ورقة بيانات باعث ومستقبل الأشعة تحت الحمراء LTLE-32F0L-032A - عبوة T-1 3/4 - طول موجي 850 نانومتر - جهد أمامي 1.95 فولت - تبديد طاقة 180 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات مكون منفصل لباعث ومستقبل الأشعة تحت الحمراء (IR). تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب انبعاث وكشف الضوء تحت الأحمر، حيث يعمل عند طول موجي ذروة يبلغ 850 نانومتر (nm). وهو مُحاط بعبوة قياسية قطرها T-1 3/4 مع تغليف شفاف، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من الأنظمة البصرية الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم المكون عدة مزايا رئيسية تشمل التشغيل عالي السرعة، وانخفاض استهلاك الطاقة، والكفاءة العالية. وهو متوافق مع معايير البيئة الخالية من الرصاص (Pb-free) ومعايير RoHS. تشمل تطبيقاته الأساسية استخدامه كباعث للأشعة تحت الحمراء بطول 850 نانومتر، والتكامل في أنظمة الرؤية الليلية للكاميرات، وتطبيقات الاستشعار المختلفة حيث يُستخدم الضوء تحت الأحمر لاستشعار القرب، أو نقل البيانات، أو كشف الأجسام.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

توفر الأقسام التالية تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعلمات الرئيسية للجهاز.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه الحدود القيم التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديدها عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (Pd):180 ميغاواط. هذه هي أقصى قدر من الطاقة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة دون تجاوز حدوده الحرارية.
• التيار الأمامي الذروي (IFP):1 أمبير. هذا هو أقصى تيار مسموح به في ظل ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). تجاوز هذا يمكن أن يسبب فشلاً كارثياً.
• التيار الأمامي المستمر (IF):100 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تطبيق جهد عكسي أعلى من هذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار التقاطع شبه الموصل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي يُضمن فيه تشغيل الجهاز وفقًا لمواصفاته.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• درجة حرارة لحام الأطراف:320 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 4.0 مم من جسم المكون.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف اختبار محددة عند TA=25 درجة مئوية.

• الشدة الإشعاعية (I_E):28 ميغاواط/ستراديان (نموذجي). يقيس هذا القدرة البصرية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان) عند تشغيله بتيار أمامي (I_F) قدره 50 مللي أمبير. إنه مقياس رئيسي لسطوع الباعث.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_الذروة):850 نانومتر. الطول الموجي الذي يخرج عنده الباعث أكبر قدر من الطاقة البصرية. هذا في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، غير مرئي للعين البشرية ولكنه قابل للكشف بواسطة الصمامات الثنائية الضوئية السيليكونية وكثير من مستشعرات الكاميرا.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):50 نانومتر. يشير هذا إلى عرض النطاق الطيفي؛ مدى الأطوال الموجية التي تنبعث عندها طاقة بصرية كبيرة. قيمة 50 نانومتر نموذجية لبواعث الأشعة تحت الحمراء القياسية من نوع GaAs/AlGaAs.
• الجهد الأمامي (V_F):1.6 فولت (الحد الأدنى)، 1.95 فولت (نموذجي)، الحد الأقصى غير محدد عند I_F=50 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر الجهاز عند مرور التيار. إنه أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة القيادة المحددة للتيار.
• التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت. تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الجهاز متحيزًا عكسيًا.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):60 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الإشعاعية إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). تحدد انتشار الحزمة للضوء المنبعث.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة.

3.1 التوزيع الطيفي

يوضح الشكل 1 الشدة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي. يتركز المنحنى عند 850 نانومتر مع نصف العرض المحدد البالغ 50 نانومتر، مما يؤكد الخصائص الطيفية. هذه المعلومات حيوية لضمان التوافق مع الحساسية الطيفية للمستقبل المقصود (مثل الصمام الثنائي الضوئي السيليكوني أو مرشح الأشعة تحت الحمراء للكاميرا).

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

يصور الشكل 3 العلاقة بين التيار الأمامي والجهد الأمامي. هذا المنحنى ذو طبيعة أسية، نموذجي للصمام الثنائي. يظهر أن الجهد الأمامي يزداد مع التيار. يستخدم المصممون هذا المنحنى لاختيار مقاومة محددة للتيار مناسبة لتحقيق نقطة التشغيل المطلوبة (مثل 50 مللي أمبير للشدة الإشعاعية المحددة) دون تجاوز الحدود القصوى.

3.3 الاعتماد على درجة الحرارة

يوضح الشكلان 2 و 4 تأثيرات درجة الحرارة المحيطة على أداء الجهاز.

• التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 2):يظهر على الأرجح كيف ينخفض الجهد الأمامي عند تيار ثابت مع زيادة درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سلبي)، وهي سمة شائعة في مصابيح LED.
• الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 4):يوضح أن قدرة الخرج البصرية للباعث تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. هذا التخفيض في التصنيف حرج للتطبيقات التي تعمل في بيئات عالية الحرارة؛ قد تحتاج إلى زيادة تيار القيادة (ضمن الحدود) للحفاظ على خرج ضوئي ثابت، أو قد تكون هناك حاجة إلى إدارة حرارية.

3.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي

يظهر الشكل 5 كيف تزداد قدرة الخرج البصرية مع تيار القيادة. هذه العلاقة خطية بشكل عام على مدى معين ولكنها ستشبع في النهاية عند تيارات عالية جدًا بسبب الحدود الحرارية وحدود الكفاءة. التشغيل بالقرب من نقطة 50 مللي أمبير النموذجية يضمن كفاءة جيدة وعمر أطول.

3.5 مخطط الإشعاع

الشكل 6 هو مخطط قطبي يظهر التوزيع الزاوي لشدة الضوء المنبعث، ممثلًا بصريًا زاوية الرؤية البالغة 60 درجة. تكون الشدة أعلى على طول المحور المركزي (0 درجة) وتتناقص نحو الحواف.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 الأبعاد الخارجية

يستخدم الجهاز عبوة دائرية قياسية T-1 3/4 (5 مم). تشمل ملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمتر (بالبوصة)، تسامح ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك، أقصى بروز للراتنج تحت الحافة 0.5 مم، وتباعد الأطراف مقاسًا عند نقطة خروج العبوة. يوفر الرسم الميكانيكي الدقيق معلومات حاسمة لتصميم بصمة اللوحة المطبوعة (PCB)، مما يضمن الملاءمة والمحاذاة المناسبة.

4.2 أبعاد تغليف الشريط والبكرة

للتجميع الآلي، يتم توريد المكونات على شريط حامل بارز. يوفر القسم 6 جدولاً مفصلاً لأبعاد الشريط بما في ذلك قطر فتحة التغذية (D: 3.8-4.2 مم)، تباعد المكونات (P: 12.5-12.9 مم)، أبعاد الجيب (P1, P2, H)، وعرض الشريط (W3: 17.5-19.0 مم). شريط لاصق (العرض W1: 12.5-13.5 مم) يغلق المكونات في الجيوب. هذه المواصفات أساسية لبرمجة آلات الالتقاط والوضع وتصميم أنظمة التغذية.

5. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة الصحيحة أمر بالغ الأهمية للاعتمادية.

5.1 التخزين

يجب تخزين المكونات عند درجة حرارة ≤30 درجة مئوية ورطوبة نسبية ≤70%. إذا تم إخراجها من كيس الحاجز الرطوبي الأصلي، فيجب استخدامها خلال ثلاثة أشهر. للتخزين لفترات أطول خارج الكيس، استخدم حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو مجفف نيتروجين لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب ظاهرة "الانفجار" (popcorning) أثناء اللحام.

5.2 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا، استخدم المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل. المواد الكيميائية القاسية قد تتلف عدسة الإيبوكسي.

5.3 تشكيل الأطراف

اثني الأطراف عند نقطة على الأقل 3 مم من قاعدة العدسة. لا تستخدم جسم العبوة كنقطة ارتكاز. يجب أن يتم التشكيل في درجة حرارة الغرفة وقبل اللحام. استخدم الحد الأدنى من القوة أثناء إدخال اللوحة المطبوعة لتجنب الإجهاد.

5.4 معاملات اللحام

حافظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من قاعدة العدسة إلى نقطة اللحام. لا تغمر العدسة في اللحام أبدًا.

• مكواة اللحام:الحد الأقصى 350 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ (مرة واحدة فقط).
• لحام الموجة:تسخين مسبق ≤100 درجة مئوية لمدة ≤60 ثانية، موجة اللحام ≤320 درجة مئوية لمدة ≤3 ثوانٍ. يجب ألا يكون موقع الغمر أقل من 2 مم من قاعدة العدسة.
• ملاحظة مهمة:درجة الحرارة الزائدة أو الوقت الزائد يمكن أن يشوها العدسة أو يدمر الجهاز. إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) ليست مناسبة لهذا المكون ذو الثقب المار (through-hole).

6. اعتبارات التطبيق والتصميم

6.1 تصميم دائرة القيادة

هذا جهاز يعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند قيادة عدة بواعث على التوازي، يجب وضع مقاومة محددة للتيار على التوالي معكل صمام ثنائي باعث للضوء (LED) على حدة(الدائرة أ). لا يُنصح بمجرد توصيل مصابيح LED على التوازي بمقاومة مشتركة واحدة (الدائرة ب) بسبب الاختلافات في الجهد الأمامي (V_F) لكل جهاز، مما سيسبب توزيعًا غير متساوٍ للتيار وبالتالي سطوعًا غير متساوٍ.

6.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

المكون حساس للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) وارتفاعات الطاقة. التدابير الوقائية إلزامية:

• استخدم أساور المعصم الموصولة بالأرض والقفازات المضادة للكهرباء الساكنة.
• تأكد من أن جميع المعدات ومحطات العمل وأرفف التخزين موصولة بالأرض بشكل صحيح.
• استخدم المؤينات لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية.

6.3 نطاق التطبيق والاعتمادية

الجهاز مخصص للمعدات الإلكترونية العادية (المكتبية، الاتصالات، المنزلية). للتطبيقات التي قد يعرض الفشل فيها الحياة أو الصحة للخطر (الطيران، الطبية، أنظمة السلامة)، يلزم استشارة وتأهيل خاص قبل الاستخدام، حيث قد لا تكفي بيانات الاعتمادية القياسية لمثل هذه الاستخدامات الحرجة.

7. المقارنة التقنية والاتجاهات

7.1 التمايز

يقدم الطول الموجي 850 نانومتر توازنًا بين حساسية كاشف السيليكون الجيدة وامتصاص أقل في العديد من المواد مقارنة بأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء الأطول. عبوة T-1 3/4 هي معيار صناعي، مما يضمن توافقًا واسعًا مع المقابس وتخطيطات اللوحات المطبوعة. العدسة الشفافة (على عكس الملوّنة) تعظم خرج الضوء لوظيفة الباعث.

7.2 مبدأ التشغيل

كباعث للأشعة تحت الحمراء (IRED): عندما يكون متحيزًا أماميًا فوق جهد عتبته، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة شبه الموصلة (على الأرجح GaAs/AlGaAs)، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات عند الطول الموجي المميز 850 نانومتر. تشكل عدسة الإيبوكسي الشفافة وتوجه خرج الضوء هذا.

كمستقبل (صمام ثنائي ضوئي): عندما تضرب الفوتونات ذات الطاقة الكافية التقاطع شبه الموصل، تولد أزواج إلكترون-ثقب، مما يخلق تيارًا ضوئيًا عندما يكون الجهاز متحيزًا عكسيًا. هذا التيار يتناسب مع شدة الضوء الساقط.

7.3 اتجاهات التصميم

تواصل الصناعة السعي نحو كفاءة أعلى (مزيد من خرج الضوء لكل واط كهربائي)، وتحسين السرعة لنقل البيانات، وتعزيز الاعتمادية. أصبحت عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) أكثر شيوعًا للتجميع الآلي، على الرغم من أن العبوات ذات الثقب المار مثل هذه تظل حيوية للنماذج الأولية، والتطبيقات عالية الطاقة، أو السيناريوهات التي تتطلب تركيبًا ميكانيكيًا قويًا.

8. الأسئلة المتكررة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) مباشرة من دبوس متحكم دقيق (microcontroller) بجهد 5 فولت أو 3.3 فولت؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي. على سبيل المثال، لتحقيق 50 مللي أمبير من مصدر طاقة 5 فولت مع جهد أمامي نموذجي (V_F) قدره 1.95 فولت: R = (5V - 1.95V) / 0.05A = 61 أوم. مقاومة 62 أوم ستكون مناسبة. تحقق دائمًا من الجهد الأمامي الفعلي (V_F) والتصنيف الكهربائي للمقاومة.

س: ما الفرق بين "الشدة الإشعاعية" (ميغاواط/ستراديان) و"زاوية الرؤية"؟

ج: تقيس الشدة الإشعاعية تركيز القدرة البصرية في اتجاه معين (لكل ستراديان). تصف زاوية الرؤية الانتشار الزاوي لتلك الحزمة. الجهاز ذو الشدة الإشعاعية العالية ولكن بزاوية رؤية ضيقة ينتج بقعة مركزة جدًا ومكثفة. هذا الجهاز لديه زاوية رؤية معتدلة تبلغ 60 درجة، مما يوفر توازنًا جيدًا بين تركيز الحزمة والتغطية.

س: لماذا رطوبة التخزين مهمة؟

ج: يمكن لتغليف الإيبوكسي امتصاص الرطوبة. أثناء عملية اللحام عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحتبسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يتسبب في تشقق العبوة أو انفصال الروابط الداخلية - وهو فشل يُعرف باسم "الانفجار" (popcorning).

س: هل يمكنني استخدام هذا لنقل البيانات عالي السرعة مثل أجهزة التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء؟

ج: بينما تم إدراجه على أنه "عالي السرعة"، فإن ملاءمته تعتمد على معدل البيانات المطلوب. يشير تصنيف النبضة البالغ 10 ميكروثانية للتيار الذروي إلى أنه يمكنه التعامل مع النبضات السريعة بشكل معتدل. للاتصالات عالية السرعة جدًا (مثل IrDA)، ستكون المكونات الموصوفة خصيصًا بأوقات صعود/هبوط أسرع أكثر ملاءمة.