ورقة بيانات باعث الأشعة تحت الحمراء LTE-209 - أبعاد العبوة 5.0 مم - جهد التشغيل الأمامي 1.6 فولت - الطول الموجي القياسي 940 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة LTE-209 عائلة من الثنائيات الباعثة للضوء بالأشعة تحت الحمراء (LEDs) المصممة لتطبيقات الإلكترونيات الضوئية الموثوقة. تم تصميم هذه المكونات لبعث الضوء عند طول موجي قياسي يبلغ 940 نانومتر، والذي يقع ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة. يُستخدم هذا الطول الموجي المحدد بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب مصادر ضوء غير مرئية، مثل مستشعرات القرب، وكشف الأجسام، والمشفرات البصرية. تكمن الميزة الأساسية لهذه السلسلة في تصنيعها الدقيق، مما يضمن شدة إشعاعية وخصائص طيفية متسقة. يتم تغليف الجهاز في عبوة بلاستيكية صغيرة الحجم منخفضة التكلفة بتكوين أمامي، مما يجعله مناسبًا للتصاميم المحدودة المساحة. من الميزات الرئيسية مطابقته الميكانيكية والطيفية لسلسلة محددة من الترانزستورات الضوئية، مما يسهل تصميم أزواج باعث-كاشف مُحسنة لتحسين أداء النظام وسلامة الإشارة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه التقييمات عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر هو 60 مللي أمبير، مع قدرة تيار أمامي ذروة تبلغ 1 أمبير في ظل ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 90 مللي واط. يمكن للجهاز تحمل جهد عكسي يصل إلى 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، بينما يمتد نطاق درجة حرارة التخزين من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. بالنسبة للتجميع، يمكن لحام الأطراف عند درجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم من جسم العبوة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

الخصائص الكهروضوئية هي معايير الأداء الرئيسية المقاسة في ظل ظروف الاختبار القياسية (T_A=25°C, I_F=20mA). الشدة الإشعاعية (I_E)، وهي مقياس للقوة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة، لها قيمة نموذجية تبلغ 1.383 مللي واط/ستراديان. السطوع الإشعاعي للفتحة (E_e)، الذي يمثل كثافة الطاقة، يبلغ نموذجيًا 0.184 مللي واط/سم². طول موجة الانبعاث القصوى (λ_Peak) يتركز عند 940 نانومتر، مع عرض نصف طيفي (Δλ) يبلغ 50 نانومتر، مما يحدد نقاء الطيف للضوء المنبعث. جهد التشغيل الأمامي (V_F) يتراوح نموذجيًا من 1.2 فولت إلى حد أقصى 1.6 فولت عند تيار الاختبار. التيار العكسي (I_R) هو حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق انحياز عكسي 5 فولت. زاوية الرؤية (2θ_1/2)، حيث تنخفض الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى، هي 16 درجة، مما يشير إلى نمط حزمة ضيقة نسبيًا.

3. شرح نظام التصنيف

بينما لا توضح ورقة البيانات المقدمة نظام تصنيف متعدد المعايير بشكل صريح، فإنها تشير إلى أن الأجهزة \"يتم اختيارها وفقًا لنطاقات شدة إشعاعية محددة عبر الإنترنت.\" وهذا يعني وجود عملية اختيار أو فرز بناءً على الشدة الإشعاعية المقاسة وربما قيم السطوع الإشعاعي. يضمن هذا الاختيار المسبق أن المكونات المقدمة لطلب محدد تقع ضمن نطاق تسامح أضيق لهذه المعايير البصرية الرئيسية مقارنة بالحدود الدنيا والقصوى المطلقة المذكورة في المواصفات العامة. تعزز هذه الممارسة الاتساق في أداء التطبيق، خاصة في الأنظمة حيث يكون مطابقة الإخراج البصري أمرًا بالغ الأهمية.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات خصائص نموذجية توضح سلوك الجهاز في ظل ظروف مختلفة.

4.1 التوزيع الطيفي

يوضح الشكل 1 منحنى التوزيع الطيفي، الذي يرسم الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يؤكد الانبعاث القصوى عند 940 نانومتر وعرض النصف الطيفي البالغ حوالي 50 نانومتر، مما يوضح انتشار الأطوال الموجية المنبعثة حول القمة.

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

يصور الشكل 3 خاصية التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي. هذا المنحنى غير خطي، وهو نموذجي للثنائي. يوضح العلاقة حيث يؤدي زيادة صغيرة في الجهد بعد عتبة التشغيل إلى زيادة سريعة في التيار. يمكن وضع الجهد المحدد V_Fالبالغ 1.2 فولت إلى 1.6 فولت عند 20 مللي أمبير في سياق هذا المنحنى.

4.3 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح الشكل 5 كيف يتغير الإخراج البصري (الشدة الإشعاعية النسبية) مع تيار القيادة الأمامي. بشكل عام، يزداد الإخراج مع التيار، ولكن قد لا تكون العلاقة خطية تمامًا عبر نطاق التشغيل بأكمله. هذا المنحنى ضروري لتحديد تيار القيادة المطلوب لتحقيق مستوى الإخراج البصري المطلوب.

4.4 الاعتماد على درجة الحرارة

يوضح الشكلان 2 و 4 تأثيرات درجة الحرارة المحيطة. الشكل 2 (التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة، على الأرجح عند جهد ثابت) والشكل 4 (الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة، عند تيار ثابت) يوضحان أن كلًا من الخصائص الكهربائية والبصرية لـ LED تعتمد على درجة الحرارة. عادةً، بالنسبة لـ LEDs الأشعة تحت الحمراء، ينخفض جهد التشغيل الأمامي وينخفض الإخراج البصري مع زيادة درجة الحرارة. هذه المنحنيات حاسمة لتصميم دوائر ذات تعويض حراري أو لتقدير الأداء في بيئات غير محيطة.

4.5 نمط الإشعاع

الشكل 6 هو مخطط الإشعاع أو نمط زاوية الرؤية. إنه مخطط قطبي يوضح التوزيع الزاوي للشدة الإشعاعية المنبعثة. يتم تمثيل نصف الزاوية البالغ 16 درجة بصريًا هنا، مما يوضح انخفاض الشدة إلى 50٪ من القيمة على المحور عند ±8 درجات من المركز.

5. معلومات ميكانيكية وتغليف

يستخدم الجهاز عبوة بلاستيكية صغيرة الحجم أمامية. تشمل الأبعاد الرئيسية من رسم العبوة قطر الجسم، وتباعد الأطراف، والطول الإجمالي. تخرج الأطراف من العبوة بتباعد محدد يعد أمرًا بالغ الأهمية لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). تتضمن العبوة حافة، وتوضح الملاحظات أقصى بروز للراتنج تحت هذه الحافة. توضح الملاحظات أيضًا أن تباعد الأطراف يُقاس عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم العبوة، وأن التسامحات العامة هي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تم تصميم التكوين الفيزيائي ليكون مطابقًا ميكانيكيًا للترانزستورات الضوئية المقابلة، مما يضمن المحاذاة الصحيحة في الوحدات المجمعة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الإرشاد الأساسي للتجميع المقدم يتعلق بدرجة حرارة اللحام. يحدد التقييم الأقصى المطلق أنه يمكن تعريض الأطراف لدرجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ. يتم قياس هذا التقييم على مسافة 1.6 مم (0.063 بوصة) من جسم العبوة. هذه المعلومات حاسمة لتحديد ملفات لحام إعادة التدفق أو إجراءات اللحام اليدوي. يمكن أن يؤدي تجاوز هذه درجة الحرارة أو الوقت إلى إتلاف رابطة القالب الداخلي، أو روابط الأسلاك، أو مادة العبوة البلاستيكية نفسها. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل. يجب تخزين الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية في بيئة جافة لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يتسبب في \"انفجار\" أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التغليف والطلب

تحدد ورقة البيانات رقم الجزء على أنه LTE-209. \"رقم المواصفات\" هو DS-50-92-0001، والمراجعة هي C. لم يتم تقديم تفاصيل محددة حول تغليف الشريط والبكرة، أو كميات البكرة، أو مستوى حساسية الرطوبة (MSL) في المقتطف. عادةً ما يعتمد الطلب على رقم الجزء الأساسي LTE-209، مع وجود لاحقات محتملة تشير إلى تصنيفات شدة محددة كما هو موضح في عملية الاختيار المذكورة في الميزات.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

يعتبر LTE-209 مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب مصدرًا مضغوطًا وفعالًا للأشعة تحت الحمراء. طول موجته البالغ 940 نانومتر غير مرئي للعين البشرية وهو مناسب تمامًا لـ:

• المفاتيح البصرية وكشف الأجسام:مقترنًا بترانزستور ضوئي (مثل سلسلة LTR-4206 المذكورة) للكشف عن وجود أو غياب أو موضع جسم ما عن طريق قطع شعاع الأشعة تحت الحمراء.
• استشعار القرب:يُستخدم في الأجهزة للكشف عن قرب المستخدم أو جسم ما، وغالبًا ما يستخدم الاستشعار العاكس.
• المشفرات:توفير مصدر الضوء للمشفرات البصرية التدريجية أو المطلقة في أنظمة التحكم في المحركات واستشعار الموضع.
• نقل البيانات:يمكن استخدامه لروابط اتصال الأشعة تحت الحمراء قصيرة المدى ومنخفضة معدل البيانات (مثل أنظمة التحكم عن بعد)، على الرغم من أن زاوية رؤيته الضيقة قد تتطلب محاذاة.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي أو محرك تيار ثابت لتحديد التيار الأمامي إلى نقطة التشغيل المطلوبة، ولا تتجاوز الحدود القصوى المطلقة أبدًا.
• إدارة الحرارة:ضع في اعتبارك تبديد الطاقة (V_F* I_F) وتأثير درجة الحرارة المحيطة على الإخراج. بالنسبة للتطبيقات عالية الموثوقية، قلل من التيار الأقصى عند درجات الحرارة المرتفعة.
• المحاذاة البصرية:تتطلب زاوية الرؤية الضيقة البالغة 16 درجة محاذاة ميكانيكية دقيقة مع الكاشف المقترن أو المنطقة المستهدفة للحصول على قوة إشارة مثالية.
• حماية الدائرة:على الرغم من أن لديها تصنيف جهد عكسي 5 فولت، فإن دمج الحماية ضد الجهد العكسي أو طفرات الجهد في الدائرة هو ممارسة جيدة.
• الزوج المطابق:للحصول على أفضل أداء في تطبيقات الاستشعار، استخدم الجهاز مع الترانزستور الضوئي المطابق طيفيًا وميكانيكيًا كما هو مقترح.

9. المقارنة التقنية والتمييز

المميزات الرئيسية لسلسلة LTE-209، كما هي معروضة، هي اختيارها المحدد لمعايير الشدة واقترانها المطابق مع سلسلة ترانزستور ضوئي. مقارنة بـ LEDs الأشعة تحت الحمراء العامة، يقدم هذا الاختيار المسبق اتساقًا أكبر في الإخراج البصري، مما يمكنه تبسيط معايرة الدائرة وتحسين العائد في الإنتاج الضخم. تضمن المطابقة الميكانيكية أنه عند استخدامه مع الترانزستور الضوئي المحدد، يتم تحسين المحاذاة الفيزيائية والاقتران البصري، مما يؤدي إلى إشارات أقوى وأكثر موثوقية. يعد استخدام زرنيخيد الجاليوم والألومنيوم (GaAlAs) على ركيزة زرنيخيد الجاليوم (GaAs) تقنية قياسية لإنتاج باعثات الأشعة تحت الحمراء القريبة الفعالة بطول موجي حوالي 940 نانومتر.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: ما هو الغرض من الطول الموجي 940 نانومتر؟

ج: 940 نانومتر يقع في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، وهو غير مرئي للعين البشرية. يُستخدم بشكل شائع في الاستشعار والاتصالات لتجنب تداخل الضوء المرئي ويتم اكتشافه بكفاءة بواسطة الكواشف الضوئية السيليكونية.

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

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاوم محدد للتيار. مع جهد تشغيل أمامي نموذجي V_Fبقيمة 1.6 فولت عند 20 مللي أمبير، ستكون قيمة المقاوم لمصدر طاقة 5 فولت هي R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170 أوم. سيؤدي استخدام مقاوم قياسي 180 أوم إلى تيار قريب من 19 مللي أمبير.

س: كيف تؤثر درجة الحرارة على الأداء؟

ج: كما هو موضح في منحنيات الخصائص، تؤدي زيادة درجة الحرارة عمومًا إلى انخفاض الإخراج البصري لتيار معين وتنخفض جهد التشغيل الأمامي. يجب أن تأخذ التصاميم لنطاقات درجة حرارة واسعة هذا في الاعتبار.

س: ماذا يعني \"مطابق طيفيًا\"؟

ج: يعني أن طيف انبعاث LED (المركز عند 940 نانومتر) يتوافق جيدًا مع منطقة الاستجابة القصوى للترانزستور الضوئي المحدد. وهذا يزيد من كمية الضوء المنبعث التي يمكن للكاشف تحويلها إلى إشارة كهربائية.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: بوابة كشف الأجسام:يمكن وضع اثنين من باعثات الأشعة تحت الحمراء LTE-209 على جانب واحد من حزام ناقل، كل منهما مقترن بترانزستور ضوئي مطابق على الجانب الآخر، مما يخلق شعاعي كشف مستقلين. يراقب المتحكم الدقيق مخرجات الترانزستورات الضوئية. عندما يمر جسم، فإنه يكسر أحد الشعاعين أو كليهما، مما يسمح للنظام بعد الأجسام، أو قياس الحجم (عن طريق توقيت قطع الشعاع)، أو تشغيل إجراء.

المثال 2: مستشعر القرب العاكس:يتم وضع LTE-209 والترانزستور الضوئي المطابق له جنبًا إلى جنب على لوحة دائرة مطبوعة (PCB)، متجهين في نفس الاتجاه. يبعث LED شعاعًا. عندما يقترب جسم، فإنه يعكس بعضًا من هذا الضوء مرة أخرى إلى الترانزستور الضوئي. ترتبط قوة الإشارة المكتشفة بقرب الجسم. هذا الإعداد شائع في الحنفيات التي تعمل بدون لمس أو موزعات الصابون التلقائية.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الثنائي الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (IR LED) هو ثنائي تقاطع أشباه الموصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، يتم إطلاق الطاقة. في نظام المواد المحدد المستخدم هنا (GaAlAs/GaAs)، تتوافق هذه الطاقة مع فوتونات في طيف الأشعة تحت الحمراء، بطول موجي يبلغ حوالي 940 نانومتر. تم تصميم هيكل الثنائي، بما في ذلك طبقة النافذة المذكورة، للسماح لهذا الضوء المتولد بالهروب من مادة أشباه الموصلات بكفاءة. تعمل العبوة البلاستيكية على حماية القالب شبه الموصلي، وتوفير هيكل ميكانيكي، ويمكن أن تعمل أيضًا كعدسة لتشكيل حزمة الضوء المنبعثة، مما يساهم في زاوية الرؤية المحددة البالغة 16 درجة.

13. اتجاهات التكنولوجيا والتطورات

تستمر تكنولوجيا باعثات الأشعة تحت الحمراء في التطور. تشمل الاتجاهات العامة في المجال ما يلي:

• زيادة الكفاءة:تطوير مواد وهياكل أشباه موصلات جديدة (مثل الآبار الكمومية المتعددة) لتحقيق قوة إخراج بصرية أعلى لمدخل كهربائي معين، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة.
• التصغير:الاستمرار في تقليل حجم العبوة (مثل عبوات على مستوى الشريحة) لتمكين التكامل في إلكترونيات المستهلك وأجهزة إنترنت الأشياء الأصغر حجمًا.
• وظائف محسنة:دمج الباعث مع دوائر القيادة، أو الكواشف الضوئية، أو حتى المتحكمات الدقيقة في وحدات مفردة أو حلول نظام في عبوة (SiP).
• تنويع الطول الموجي:بينما يظل 940 نانومتر معيارًا، يتم تحسين أطوال موجية أخرى للأشعة تحت الحمراء (مثل 850 نانومتر، 1050 نانومتر) لتطبيقات محددة مثل الأنظمة الآمنة للعين أو نوافذ نقل جوي مختلفة.
• موثوقية محسنة:تقدم في مواد التغليف وتقنيات ربط القالب لتحمل درجات حرارة أعلى وظروف بيئية أكثر تطلبًا، مثل تلك المطلوبة في التطبيقات السياراتية.