ورقة بيانات باعث الأشعة تحت الحمراء LTE-3276 - الطول الموجي 850 نانومتر - تيار أمامي 50 مللي أمبير - جهد أمامي 1.8 فولت - قدرة وسرعة عالية - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTE-3276 باعثًا عالي الأداء للأشعة تحت الحمراء (IR) مصممًا للتطبيقات التي تتطلب أوقات استجابة سريعة وإخراج إشعاعي كبير. تكمن مزاياها الأساسية في الجمع بين قدرات السرعة العالية والقدرة العالية، مما يجعلها مناسبة للتشغيل النبضي في البيئات المتطلبة. يتم وضع الجهاز في عبوة شفافة، وهو أمر نموذجي لبواعث الأشعة تحت الحمراء للسماح بأقصى قدر من نقل الضوء تحت الأحمر. يشمل السوق المستهدف أتمتة المصانع، وأنظمة الاتصالات (مثل IrDA)، وأجهزة التحكم عن بُعد، والمفاتيح البصرية، وأنظمة الاستشعار حيث تكون هناك حاجة إلى إشارات الأشعة تحت الحمراء عالية الكثافة وموثوقة.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي قد يتجاوزها حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لفترات طويلة.

• تبديد الطاقة (P_D):200 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة إجمالية يمكن للجهاز تبديدها كحرارة تحت أي ظروف تشغيل.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):1 أمبير. يُسمح بهذا التيار العالي فقط في ظل ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، وعرض النبضة 10 ميكروثانية). يسلط الضوء على قدرة الجهاز على إنتاج دفقات قصيرة ومكثفة من الضوء.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):100 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يؤدي إلى انهيار تقاطع أشباه الموصلات.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-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 على بعد 1.6 مم من الجسم. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق لمنع التلف الحراري.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم تحديد هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• الشدة الإشعاعية (I_E):مقياس رئيسي لقوة الخرج البصري لكل زاوية صلبة. عند I_F= 20 مللي أمبير، تكون 12.75 ملي واط/ستراديان (نموذجي). عند I_F= 50 مللي أمبير، تزداد بشكل كبير إلى 32 ملي واط/ستراديان (نموذجي)، مما يظهر زيادة غير خطية وفعالة مع التيار.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_P):850 نانومتر (نموذجي). هذا في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، غير مرئي للعين البشرية ولكن يمكن اكتشافه بسهولة بواسطة الثنائيات الضوئية السيليكونية والكاميرات ذات الحساسية للأشعة تحت الحمراء.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):40 نانومتر (نموذجي). يشير هذا إلى عرض النطاق الطيفي؛ يشير العرض الأضيق إلى مصدر أكثر أحادية اللون.
• الجهد الأمامي (V_F):عند I_F= 50 مللي أمبير، V_Fهو 1.49 فولت (نموذجي)، بحد أقصى 1.80 فولت. عند I_F= 200 مللي أمبير، V_Fيرتفع إلى 1.83 فولت (نموذجي)، بحد أقصى 2.3 فولت. يجب أخذ معامل درجة الحرارة الإيجابي هذا في الاعتبار في تصميم السائق.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):50 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى. توفر زاوية 50 درجة توازنًا جيدًا بين تركيز الحزمة والتغطية.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات خصائص نموذجية ضرورية لتصميم الدوائر وفهم سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

3.1 التوزيع الطيفي (الشكل 1)

يرسم هذا المنحنى الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يؤكد الطول الموجي القمة حول 850 نانومتر ويظهر شكل وعرض (نصف عرض 40 نانومتر) طيف الانبعاث. هذا أمر بالغ الأهمية لمطابقة الباعث مع الحساسية الطيفية للكاشف.

3.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (الشكل 3)

يظهر منحنى IV العلاقة الأسية النموذجية للثنائي. يسمح المنحنى للمصممين بتحديد جهد القيادة اللازم لتيار تشغيل مرغوب، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم سائقي التيار الثابت.

3.3 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي (الشكل 5)

يظهر هذا الرسم البياني كيف يزداد إخراج الضوء مع تيار القيادة. يكون خطيًا بشكل عام عند التيارات المنخفضة ولكن قد يظهر تأثيرات تشبع عند التيارات العالية جدًا بسبب القيود الحرارية والكفاءة. هذه البيانات حيوية لتعيين نقطة التشغيل لتحقيق الطاقة البصرية المطلوبة.

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

يظهر هذا المنحنى معامل درجة الحرارة السالب لإخراج LED. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، تنخفض الشدة الإشعاعية. يجب أخذ هذا التخفيض الحراري في الاعتبار في التصميمات المخصصة للبيئات عالية الحرارة لضمان هامش إشارة كافٍ.

3.5 مخطط الإشعاع (الشكل 6)

يمثل هذا الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني للضوء المنبعث، موضحًا بوضوح زاوية الرؤية البالغة 50 درجة. يساعد في تصميم الأنظمة البصرية لتركيز أو تصحيح حزمة الأشعة تحت الحمراء.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

يستخدم الجهاز عبوة مثقبة قياسية، على الأرجح من طراز T-1 3/4 (5 مم) الشائع لبواعث الأشعة تحت الحمراء. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية من ورقة البيانات:

• جميع الأبعاد بالمليمترات (البوصة).
• التحمل هو ±0.25 مم (0.010 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• أقصى ارتفاع للراتنج البارز تحت الحافة هو 1.5 مم (0.059 بوصة).
• يتم قياس تباعد الأطراف حيث تخرج الأطراف من العبوة.

مادة العبوة الشفافة الشفافة هي عادةً إيبوكسي، مُحسَّنة للنفاذية العالية عند 850 نانومتر.

4.2 تحديد القطبية

لعبوة LED قياسية، يكون الطرف الأطول عادةً هو الأنود (موجب)، والطرف الأقصر هو الكاثود (سالب). قد تحتوي العبوة أيضًا على جانب مسطح بالقرب من الكاثود. مراقبة القطبية الصحيحة أمر ضروري لمنع تلف الانحياز العكسي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

تم تحديد الحد الأقصى المطلق للتصنيف للحام الأطراف بوضوح:260 درجة مئوية لمدة 6 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (0.063 بوصة) من الجسم. هذه معلمة حرجة للتجميع.

• اللحام الموجي/اليدوي:الالتزام الصارم بحد 260 درجة مئوية/6 ثوانٍ. يُوصى بالتسخين المسبق لتقليل الصدمة الحرارية.
• لحام إعادة التدفق:على الرغم من عدم ذكرها صراحةً لـ SMD، يجب أن يضمن ملف تعريف درجة الحرارة ألا تتجاوز درجة حرارة جسم العبوة الحد الأقصى للتخزين البالغ 85 درجة مئوية لفترات طويلة، ويجب ألا تتجاوز درجة حرارة الطرف عند النقطة المحددة 260 درجة مئوية.
• ظروف التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد (-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) لمنع امتصاص الرطوبة والتدهور.

6. اقتراحات التطبيق

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• نقل البيانات بالأشعة تحت الحمراء (IrDA):تجعله سرعته العالية مناسبًا لروابط البيانات التسلسلية.
• أجهزة التحكم عن بُعد:تضمن القدرة العالية المدى الطويل والتشغيل الموثوق.
• المفاتيح البصرية وكشف الأشياء:تُستخدم مع كاشف ضوئي للاستشعار بالوجود أو الموضع أو العد.
• ستائر الأمان الصناعية:إنشاء حاجز شعاع غير مرئي لحماية الآلات.
• إضاءة الرؤية الليلية:لكاميرات المراقبة ذات الحساسية للأشعة تحت الحمراء.

6.2 اعتبارات التصميم

• دائرة السائق:استخدم دائمًا مقاومًا محددًا للتيار على التوالي أو سائق تيار ثابت. احسب بناءً على الجهد الأمامي (V_F) عند تيار التشغيل المطلوب (I_F).
• إدارة الحرارة:للتشغيل المستمر بالقرب من الحد الأقصى للتيار، ضع في اعتبارك تبديد الطاقة (P_D= V_F* I_F) وتأكد من وجود تبريد حراري كافٍ إذا لزم الأمر للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود.
• التشغيل النبضي:لتيار النبضة القصوى 1 أمبير، تأكد من أن السائق يمكنه تقديم نبضة التيار العالي المطلوبة مع وقت صعود/هبوط سريع للاستفادة من قدرة السرعة العالية.
• التصميم البصري:استخدم العدسات أو العواكس لتشكيل الحزمة 50 درجة وفقًا لاحتياجات التطبيق (على سبيل المثال، ضيقة للمدى الطويل، واسعة لتغطية المنطقة).
• مطابقة الكاشف:اقترن بكاشف ضوئي (مثل الترانزستور الضوئي، الثنائي الضوئي) تكون ذروة حساسيته الطيفية حوالي 850 نانومتر للحصول على أفضل أداء.

7. المقارنة والتمييز التقني

يميز LTE-3276 نفسه في السوق من خلال مزيجه المحدد من المعلمات:

• قدرة عالية عند تيار معتدل:32 ملي واط/ستراديان عند 50 مللي أمبير هو إخراج قوي، مفيد للتطبيقات التي تتطلب نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة.
• قدرة السرعة العالية:يشير مواصفات التشغيل النبضي إلى وقت استجابة جوهري سريع، مناسب للإشارات المعدلة.
• بناء قوي:يشير نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع والعبوة الشفافة إلى التصميم من أجل الموثوقية.
• مقارنة بـ LEDs الأشعة تحت الحمراء منخفضة القدرة القياسية، يقدم هذا الجهاز شدة إشعاعية أعلى بكثير. مقارنة بالثنائيات الليزرية، فهو أكثر أمانًا (آمن للعين في هذه الفئة من القدرة)، وله حزمة أوسع، وعمومًا أكثر قوة وسهولة في القيادة.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

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

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاوم محدد للتيار. على سبيل المثال، للتشغيل عند I_F=50 مللي أمبير مع V_F~1.5 فولت من مصدر 5 فولت: R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 أوم. استخدم مقاوم 68 أو 75 أوم وتحقق من تصنيف الطاقة (P = I²R = 0.175W، لذا فإن مقاوم 1/4W كافٍ).

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

ج: الشدة الإشعاعية هي الطاقة المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان)، تصف القوة الاتجاهية للمصدر. الوقوع الإشعاعي للفتحة هو كثافة الطاقة (ملي واط لكل سم²) التي تصل إلى سطح الكاشف على مسافة ومحاذاة محددة. يعتمد الأخير على الأول وعلى المسافة/قانون التربيع العكسي.

س: كيف أستخدمه في وضع النبض؟

ج: استخدم مفتاح ترانزستور (BJT أو MOSFET) يتم التحكم فيه بواسطة إشارة المنطق الخاصة بك لنبض LED. تأكد من أن السائق يمكنه توفير تيار الذروة العالي (حتى 1 أمبير) مع تبديل سريع. يجب أن يحترم متوسط التيار أيضًا تصنيف التيار المستمر (100 مللي أمبير) عند النظر في دورة العمل.

س: لماذا ينخفض الإخراج مع درجة الحرارة؟

ج: هذه خاصية أساسية لـ LEDs أشباه الموصلات. تزيد درجة الحرارة المرتفعة من عمليات إعادة التركيب غير الإشعاعية داخل مادة أشباه الموصلات، مما يقلل من الكفاءة الكمية الداخلية وبالتالي إخراج الضوء.

9. حالة تصميم عملية

الحالة: تصميم مستشعر كشف الأشياء بالأشعة تحت الحمراء بعيد المدى.

الهدف: كشف جسم على بعد 5 أمتار.

خطوات التصميم:

1. قيادة الباعث:شغل LTE-3276 عند I_F=50 مللي أمبير (نبضي عند 1 كيلو هرتز، دورة عمل 50%) لتحقيق شدة ذروة عالية (32 ملي واط/ستراديان) مع الحفاظ على متوسط الطاقة قابلاً للإدارة.

2. البصريات:أضف عدسة تصحيح بسيطة أمام الباعث لتضييق الحزمة 50 درجة إلى حزمة أكثر تركيزًا ~10 درجات، مما يزيد بشكل كبير من الشدة على مسافة.

3. الكاشف:استخدم ترانزستور ضوئي سيليكوني متطابق مع ذروة استجابة عند 850 نانومتر. ضع مرشحًا بصريًا نطاقيًا ضيقًا (مركزه 850 نانومتر) أمامه لرفض الضوء المحيط.

4. الدائرة:تقوم دائرة المستقبل بتضخيم التيار الضوئي الصغير. استخدم الكشف المتزامن (تعديل الباعث وضبط المستقبل على نفس التردد) لرفض الضوء المحيط المستمر والضوضاء منخفضة التردد، مما يحسن بشكل كبير المدى والموثوقية.

يستفيد هذا الإعداد من قدرة وسرعة LTE-3276 العالية لنظام كشف قوي ومقاوم للتداخل.

10. مقدمة عن مبدأ التشغيل

باعث الأشعة تحت الحمراء مثل LTE-3276 هو ثنائي باعث للضوء (LED) يعتمد على فيزياء أشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. عندما تعيد هذه حاملات الشحن التركيب، فإنها تطلق الطاقة. في هذا الجهاز المحدد، يتم هندسة مادة أشباه الموصلات (عادةً ما تعتمد على زرنيخيد ألومنيوم جاليوم - AlGaAs) بحيث يتم إطلاق هذه الطاقة كفوتونات في طيف الأشعة تحت الحمراء، بطول موجي قمة يبلغ 850 نانومتر. يتم تشويب العبوة الإيبوكسية "الشفافة الشفافة" لتكون شفافة لهذا الطول الموجي، مما يسمح للفوتونات بالهروب بكفاءة. تشير خاصية "السرعة العالية" إلى أوقات التشغيل والإيقاف السريعة لعملية إعادة التركيب هذه، مما يتيح تعديل LED بترددات عالية لنقل البيانات.

11. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر تكنولوجيا باعث الأشعة تحت الحمراء في التطور جنبًا إلى جنب مع اتجاهات الإلكترونيات الضوئية الأوسع. تشمل التطورات الرئيسية:

زيادة كفاءة الطاقة:يركز البحث على تحسين الكفاءة الكمية الداخلية (المزيد من الفوتونات لكل إلكترون) وكفاءة استخراج الضوء من العبوة، مما يؤدي إلى شدة إشعاعية أعلى لنفس طاقة الإدخال الكهربائية.

عوامل شكل أصغر:يدفع التوجه نحو التصغير نحو عبوات أجهزة مثبتة على السطح (SMD) بأداء مماثل أو أفضل من الأنواع المثقبة التقليدية.

سرعة محسنة:لتطبيقات الاتصالات، يتم تطوير أجهزة بعرض نطاق تعديل أسرع لدعم معدلات بيانات أعلى.

تنويع الطول الموجي:بينما 850 نانومتر و 940 نانومتر شائعة، يتم تحسين أطوال موجية أخرى لتطبيقات محددة، مثل الأطوال الموجية الأطول الآمنة للعين أو خطوط الامتصاص المحددة لاستشعار الغاز.

التكامل:هناك اتجاه نحو دمج الباعث مع IC سائق أو حتى مع كاشف في وحدة واحدة، مما يبسط تصميم النظام للمستخدمين النهائيين.