ورقة بيانات مكون الأشعة تحت الحمراء LTE-R38386AS-S - طول موجي 850 نانومتر - قدرة 3.6 واط - جهد أمامي 3.1 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات مكون منفصل للأشعة تحت الحمراء (IR) مصمم للتطبيقات التي تتطلب مصدر ضوء موثوقًا وقدرة استشعار. يجمع الجهاز بين باعث وكاشف للأشعة تحت الحمراء، ويعمل عند طول موجي ذروة يبلغ 850 نانومتر. وهو مصمم للتطبيقات عالية الأداء التي تتطلب إخراجًا قويًا وتشغيلًا متسقًا.

تكمن الميزة الأساسية لهذا المكون في جمعه بين باعث الأشعة تحت الحمراء عالي القدرة مع كاشف متوافق في عبوة واحدة. يبسط هذا التكامل التصميم لتطبيقات الاستشعار العاكس أو القرب. يتميز الباعث بشدة إشعاعية عالية وزاوية مشاهدة واسعة، بينما يوفر الكاشف الحساسية اللازمة لاستقبال الإشارة. المنتج متوافق مع اللوائح البيئية، حيث إنه منتج RoHS و"أخضر".

يشمل السوق المستهدف التطبيقات في أنظمة التحكم عن بعد، ونقل البيانات اللاسلكي قصير المدى، وأنظمة الأمن والإنذار، وأشكال مختلفة من الاستشعار الإلكتروني الصناعي أو الاستهلاكي حيث تفضل تقنية الأشعة تحت الحمراء.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الحدود ويجب تجنبه لتحقيق أداء طويل الأمد موثوق.

• تبديد الطاقة (Pd):3.6 واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. تجاوز هذا سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الوصلة بشكل مفرط.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):5 أمبير. هذا هو الحد الأقصى المسموح به للتيار تحت ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). وهو أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر، مستفيدًا من السعة الحرارية العابرة للجهاز.
• تيار التيار المستمر الأمامي (I_F):1 أمبير. أقصى تيار أمامي مستمر يمكن للباعث التعامل معه.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد عكسي أعلى من هذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة أشباه الموصلات.
• المقاومة الحرارية (R_θJ):9 كلفن/واط. تشير هذه المعلمة إلى مدى فعالية انتقال الحرارة من وصلة أشباه الموصلات إلى المحيط. تشير القيمة الأقل إلى تبديد حرارة أفضل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي تم تحديد الجهاز للعمل فيه بشكل صحيح.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يمكن للعبوة تحمل درجة حرارة ذروة إعادة التدفق تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25 درجة مئوية) وتمثل الأداء النموذجي للجهاز.

• الشدة الإشعاعية (I_E):630 مللي واط/ستراديان (نموذجي) عند I_F=1A. يقيس هذا القدرة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة على طول المحور المركزي، مما يشير إلى سطوع المصدر.
• التدفق الإشعاعي الكلي (Φ_e):1340 مللي واط (نموذجي) عند I_F=1A. هذه هي القدرة البصرية الكلية المنبعثة في جميع الاتجاهات.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_P):850 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي تكون فيه قدرة الإخراج البصرية في الحد الأقصى.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):50 نانومتر (نموذجي). عرض طيف الانبعاث عند نصف الشدة القصوى، مما يشير إلى نقاء الطيف.
• الجهد الأمامي (V_F):3.1 فولت (نموذجي)، مع نطاق من 2.5 فولت إلى 3.6 فولت عند I_F=1A. انخفاض الجهد عبر الجهاز عند توصيل التيار المحدد.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5V. تيار التسرب الصغير عندما يكون الجهاز متحيزًا عكسيًا.
• زمن الصعود/الهبوط (t_r/t_f):30 نانوثانية (نموذجي). الوقت المطلوب للإخراج البصري للصعود من 10% إلى 90% من قيمته القصوى (أو الهبوط من 90% إلى 10%). يحدد هذا أقصى سرعة تشكيل.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):90 درجة (نموذجي). الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الإشعاعية نصف القيمة عند المركز (0°). الزاوية الواسعة مفيدة لتطبيقات التغطية الواسعة.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

3.1 التوزيع الطيفي

يظهر منحنى التوزيع الطيفي الشدة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي. بالنسبة لهذا الجهاز، يتركز الذروة عند 850 نانومتر مع نصف عرض نموذجي يبلغ 50 نانومتر. هذه الخاصية مهمة لمطابقة الحساسية الطيفية للكاشف المقترن أو لضمان التوافق مع المرشحات البصرية في النظام.

3.2 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يوضح منحنى تخفيض التصنيف هذا كيف ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. لمنع تجاوز درجة حرارة الوصلة القصوى، يجب تقليل تيار القيادة عند العمل في بيئات عالية الحرارة. يُظهر المنحنى عادةً انخفاضًا خطيًا من التيار المقنن عند 25 درجة مئوية إلى الصفر عند درجة حرارة الوصلة القصوى.

3.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

يظهر منحنى I-V العلاقة الأسية بين التيار الأمامي والجهد الأمامي. V_Fالنموذجي البالغ 3.1 فولت عند 1 أمبير هو معلمة رئيسية لتصميم دائرة القيادة وحساب تبديد الطاقة (P_d= V_F* I_F).

3.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي ودرجة الحرارة

تُظهر هذه المنحنيات كيف تتغير قدرة الإخراج البصرية مع تيار القيادة ودرجة الحرارة المحيطة. يزداد الإخراج عادةً خطيًا مع التيار حتى نقطة معينة، ولكن قد تنخفض الكفاءة عند تيارات عالية جدًا بسبب التسخين. كما ينخفض الإخراج مع ارتفاع درجة الحرارة بسبب انخفاض الكفاءة الكمية الداخلية.

3.5 مخطط الإشعاع

يمثل نمط الإشعاع القطبي زاوية المشاهدة بصريًا. يؤكد الرسم البياني نصف الزاوية البالغة 90 درجة، ويظهر الشدة النسبية عند زوايا خارج المحور المختلفة. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم البصريات ومحاذاة الباعث والكاشف في النظام.

4. معلومات الميكانيكا والعبوة

4.1 أبعاد المخطط التفصيلي

يتم توفير الجهاز في عبوة سطحية التركيب. يحدد الرسم التفصيلي جميع الأبعاد الفيزيائية الحرجة بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع وتباعد الأطراف وموضع النافذة البصرية. التسامح عادةً ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. من الضروري الرجوع إلى هذا الرسم لتصميم بصمة اللوحة.

4.2 أبعاد وسادة اللحام المقترحة

يتم توفير نمط أرضية موصى به (بصمة) للوحة الدوائر المطبوعة. يتضمن هذا حجم الوسادة وشكلها وتباعدها لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء لحام إعادة التدفق وتوفير قوة ميكانيكية كافية. يساعد اتباع هذه التوصيات في منع ظاهرة "اللوح القبري" ووصلات اللحام الضعيفة.

4.3 تحديد القطبية

يتم تحديد الكاثود بوضوح في رسم العبوة. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع لمنع تلف الجهاز. تحافظ التعبئة المقدمة بالشريط والبكرة أيضًا على اتجاه ثابت للوضع الآلي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ظروف التخزين

الجهاز حساس للرطوبة. يجب تخزين العبوات غير المفتوحة عند ≤30 درجة مئوية و≤90% رطوبة نسبية، مع فترة استخدام موصى بها خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس المقاوم للرطوبة، يجب تخزين المكونات عند ≤30 درجة مئوية و≤60% رطوبة نسبية. إذا تعرضت للهواء المحيط لأكثر من أسبوع، يلزم تجفيفها عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

5.2 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

يوصى بملف تعريف إعادة تدفق متوافق مع JEDEC. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150–200 درجة مئوية لمدة تصل إلى 120 ثانية كحد أقصى لتسخين اللوحة تدريجيًا وتنشيط المادة المساعدة.
• درجة حرارة الذروة:260 درجة مئوية كحد أقصى. يجب تقليل الوقت فوق 260 درجة مئوية.
• الوقت عند الذروة:10 ثوانٍ كحد أقصى. يمكن للجهاز تحمل هذا الملف الشخصي مرتين كحد أقصى.

يجب تحديد الملف الشخصي المحدد للتصميم الفعلي للوحة الدوائر المطبوعة ومعجون اللحام والفرن المستخدم.

5.3 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف مكواة اللحام 300 درجة مئوية، ويجب تحديد وقت التلامس بـ 3 ثوانٍ لكل وصلة. يجب تنفيذ هذا مرة واحدة فقط.

5.4 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل. يجب تجنب المنظفات الكيميائية القاسية أو العدوانية.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكونات على شريط ناقل بارز ملفوف على بكرات مقاس 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 600 قطعة. تتوافق التعبئة مع معايير ANSI/EIA 481-1-A-1994. يحتوي الشريط على غطاء ختم لحماية المكونات، وتسمح المواصفات بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين في بكرة.

6.2 رقم القطعة

رقم القطعة الأساسي هو LTE-R38386AS-S. يجب استخدام هذا الرقم للطلب والتعريف.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

الجهاز مخصص للمعدات الإلكترونية العادية. لقيادة الباعث، فهو جهاز يعمل بالتيار.نموذج الدائرة (أ)يوصى به بشدة: يجب وضع مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED عند توصيل أجهزة متعددة على التوازي. يضمن هذا تجانس الشدة من خلال تعويض الاختلافات الطبيعية في الجهد الأمامي (V_F) بين مصابيح LED الفردية.نموذج الدائرة (ب)، حيث يتم توصيل مصابيح LED على التوازي مباشرة بدون مقاومات فردية، لا ينصح به لأنه يمكن أن يؤدي إلى عدم تطابق كبير في السطوع واحتمال استحواذ التيار بواسطة LED ذو أقل V_F.

7.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة:مع تبديد طاقة يصل إلى 3.6 واط، يعد التصميم الحراري المناسب على اللوحة أمرًا بالغ الأهمية. استخدم مساحة نحاسية كافية (وسائد حرارية) متصلة بأطراف الجهاز لتوصيل الحرارة بعيدًا عن الوصلة.
• اختيار تيار القيادة:اختر تيار التشغيل بناءً على الشدة الإشعاعية المطلوبة وتخفيض التصنيف الحراري لأقصى درجة حرارة محيطة للتطبيق. لا تتجاوز الحد الأقصى المطلق للتيار المستمر البالغ 1 أمبير.
• المحاذاة البصرية:لتطبيقات الاستشعار العاكس التي تستخدم كلًا من الباعث والكاشف، هناك حاجة إلى تصميم ميكانيكي دقيق لمحاذاة مجال رؤية الكاشف مع المنطقة المضاءة للباعث.
• الضوضاء الكهربائية:بالنسبة لجانب الكاشف، ضع في اعتبارك احتمالية ضوضاء الضوء المحيط. تذكر ورقة البيانات أنه يمكن تزويد الثنائيات الضوئية/الترانزستورات بمرشحات لهذا الغرض، على الرغم من عدم تحديد ما إذا كان هذا الكاشف المحدد يتضمن واحدًا.

7.3 قيود التطبيق

لم يتم تصميم الجهاز للتطبيقات التي قد يعرض الفشل فيها الحياة أو الصحة للخطر، مثل الطيران، ومراقبة النقل، والطبية، أو أنظمة السلامة الحرجة. لمثل هذه التطبيقات، يلزم التشاور مع الشركة المصنعة قبل التصميم.

8. المقارنة والتمييز التقني

على الرغم من عدم تقديم مقارنة مباشرة مع أرقام قطع أخرى في ورقة البيانات هذه، إلا أنه يمكن استنتاج ميزات التمييز الرئيسية لهذا المكون:

• حل متكامل:يجمع بين الباعث والكاشف، مما يقلل عدد القطع ويبسط المحاذاة البصرية مقارنةً بالحصول على مكونات منفصلة.
• قدرة عالية:تشير الشدة الإشعاعية البالغة 630 مللي واط/ستراديان وتصنيف تبديد الطاقة البالغ 3.6 واط إلى جهاز إخراج عالي مناسب للتطبيقات التي تتطلب مدى أطول أو إشارة أقوى.
• سرعة عالية:تمكن زمن الصعود/الهبوط البالغ 30 نانوثانية من التشكيل عالي التردد لنقل البيانات السريع أو التشغيل النبضي.
• زاوية مشاهدة واسعة:توفر نصف الزاوية البالغة 90 درجة تغطية واسعة، مفيدة في استشعار القرب أو التطبيقات حيث تكون المحاذاة أقل أهمية.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 1 أمبير بشكل مستمر؟

ج: نعم، ولكن فقط إذا كانت درجة الحرارة المحيطة 25 درجة مئوية أو أقل، وقمت بتنفيذ تبريد حراري كافٍ للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود. في درجات الحرارة المحيطة الأعلى، يجب تخفيض تصنيف التيار وفقًا للمنحنى المقدم.

س: ما الفرق بين الشدة الإشعاعية والتدفق الإشعاعي الكلي؟

ج: تقيس الشدة الإشعاعية (مللي واط/ستراديان) القدرة لكل زاوية صلبة في اتجاه محدد (عادةً على المحور). يقيس التدفق الإشعاعي الكلي (مللي واط) مجموع القدرة البصرية المنبعثة في جميع الاتجاهات. الأول ذو صلة بالتطبيقات المركزة، والثاني لإجمالي إخراج الضوء.

س: لماذا تعتبر المقاومة التسلسلية ضرورية لكل LED على التوازي؟

ج: تحتوي مصابيح LED على معامل درجة حرارة سالب لـ V_Fوتباينات التصنيع. بدون مقاومات فردية، سيسحب LED ذو V_Fالأقل قليلاً تيارًا غير متناسب أكثر، مما يؤدي إلى سطوع غير متساوٍ واحتمال حدوث هروب حراري في ذلك الجهاز.

س: كيف أفسر ظروف اللحام 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ؟

ج: هذا يعني أن عبوة الجهاز يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية لللحام بإعادة التدفق الخالي من الرصاص. يجب تصميم ملف الفرن الخاص بك بحيث لا تتجاوز درجة حرارة جسم المكون 260 درجة مئوية، ويكون الوقت الذي يقضيه ضمن بضع درجات من تلك الذروة أقل من 10 ثوانٍ.

10. مثال تطبيقي عملي

حالة تصميم: مستشعر القرب لصنبور تلقائي

في هذا التطبيق، يتم تركيب الباعث والكاشف جنبًا إلى جنب خلف نافذة مقاومة للماء. يرسل الباعث باستمرار حزمة أشعة تحت الحمراء بطول 850 نانومتر. عند وضع اليد تحت الصنبور، ينعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء عن اليد ويعود إلى الكاشف. يرى المتحكم الدقيق الذي يراقب إخراج الكاشف زيادة كبيرة في الإشارة، مما يؤدي إلى تشغيل صمام الماء.

خطوات التصميم:

1. دائرة القيادة:استخدم نموذج الدائرة (أ). يحدد مصدر تيار ثابت أو مصدر جهد مع مقاومة تسلسلية تيار الباعث إلى، على سبيل المثال، 500 مللي أمبير لتوفير إشارة قوية مع البقاء ضمن الحدود.

2. واجهة الكاشف:سيتم توصيل الكاشف الضوئي (على الأرجح ترانزستور ضوئي في هذه العبوة) في تكوين باعث مشترك مع مقاومة سحب لأعلى. سينخفض الجهد عند المجمع عند اكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء.

3. تخطيط اللوحة:اتبع تخطيط الوسادة المقترح. قم بتضمين مساحة نحاسية سخية متصلة بأطراف التأريض للجهاز لتبديد الحرارة. أبعد مسارات الاستشعار التناظرية عن الخطوط الرقمية الصاخبة.

4. البصريات/الميكانيكا:صمم الهيكل بحيث يتداخل مخروط الباعث البالغ 90 درجة مع مجال رؤية الكاشف في منطقة الاستشعار المطلوبة (على سبيل المثال، 5-15 سم من رأس الصنبور).

5. البرمجيات:نفذ التصفية في المتحكم الدقيق للتمييز بين الإشارة المنعكسة وضوضاء الأشعة تحت الحمراء المحيطة (مثل ضوء الشمس أو السخانات).

11. مبدأ التشغيل

يحتوي الجهاز على عنصرين أساسيين:

باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED):هذا عادةً ثنائي أشباه موصلات من زرنيخيد الغاليوم (GaAs) أو زرنيخيد ألومنيوم غاليوم (AlGaAs). عندما يكون متحيزًا أماميًا، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تم تصميم التركيب المادي (AlGaAs) لإنتاج فوتونات بطول موجي حوالي 850 نانومتر، وهو في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، غير مرئي للعين البشرية.

كاشف الأشعة تحت الحمراء:هذا ثنائي ضوئي أو ترانزستور ضوئي مصنوع من السيليكون أو مواد أشباه موصلات أخرى حساسة للضوء تحت الأحمر. عندما تضرب الفوتونات ذات الطاقة الكافية منطقة الكاشف النشطة، فإنها تولد أزواج إلكترون-ثقب. في الثنائي الضوئي، يخلق هذا تيارًا ضوئيًا يتناسب مع شدة الضوء عند التحيز العكسي. في الترانزستور الضوئي، يعمل التيار الضوئي كتيار قاعدة، مما يتسبب في تدفق تيار مجمع أكبر بكثير، مما يوفر كسبًا داخليًا.

12. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر مكونات الأشعة تحت الحمراء في التطور في عدة اتجاهات ذات صلة بهذه الفئة من المنتجات:

زيادة الكفاءة:يهدف البحث المستمر في علوم المواد إلى تحسين كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوئية (القدرة البصرية الخارجة / القدرة الكهربائية الداخلة) لمصابيح IRED، مما يقلل من توليد الحرارة واستهلاك الطاقة لنفس الإخراج البصري.

سرعة أعلى:يؤدي الطلب على نقل بيانات أسرع في الإلكترونيات الاستهلاكية (مثل بروتوكولات رابطة بيانات الأشعة تحت الحمراء) إلى تطوير أجهزة بأزمنة صعود/هبوط أقصر، مما يتيح اتصالاً بنطاق ترددي أعلى.

التصغير:يدفع الاتجاه نحو الأجهزة الإلكترونية الأصغر إلى مكونات ببصمات عبوة أصغر مع الحفاظ على الأداء أو تحسينه.

التكامل:بعد الجمع بين الباعث والكاشف، قد تشمل الاتجاهات المستقبلية دمج دائرة القيادة أو مضخمات تكييف الإشارة في نفس العبوة، مما يخلق وحدات استشعار أكثر ذكاءً واكتمالاً.