ورقة بيانات باعث الأشعة تحت الحمراء LTE-2872U - عبوة 5 مم - جهد أمامي 1.6 فولت - طول موجي 940 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTE-2872U ثنائي باعث عالي الأداء للأشعة تحت الحمراء (IR) مُصممًا للتشغيل الموثوق في تطبيقات الاستشعار والكشف. وظيفته الأساسية هي إصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر، وهو غير مرئي للعين البشرية ولكنه مثالي لأنظمة الكشف الإلكترونية. التطبيق الأساسي الذي يتم تسليط الضوء عليه في ورقة البيانات هو لكاشفات الدخان، والتي يحمل المكون لها موافقة UL، مما يؤكد موثوقيته وسلامته لمعدات سلامة الحياة الحرجة. يُقدم الجهاز في عبوة بلاستيكية شفافة منخفضة التكلفة ذات نهاية نظر، توفر نمط حزمة ضيق يعزز الاتجاهية ودقة الاستشعار.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الرئيسية لسلسلة LTE-2872U من خيارات التصميم المحددة الخاصة بها. إنها متطابقة ميكانيكيًا وطيفيًا مع الترانزستورات الضوئية المرافقة في سلسلة LTR-3208، مما يضمن أداءً أمثل في أزواج باعث-كاشف شائعة الاستخدام في أجهزة الاستشعار من نوع الفتحة (مثلًا، للكشف عن الورق في الطابعات، استشعار الأجسام). هذا التطابق يبسط التصميم ويحسن سلامة الإشارة. خاصية الحزمة الضيقة تزيد من الشدة على مساحة أصغر، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء في الأنظمة المحاذاة. استخدام طبقة نافذة من زرنيخيد الغاليوم والألومنيوم (GaAlAs) على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) هو تقنية قياسية لانبعاث IR فعال. السوق المستهدف الأساسي هو الإلكترونيات الصناعية والاستهلاكية التي تتطلب استشعارًا قويًا ومنخفض التكلفة للأشعة تحت الحمراء، مع تخصص معتمد في أنظمة كشف الدخان.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

توفر ورقة البيانات التصنيفات القصوى المطلقة والخصائص الكهربائية/البصرية التفصيلية، وهي بالغة الأهمية لتصميم الدائرة وتقييم الموثوقية.

2.1 التصنيفات القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم. يمكن للجهاز تبديد ما يصل إلى 250 ملي واط من الطاقة. يُصنف التيار الأمامي المستمر بـ 150 مللي أمبير، بينما يُسمح بتيار أمامي ذروة أعلى بكثير يبلغ 3 أمبير في ظل ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية)، وهو مفيد لدفع دفقات قصيرة عالية الشدة. أقصى جهد عكسي هو 5 فولت، مما يشير إلى تحمل الثنائي المحدود للانحياز العكسي. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -40°C إلى +85°C، ويمكن التخزين من -55°C إلى +100°C، مما يجعله مناسبًا للبيئات القاسية. يتم تحديد درجة حرارة لحام الأسلاك بـ 260°C لمدة 5 ثوانٍ على مسافة 1.6 مم من جسم العبوة، مما يوفر إرشادات لعمليات التجميع.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم اختبار المعاملات عند تيار أمامي قياسي (I_F) قدره 20 مللي أمبير ودرجة حرارة محيطة (T_A) قدرها 25°C. يتراوح الجهد الأمامي (V_F) بشكل نموذجي من 1.2 فولت إلى 1.6 فولت. أقصى تيار عكسي (I_R) هو 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت. طول موجة الانبعاث الذروة (λ_الذروة) هو 940 نانومتر، وعرض النطاق الطيفي (Δλ)، المُعرّف كنصف العرض، هو 50 نانومتر. زاوية الرؤية (2θ_1/2) هي 16 درجة، مما يؤكد مواصفة الحزمة الضيقة.

3. شرح نظام التصنيف

يستخدم LTE-2872U نظام تصنيف صارم لإخراجه الإشعاعي، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب أداءً بصريًا متسقًا. يتم تصنيف معاملين رئيسيين: السطوع الإشعاعي للفتحة (E_e، بوحدة ملي واط/سم²) والشدة الإشعاعية (I_E، بوحدة ملي واط/ستراديان).

3.1 تصنيف الإخراج الإشعاعي

تدرج ورقة البيانات عدة تصنيفات (A, B, C, D1, D2, D3, D4) لكل من E_eو I_E. تمثل التصنيفات نطاقات مصنفة من الطاقة البصرية. على سبيل المثال، التصنيف A للشدة الإشعاعية له نطاق نموذجي من 3.31 إلى 7.22 ملي واط/ستراديان، بينما يبدأ التصنيف D4 من 17.17 ملي واط/ستراديان. هذا يسمح للمصممين باختيار مكون بمستوى الإخراج الدقيق المطلوب لتطبيقهم، مما يضمن قوة إشارة كافية دون المبالغة في المواصفات. بشكل عام، تتوافق أرقام التصنيف الأعلى مع أجهزة ذات كفاءة أو إخراج أعلى. يجب على المصممين الرجوع إلى رموز التصنيف المحددة عند الطلب لضمان الأداء المطلوب.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات خصائص نموذجية توضح سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة.

4.1 التوزيع الطيفي

يوضح الشكل 1 التوزيع الطيفي، حيث يبلغ الذروة بشكل حاد عند 940 نانومتر مع نصف العرض المذكور سابقًا البالغ 50 نانومتر. هذا المنحنى حيوي لضمان التوافق مع الحساسية الطيفية للكاشف المزدوج (مثل LTR-3208).

4.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

يصور الشكل 3 خاصية IV (التيار-الجهد). يظهر العلاقة الأسية النموذجية للثنائي. يسمح المنحنى للمصممين بتحديد جهد التشغيل اللازم لتيار تشغيل مرغوب، وهو أمر أساسي لتصميم دائرة تحديد التيار.

4.3 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح الشكل 5 أن الإخراج البصري (الشدة الإشعاعية) شبه خطي مع التيار الأمامي في نطاق التشغيل النموذجي. هذا الخطي يبسط تعديل وتحكم إخراج الضوء.

4.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

الشكل 4 بالغ الأهمية لفهم التأثيرات الحرارية. يظهر أن الشدة الإشعاعية تتناقص مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. يجب أخذ هذا التخفيض في الاعتبار في التصميمات المخصصة للتشغيل على كامل نطاق درجة الحرارة، خاصة بالقرب من الحد الأعلى (+85°م)، لضمان هامش إشارة كافٍ.

4.5 مخطط الإشعاع

يوفر الشكل 6 نمط إشعاع قطبي، مؤكدًا بصريًا على زاوية الرؤية البالغة 16 درجة. يظهر النمط التوزيع الزاوي للضوء تحت الأحمر المنبعث، وهو مهم للمحاذاة البصرية وفهم منطقة الاستشعار الفعالة.

5. معلومات الميكانيكا والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يستخدم الجهاز عبوة قياسية 5 مم ذات أسلاك شعاعية (غالبًا ما يشار إليها بـ T-1¾). تشمل الأبعاد الرئيسية قطر الجسم، تباعد الأسلاك، والطول الإجمالي. يحدد الرسم أن تباعد الأسلاك يُقاس حيث تخرج الأسلاك من العبوة. يُلاحظ أقصى بروز للراتنج تحت الحافة بـ 1.5 مم. جميع الأبعاد لها تسامح قياسي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

5.2 تحديد القطبية

لباعث IR قياسي في هذه العبوة، السلك الأطول هو عادةً الأنود (الموجب)، والسلك الأقصر هو الكاثود (السالب). قد تشير الجانب المسطح على حافة العبوة أيضًا إلى جانب الكاثود. يجب على المصممين التحقق من ذلك أثناء التجميع لمنع الاتصال العكسي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

توفر ورقة البيانات تعليمات محددة للحام لمنع التلف الحراري للوصلة شبه الموصلة والعبوة البلاستيكية.

6.1 اللحام اليدوي أو بالموجات

يحدد التصنيف الأقصى المطلق أنه يمكن لحام الأسلاك عند 260°م لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، بشرط أن تكون نقطة اللحام على بعد 1.6 مم على الأقل من جسم العبوة. تسمح هذه المسافة للحرارة بالتبدد على طول السلك قبل الوصول إلى المكونات الحساسة داخل العبوة. يُعد استخدام مشبك مبدد حراري على السلك بين نقطة اللحام والجسم ممارسة موصى بها.

6.2 ظروف التخزين

على الرغم من عدم تفصيلها بشكل صريح خارج نطاق درجة حرارة التخزين (-55°م إلى +100°م)، إلا أنه من الممارسات القياسية تخزين الأجهزة الحساسة للرطوبة في بيئة جافة أو في أكياس محكمة الإغلاق ذات حاجز للرطوبة مع مجفف لمنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء لحام إعادة التدفق، على الرغم من أن هذا المكون مخصص بشكل أساسي للتجميع عبر الفتحة.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• كاشفات الدخان:تجعل موافقة UL منه الخيار الأساسي. يُستخدم في كاشفات الدخان الضوئية حيث تبعثر جسيمات الدخان حزمة IR من الباعث إلى كاشف ضوئي.
• استشعار الجسم/الفتحة:مقترنًا بترانزستور ضوئي متطابق (مثل LTR-3208) عبر فجوة للكشف عن وجود أو غياب جسم (ورق في طابعة، عملة معدنية في آلة بيع).
• استشعار القرب:يُستخدم في الأنظمة حيث يتم الكشف عن ضوء IR المنعكس لقياس المسافة أو الوجود.
• الأتمتة الصناعية:للعد، والتحديد الموضعي، وستائر السلامة بكسر الحزمة.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة على التوالي لتحديد التيار الأمامي إلى القيمة المرغوبة (مثل 20 مللي أمبير لقياسات المواصفات). احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_المصدر- V_F) / I_F.
• الإدارة الحرارية:ضع في الاعتبار الانخفاض في الإخراج مع درجة الحرارة (انظر الشكل 4). للتشغيل بدرجة حرارة عالية أو تيار عالٍ، تأكد من أن تبديد الطاقة (I_F* V_F) لا يتجاوز 250 ملي واط وفكر في التخفيض.
• المحاذاة البصرية:تتطلب الحزمة الضيقة 16 درجة محاذاة ميكانيكية دقيقة مع الكاشف للحصول على قوة إشارة مثلى.
• الضوضاء الكهربائية:للتشغيل النبضي، تأكد من دائرة تشغيل سريعة وفكر في التدريع لمنع التداخل الكهرومغناطيسي من التأثير على دوائر الكاشف الحساسة.

8. المقارنة التقنية والتمييز

على الرغم من عدم وجود مقارنة مباشرة مع المنافسين في ورقة البيانات، إلا أنه يمكن استنتاج عوامل التمييز الرئيسية لـ LTE-2872U. ميزته الأساسية هي الضمان المطابق لسلسلة الترانزستور الضوئي LTR-3208، مما يقلل من عدم اليقين في التصميم. توفر تصنيفات الإخراج المتعددة يسمح بتحسين التكلفة مقابل الأداء. زاوية الرؤية الضيقة هي ميزة محددة غير موجودة في جميع باعثات IR؛ توفر باعثات الزاوية الأوسع شدة أقل عند نقطة محددة ولكنها تغطي مساحة أكبر. شهادة UL لكاشفات الدخان هي مؤهل مهم لا تمتلكه جميع ثنائيات IR، مما يفتح الباب أمام سوق منظم.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)

س1: ما هو الغرض من التصنيفات المختلفة (A, B, C, D1، إلخ)؟
ج1: تصنف التصنيفات ثنائيات LED بناءً على إخراجها الإشعاعي المقاس (الشدة). هذا يسمح لك باختيار مكون يلبي الحد الأدنى من الإخراج المطلوب لتطبيقك بشكل موثوق. استخدام تصنيف أعلى يضمن إشارة أقوى ولكن قد يكلف قليلاً أكثر.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بمصدر طاقة 5 فولت مباشرة؟
ج2: لا. الجهد الأمامي النموذجي هو 1.2-1.6 فولت. توصيله مباشرة بـ 5 فولت سيسبب تيارًا مفرطًا، مما يدمر الـ LED. يجب عليك دائمًا استخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي.

س3: لماذا ينخفض الإخراج عند درجات حرارة أعلى؟
ج3: هذه خاصية أساسية لمصادر الضوء شبه الموصلة. زيادة درجة الحرارة تزيد من إعادة التركيب غير الإشعاعي داخل المادة شبه الموصلة، مما يقلل من كفاءة توليد الضوء (الإنارة الكهربائية).

س4: ماذا يعني "متطابق طيفيًا"؟
ج4: يعني أن طول موجة الانبعاث الذروة للباعث (940 نانومتر) يتماشى بشكل وثيق مع طول موجة الحساسية الطيفية الذروة لكاشف الترانزستور الضوئي المحدد. هذا يزيد إلى أقصى حد كمية الضوء المنبعث التي يمكن للكاشف "رؤيتها" وتحويلها إلى إشارة كهربائية.

10. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو: تصميم مستشعر نفاد الورق لطابعة.تطبيق شائع هو الكشف عن غياب الورق في الدرج. يتم وضع باعث IR من نوع LTE-2872U على جانب واحد من مسار الورق، ويتم وضع ترانزستور ضوئي من نوع LTR-3208 مباشرة في المقابل. عندما يكون الورق موجودًا، فإنه يحجب حزمة IR، ويكون إخراج الترانزستور الضوئي منخفضًا (أو مرتفعًا، اعتمادًا على تكوين الدائرة). عندما يكون الورق غائبًا، تصل الحزمة إلى الكاشف، مما يغير حالة إخراجه.خطوات التصميم:1) اختر تصنيفًا مناسبًا (مثل التصنيف C) لهامش إشارة كافٍ. 2) صمم دائرة التشغيل: استخدم دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة. بمصدر طاقة 3.3 فولت وهدف I_Fبقدرة 20 مللي أمبير، احسب R = (3.3V - 1.4V) / 0.02A = 95Ω. استخدم مقاومة قياسية 100Ω. 3) صمم دائرة الكاشف: قم بتوصيل الترانزستور الضوئي في تكوين باعث مشترك مع مقاومة سحب لأعلى لإنشاء إشارة رقمية. 4) صمم الحامل ميكانيكيًا لضمان المحاذاة الدقيقة للباعث والكاشف عبر مسار الورق، مستفيدًا من الحزمة الضيقة 16 درجة للكشف الدقيق عن الحافة.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

LTE-2872U هو ثنائي باعث للضوء (LED) يعمل في طيف الأشعة تحت الحمراء. مبدأه الأساسي هو الإنارة الكهربائية في وصلة p-n شبه موصلة. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة الوصلة. عندما تعيد هذه حاملات الشحن تركيبها، فإنها تطلق الطاقة. في نظام المواد المحدد هذا (GaAlAs/GaAs)، تتوافق الطاقة المنطلقة مع فوتون بطول موجي يبلغ حوالي 940 نانومتر، وهو في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة. يتم تحقيق الحزمة الضيقة من خلال هندسة رقاقة أشباه الموصلات والتأثير العدسي للعبوة القبة البلاستيكية الشفافة، والتي تجعل الضوء المنبعث متوازيًا.

12. الاتجاهات والسياق التكنولوجي

تعتمد باعثات الأشعة تحت الحمراء مثل LTE-2872U على تقنية أشباه الموصلات III-V الناضجة. تشمل الاتجاهات في المجال تطوير باعثات بأطوال موجية مختلفة (مثل 850 نانومتر لبعض كاميرات المراقبة، 1050 نانومتر للتطبيقات الآمنة للعين) وبقوى وكفاءات إخراج أعلى. هناك أيضًا اتجاه نحو عبوات أجهزة التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي، على الرغم من أن العبوات عبر الفتحة مثل هذا النوع 5 مم تظل شائعة للنماذج الأولية والإصلاح والتطبيقات التي تتطلب معالجة طاقة أعلى أو تجميع يدوي أبسط. يظل مبدأ أزواج باعث-كاشف المتطابقة أساسيًا للاستشعار الكهروضوئي الموثوق. دمج الباعث، المشغل، وأحيانًا الكاشف في وحدة واحدة هو اتجاه آخر، يبسط تصميم النظام للمستخدمين النهائيين.