ورقة بيانات باعث ومستقبل الأشعة تحت الحمراء LTE-3277 - عالي السرعة، عالي الطاقة، غلاف شفاف - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTE-3277 مكونًا كهروضوئيًا عالي الأداء مُصممًا للتطبيقات التي تتطلب أوقات استجابة سريعة وإخراج إشعاعي كبير. تكمن ميزاته الأساسية في الجمع بين التشغيل عالي السرعة والشدة الإشعاعية العالية، مما يجعله مناسبًا للأنظمة التي تعمل بالنبضات. يتم تغليف الجهاز في غلاف شفاف وواضح، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي تتطلب محاذاة بصرية دقيقة أو الحد الأدنى من تداخل الغلاف مع الضوء المنبعث/المكتشف. يشمل السوق المستهدف الأتمتة الصناعية، وأنظمة الاتصالات (مثل نقل البيانات بالأشعة تحت الحمراء)، وتطبيقات الاستشعار، وأنظمة الأمان حيث تكون إشارات الأشعة تحت الحمراء الموثوقة أو الكشف عنها أمرًا بالغ الأهمية.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُوصى بتشغيل الجهاز باستمرار عند هذه الحدود أو بالقرب منها.

• تبديد الطاقة (P_D):120 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة كلية يمكن للجهاز تبديدها كحرارة تحت أي ظروف تشغيل.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):1 أمبير. هذا التصنيف العالي للتيار ينطبق فقط تحت ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). يُبرز قدرة الجهاز على إنتاج دفقات قصيرة وعالية الكثافة من الضوء.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):100 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه باستمرار على الجهاز.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الاتجاه العكسي يمكن أن يسبب الانهيار.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -40°C إلى +85°C. يضمن هذا النطاق الواسع الموثوقية في الظروف البيئية القاسية.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260°C لمدة 6 ثوانٍ على بعد 1.6 مم من جسم الجهاز. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة لمنع التلف الحراري.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم تحديد هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة (T_A) قدرها 25°C وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• الشدة الإشعاعية (I_E):20 ملي واط/ستراديان (الحد الأدنى)، 36 ملي واط/ستراديان (النموذجي) عند I_F= 20 ملي أمبير. يقيس هذا الطاقة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة، مما يشير إلى سطوعه.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):865 نانومتر (نموذجي). يضع هذا الجهاز في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، غير المرئي للعين البشرية ولكنه قابل للكشف بواسطة الثنائيات الضوئية السيليكونية.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):25 نانومتر (نموذجي). يشير هذا إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث.
• الجهد الأمامي (V_F):1.45 فولت (نموذجي)، 1.65 فولت (الحد الأقصى) عند I_F= 20 ملي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر الجهاز عند التوصيل.
• تغير الجهد الأمامي (ΔV_F):0.4 فولت (الحد الأقصى). يُعرّف على أنه V_F@50mA - V_F@20mA، ويشير إلى خاصية المقاومة الديناميكية.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R= 5 فولت. هذا هو تيار التسرب عندما يكون الجهاز متحيزًا عكسيًا.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):25° (الحد الأدنى)، 30° (النموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى، مما يحدد انتشار الحزمة.
• مركز الرقاقة:من 0 إلى 0.12 مم. يحدد هذا التسامح لموقع الرقاقة شبه الموصلة داخل الغلاف، وهو أمر مهم للمحاذاة البصرية.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح العلاقات الرئيسية. هذه الرسوم أساسية لتصميم الدوائر وفهم الأداء تحت الظروف غير القياسية.

3.1 التوزيع الطيفي (الشكل 1)

يُظهر هذا المنحنى الشدة الإشعاعية النسبية كدالة لطول الموجة. يؤكد الذروة عند حوالي 865 نانومتر ونصف العرض 25 نانومتر، مما يوفر نظرة ثاقبة للخصائص الطيفية المفيدة للترشيح واختيار المستقبل.

3.2 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 2)

منحنى التخفيض هذا بالغ الأهمية للإدارة الحرارية. يُظهر كيف ينخفض أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، مما يضمن بقاء الجهاز ضمن منطقة التشغيل الآمنة (SOA) وحدود تبديد الطاقة.

3.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (الشكل 3)

هذا هو منحنى خاصية الجهد-تيار القياسي. يُظهر العلاقة الأسية بين التيار والجهد، وهي أساسية لتصميم دائرة القيادة، سواء كانت تيارًا ثابتًا أو نبضيًا.

3.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 4) والتيار الأمامي (الشكل 5)

يوضح الشكل 4 كيف تنخفض قوة الخرج البصرية مع زيادة درجة الحرارة لتيار تشغيل ثابت (مثل 20 ملي أمبير). معامل الحرارة هذا حيوي للتطبيقات التي تتطلب خرجًا مستقرًا. يُظهر الشكل 5 كيف تزيد قوة الخرج مع تيار التشغيل، مسلطًا الضوء على العلاقة غير الخطية وتأثيرات التشبع عند التيارات الأعلى.

3.5 مخطط الإشعاع (الشكل 6)

يمثل هذا الرسم القطبي زاوية الرؤية (2θ_1/2≈ 30°) بشكل مرئي. تمثل الدوائر المتحدة المركز مستويات الشدة النسبية (مثل 1.0، 0.8، 0.6...). هذا الرسم أساسي لتصميم الأنظمة البصرية، العدسات، وفهم التوزيع المكاني للضوء المنبعث.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد الغلاف

يستخدم الجهاز غلافًا قياسيًا مثقوبًا. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية من ورقة البيانات:

• جميع الأبعاد بالمليمترات (يتم توفير البوصات بين قوسين).
• ينطبق تسامح عام قدره ±0.25 مم (0.010 بوصة) ما لم يُحدد خلاف ذلك.
• أقصى بروز للراتنج تحت الحافة هو 1.5 مم (0.059 بوصة).
• يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم الغلاف.

يقلل مادة الغلاف الشفاف الواضح من امتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث ويسمح بالفحص البصري للرقاقة الداخلية.

4.2 تحديد قطبية الأطراف

لغلاف LED القياسي، عادةً ما يشير الطرف الأطول إلى الأنود (الموجب)، ويشير الطرف الأقصر أو الجانب المسطح على حافة الغلاف إلى الكاثود (السالب). يجب على المصممين الرجوع إلى رسم الغلاف المحدد للتحديد الواضح.

5. إرشادات اللحام والتجميع

يتم إعطاء الحد الأقصى المطلق لحام الأطراف بشكل صريح: 260°C لمدة أقصاها 6 ثوانٍ، مقاسة على مسافة 1.6 مم (0.063 بوصة) من جسم الغلاف. هذه المعلمة بالغة الأهمية لعمليات اللحام الموجي أو اللحام اليدوي.

• لحام إعادة التدفق:على الرغم من عدم ذكره صراحةً للمكونات السطحية، فإن حد 260°C يشير إلى التوافق مع العديد من ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص، بشرط التحكم بعناية في درجة الحرارة القصوى والوقت فوق نقطة الانصهار للحفاظ على الأطراف عند واجهة الغلاف ضمن المواصفات.
• الاحتياطات:تجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف. استخدم تخفيفًا حراريًا مناسبًا أثناء اللحام. لا تتجاوز درجة الحرارة والوقت المحددين.
• ظروف التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد (-40°C إلى +85°C) لمنع امتصاص الرطوبة (والذي يمكن أن يسبب "انفجار الذرة" أثناء إعادة التدفق) وتلف التفريغ الكهروستاتيكي.

6. اقتراحات التطبيق

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• نقل البيانات بالأشعة تحت الحمراء:تجعل قدرته العالية على السرعة مناسبة لروابط البيانات المتوافقة مع IrDA، وأجهزة التحكم عن بعد، والاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى.
• الاستشعار الصناعي:يُستخدم في أجهزة استشعار القرب، وكشف الأجسام، وأنظمة العد، وكشف الحواف في الأتمتة. الغلاف الشفاف مفيد في هذا الصدد.
• أنظمة الأمان:يمكن استخدامه في كواشف كسر الحزمة لإنذارات التسلل أو كمصدر ضوء غير مرئي لإضاءة كاميرات المراقبة مقترنًا بكاميرات حساسة للأشعة تحت الحمراء.
• المفاتيح البصرية والمشفرات:وقت الاستجابة السريع مثالي لاكتشاف التغيرات السريعة في الموضع أو السرعة.

6.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:للتشغيل النبضي (الاستفادة من تيار الذروة 1 أمبير)، هناك حاجة إلى دائرة قيادة ترانزستور أو MOSFET ذات تبديل سريع. مقاومة تحديد التيار إلزامية للتشغيل بالتيار المستمر لمنع تجاوز التيار المستمر 100 ملي أمبير.
• الإدارة الحرارية:حتى مع تبديد أقصى 120 ملي واط، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في لوحة الدوائر المطبوعة أو تبريد حراري إذا كان التشغيل بالقرب من الحدود القصوى، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية. راجع منحنى التخفيض (الشكل 2).
• التصميم البصري:يجب مراعاة زاوية الرؤية 30° ونمط الإشعاع (الشكل 6) عند الاقتران بالعدسات، أو الفتحات، أو المستقبلات لتحقيق شكل الحزمة المطلوب وحساسية الكشف.
• اقتران المستقبل:عند استخدامه كمصدر، قم باقترانه بكاشف ضوئي (ثنائي ضوئي أو ترانزستور ضوئي) حساس حول 865 نانومتر للحصول على أفضل أداء للنظام.

7. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED للأشعة تحت الحمراء القياسية، يتميز LTE-3277 بشكل أساسي من خلال قدراتهعالية السرعةوعالية الطاقةفي غلاف شفاف. تمتلك العديد من مصابيح LED للأشعة تحت الحمراء القياسية تصنيفات تيار ذروة أقل وأوقات صعود/هبوط أبطأ، مما يحد من استخدامها في التطبيقات النبضية عالية النطاق الترددي. يشير الجمع بين تيار الذروة 1 أمبير والملاءمة للتشغيل النبضي إلى تصميم شبه موصل وتغليف محسّنين للتبديد الحراري السريع أثناء النبضات القصيرة، مما يتيح إشارات أكثر سطوعًا وسرعة.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الليد مباشرةً بمصدر طاقة 5 فولت؟
ج: لا. يجب عليك استخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي. على سبيل المثال، لتحقيق I_F=20mA مع V_F~1.5V من مصدر طاقة 5 فولت: R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. استخدم القيمة القياسية التالية (مثل 180Ω) وتحقق من تبديد الطاقة في المقاومة.

س: ماذا يعني "متاح للتشغيل النبضي" عمليًا؟
ج: يعني أن التقاطع شبه الموصّل والغلاف مصممان لتحمل تيارات لحظية عالية جدًا (تصل إلى 1 أمبير) لفترات قصيرة جدًا (10 ميكروثانية) دون تدهور، مما يسمح بخرج بصري ذروة أعلى بكثير مما قد يشير إليه تصنيف التيار المستمر. هذا أمر أساسي لتحقيق مدى طويل أو نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية في الأنظمة النبضية.

س: لماذا زاوية الرؤية مهمة؟
ج: إنها تحدد التغطية المكانية للضوء المنبعث. تنتج الزاوية الضيقة (مثل 30°) حزمة أكثر تركيزًا، مناسبة للاتصال الموجه لمسافات أطول. الزاوية الأوسع أفضل للإضاءة أو الاستشعار لمسافات قصيرة ومناطق واسعة.

9. مثال عملي لحالة استخدام

تصميم مستشعر القرب:يمكن استخدام LTE-3277 كمصدر في مستشعر القرب العاكس. سيتم تشغيله بنبضات 1 أمبير لمدة 10 ميكروثانية عند دورة عمل منخفضة (مثل 1%). سيكتشف كاشف ضوئي مطابق موضوع في مكان قريب ضوء الأشعة تحت الحمراء المنعكس من جسم ما. يشير توقيت وسعة النبضة المكتشفة إلى الوجود والمسافة التقريبية. تضمن قوة الذروة العالية إشارة عودة قوية، بينما لا يضعف الغلاف الشفاف الضوء المنبعث أو المنعكس. يجب أن تتضمن الدائرة مشغلًا للنبضة عالية التيار ومضخمًا حساسًا لإشارة الكاشف.

10. مبدأ التشغيل

يعمل LTE-3277، عند عملها كمصدر للأشعة تحت الحمراء، على مبدأ الإضاءة الكهربائية في تقاطع أشباه الموصلات من النوع p-n. عندما يكون متحيزًا أماميًا (الأنود موجب بالنسبة للكاثود)، يتم حقن الإلكترونات والثقوب عبر التقاطع. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات. يتم اختيار مواد أشباه الموصلات المحددة المستخدمة (عادةً زرنيخيد ألومنيوم جاليوم - AlGaAs) لإنتاج فوتونات ذات طاقة تتوافق مع ضوء الأشعة تحت الحمراء، تبلغ ذروتها عند طول موجي حوالي 865 نانومتر. تشير "السرعة العالية" إلى المعدل السريع الذي يمكن فيه تشغيل وإيقاف التقاطع، والذي تحدده عمر الحامل والسعة الدائرية.

11. اتجاهات التكنولوجيا

في مجال البصريات الإلكترونية للأشعة تحت الحمراء، تشمل الاتجاهات تطوير أجهزة بسرعات تشكيل أعلى لنقل البيانات (مثل Li-Fi أو الناقلات الصناعية عالية السرعة)، وزيادة كفاءة الطاقة (مزيد من ملي واط/ستراديان لكل ملي أمبير)، وتكامل المصادر والكاشفات في مصفوفات متعددة العناصر أو مجتمعة مع دوائر القيادة المتكاملة في وحدات الاستشعار الذكية. هناك أيضًا اتجاه نحو التصغير في أغلفة المكونات السطحية (SMD) مع الحفاظ على الأداء الحراري أو تحسينه. يدعم اتجاه الغلاف الشفاف التطبيقات التي تتطلب اقترانًا بصريًا دقيقًا وفقدان إشارة ضئيل.