحرارة:بينما يمكن للعبوة تبديد 120 ميلي واط، قد يتطلب التشغيل بتيارات مستمرة عالية أو في درجات حرارة محيطة عالية مراعاة البيئة الحرارية للحفاظ على الأداء والعمر الطويل.
• التصميم البصري:تسمح زاوية المشاهدة 25 درجة والعبوة الشفافة بالاقتران السهل مع العدسات أو أنابيب الضوء لتشكيل الحزمة لتطبيقات محددة.
• حماية الدائرة:فكر في إضافة ثنائي حماية بانحياز عكسي بالتوازي إذا تعرض LED لجهد عكسي محتمل يتجاوز 5 فولت.

7. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بـ LEDs الأشعة تحت الحمراء منخفضة الطاقة القياسية، فإن المميزات الرئيسية لـ LTE-3226 هيقدرته العالية السرعةوإخراج الطاقة العالي، خاصة تحت الظروف النبضية. تصنيف تيار الذروة 1 أمبير أعلى بكثير من LEDs الأشعة تحت الحمراء المؤشر النموذجية. توفر العبوة الشفافة، على عكس العبوة المنتشرة أو الملوّنة، حزمة أكثر توجيهًا وكفاءة، وهو أمر مفيد للتطبيقات المركزة. يعد طوله الموجي 850 نانومتر معيارًا شائعًا، مما يضمن توافقًا واسعًا مع كاشفات السيليكون الضوئية والمستقبلات.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المُعاملات التقنية)

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

أ: لا. لا يمكن لدبوس متحكم دقيق نموذجي توفير 50-60 ميلي أمبير بشكل مستمر، ويتطلب LED تحديد التيار. يجب عليك استخدام مفتاح ترانزستور (مثل BJT أو MOSFET) يتم تشغيله بواسطة دبوس MCU، مع مقاوم تسلسلي لضبط تيار LED بناءً على جهد الإمداد و V_F.

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

أ: تقيس الشدة الإشعاعية الطاقة البصرية لكل زاوية صلبة (ستراديان)، موضحة مدى تركيز الحزمة. يقيس الوقوع الإشعاعي للفتحة كثافة الطاقة الواصلة إلى مساحة سطحية محددة (سم²) على مسافة معينة. الأخير أكثر فائدة مباشرة لحساب مستوى الإشارة على كاشف بمساحة معروفة.

س: كيف تؤثر زاوية المشاهدة 25 درجة على تصميمي؟

أ: تُحدد انتشار الحزمة. بالنسبة للتطبيقات طويلة المدى أو ذات الحزمة الضيقة، قد تحتاج إلى عدسة موازية. للتغطية الأوسع، قد تكون الزاوية الأصلية كافية، أو يمكن استخدام موزع.

9. حالة تصميم عملية

السيناريو: تصميم منارة أشعة تحت حمراء طويلة المدى.

الهدف: تعظيم مدى الكشف لمنارة نبضية.

نهج التصميم:

1. دائرة القيادة:استخدم مفتاح MOSFET يتم التحكم فيه بواسطة مؤقت IC لنبض LED عند أقصى تصنيف له: نبضات 1 أمبير بعرض 10 ميكروثانية ودورة عمل منخفضة (مثل <0.3% عند 300 نبضة في الثانية). هذا يوفر طاقة بصرية ذروية تتجاوز بكثير التشغيل المستمر.

2. ضبط التيار:احسب المقاوم التسلسلي: R = (V_{الإمداد}- V_F) / I_FP. لإمداد 5 فولت و V_F~1.8 فولت عند تيار عالٍ، R = (5 - 1.8) / 1 = 3.2 أوم. استخدم مقاوم 3.3 أوم عالي الواط.

3. البصريات:اقترن LED بعدسة موازية صغيرة لتقليل زاوية الحزمة الفعالة من 25 درجة إلى حوالي 5-10 درجات، مركزًا الطاقة المنبعثة في حزمة أضيق لزيادة الشدة عن بُعد.

4. فحص حراري:احسب متوسط الطاقة: P_{المتوسط}= V_F* I_FP* دورة العمل. بدورة عمل 0.3%، P_{المتوسط}≈ 1.8 فولت * 1 أمبير * 0.003 = 5.4 ميلي واط، ضمن حد التبديد 120 ميلي واط تمامًا، مما يضمن عدم ارتفاع درجة الحرارة.

10. مقدمة عن مبدأ التشغيل

LTE-3226 هو ثنائي باعث للضوء (LED). يعتمد تشغيله على الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للوصلة (حوالي 1.6 فولت لهذه المادة)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد مواد أشباه الموصلات المحددة المستخدمة (عادةً زرنيخيد ألومنيوم جاليوم - AlGaAs) طول موجة الفوتونات المنبعثة، والتي في هذه الحالة تكون في نطاق 850 نانومتر للأشعة تحت الحمراء. تعمل عبوة الإيبوكسي الشفافة كعدسة، مشكلة حزمة الإخراج.

11. اتجاهات التكنولوجيا

في مجال مصادر الأشعة تحت الحمراء، تشمل الاتجاهات العامة:

زيادة الكفاءة:تطوير مواد وهياكل لإنتاج طاقة بصرية أكثر (لومن أو تدفق إشعاعي) لكل وحدة من طاقة الإدخال الكهربائية (واط)، مما يقلل من توليد الحرارة واستهلاك الطاقة.

سرعة أعلى:التحسين لمعدلات تشكيل أسرع لدعم سرعات نقل بيانات أعلى في تطبيقات الاتصالات البصرية.

التصغير:التحول نحو عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي وعوامل شكل أصغر، على الرغم من بقاء العبوات ذات الأطراف الشعاعية مثل 5 مم شائعة للنماذج الأولية وتطبيقات الطاقة العالية/التراثية المحددة.

تنويع الطول الموجي:بينما يعد 850 نانومتر و 940 نانومتر معيارين، يتم تطوير أطوال موجية أخرى لتطبيقات الاستشعار المحددة (مثل استشعار الغاز، المراقبة الطبية الحيوية). يظل LTE-3226، كجهاز 850 نانومتر، مكونًا رئيسيًا بسبب توافقه مع كاشفات السيليكون.