جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف
- 2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية
- 3. شرح نظام التصنيف (Binning)
- 4. تحليل منحنيات الأداء
- 4.1 التوزيع الطيفي (الشكل 1)
- 4.2 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 2)
- 4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (الشكل 3)
- 4.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 4)
- 4.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي (الشكل 5)
- 4.6 مخطط الإشعاع (الشكل 6)
- 5. معلومات الميكانيكا والتغليف
- 5.1 الأبعاد الخارجية
- 5.2 تحديد القطبية
- 6. إرشادات اللحام والتركيب
- 7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم
- 7.1 تطبيق نموذجي: كاشف الدخان
- 7.2 اعتبارات تصميم عامة
- 8. المقارنة التقنية والتمييز
- 9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)
- 10. دراسة حالة تصميم عملية
- 11. مبدأ التشغيل
- 12. اتجاهات التكنولوجيا
1. نظرة عامة على المنتج
يُعد LTE-4208M ثنائي باعث عالي الأداء للأشعة تحت الحمراء (IR)، مُصمم للتطبيقات التي تتطلب انبعاثًا موثوقًا وفعالًا للضوء غير المرئي. وظيفته الأساسية هي تحويل الطاقة الكهربائية إلى إشعاع تحت أحمر عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر (nm). هذا الطول الموجي مثالي للتطبيقات التي يجب فيها تقليل تداخل الضوء المرئي، حيث أنه غير مرئي إلى حد كبير للعين البشرية بينما يمكن اكتشافه بسهولة بواسطة الكواشف الضوئية القائمة على السيليكون مثل الترانزستورات الضوئية والثنائيات الضوئية.
يتم تغليف الجهاز في غلاف قياسي T-1 3/4 (قطره حوالي 5 مم) مزود بعدسة شفافة تمامًا. يوفر هذا الغلاف البلاستيكي المصغر حلاً فعالاً من حيث التكلفة مع توفير متانة ميكانيكية. إحدى ميزات التصميم الرئيسية هي تطابقه الطيفي والميكانيكي مع سلاسل الترانزستورات الضوئية المقابلة (مثل LTR-3208)، مما يبسط تصميم النظام البصري من خلال ضمان المحاذاة المثلى واقتران الإشارة بين الزوج الباعث والمستقبل.
1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف
تشمل المزايا الأساسية لـ LTE-4208M إخراج شدة إشعاعية عالية، وأداءً متسقًا من خلال عملية تصنيف صارمة، وشكله المضغوط منخفض التكلفة. يتم اختياره مسبقًا في نطاقات محددة للشدة الإشعاعية (Bins)، مما يسمح للمصممين باختيار مكون يلبي بدقة متطلبات حساسية نظامهم دون الحاجة إلى دوائر معايرة خارجية أو ضبط. تعزز هذه القدرة على التنبؤ إنتاجية التصنيع وموثوقية النظام.
السوق المستهدف لهذا المكون هو في المقام الأول الإلكترونيات الصناعية والاستهلاكية التي تتطلب استشعار القرب، أو كشف الأجسام، أو الترميز البصري. تطبيقه الأبرز هو في كواشف الدخان، حيث يتم استخدام حزمة الأشعة تحت الحمراء للكشف عن جسيمات الدخان عن طريق قياس تشتت أو توهين الضوء. تشمل التطبيقات المحتملة الأخرى المفاتيح التي تعمل بدون لمس، ونقل البيانات لمسافات قصيرة (مثل أنظمة التحكم عن بُعد)، ومستشعرات الأتمتة الصناعية، وعَدّادات الأجسام.
2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية
يعد فهم المعاملات الكهربائية والبصرية أمرًا بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وضمان عمل LED ضمن نطاق التشغيل الآمن (SOA).
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُوصى بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لفترات طويلة.
- تبديد الطاقة (Pd):100 ميلي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25 درجة مئوية. يتجاوز هذا الحد يخاطر بالهروب الحراري والفشل.
- تيار الذروة الأمامي (IFP):3 أمبير. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به في ظل ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). إنه أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر، مما يسلط الضوء على قدرة الجهاز على إطلاق دفعات قصيرة عالية الكثافة.
- التيار الأمامي المستمر (IF):50 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه باستمرار دون تجاوز تصنيف تبديد الطاقة، بافتراض جهد أمامي نموذجي.
- الجهد العكسي (VR):5 فولت. الجهاز لديه تحمّل منخفض جدًا للانحياز العكسي. تطبيق جهد أكبر من 5 فولت في الاتجاه العكسي يمكن أن يسبب انهيارًا فوريًا. تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن الجهاز غير مصمم للتشغيل العكسي.
- درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية و -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية، على التوالي. تحدد هذه النطاقات الظروف البيئية للتشغيل الموثوق والتخزين غير التشغيلي.
- درجة حرارة لحام الأطراف:260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ على مسافة 4.0 مم من جسم الغلاف. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق لمنع تلف شريحة أشباه الموصلات الداخلية أو الغلاف البلاستيكي.
2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية
يتم قياس هذه المعاملات في ظل ظروف الاختبار القياسية (TA=25 درجة مئوية، IF=20 مللي أمبير ما لم يُذكر خلاف ذلك) وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.
- الشدة الإشعاعية (IE):هذه هي معلمة الإخراج البصري الأساسية، وتُقاس بوحدة ملي واط لكل ستراديان (mW/sr). تشير إلى الطاقة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة. يتم فرز الجهاز إلى مجموعات (من A إلى G) بقيم دنيا ونموذجية تتراوح من 3.6/13.2 ملي واط/ستراديان (المجموعة A) إلى 28.8 ملي واط/ستراديان (المجموعة G). يسمح هذا التصنيف بالاختيار بناءً على قوة الإشارة المطلوبة.
- طول موجة الانبعاث الذروي (λالذروة):940 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي تكون فيه الطاقة البصرية المنبعثة في أقصى حد. يقع ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة.
- نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):50 نانومتر. تُعرف هذه المعلمة أيضًا باسم العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM)، وتحدد عرض النطاق الطيفي. يعني عرض 50 نانومتر أن الضوء المنبعث يغطي أطوال موجية من حوالي 915 نانومتر إلى 965 نانومتر عند نصف شدة الذروة.
- الجهد الأمامي (VF):1.2 فولت (الحد الأدنى)، 1.6 فولت (النموذجي). هذا هو انخفاض الجهد عبر الثنائي عند توصيل 20 مللي أمبير. وهو ضروري لحساب قيمة المقاوم التسلسلي في دائرة القيادة: R = (Vالمصدر- VF) / IF.
- التيار العكسي (IR):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR=5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الثنائي منحازًا عكسيًا عند أقصى تصنيف له.
- زاوية الرؤية (2θ1/2):20 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). تشير زاوية 20 درجة إلى حزمة ضيقة نسبيًا ومركزة، وهو أمر مفيد لتطبيقات الاستشعار الموجه.
3. شرح نظام التصنيف (Binning)
يستخدم LTE-4208M معلمة تصنيف واحدة حاسمة: الشدة الإشعاعية. يتم اختبار الأجهزة وفرزها إلى مجموعات (من A إلى G) بناءً على إخراجها المقاس عند تيار الاختبار القياسي البالغ 20 مللي أمبير. يوفر هذا النظام عدة فوائد:
- اتساق التصميم:يمكن للمهندسين اختيار مجموعة محددة لضمان مستويات إشارة بصرية متسقة عبر جميع الوحدات في دورة إنتاجية، مما يحسن تجانس المنتج.
- مطابقة الأداء:عند استخدامه مع كاشف ضوئي مطابق، يسمح اختيار مجموعات الباعث بالتحكم الأكثر دقة في الحساسية العامة ونطاق الديناميكية لنظام المستشعر البصري.
- تحسين التكلفة:يمكن للتطبيقات ذات متطلبات الحساسية الأقل صرامة استخدام أجزاء من مجموعات أقل (مثل A، B)، والتي قد تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة.
لا تشير ورقة البيانات إلى تصنيف للجهد الأمامي أو الطول الموجي لهذا الطراز، مما يشير إلى تحكم دقيق في العملية على تلك المعلمات أو أنها ليست عوامل تمييز حاسمة لتطبيقاته المستهدفة.
4. تحليل منحنيات الأداء
توفر منحنيات الخصائص النموذجية رؤية بصرية لكيفية تصرف الجهاز في ظل ظروف مختلفة، وهو أمر حيوي لتصميم نظام قوي يتجاوز نقطة 25 درجة مئوية الاسمية.
4.1 التوزيع الطيفي (الشكل 1)
يظهر المنحنى توزيعًا يشبه غاوسيًا متمركزًا عند 940 نانومتر مع عرض كامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) يبلغ حوالي 50 نانومتر. وهذا يؤكد الطبيعة أحادية اللون لإخراج LED، وهو أمر بالغ الأهمية لتصفية تداخل الضوء المحيط في تطبيقات الاستشعار. شكل المنحنى نموذجي لثنائي الأشعة تحت الحمراء القائم على AlGaAs.
4.2 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 2)
منحنى التخفيض هذا ضروري للإدارة الحرارية. يظهر أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به يتناقص مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. عند 85 درجة مئوية (أقصى درجة حرارة تشغيل)، يكون التيار المسموح به أقل بكثير من تصنيف 50 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. يجب على المصممين استخدام هذا الرسم البياني لضمان ألا يتجاوز تيار التشغيل المنحنى عند أقصى درجة حرارة محيطة متوقعة للنظام.
4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (الشكل 3)
هذا هو منحنى I-V القياسي للثنائي. يظهر العلاقة الأسية بين التيار والجهد. يسمح المنحنى للمصممين بتقدير VFعند تيارات غير حالة الاختبار 20 مللي أمبير، وهو أمر مهم لتصميم مصدر الطاقة وحسابات الكفاءة.
4.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 4)
يوضح هذا الرسم البياني اعتماد الإخراج البصري على درجة الحرارة. تتناقص الشدة الإشعاعية النسبية مع زيادة درجة الحرارة. على سبيل المثال، عند 85 درجة مئوية، قد يكون الإخراج حوالي 60-70٪ فقط من قيمته عند 25 درجة مئوية. يجب أخذ معامل درجة الحرارة السالب هذا في الاعتبار في الأنظمة المصممة للعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة لتجنب فقدان الإشارة في درجات الحرارة العالية.
4.5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي (الشكل 5)
يظهر هذا المنحنى أن الإخراج البصري يتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي في نطاق التشغيل النموذجي (على سبيل المثال، حتى 50 مللي أمبير). ومع ذلك، فإن العلاقة ليست خطية تمامًا، وقد تنخفض الكفاءة (الشدة الإشعاعية لكل مللي أمبير) قليلاً عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة التأثيرات الحرارية وغيرها من العوامل غير المثالية داخل أشباه الموصلات.
4.6 مخطط الإشعاع (الشكل 6)
يحدد هذا الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية بصريًا. يتم رسم الشدة الطبيعية مقابل الزاوية من المحور المركزي (0 درجة). يؤكد الرسم البياني زاوية النصف 20 درجة، ويظهر انخفاضًا سريعًا في الشدة بعد حوالي ±10 درجة من المركز. هذا النمط هو سمة لـ LED مزود بعدسة قبة بسيطة، مما يوفر حزمة مركزة مناسبة للتطبيقات الموجهة.
5. معلومات الميكانيكا والتغليف
5.1 الأبعاد الخارجية
يتوافق الجهاز مع أبعاد الغلاف القياسي T-1 3/4 ذو الثقب المار. تشمل القياسات الرئيسية قطر جسم يبلغ حوالي 5 مم، وتباعد نموذجي للأطراف يبلغ 2.54 مم (0.1 بوصة) حيث تخرج الأطراف من الغلاف، وطول إجمالي. تم تسجيل أقصى بروز للراتنج يبلغ 1.0 مم تحت الحافة. عادةً ما تكون الأطراف مصنوعة من سبيكة نحاسية مطلية بالقصدير. يتميز الغلاف بعدسة إيبوكسي شفافة عديمة اللون.
5.2 تحديد القطبية
لأغلفة الثقب المار مثل T-1 3/4، عادةً ما يتم الإشارة إلى القطبية بطول الأطراف (الطرف الأطول هو عادةً الأنود، أو الجانب الموجب) و/أو بقعة مسطحة على الحافة البلاستيكية بالقرب من طرف الكاثود (السالبي). يجب الرجوع إلى رسم ورقة البيانات للعلامة المحددة المستخدمة على هذا المكون.
6. إرشادات اللحام والتركيب
الالتزام بمواصفات اللحام أمر بالغ الأهمية لمنع الصدمة الحرارية والأعطال الكامنة.
- اللحام اليدوي:استخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة. قلل وقت اللحام لكل طرف إلى 3-5 ثوانٍ عند درجة حرارة لا تتجاوز 350 درجة مئوية. قم بتطبيق الحرارة على الطرف، وليس على جسم الغلاف.
- اللحام الموجي/إعادة التدفق:الشرط المحدد هو 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 4.0 مم من جسم الغلاف. هذا يعني أن المكون يمكنه تحمل ملفات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الحمل الحراري النموذجية، ولكن يجب مراعاة الكتلة الحرارية للأطراف لضمان عدم ارتفاع درجة حرارة الغلاف نفسه.
- التنظيف:إذا كان التنظيف مطلوبًا بعد اللحام، فاستخدم المذيبات المتوافقة مع مادة غلاف الإيبوكسي. تجنب التنظيف بالموجات فوق الصوتية ما لم يثبت أنه آمن للمكون.
- التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد (-55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية). يجب الاحتفاظ بالأجهزة الحساسة للرطوبة في أكياس محكمة الغلق مع مجفف إذا لم يتم تجفيفها قبل الاستخدام.
7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم
7.1 تطبيق نموذجي: كاشف الدخان
في كاشف الدخان الكهروضوئي، يتم وضع LTE-4208M في غرفة بحيث لا تضرب حزمته الترانزستور الضوئي المقترن مباشرة في ظل ظروف الهواء النقي. عندما تدخل جسيمات الدخان إلى الغرفة، فإنها تشتت ضوء الأشعة تحت الحمراء، مما يتسبب في انحراف بعضها إلى الترانزستور الضوئي. يؤدي التيار الناتج في الكاشف إلى تشغيل الإنذار. لهذا التطبيق:
- اختر مجموعة شدة إشعاعية توفر إشارة كافية للكشف الموثوق عن الدخان مع تقليل استهلاك الطاقة إلى الحد الأدنى.
- قم بتشغيل LED بتيار نابض (على سبيل المثال، نبضة قصيرة عالية مثل 100 مللي أمبير لمدة 10 ميكروثانية) بدلاً من التيار المستمر لزيادة إشارة الذروة للحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل وتقليل متوسط استهلاك الطاقة، مما يطيل عمر البطارية.
- ضع في اعتبارك تخفيض درجة الحرارة لكل من الشدة الإشعاعية وأقصى تيار، حيث يمكن تركيب الكواشف في علية أو بيئات أخرى بها تقلبات واسعة في درجة الحرارة.
7.2 اعتبارات تصميم عامة
- الحد من التيار:استخدم دائمًا مقاومًا تسلسليًا أو محرك تيار ثابت للحد من التيار الأمامي. لا تقم بتوصيل LED مباشرة بمصدر جهد أبدًا.
- حماية من الجهد العكسي:في الدوائر التي قد تحدث فيها تقلبات جهد عكسي (مثل الأحمال الحثية، التوصيل الساخن)، فكر في إضافة ثنائي حماية بالتوازي مع LED (الكاثود إلى الأنود) لتثبيت أي جهد عكسي أقل من 0.7 فولت.
- التبريد الحراري:للتشغيل المستمر بالقرب من أقصى تصنيف للتيار، ضع في اعتبارك تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يوفر مساحة نحاسية واسعة حول الأطراف يساعد على تبديد الحرارة.
- التصميم البصري:زاوية الرؤية الضيقة البالغة 20 درجة تبسط التصميم البصري للتوازي ولكنها تتطلب محاذاة ميكانيكية دقيقة مع المستقبل. للحصول على تغطية أوسع، قد تكون هناك حاجة إلى موزعات أو عدسات.
8. المقارنة التقنية والتمييز
مقارنةً بـ LEDs للأشعة تحت الحمراء العامة غير المصنفة، فإن المميز الرئيسي لـ LTE-4208M هو مجموعات الشدة الإشعاعية المضمونة، مما يوفر أداءً يمكن التنبؤ به. مقارنةً بـ LEDs للأشعة تحت الحمراء ذات التكنولوجيا السطحية (SMD)، يوفر غلاف الثقب المار T-1 3/4 تبديد طاقة أعلى ممكنًا بسبب كتلته الحرارية الأكبر وأطرافه الأطول، مما قد يسمح بتيارات قيادة مستمرة أو نابضة أعلى. غلافه الشفاف مفيد مقارنة بالأغلفة الملونة أو المنتشرة عندما تكون هناك حاجة إلى أقصى إخراج ضوئي أمامي وتعريف للحزمة، على الرغم من أنه لا يوفر حماية جوهرية من الضوء المرئي.
9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)
س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بتيار 3 أمبير بشكل مستمر نظرًا لأن تصنيف الذروة هو 3 أمبير؟
ج: لا. تصنيف 3 أمبير مخصص لنبضات قصيرة جدًا (10 ميكروثانية) تحت دورة عمل محددة. أقصى تيار مستمر هو 50 مللي أمبير. تجاوز هذا سيؤدي إلى تدمير الجهاز بسرعة بسبب ارتفاع درجة الحرارة.
س: لماذا تصنيف الجهد العكسي 5 فولت فقط؟
ج: تم تحسين LEDs للأشعة تحت الحمراء للتوصيل الأمامي. لم يتم تصميم بنية أشباه الموصلات لتحمل انحياز عكسي عالٍ. تأكد دائمًا من أن الدائرة تمنع تطبيق الجهد العكسي.
س: كيف أختار المجموعة المناسبة (من A إلى G)؟
ج: اختر بناءً على قوة الإشارة المطلوبة لنظامك عند المستقبل. إذا كانت دائرة الكاشف الخاصة بك بها كسب عالٍ وتحتاج إلى تقليل الطاقة، فقد تكفي مجموعة أقل (A، B). للمسافات الأطول، أو الكواشف الأضعف، أو الأنظمة التي تتطلب نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية، اختر مجموعة أعلى (E، F، G). يوصى بالاختبار مع مسارك البصري المحدد.
س: الجهد الأمامي النموذجي هو 1.6 فولت. ما المقاوم الذي يجب أن أستخدمه مع مصدر طاقة 5 فولت لتيار 20 مللي أمبير؟
ج: R = (Vالمصدر- VF) / IF= (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثل 180 أوم) وتحقق من التيار الفعلي: IF= (5V - 1.6V) / 180 = ~18.9mA، وهو مقبول.
10. دراسة حالة تصميم عملية
السيناريو:تصميم عداد أجسام يعمل بالبطارية ومنخفض الطاقة لحزام ناقل صناعي. يستخدم النظام مستشعرًا شعاعيًا حيث يواجه LTE-4208M ترانزستورًا ضوئيًا LTR-3208 عبر الحزام.
خطوات التصميم:
- الهدف:تعظيم عمر البطارية مع ضمان الكشف الموثوق عن جميع الأجسام.
- طريقة القيادة:استخدم التشغيل النابض. يولد المتحكم الدقيق (Microcontroller) نبضة بتردد 100 هرتز ودورة عمل 10٪ (1 مللي ثانية تشغيل، 9 مللي ثانية إيقاف).
- حساب التيار:للبقاء ضمن حدود الطاقة المتوسطة، اختر تيار نبضي. مع Pd=100mW و VF~1.6V، متوسط IFيمكن أن يكون ~62.5mA. لدورة عمل 10٪، يمكن أن يصل تيار النبضة IFإلى 625mA. تم اختيار تيار نبضي محافظ قدره 100 مللي أمبير لإشارة قوية.
- اختيار المكونات:اختر LTE-4208M من المجموعة D أو E لقوة إشارة جيدة. اختر الترانزستور الضوئي المطابق LTR-3208.
- الدائرة:استخدم دبوس GPIO في المتحكم الدقيق لقيادة ترانزستور (مثل NPN BJT أو قناة N MOSFET) يقوم بتبديل النبضة 100 مللي أمبير عبر LED. يحدد المقاوم التسلسلي التيار: R = (3.3VGPIO- VCE(sat)- VF) / IF. يتم توصيل إخراج الترانزستور الضوئي بمقارن أو محول ADC في المتحكم الدقيق.
- اعتبارات:ضع في اعتبارك الضوء المحيط عن طريق مزامنة الكشف مع نبضة LED (الكشف المتزامن). ضع في اعتبارك تأثيرات درجة الحرارة على شدة الإخراج.
يقلل هذا النهج متوسط استهلاك التيار إلى حوالي 10 مللي أمبير (100 مللي أمبير * 10٪) بدلاً من 20-50 مللي أمبير مستمر، مما يطيل عمر البطارية بشكل كبير مع الحفاظ على نبضة ضوئية قوية يمكن اكتشافها.
11. مبدأ التشغيل
LTE-4208M هو ثنائي تقاطع p-n أشباه الموصلات مصنوع من مواد مثل أرسينيد ألومنيوم جاليوم (AlGaAs). عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق للمادة، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، فإنها تطلق الطاقة. في ثنائي باعث للضوء (LED)، يتم إطلاق هذه الطاقة في المقام الأول كفوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات. بالنسبة لـ AlGaAs المضبوط على 940 نانومتر، تبلغ طاقة فجوة النطاق حوالي 1.32 إلكترون فولت (eV). يعمل غلاف الإيبوكسي الشفاف كعدسة، مشكلاً نمط الانبعاث ويوفر حماية بيئية.
12. اتجاهات التكنولوجيا
تستمر تكنولوجيا باعثات الأشعة تحت الحمراء في التطور. تشمل الاتجاهات ذات الصلة بأجهزة مثل LTE-4208M:
- زيادة الكفاءة:يهدف البحث المستمر في علوم المواد إلى تحسين كفاءة الحائط (الطاقة البصرية الخارجة / الطاقة الكهربائية الداخلة) لـ LEDs للأشعة تحت الحمراء، مما يقلل من توليد الحرارة واستهلاك الطاقة لنفس الإخراج البصري.
- تعديل عالي السرعة:تطوير LEDs قادرة على التبديل بشكل أسرع للتطبيقات في اتصالات البيانات البصرية (مثل IrDA، Li-Fi) والاستشعار عالي السرعة.
- التكامل:الاتجاه نحو تجميعات إلكترونية ضوئية متكاملة تجمع بين الباعث، والمستقبل، وأحيانًا دوائر القيادة في وحدة واحدة، مما يبسط التصميم ويحسن المحاذاة واتساق الأداء.
- أطوال موجية بديلة:التوسع في أطوال موجية أخرى للأشعة تحت الحمراء القريبة (مثل 850 نانومتر، 880 نانومتر) لتطبيقات محددة مثل تتبع العين (حيث يُفضل 940 نانومتر لأنه أقل وضوحًا) أو التوافق مع حساسيات كواشف السيليكون المختلفة.
- تصغير التغليف:بينما تظل أغلفة الثقب المار شائعة للتطبيقات عالية الطاقة أو الموثوقية العالية، هناك اتجاه قوي نحو تكنولوجيا التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي والتصاميم المقيدة بالمساحة.
يمثل LTE-4208M، بغلافه T-1 3/4 المجرب، وإخراجه الإشعاعي العالي، وتصنيفه الصارم، حلاً ناضجًا وموثوقًا مناسبًا تمامًا لتطبيقاته الأساسية، خاصةً حيث يُفضل أو يُطلب التركيب ذو الثقب المار.
مصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| المصطلح | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الكفاءة الضوئية | لومن/وات | الإخراج الضوئي لكل واط من الكهرباء، أعلى يعني أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. | يحدد مباشرة درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| التدفق الضوئي | لومن | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يسمى عادةً "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | درجة، مثل 120 درجة | الزاوية التي ينخفض فيها شدة الضوء إلى النصف، يحدد عرض الحزمة. | يؤثر على نطاق الإضاءة والتوحيد. |
| درجة حرارة اللون | كلفن، مثل 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة صفراء/دافئة، العالية بيضاء/باردة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| مؤشر تجسيد اللون | بدون وحدة، 0-100 | القدرة على تقديم ألوان الكائن بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن الطلب العالي مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| تفاوت اللون | خطوات بيضاوي ماك آدم، مثل "5 خطوات" | مقياس اتساق اللون، خطوات أصغر تعني لون أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس دفعة مصابيح LED. |
| الطول الموجي المهيمن | نانومتر، مثل 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد تدرج اللون الأحمر، الأصفر، الأخضر مصابيح LED أحادية اللون. |
| توزيع الطيفي | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد اللون وجودة اللون. |
المعايير الكهربائية
| المصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| الجهد الأمامي | Vf | الحد الأدنى للجهد لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد مصدر التشغيل ≥ Vf، تضاف الفولتية لمصابيح LED المتسلسلة. |
| التيار الأمامي | If | قيمة التيار للعمل العادي لمصباح LED. | عادةً استخدام تشغيل تيار ثابت، التيار يحدد السطوع وعمر التشغيل. |
| التيار النبضي الأقصى | Ifp | تيار الذروة الذي يمكن تحمله لفترات قصيرة، يُستخدم للتعتير أو الوميض. | يجب التحكم بدقة في عرض النبضة ودورة العمل لتجنب التلف. |
| الجهد العكسي | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن أن يتحمله LED، التجاوز قد يسبب انهيارًا. | يجب على الدائرة منع الاتصال العكسي أو ارتفاع الجهد. |
| المقاومة الحرارية | Rth (°C/W) | مقاومة نقل الحرارة من الشريحة إلى نقطة اللحام، الأقل أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، مثل 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، أعلى يعني أقل عرضة للتلف الكهروستاتيكي. | يجب اتخاذ إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
إدارة الحرارة والموثوقية
| المصطلح | المقياس الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الوصلة | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض 10°C قد يضاعف عمر التشغيل؛ عالي جدًا يسبب تدهور الضوء، انزياح اللون. |
| تدهور التدفق الضوئي | L70 / L80 (ساعة) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من القيمة الأولية. | يحدد مباشرة "عمر الخدمة" لمصباح LED. |
| الحفاظ على التدفق الضوئي | %، مثل 70% | النسبة المئوية للسطوع المتبقي بعد الوقت. | يشير إلى قدرة الحفاظ على السطوع على المدى الطويل. |
| انزياح اللون | Δu′v′ أو بيضاوي ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق اللون في مشاهد الإضاءة. |
| الشيخوخة الحرارية | تدهور المادة | التدهور بسبب درجة الحرارة العالية على المدى الطويل. | قد يسبب انخفاض السطوع، تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
التعبئة والمواد
| المصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | الميزات والتطبيقات |
|---|---|---|---|
| نوع التغليف | EMC، PPA، السيراميك | مادة الغلاف التي تحمي الشريحة، توفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة حرارة جيدة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حرارة أفضل، عمر أطول. |
| هيكل الشريحة | أمامي، شريحة معكوسة | ترتيب أقطاب الشريحة. | الشريحة المعكوسة: تبديد حرارة أفضل، كفاءة ضوئية أعلى، للطاقة العالية. |
| طلاء الفسفور | YAG، السيليكات، النتريدات | يغطي الشريحة الزرقاء، يحول بعضها إلى أصفر/أحمر، يخلط إلى أبيض. | الفسفورات المختلفة تؤثر على الكفاءة الضوئية، درجة حرارة اللون، ومؤشر تجسيد اللون. |
| العدسة/البصريات | مسطحة، العدسات الدقيقة، الانعكاس الداخلي الكلي | الهيكل البصري على السطح يتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
مراقبة الجودة والتصنيف
| المصطلح | محتوى الفرز | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| فرز التدفق الضوئي | الرمز مثل 2G، 2H | مجمعة حسب السطوع، كل مجموعة لها قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن سطوعًا موحدًا في نفس الدفعة. |
| فرز الجهد | الرمز مثل 6W، 6X | مجمعة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة مصدر التشغيل، يحسن كفاءة النظام. |
| فرز اللون | 5 خطوات بيضاوي ماك آدم | مجمعة حسب إحداثيات اللون، تضمن نطاق ضيق. | يضمن اتساق اللون، يتجنب لون غير متساوٍ داخل التركيبة. |
| فرز درجة حرارة اللون | 2700K، 3000K إلخ. | مجمعة حسب درجة حرارة اللون، لكل منها نطاق إحداثي مقابل. | يلبي متطلبات درجة حرارة اللون لمشاهد مختلفة. |
الاختبار والشهادات
| المصطلح | المعيار/الاختبار | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | إضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، تسجيل بيانات تدهور السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر مصباح LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر | يقدر العمر تحت الظروف الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر تنبؤ علمي للعمر. |
| IESNA | جمعية هندسة الإضاءة | يغطي طرق الاختبار البصرية، الكهربائية، الحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | شرط الوصول إلى السوق دوليًا. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء لمنتجات الإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية، برامج الدعم، يعزز القدرة التنافسية. |