ورقة مواصفات جهاز إرسال واستقبال الأشعة تحت الحمراء LTE-3273L - طول موجي 940 نانومتر - طاقة عالية - زاوية رؤية واسعة - وثيقة تقنية

1. نظرة عامة على المنتج

LTE-3273L هو عنصر أشعة تحت الحمراء (IR) منفصل، مصمم خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب انبعاثًا وكتشافًا موثوقًا للضوء تحت الأحمر. ينتمي إلى فئة من الأجهزة الكهروضوئية، المصممة لتقديم أداء في البيئات التي يكون فيها نقل الإشارات تحت الحمراء أمرًا بالغ الأهمية. الوظيفة الأساسية للجهاز هي انبعاث ضوء تحت أحمر بطول موجي محدد عند التحفيز الكهربائي، و/أو كشف الإشعاع تحت الأحمر الساقط وتحويله إلى إشارة كهربائية.

يتموضع هذا المنتج لتقديم حل لأنظمة تحتاج إلى تحقيق توازن بين الناتج الضوئي العالي، والخصائص الكهربائية الفعالة، ونمط الانبعاث/الكشف الواسع. يلبي تصميمه متطلبات العناصر التي تعمل بكفاءة تحت الظروف النبضية، وهو أمر شائع في بروتوكولات الاتصالات الرقمية، بهدف توفير استهلاك الطاقة وتحسين وضوح الإشارة.

المزايا الأساسية:يتميز جهاز LTE-3273L بعدة خصائص رئيسية. فهو مصمم للعمل بتيار عالٍ مع الحفاظ على جهد أمامي منخفض نسبيًا، مما يساهم في تحسين الكفاءة الكهربائية الإجمالية وتقليل الإجهاد الحراري. يوفر الجهاز شدة إشعاعية عالية، تمكن من نقل إشارة قوية عبر مسافات طويلة أو عند اختراق العوائق. تضمن زاوية الرؤية الواسعة منطقة تغطية شاسعة، مما يجعل متطلبات المحاذاة بين المرسل والمستقبل في تصميم النظام أقل صرامة. أخيرًا، يسمح التغليف الشفاف بأقصى قدر من نقل الضوء مع تقليل الامتصاص الداخلي أو التشتيت إلى الحد الأدنى.

السوق المستهدف والتطبيقات:يتم توجيه هذا المكون بشكل رئيسي نحو مجالات الإلكترونيات الاستهلاكية والأتمتة الصناعية والأمن. تشمل تطبيقاته النموذجية على سبيل المثال لا الحصر: أجهزة التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء للتلفزيونات ومعدات الصوت، وروابط نقل البيانات اللاسلكية قصيرة المدى، وأجهزة استشعار القرب، وعّداد الأشياء، وأنظمة الإنذار الأمنية التي تكشف انقطاع حزمة الأشعة. تجعله قدرته العالية على السرعة مناسبًا أيضًا لبروتوكولات اتصالات البيانات الأساسية بالأشعة تحت الحمراء.

2. تحليل متعمق للمواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا مفصلاً وموضوعيًا للمعايير الرئيسية المدرجة في ورقة المواصفات، موضحًا أهميتها للتصميم والتطبيق.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد تؤدي إلى تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالعمل في ظروف تصل إلى هذه الحدود أو تقترب منها، لضمان أداء موثوق وطويل الأمد.

• استهلاك الطاقة (Pd): 150 mW- هذا هو الحد الأقصى للطاقة التي يمكن للجهاز تبديدها على شكل حرارة عند درجة حرارة بيئية (TA) تبلغ 25 درجة مئوية. تجاوز هذا الحد يحمل خطر تلف بسبب ارتفاع درجة الحرارة في الوصلة شبه الموصلة، مما يؤدي إلى تدهور متسارع أو فشل كارثي. يجب على المصممين التأكد من أن استهلاك الطاقة الناتج عن ظروف التشغيل (التيار الأمامي والجهد) (IF * VF) أقل من هذه القيمة، مع ترك هامش أمان.
• ذروة التيار الأمامي (I_FP): 2 A- هذا هو الحد الأقصى للتيار المسموح به للعمل بالنبضات، محدد بشرط 300 نبضة في الثانية (pps) وعرض نبضة 10 ميكروثانية. تتيح هذه المواصفات العالية للجهاز تقديم إخراج ضوئي لحظي عالٍ جدًا خلال النبضات القصيرة، مما يجعله مثاليًا للتحكم عن بُعد لمسافات طويلة أو لإشارات النبض القوية في البيئات الصاخبة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F): 100 مللي أمبير- هذا هو الحد الأقصى للتيار المباشر الذي يمكن تطبيقه بشكل مستمر. بالنسبة لمعظم تطبيقات الإضاءة المستمرة، يجب الحفاظ على تيار التشغيل عند هذا المستوى أو أقل. عادةً ما يكون تيار التشغيل النموذجي أقل بكثير (على سبيل المثال 20-50 مللي أمبير) لضمان طول العمر وإدارة الحرارة.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت- أقصى جهد عكسي يمكن تطبيقه عبر طرفي LED. تجاوز هذه القيمة قد يؤدي إلى الانهيار الكهربائي وإتلاف الجهاز. عادةً ما تُستخدم تدابير حماية الدائرة مثل المقاومة المتسلسلة أو الصمام الثنائي الحامي الموازي لمنع ذروات الجهد العكسي.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل المقنن لهذا الجهاز من -40°C إلى +85°C، ونطاق درجة حرارة التخزين من -55°C إلى +100°C. تجعل هذه النطاقات الواسعة الجهاز مناسبًا للتطبيقات التي قد تواجه درجات حرارة متطرفة مثل السيارات والصناعية والتطبيقات الخارجية.
• درجة حرارة لحام الدبوس: 260°C لمدة 5 ثوانٍ- يحدد هذا مدى التسامح لمنحنى لحام إعادة التدفق. المواصفات على مسافة 1.6 مم من الجسم حاسمة؛ حيث أن تطبيق الحرارة بالقرب من غلاف البلاستيك قد يؤدي إلى تشوه أو تلف داخلي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه معايير الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار المحددة (TA=25°C). وهي تحدد سلوك المكون في الدائرة الكهربائية.

• شدة الإشعاع (I_E):
  • 5.6 - 8.0 mW/sr @ I_F= 20mA- هذه هي قدرة الضوء المنبعثة لكل وحدة زاوية مجسمة (ستراديان). إنها مقياس مباشر لـ "سطوع" مصدر الأشعة تحت الحمراء من الأمام. يمثل هذا النطاق الاختلافات النموذجية بين الوحدات.
  • 28.0 - 40.0 mW/sr @ I_F= 100mA- يظهر علاقة غير خطية بين التيار والإخراج. زيادة التيار بمقدار 5 أضعاف تؤدي إلى زيادة شدة الإشعاع بحوالي 5 أضعاف، مما يشير إلى كفاءة جيدة حتى عند التيارات الأعلى.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_Peak): 940 nm- الطول الموجي الذي يصدر فيه الجهاز أقصى طاقة ضوئية. يقع 940 نانومتر ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، وهو غير مرئي للعين البشرية. هذا الطول الموجي شائع في أجهزة التحكم عن بُعد لأنه يتجنب الضوء الأحمر المرئي ويتطابق جيدًا مع خصائص حساسية كاشف السيليكا الضوئي.
• عرض النطاق النصفي للخط الطيفي (Δλ): 50 نانومتر- تُعرف هذه المعلمة أيضًا باسم العرض الكامل عند نصف الارتفاع (FWHM)، وتشير إلى نقاء الطيف للضوء المنبعث. تشير القيمة 50 نانومتر إلى أن الضوء المنبعث يغطي نطاقًا طوله الموجي حوالي 50 نانومتر ومركزه عند ذروة 940 نانومتر. هذا أمر نموذجي لثنائيات الأشعة تحت الحمراء الباعثة القياسية المصنوعة من زرنيخيد الغاليوم (GaAs).
• الجهد الأمامي (V_F):
  • 1.25 - 1.6 فولت @ I_F= 50 مللي أمبير- انخفاض الجهد عبر الجهاز عند تمرير تيار 50 مللي أمبير. هذا الجهد المنخفض V_Fهو خاصية رئيسية تقلل من فقدان الطاقة وتوليد الحرارة.
  • 1.85 - 2.3 فولت @ I_F= 500mA- V_F يزداد مع التيار بسبب المقاومة الداخلية للدايود. هذه القيمة حاسمة لتصميم مشغلات النبض عالية التيار.
• تيار عكسي (I_R): 100 µA كحد أقصى @ V_R= 5V- تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عند تطبيق أقصى جهد عكسي. من الناحية المثالية، يجب أن تكون هذه القيمة منخفضة.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 40°- هذه هي الزاوية الكاملة التي ينخفض عندها شدة الإشعاع إلى نصف قيمته القصوى (المحورية). توفر زاوية 40° حزمة ضوئية واسعة إلى حد ما، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي يصعب فيها المحاذاة الدقيقة.

2.3 الخصائص الحرارية

على الرغم من عدم إدراجها صراحةً في جدول منفصل، إلا أنه يمكن الاستدلال على السلوك الحراري من عدة معلمات. تصنيف تبديد الطاقة (150mW) هو في الأساس حد حراري. تُظهر منحنيات الأداء (التي سيتم مناقشتها لاحقًا) كيف يتغير الناتج والجهد الأمامي مع درجة حرارة البيئة المحيطة. يُعد الإدارة الحرارية الفعالة (من خلال مساحة رقائق النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة أو المشتت الحراري) أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على الأداء والموثوقية، خاصة عند العمل بالقرب من أقصى تيار مستمر.

3. تحليل منحنى الأداء

توفر المنحنيات النموذجية رؤية بصرية وكمية لسلوك المكون تحت ظروف مختلفة، وهو أمر ضروري لتصميم دوائر قوي.

3.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (الشكل 3)

يُظهر منحنى IV هذا العلاقة الأسية النموذجية للدايود. عند التيارات المنخفضة، يكون الجهد منخفضًا. ومع زيادة التيار، يرتفع الجهد. يسمح هذا المنحنى للمصممين باختيار مقاومة تحديد التيار المناسبة لجهد مصدر معين. على سبيل المثال، لتشغيل LED بتيار 100 مللي أمبير من مصدر جهد 5 فولت، تكون قيمة المقاومة R = (V_supply- V_F) / I_F. باستخدام V النموذجي عند 100mA_F حوالي 1.6V (استقراء)، سيكون R = (5 - 1.6) / 0.1 = 34 أوم. الطاقة في المقاوم هي I²R = 0.34W.

3.2 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي (الشكل 5)

يوضح هذا الرسم البياني اعتماد الناتج الضوئي على تيار القيادة. يكون الاعتماد عادةً خطيًا عند التيارات المنخفضة، ولكن عند التيارات المرتفعة جدًا، قد يظهر علامات على التشبع أو انخفاض الكفاءة بسبب التأثيرات الحرارية وتأثيرات الكفاءة الكمية الداخلية. يؤكد المنحنى أن التشغيل النبضي عند 2A (من الحد الأقصى المطلق للتصنيف) سينتج ناتجًا لحظيًا أعلى بكثير من التشغيل المستمر عند 100mA، مما يثبت فائدته في الإشارات لمسافات بعيدة.

3.3 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة حرارة البيئة (الشكل 4)

هذا هو المنحنى الرئيسي لفهم تأثير البيئة. يُظهر انخفاض شدة الإشعاع مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. هذه خاصية LED؛ حيث تقلل درجة حرارة الوصلة الأعلى من الكفاءة الكمية الداخلية. على سبيل المثال، قد يكون الناتج عند +85°C حوالي 60-70٪ فقط من الناتج عند +25°C. يجب على المصممين مراعاة هذا التخفيض في التصنيف في الأنظمة التي يجب أن تعمل بموثوقية عبر نطاق درجات الحرارة بالكامل. قد يتطلب ذلك تشغيل LED بتيار أعلى قليلاً في درجات الحرارة المرتفعة لتعويض فقدان الناتج الضوئي، بشرط عدم تجاوز حدود استهلاك الطاقة.

3.4 التوزيع الطيفي (الشكل 1)

يوضح هذا الرسم البياني طيف الانبعاث، المتمركز عند 940 نانومتر، مع عرض النطاق الكامل عند نصف الارتفاع (FWHM) يبلغ 50 نانومتر. يؤكد انبعاث الجهاز في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة، ويساعد في اختيار مرشحات بصرية متوافقة أو تقييم التداخل المحتمل من مصادر الضوء البيئية (مثل ضوء الشمس ذو الطيف العريض أو المصابيح المتوهجة).

3.5 نمط الإشعاع (الشكل 6)

يوفر مخطط الإحداثيات القطبية هذا عرضًا تفصيليًا للتوزيع الزاوي للضوء المنبعث. إنه يمثل بيانيًا زاوية رؤية 40° (2θ_1/2). يعد شكل المنحنى مهماً جداً لتصميم العدسات أو العواكس لتوجيه الحزمة الضوئية أو نشرها بشكل أكبر لتناسب تطبيقات محددة.

4. المعلومات الميكانيكية وبيانات التغليف

4.1 الأبعاد الخارجية والتفاوتات المسموح بها

يتم تصنيع هذا المكون بتغليف قياسي مثقوب مع حافة بارزة لتوفير الاستقرار الميكانيكي وإمكانية تبديد الحرارة المحتملة. تشمل الأبعاد الرئيسية قطر الجسم، وتباعد المسامير، والطول الإجمالي. يتم تحديد جميع الأبعاد بوحدة المليمتر. ما لم يُذكر خلاف ذلك لخاصية معينة، فإن التفاوت القياسي هو ±0.25 مم. يتم قياس تباعد المسامير عند النقطة التي تبرز فيها المسامير من جسم التغليف، وهو المرجع القياسي لوضع فتحات PCB. الحد الأقصى للبروز الراتنجي أسفل الحافة البارزة هو 1.5 مم، وهو أمر مهم لارتفاع PCB عن اللوحة وللتنظيف.

4.2 تحديد القطبية

بالنسبة لباعث الأشعة تحت الحمراء (LED)، فإن الطرف الأطول عادةً ما يكون الأنود (القطب الموجب)، والطرف الأقصر هو الكاثود (القطب السالب). يجب أن يوضح رسم الشكل الخارجي في ورقة المواصفات هذه النقطة، وعادةً ما يكون هناك سطح مستوٍ على الغلاف أو شق بجوار طرف الكاثود. القطبية الصحيحة أمر بالغ الأهمية؛ حيث أن انحيازًا عكسيًا يتجاوز 5V قد يتلف المكون.

5. دليل اللحام والتجميع

لحام إعادة التدفق:المعلمات المحددة هي 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ، تُقاس عند نقطة على بعد 1.6 مم من جسم العبوة. يتوافق هذا مع منحنى إعادة التدفق الشائع الخالي من الرصاص (درجة حرارة الذروة 240-260 درجة مئوية). مسافة 1.6 ملم حاسمة لمنع تجاوز العبوة البلاستيكية درجة حرارة التحول الزجاجي والتشوه.

اللحام اليدوي:إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب استخدام مكواة لحام ذات تحكم في درجة الحرارة. يجب تقليل وقت التلامس لكل دبوس إلى الحد الأدنى، أقل من 3 ثوانٍ بشكل مثالي، مع استخدام مشبك تبديد حراري على الدبوس بين المكواة وجسم العبوة.

التنظيف:بعد اللحام، يمكن استخدام عمليات تنظيف PCB القياسية، ولكن يجب التحقق من توافق عامل التنظيف مع حاوية الراتنج الشفاف.

ظروف التخزين:لمنع امتصاص الرطوبة (والذي قد يؤدي إلى ظاهرة "الفرقعة" أثناء لحام إعادة التدفق)، يجب تخزين المكونات في بيئة جافة، عادةً عند رطوبة نسبية أقل من 40% في درجة حرارة الغرفة، أو في أكياس مقاومة للرطوبة محكمة الإغلاق تحتوي على مجفف في حالة التخزين لفترات طويلة.

6. توصيات التطبيق والاعتبارات التصميمية

6.1 دائرة التطبيق النموذجية

دائرة تشغيل المرسل:أبسط دائرة هي مقاومة تحديد التيار على التوالي. للعمل النبضي، يتم استخدام الترانزستور (BJT أو MOSFET) لتحويل التيار العالي. يجب أن يكون المشغل قادرًا على توفير تيار الذروة (يصل إلى 2 أمبير) مع انخفاض جهد التشبع لزيادة الجهد عبر LED إلى الحد الأقصى. لنقل البيانات، هناك حاجة إلى أوقات صعود/هبوط سريعة.

دائرة الكاشف:عند استخدامه كصمام ضوئي (إذا كان ذلك مناسبًا وفقًا للنموذج)، يعمل عادةً في وضع الانحياز العكسي أو الوضع الكهروضوئي (انحياز صفري)، متصلًا بمضخم عبر المقاومة لتحويل التيار الضوئي الصغير إلى جهد قابل للاستخدام.

6.2 الاعتبارات التصميمية الرئيسية

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة متسلسلة أو محرك تيار ثابت نشط. لا تتصل مباشرة بمصدر جهد.
• التشغيل النبضي:بالنسبة للقيادة النبضية، تأكد من أن عرض النبضة ونسبة التشغيل يحافظان على متوسط استهلاك الطاقة ضمن الحدود المسموح بها. متوسط التيار = التيار الذروة * نسبة التشغيل. لنبضة 2A بعرض 10 ميكروثانية وتردد 300 نبضة في الثانية، نسبة التشغيل = (10e-6 * 300) = 0.003 (0.3٪). متوسط التيار = 2A * 0.003 = 6mA، وهو ضمن الحد الأقصى للتصنيف المستمر.
• المسار الضوئي:النظر في زاوية رؤية 40 درجة. بالنسبة للحزمة الضوئية المركزة، قد تكون هناك حاجة لعدسة. بالنسبة للكشف على نطاق واسع، قد تكون هذه الزاوية كافية. حافظ على المسار الضوئي خاليًا من العوائق ونظيفًا.
• مقاومة تداخل الضوء البيئي:في تطبيقات الكاشف، يُعد الضوء تحت الأحمر البيئي (القادم من الشمس، المصابيح) المصدر الرئيسي للضوضاء. يُعد استخدام إشارة تحت حمراء مُعدَّلة (مثل 38 كيلوهرتز) ودائرة استقبال مُنَظَّمة مُقابلة الطريقة القياسية لقمع ضوضاء التيار المستمر والتردد المنخفض هذه.
• تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB):بالنسبة للمرسل، تأكد من عرض كافٍ للمسارات لمعالجة تيار النبض الذروي دون حدوث انخفاض كبير في الجهد. لإدارة الحرارة، قم بتوصيل الحافة (إذا كانت معزولة كهربائيًا أو متصلة بدبوس) بمنطقة رقاقة نحاسية على لوحة الدائرة المطبوعة لتعمل كمشتت حراري.

7. المقارنة التقنية والتمييز

على الرغم من عدم ذكر نماذج المنافسين المحددة، فإن مجموعة معلمات LTE-3273L تحدد مكانتها في السوق:

• مقارنةً بثنائي إصدار الأشعة تحت الحمراء القياسي بطول موجي 940 نانومتر:تُميّزه قيمته العالية للتيار الذروي (2A) وشدة إشعاعه العالية عند 100mA عن النماذج منخفضة الطاقة المستخدمة في أجهزة التحكم عن البعد البسيطة. وهذا يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مدى أطول أو مقاومة أعلى للضوضاء.
• بالمقارنة مع الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء عالي السرعة بطول موجي 850 نانومتر:يعمل موديل LTE-3273L باستخدام مادة GaAs عند طول موجي 940 نانومتر، بينما تعمل الموديلات عالية السرعة عادةً باستخدام مادة AlGaAs عند طول موجي 850 نانومتر. عادةً ما تتمتع الأجهزة العاملة عند 850 نانومتر بوقت صعود/هبوط أسرع لاستخدامات البيانات عالية السرعة، ولكن قد يصدر عنها وهج أحمر خافت. الأجهزة العاملة عند 940 نانومتر غير مرئية تمامًا، وهو ما يُفضل للتطبيقات المتخفية، وعرض النطاق الترددي عند نصف الارتفاع الكامل البالغ 50 نانومتر هو قيمة قياسية.
• بالمقارنة مع الترانزستور الضوئي/الثنائي الضوئي في نفس الغلاف:يشير عنوان المواصفات إلى أن هذه السلسلة تشمل المرسلات والمستقبلات. ستتمتع النسخة المخصصة من كاشف الضوء بخصائص مختلفة (الحساسية، التيار المظلم، السرعة). تكمن الميزة الرئيسية للأزواج المتطابقة من نفس السلسلة في إمكانية تحقيق تطابق طيفي مُحسَّن.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

Q1: هل يمكنني تشغيل هذا LED باستمرار بتيار 500mA؟
A: لا يجوز. الحد الأقصى المطلق للتيار المستمر في الاتجاه الأمامي هو 100 مللي أمبير. الشرط المذكور 500 مللي أمبير في جدول الخصائص الكهربائية هو شرط اختبار لقياس V_F تحت تيار عالٍ، وقد يرتبط بتصنيف التشغيل النبضي. لا يجب أن يتجاوز التشغيل المستمر 100 مللي أمبير.

Q2: لماذا يصبح مدى جهاز التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء الخاص بي أقصر داخل سيارة ساخنة؟
A: يرجى الرجوع إلى الشكل 4 (شدة الإشعاع النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة). ينخفض إخراج الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) مع ارتفاع درجة الحرارة. عند درجة حرارة +85°م، قد يكون الإخراج أقل بنسبة 30-40٪ مقارنة بدرجة حرارة الغرفة، مما يقلل من المدى الفعال مباشرة.

Q3: عند استخدام مصدر طاقة 3.3V، ما قيمة المقاومة التي يجب استخدامها للحصول على الناتج النموذجي؟
A: بالنسبة للهدف I_F 20mA (لتوليد 5.6-8.0 mW/sr)، وعند 50mA يكون V النموذجي_F 1.6V (لـ 20mA، التقدير باستخدام حوالي 1.5V)، R = (3.3V - 1.5V) / 0.02A = 90 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 91 أوم. الطاقة في المقاوم: (0.02^2)*91 = 0.0364W، لذا فإن مقاومة بقدرة 1/8W أو 1/10W كافية.

Q4: هل زاوية الإطلاق والكشف متطابقة؟
A: بالنسبة لباعث الأشعة تحت الحمراء (LED)، تحدد زاوية 40° نمط الإشعاع. بالنسبة لكاشف الصمام الثنائي الضوئي أو الترانزستور الضوئي، تُعرّف معلمة مستقلة ولكن مماثلة تسمى "زاوية مجال الرؤية" أو "زاوية الحساسية" نطاق القبول الزاوي الخاص به. عادة ما تكون متشابهة ولكنها ليست متطابقة بالضرورة. يُرجى الرجوع إلى ورقة مواصفات الكاشف المحددة.

9. حالات تصميم واستخدام فعلية

دراسة حالة: تصميم جهاز إرسال لفتح باب المرآب عن بُعد.
الهدف من التصميم هو تحقيق مسافة موثوقة تبلغ 50 مترًا تحت ظروف الإضاءة النهارية. تم اختيار LTE-3273L لقدرته العالية على إخراج النبضات.
خطوات التصميم:
1. دائرة القيادة:استخدام MOSFET الذي يتم التحكم فيه بواسطة متحكم دقيق لدفع LED بنبضات. حساب المقاومة المتسلسلة بناءً على جهد البطارية (مثل 12V) والتيار الذروة المطلوب. لتعظيم المسافة، قم بقيادة LED بالقرب من قيمة الذروة المقدرة: اختر I_FP= 1.5A (ضمن الحد الأقصى 2A). V عند 1.5A_F(حسب الاستقراء من المنحنى) حوالي 2.5V. المقاومة R = (12V - 2.5V) / 1.5A = 6.33 أوم. استخدم مقاومة 6.2 أوم، 5W للتعامل مع قدرة النبض (P = I²R = 1.5^2 * 6.2 ≈ 14W ذروة، لكن متوسط القدرة منخفض جدًا).
2. تعديل النبض:يتم ترميز الأوامر باستخدام موجة حاملة بتردد 38 كيلوهرتز يتم تعديلها بواسطة بتات البيانات. يتم الحفاظ على عرض النبض لكل دفعة من موجات 38 كيلوهرتز عند 10 ميكروثانية أو أقل للبقاء ضمن القيم المقننة. نسبة التشغيل منخفضة جدًا.
3. البصريات:إضافة عدسة بلاستيكية بسيطة أمام LED لتحويل الحزمة الطبيعية بزاوية 40 درجة إلى حزمة أكثر ضيقًا وتركيزًا لتحقيق مدى أبعد.
4. إدارة الحرارة:بسبب انخفاض نسبة التشغيل، فإن متوسط الطاقة والحرارة المتولدة ضئيلان للغاية. لا حاجة إلى مشتت حراري خاص باستثناء رقائق النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة المتصلة بالشفة.
يستفيد هذا التصميم من الخصائص الرئيسية لـ LTE-3273L: ذروة تيار عالية، وكثافة إشعاع عالية، وملاءمة للتشغيل النبضي.

10. مقدمة موجزة عن مبدأ العمل

باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED):عند استخدام LTE-3273L كجهاز إرسال، فهو عبارة عن ثنائي باعث للضوء (LED) يعتمد على مادة أشباه الموصلات من زرنيخيد الغاليوم (GaAs). عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من التقاطع شبه الموصل. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، تطلق طاقتها على شكل فوتونات (ضوء). تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لمادة GaAs الطول الموجي لهذه الفوتونات، وهو في منطقة الأشعة تحت الحمراء عند 940 نانومتر. يسمح التغليف الشفاف لهذا الضوء بالهروب بأقل قدر من الخسائر.

كاشف الأشعة تحت الحمراء (الصمام الثنائي الضوئي):إذا تم تكوينه ككاشف، فإن الجهاز يحتوي على تقاطع PIN شبه موصل. عندما تصطدم فوتونات ذات طاقة أكبر من فجوة النطاق لأشباه الموصلات (أي ضوء الأشعة تحت الحمراء) بمنطقة الاستنزاف، فإنها تولد أزواج إلكترون-ثقب. يتم بعد ذلك فصل هذه حاملات الشحنة بواسطة المجال الكهربائي الداخلي (أو الجهد العكسي المطبق)، مما ينتج تيارًا ضوئيًا يتناسب مع شدة الضوء الساقط. يمكن تضخيم هذه التيار الصغير ومعالجته بواسطة دائرة خارجية.

11. الاتجاهات والخلفية التقنية

تمثل المكونات المنفصلة للأشعة تحت الحمراء مثل LTE-3273L تقنية ناضجة ومستقرة. لقد تم تحسين المواد الأساسية (GaAs، AlGaAs) وأنواع التغليف على مدى عقود لتحقيق الموثوقية والفعالية من حيث التكلفة. لا يكمن الاتجاه المستمر في هذا المجال في تغييرات ثورية في الأجهزة المنفصلة نفسها، بل في سياق تكاملها وتطبيقها:

• التكامل:هناك اتجاه نحو تطوير وحدات متكاملة موجهة، تجمع المرسل، والمستقبل، ومشغلات الأقراص، والمضخمات، والمنطق الرقمي (مثل مفككات تشفير بروتوكولات محددة) في حزمة سطحية واحدة. وهذا يبسط التصميم، ولكن بالنسبة للتطبيقات المتخصصة، قد لا يوفر نفس مستوى التخصيص أو تحسين الأداء الذي توفره المكونات المنفصلة.
• التصغير:على الرغم من أن حزم الثقب المار لا تزال شائعة نظرًا لمتانتها، إلا أن الطلب يتزايد على إصدارات أجهزة تركيب السطح (SMD) الأصغر حجمًا لتوفير المساحة على لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة.
• تعزيز الأداء:بالنسبة للتطبيقات الجديدة مثل LiDAR للإلكترونيات الاستهلاكية أو التعرف المتقدم على الإيماءات، يتم البحث عن باعثات الأشعة تحت الحمراء أسرع وأكثر كفاءة (مثل استخدام تقنية VCSEL) بالإضافة إلى كواشف ذات حساسية أعلى وضوضاء أقل. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات الكلاسيكية مثل أجهزة التحكم عن بعد، واستشعار القرب، وروابط البيانات الأساسية، توفر المكونات التقليدية مثل LTE-3273L أفضل توازن بين الأداء والموثوقية والتكلفة.
• توسيع التطبيقات:مبدأها الأساسي لا يزال ذا صلة بأجهزة إنترنت الأشياء الناشئة، التي تتطلب اتصالات لاسلكية أو استشعارًا بسيطًا ومنخفض الطاقة دون تعقيد أنظمة الترددات الراديوية.

باختصار، يُعد LTE-3273L مكونًا قويًا ومتينًا يعتمد على تقنية ناضجة ومواصفات واضحة. تكمن قيمته في ورقة المواصفات الواضحة والمفصلة، مما يمكن المهندسين من التنبؤ بدقة بسلوكه وتصميمه بفعالية في الأنظمة التي تتطلب وظيفة الأشعة تحت الحمراء الموثوقة للتحكم أو الاستشعار أو الاتصالات الأساسية.