صمام باعث للأشعة تحت الحمراء 940 نانومتر، عبوة T-1 3/4 - قطر 5.0 مم × ارتفاع 8.6 مم - جهد أمامي 1.6 فولت - شدة إشعاعية 40 مللي واط/ستراديان - ورقة بيانات باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات صمام باعث عالي القدرة للأشعة تحت الحمراء (IR). تم تصميم الجهاز لبعث الضوء عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر (nm)، والذي يقع في الطيف غير المرئي، مما يجعله مثالياً للتطبيقات التي تتطلب إضاءة غير مرئية. يتم تغليف المكون في عبوة قياسية من نوع T-1 3/4 للتركيب عبر الفتحات، مزودة بعدسة شفافة تماماً، مما يوفر نمط إشعاع واسع الزاوية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا الباعث للأشعة تحت الحمراء ناتج الشدة الإشعاعية العالي، وزاوية رؤية واسعة تبلغ 45 درجة لتغطية موسعة، وتصميم مُحسّن للعمل بتيار عالي مع خصائص جهد أمامي منخفض. تجعل هذه الميزات منه حلاً فعالاً من حيث التكلفة وموثوقاً. التطبيقات المستهدفة هي في المقام الأول في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية والاستشعار، وتحديداً لوحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء لأجهزة التلفزيون ومشغلات البث وأجهزة الصوت، وكذلك لمستشعرات الكشف عن القرب أو الوجود في الأجهزة المختلفة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يتم تعريف أداء الجهاز تحت ظروف درجة الحرارة المحيطة القياسية (25 درجة مئوية). فهم هذه المعايير أمر بالغ الأهمية لتصميم الدائرة الكهربائية بشكل صحيح والتشغيل الموثوق.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود. تشمل الحدود الرئيسية تيار أمامي مستمر (I_F) بقيمة 100 مللي أمبير، و تيار أمامي ذروة بقيمة 1 أمبير تحت ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية)، وتبديد طاقة أقصى بقيمة 160 مللي واط. يمكن للجهاز تحمل جهد عكسي (V_R) يصل إلى 5 فولت، على الرغم من أنه يُذكر صراحةً أن هذا لأغراض الاختبار فقط ولا يتم تصميم الجهاز للعمل تحت انحياز عكسي. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة. الشدة الإشعاعية (I_E)، وهي مقياس لناتج الطاقة البصرية لكل زاوية صلبة، تبلغ عادةً 40 مللي واط لكل ستراديان (mW/sr) عند تشغيله بتيار 100 مللي أمبير. الجهد الأمامي (V_F) يبلغ عادةً 1.6 فولت عند تيار تشغيل 50 مللي أمبير، مما يشير إلى فقد طاقة كهربائية منخفض نسبياً. الخصائص الطيفية تتمحور حول 940 نانومتر مع عرض نصف طيفي (Δλ) يبلغ حوالي 50 نانومتر، مما يحدد عرض النطاق الترددي للضوء تحت الأحمر المنبعث.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة، وهي ضرورية لفهم اللاخطية والاعتماد على درجة الحرارة.

3.1 التوزيع الطيفي

يُظهر منحنى التوزيع الطيفي (الشكل 1) الشدة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي. يؤكد الانبعاث الذروة عند 940 نانومتر والعرض النصفي البالغ 50 نانومتر، مما يشير إلى انتشار الأطوال الموجية المنبعثة. هذا مهم لمطابقة حساسية أجهزة الاستشعار المستقبلة أو الثنائيات الضوئية.

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

يصور منحنى I-V (الشكل 3) العلاقة بين التيار المتدفق عبر الثنائي والجهد عبره. إنه غير خطي، وهي خاصية للثنائي شبه الموصل. هذا المنحنى حيوي لتحديد جهد التشغيل اللازم لتيار تشغيل مرغوب ولحساب تبديد الطاقة (P_D = V_F × I_F).

3.3 الخصائص الحرارية

يوضح الشكل 2 تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. مع ارتفاع درجة الحرارة، تقل قدرة الجهاز على تبديد الحرارة، لذلك يجب تقليل الحد الأقصى لتيار التشغيل الآمن لمنع تجاوز حد درجة حرارة الوصلة. يُظهر الشكل 4 كيف تنخفض الشدة الإشعاعية النسبية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة لتيار تشغيل ثابت، وهي ظاهرة تُعرف بالترهل الحراري. يجب أخذ هذا في الاعتبار في التصاميم التي تتطلب ناتجاً مستقراً على نطاق واسع من درجات الحرارة.

3.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح الشكل 5 أن ناتج الضوء ليس متناسباً خطياً مع التيار، خاصةً عند التيارات الأعلى حيث قد تنخفض الكفاءة بسبب التسخين وتأثيرات أخرى. يساعد هذا الرسم البياني في اختيار نقطة تشغيل مناسبة لموازنة السطوع والكفاءة وعمر الجهاز.

3.5 نمط الإشعاع

يمثل الرسم القطبي (الشكل 6) زاوية الرؤية بصرياً. مواصفة 2θ½ البالغة 45 درجة تعني الزاوية التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها عند 0 درجة (على المحور). هذا النمط الواسع مفيد للتطبيقات مثل أجهزة التحكم عن بعد، حيث لا يتم ضمان المحاذاة الدقيقة بين المرسل والمستقبل.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 الأبعاد الخارجية

يتوافق الجهاز مع معيار عبوة T-1 3/4 (5 مم). تشمل الأبعاد الرئيسية قطر الجسم حوالي 5.0 مم، وارتفاع إجمالي حوالي 8.6 مم من أسفل الأطراف إلى أعلى العدسة، وتباعد الأطراف 2.54 مم (0.1 بوصة) حيث تخرج الأطراف من العبوة. يتم تحديد أقصى بروز للراتنج تحت الحافة بـ 1.0 مم. يجب الرجوع إلى الرسومات الميكانيكية التفصيلية مع التسامحات (عادةً ±0.25 مم) لتصميم بصمة اللوحة المطبوعة (PCB).

4.2 تحديد القطبية

بالنسبة لمصابيح LED للتركيب عبر الفتحات، يكون الطرف الموجب (الطرف الموجب) عادةً هو الطرف الأطول. يجب الرجوع إلى الرسم الخارجي في ورقة البيانات لتأكيد علامة التعريف المادية، والتي غالباً ما تكون بقعة مسطحة على حافة العبوة أو شق، تشير إلى جانب الطرف السالب (الطرف السالب).

5. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم أمر بالغ الأهمية لمنع التلف أثناء التصنيع.

5.1 تشكيل الأطراف

إذا كانت هناك حاجة لثني الأطراف، فيجب أن يتم ذلك عند نقطة تبعد على الأقل 3 مم عن قاعدة عدسة الإيبوكسي. لا يجب استخدام جسم العبوة كنقطة ارتكاز أثناء الثني. يجب تنفيذ هذه العملية في درجة حرارة الغرفة وقبل عملية اللحام.

5.2 معايير اللحام

يتم تناول طريقتين للحام:
مكواة اللحام:درجة حرارة قصوى تبلغ 360 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ. يجب ألا تقرب رأس المكواة أكثر من 1.6 مم من قاعدة لمبة الإيبوكسي.
اللحام بالموجة:يجب ألا تتجاوز درجة حرارة التسخين المسبق 100 درجة مئوية لمدة تصل إلى 60 ثانية. يجب أن تكون درجة حرارة موجة اللحام بحد أقصى 260 درجة مئوية مع وقت تلامس أقل من 5 ثوانٍ. يجب غمر الجهاز على مسافة لا تقل عن 2.0 مم من قاعدة لمبة الإيبوكسي.
ملاحظة حرجة:يُذكر صراحةً أن اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) غير مناسب لهذا النوع من العبوات للتركيب عبر الفتحات. يمكن للحرارة الزائدة أو الوقت الطويل أن يذيب العدسة البلاستيكية أو يتسبب في فشل داخلي.

5.3 التنظيف

إذا كان التنظيف ضرورياً بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA).

6. التخزين والتعامل

للتخزين طويل الأمد خارج الكيس الأصلي الحاجب للرطوبة، يُوصى بالاحتفاظ بالأجهزة في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و70٪ رطوبة نسبية. إذا تم إخراجها من التغليف الأصلي، فيجب استخدامها خلال ثلاثة أشهر. للتخزين الممتد، يُنصح بوضعها في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في جو من النيتروجين.

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تصميم دائرة التشغيل

صمام LED هو جهاز يعمل بالتيار. توصي ورقة البيانات بشدة باستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل صمام LED عند توصيل عدة وحدات على التوازي (نموذج الدائرة أ). هذا لأن الجهد الأمامي (V_F) يمكن أن يختلف قليلاً من جهاز لآخر. يمكن أن يؤدي توصيل مصابيح LED مباشرة على التوازي (نموذج الدائرة ب) بدون مقاومات فردية إلى احتكار التيار، حيث يسحب صمام LED ذو أقلV_Fتياراً أكثر بشكل غير متناسب، مما يؤدي إلى سطوع غير متساوٍ وإجهاد زائد محتمل وفشل ذلك الجهاز.

7.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. يجب تنفيذ تدابير وقائية في بيئة التعامل والتجميع:

• يجب على الموظفين ارتداء أساور معصم مؤرضة أو أحذية موصلة على أرضيات موصلة.
• يجب تأريض محطات العمل والمعدات وأرفف التخزين بشكل صحيح.
• استخدام مؤينات لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية.
• الفحوصات المنتظمة والتدريب للموظفين العاملين في المناطق المحمية من ESD أمران أساسيان.

7.3 نطاق التطبيق والتحذيرات

المكون مخصص للإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية القياسية. يحدد المصنع أن الاستشارة مطلوبة إذا كان سيتم استخدام الجهاز في تطبيقات حرجة للسلامة (مثل دعم الحياة الطبية، الطيران، التحكم في النقل) حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر.

8. مبدأ التشغيل والسياق التكنولوجي

هذا الجهاز هو صمام باعث للضوء شبه موصل (LED) يعمل على مبدأ الإضاءة الكهربائية. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المادي المحدد لطبقات أشباه الموصلات الطول الموجي للضوء المنبعث؛ في هذه الحالة، يتم ضبطه لانبعاث الأشعة تحت الحمراء 940 نانومتر. تعتبر مصابيح LED تحت الحمراء من هذا النوع مكونات ناضجة وموثوقة للغاية. ركز تطورها على زيادة الكفاءة (الشدة الإشعاعية لكل وحدة طاقة مدخلة)، وتحسين إدارة الحرارة لتيارات تشغيل أعلى، وضمان التوافق مع اللوائح البيئية مثل RoHS (تقييد المواد الخطرة). عبوة زاوية الرؤية الواسعة هي ميزة تصميم رئيسية تعزز قابلية الاستخدام في التطبيقات التي تتطلب تغطية واسعة بدلاً من شعاع مركز.