ورقة بيانات باعث الأشعة تحت الحمراء LTE-4238R - غلاف شفاف - الطول الموجي القياسي 880 نانومتر - جهد التشغيل 1.8 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTE-4238R باعثًا صغيرًا ومنخفض التكلفة للأشعة تحت الحمراء (IR) مصممًا للتطبيقات الكهروضوئية. وظيفته الأساسية هي إصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء عند طول موجي محدد، يُستخدم عادةً في أنظمة الاستشعار والكشف والاتصالات التي تتطلب مصدر ضوء غير مرئي. يتم تغليف الجهاز بغلاف بلاستيكي شفاف للنهاية، مما يسمح بنقل ضوء فعال. الميزة الرئيسية لهذا المكون هي تطابقه الميكانيكي والطيفي مع سلاسل محددة من الترانزستورات الضوئية (مثل سلسلة LTR-3208)، مما يبسط التصميم لأزواج المستقبل-الباعث ويضمن الأداء الأمثل في تطبيقات الاستشعار. وهذا يجعله مناسبًا للأسواق التي تشمل كشف الأجسام، واستشعار القرب، والمفاتيح غير اللمسية، وروابط البيانات البصرية الأساسية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يمكن لـ LTE-4238R تبديد طاقة تصل إلى 150 ملي واط. ويتحمل تيارًا أماميًا ذرويًا يبلغ 2 أمبير في ظل ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، وعرض النبضة 10 ميكروثانية)، بينما الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر هو 100 مللي أمبير. يمكن للجهاز تحمل جهد عكسي يصل إلى 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -40°C إلى +85°C، ويمكن تخزينه في بيئات تتراوح من -55°C إلى +100°C. بالنسبة للتجميع، يمكن لحام الأطراف عند 260°C لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، بشرط أن تكون نقطة اللحام على بعد 1.6 مم على الأقل من جسم الغلاف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم تحديد هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25°C وتيار تشغيل أمامي للاختبار (I_F) يبلغ 20 مللي أمبير، والذي يعمل كنقطة تشغيل قياسية. الشدة الإشعاعية (I_E)، وهي مقياس للقوة البصرية المنبعثة لكل زاوية صلبة، لها قيمة نموذجية تبلغ 4.81 ملي واط/ستراديان. الاستضاءة الإشعاعية للفتحة (E_e)، التي تمثل كثافة القدرة، تبلغ نموذجيًا 0.64 ملي واط/سم². يصدر الجهاز ضوءًا عند طول موجي ذروي (λ_الذروة) يبلغ 880 نانومتر، وهو في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة. عرض النطاق الطيفي، المحدد كنصف العرض (Δλ)، هو 50 نانومتر، مما يشير إلى انتشار الأطوال الموجية حول الذروة. يتراوح جهد التشغيل الأمامي (V_F) نموذجيًا من 1.3 فولت إلى 1.8 فولت عند 20 مللي أمبير. التيار العكسي (I_R) هو بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق انحياز عكسي 5 فولت. زاوية الرؤية (2θ_1/2)، حيث تنخفض الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى، هي 20 درجة، مما يحدد حزمة ضيقة نسبيًا.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الأجهزة "يتم اختيارها وفقًا لنطاقات محددة للشدة على الخط والشدة الإشعاعية". وهذا يعني وجود عملية تصنيف أو فرز بناءً على معايير الإخراج البصري المقاسة. بينما لا يتم سرد رموز التصنيف المحددة في هذا المقتطف، فإن التصنيف النموذجي لمثل هذه البواعث يتضمن تجميع المكونات وفقًا لشدة إشعاعها (I_E) وأحيانًا جهد التشغيل الأمامي (V_F) لضمان اتساق الأداء في التطبيق. يجب على المصممين الرجوع إلى الشركة المصنعة للحصول على مواصفات التصنيف التفصيلية لاختيار الأجزاء التي تلبي متطلبات الشدة الدقيقة لتطبيقهم.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات خصائص نموذجية. يوضح الشكل 1 التوزيع الطيفي، برسم الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. وهو يؤكد الذروة عند 880 نانومتر وعرض النصف 50 نانومتر. يوضح الشكل 2 العلاقة بين التيار الأمامي ودرجة الحرارة المحيطة، ويظهر كيف ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر مع زيادة درجة الحرارة للبقاء ضمن حد تبديد الطاقة. الشكل 3 هو منحنى التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)، ويوضح الخاصية الأسية للدايود. يظهر الشكل 4 كيف تختلف الشدة الإشعاعية النسبية مع درجة الحرارة المحيطة، وعادةً ما يُظهر انخفاضًا في الإخراج مع ارتفاع درجة الحرارة. يرسم الشكل 5 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي، ويظهر العلاقة شبه الخطية بين تيار القيادة وإخراج الضوء ضمن نطاق التشغيل. أخيرًا، الشكل 6 هو مخطط الإشعاع، وهو رسم قطبي يصور التوزيع المكاني للضوء المنبعث، مؤكدًا زاوية الرؤية البالغة 20 درجة.

5. معلومات الميكانيكا والغلاف

5.1 أبعاد الغلاف

يستخدم الجهاز غلافًا بلاستيكيًا صغيرًا للنهاية. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات (بين قوسين بالبوصة)، والتفاوت القياسي هو ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك، والحد الأقصى لبروز الراتنج تحت الحافة هو 1.0 مم، ويتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من الغلاف. يتم الرجوع إلى الرسم الأبعاد الدقيق ولكن لم يتم تفصيله بالكامل في النص المقدم.

5.2 تحديد القطبية

بالنسبة لصمام ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (IR LED)، فإن الطرف الأطول هو عادةً الأنود (الموجب)، والطرف الأقصر هو الكاثود (السالب). قد يكون للغلاف أيضًا جانب مسطح أو علامة أخرى بالقرب من الكاثود. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تجميع الدائرة لمنع التلف.

6. إرشادات اللحام والتجميع

يحدد التصنيف الأقصى المطلق درجة حرارة لحام الأطراف: 260°C لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، بشرط تطبيق ذلك على بعد 1.6 مم (0.063 بوصة) على الأقل من جسم الغلاف. هذا أمر بالغ الأهمية لمنع التلف الحراري للشريحة شبه الموصلة والتغليف البلاستيكي. بالنسبة للحام بإعادة التدفق، يوصى باستخدام ملف تعريف قياسي بدرجة حرارة ذروية لا تتجاوز 260°C والتحكم الدقيق في الوقت فوق نقطة الانصهار. يجب تخزين الجهاز في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة قبل الاستخدام. يجب الحصول على معلومات مستوى حساسية الرطوبة (MSL)، إذا كانت قابلة للتطبيق، من الشركة المصنعة.

7. معلومات التعبئة والطلب

رقم الجزء هو LTE-4238R. تشير ورقة البيانات إلى رقم مواصفات (DS-50-98-0043) ومراجعة (C). لم يتم تقديم تفاصيل التعبئة المحددة (مثل أبعاد الشريط والبكرة، والكمية لكل بكرة) في هذا المقتطف. من المحتمل أن تشير الرموز "BNS-OD-C131/A4" و"BNS-OD-FC001/A4" إلى أرقام تحكم داخلية للوثائق. للطلب، يتم استخدام رقم الجزء الأساسي LTE-4238R، وسيتم إضافة أي رموز تصنيف أو اختيار خاص وفقًا لنظام الشركة المصنعة.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

يعد LTE-4238R مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب مصدر IR متطابق. استخدامه الأساسي هو بالاقتران مع ترانزستور ضوئي متطابق طيفيًا (مثل سلسلة LTR-3208) لتشكيل قاطع بصري أو مستشعر جسم عاكس. تشمل التطبيقات الشائعة: كشف الورق في الطابعات وآلات النسخ، واستشعار الفتحة أو الحافة، وعد الأشياء، وكشف القرب في الأجهزة، والمفاتيح غير اللمسية البسيطة. يجعل الغلاف الشفاف منه مناسبًا للتطبيقات حيث قد يكون الباعث مرئيًا، على الرغم أن ضوء 880 نانومتر غير مرئي إلى حد كبير للعين البشرية.

8.2 اعتبارات التصميم

1. الحد من التيار:صمام LED للأشعة تحت الحمراء هو جهاز يعمل بالتيار. استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي محسوبة بناءً على جهد الإمداد (V_CC)، وجهد التشغيل الأمامي لـ LED (V_F~1.8 فولت كحد أقصى)، والتيار الأمامي المطلوب (I_F). لا تتجاوز تصنيف التيار المستمر البالغ 100 مللي أمبير. للتشغيل النبضي، تأكد من بقاء عرض النبضة ودورة العمل ضمن الحدود المحددة لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.
2. إدارة الحرارة:يجب عدم تجاوز تصنيف تبديد الطاقة البالغ 150 ملي واط. عند درجات الحرارة المحيطة الأعلى، قلل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي كما هو موضح في منحنيات الخصائص.
3. المحاذاة البصرية:للحصول على أفضل أداء في نظام مستشعر مزدوج، تأكد من المحاذاة الميكانيكية الدقيقة بين الباعث والمستشعر. تساعد زاوية الرؤية الضيقة البالغة 20 درجة في التوجيه ولكنها تتطلب وضعًا دقيقًا.
4. مناعة ضد الضوء المحيط:بينما يساعد المستشعر الضوئي المتطابق، فإن تصميم حواجز بصرية أو استخدام إشارات IR معدلة يمكن أن يحسن المناعة ضد تداخل الضوء المحيط في تطبيقات الاستشعار.

9. المقارنة والتمييز التقني

الميزة الرئيسية المميزة لـ LTE-4238R هي تطابقه الميكانيكي والطيفي الصريح مع سلسلة ترانزستور ضوئي محددة. وهذا يضمن كفاءة اقتران مثلى ويبسط عملية التصميم لأجهزة الاستشعار البصرية، حيث يتم توصيف الزوج للعمل معًا. مقارنةً ببواعث IR العامة، يمكن أن يؤدي هذا التطابق إلى حساسية أعلى، ونطاق أكبر، أو أداء أكثر اتساقًا في التطبيق النهائي. يوفر الغلاف الشفاف كفاءة نقل أعلى قليلاً مقارنة بالأغلفة الملونة، مما يزيد من إخراج الضوء إلى أقصى حد. حجمه الصغير يجعله مناسبًا للتصميمات المحدودة المساحة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: ما الغرض من أن يكون الطول الموجي الذروي 880 نانومتر؟
ج: 880 نانومتر في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. إنه غير مرئي للعين البشرية، مما يجعله غير ملحوظ لتطبيقات الاستشعار. كما أنه يتوافق جيدًا مع ذروة حساسية أجهزة الكشف الضوئي من السيليكون (مثل الترانزستورات الضوئية)، مما يضمن الكشف الفعال.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من طرف متحكم دقيق (مايكروكونترولر)؟
ج: هذا يعتمد على قدرة طرف MCU على توفير التيار. يمكن لطرف MCU نموذجي توفير 20-25 مللي أمبير، وهو ضمن نطاق التشغيل. ومع ذلك، يجب عليك تضمين مقاومة محددة للتيار على التوالي. لا تقم أبدًا بتوصيل LED مباشرة بمصدر جهد أو طرف بدون تحكم في التيار.

س: كيف أفسر "زاوية الرؤية" البالغة 20 درجة؟
ج: هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الضوء المنبعث على الأقل نصف قيمتها القصوى (على المحور). زاوية 20 درجة ضيقة نسبيًا، وتنتج حزمة أكثر تركيزًا مقارنةً بالبواعث واسعة الزاوية. هذا مفيد لتطبيقات المدى الطويل أو المحاذاة الدقيقة.

س: ماذا يعني "متطابق طيفيًا"؟
ج: يعني أن طيف الانبعاث لـ LTE-4238R (مركزه 880 نانومتر) مصمم ليتداخل بشكل أمثل مع منحنى الاستجابة الطيفية للترانزستور الضوئي المحدد. وهذا يزيد إلى أقصى حد من كمية الضوء المنبعث التي يمكن للمستشعر "رؤيتها" وتحويلها إلى إشارة كهربائية.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: مستشعر كشف الأجسام:ضع LTE-4238R والترانزستور الضوئي المتطابق له متقابلين عبر فجوة. عندما يمر جسم عبر الفجوة، فإنه يعترض حزمة IR، مما يتسبب في تغير إخراج الترانزستور الضوئي. يمكن استخدام هذه الدائرة البسيطة لعد الأشياء على حزام ناقل أو اكتشاف وجود ورقة في صينية طابعة. يمكن ضبط التيار عبر LED على 20 مللي أمبير باستخدام مقاومة: R = (V_CC- V_F) / I_F. لإمداد 5 فولت و V_F بقيمة 1.6 فولت، R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 أوم (استخدم مقاومة قياسية 180 أوم).

المثال 2: مستشعر عاكس:قم بتركيب الباعث والمستشعر جنبًا إلى جنب، موجهين نحو نقطة مشتركة. ينعكس ضوء IR من الباعث عن سطح (مثل جسم أبيض أو شريط عاكس) ويتم اكتشافه بواسطة الترانزستور الضوئي. يمكن لهذا الإعداد اكتشاف قرب جسم أو قراءة أنماط مشفرة. تساعد زاوية الرؤية الضيقة في تقليل التداخل بين الباعث والمستشعر في هذا التكوين القريب إلى الحد الأدنى.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

باعث الأشعة تحت الحمراء مثل LTE-4238R هو صمام ثنائي شبه موصل. عند انحيازه أماميًا (تطبيق جهد موجب على الأنود بالنسبة للكاثود)، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من مادة أشباه الموصلات (عادةً ما تكون على أساس زرنيخيد الغاليوم، GaAs). تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (جزيئات ضوء). يحدد التركيب المحدد للمادة وبنية أشباه الموصلات الطول الموجي للفوتونات المنبعثة، والذي في هذه الحالة يتركز عند 880 نانومتر في طيف الأشعة تحت الحمراء. يقوم الغلاف الإيبوكسي الشفاف بتغليف وحماية الشريحة شبه الموصلة مع السماح للضوء الناتج بالهروب بكفاءة.

13. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تبقى بواعث الأشعة تحت الحمراء مكونات أساسية في الكهروضوئيات. تشمل الاتجاهات في هذا المجال تطوير بواعث ذات شدة إشعاعية وكفاءة أعلى من أغلفة أصغر، مما يتيح أجهزة استشعار أكثر قوة أو أطول مدى. هناك أيضًا اتجاه نحو أغلفة أجهزة التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي، على الرغم من أن الأغلفة ذات الثقوب الماركة مثل هذا لا تزال مستخدمة على نطاق واسع للنماذج الأولية وتطبيقات معينة. التكامل هو اتجاه آخر، حيث أصبحت وحدات الباعث-المستشعر المجمعة أكثر شيوعًا، مما يبسط تصميم النظام أكثر. مبدأ الإضاءة الكهربائية في أشباه الموصلات راسخ جيدًا، لكن تقدم علوم المواد يستمر في تحسين الأداء والموثوقية والفعالية من حيث التكلفة.