ورقة بيانات LED باعث الأشعة تحت الحمراء LTE-1650 - غلاف شفاف - جهد أمامي 1.6 فولت - قدرة 100 ملي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTE-1650 باعثًا للأشعة تحت الحمراء (IR) صغير الحجم ومصممًا للتطبيقات التي تتطلب قدرة تحمل تيار عالي وخصائص جهد أمامي منخفض. وظيفته الأساسية هي إصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر. الجهاز مُغلف بغلاف بلاستيكي شفاف، وهو حل فعال من حيث التكلفة لمختلف الأنظمة الإلكترونية الضوئية. تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون قدرته على التعامل مع تيارات نبضية كبيرة، وتشغيله بجهد منخفض مما يقلل استهلاك الطاقة في دوائر القيادة، وزاوية رؤيته الواسعة التي تُبسط عملية المحاذاة البصرية في تطبيقات المستخدم النهائي. يستهدف عادةً الأسواق التي تشمل أنظمة التحكم عن بُعد، وأجهزة استشعار القرب، وكشف الأجسام، والأتمتة الصناعية حيث تكون إشارات الأشعة تحت الحمراء الموثوقة مطلوبة.

2. تحليل مُعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يتم تحديد الجهاز للعمل ضمن حدود صارمة لضمان الموثوقية والعمر الطويل. الحد الأقصى لتبديد الطاقة المستمر هو 100 ملي واط عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. يمكنه تحمل تيار أمامي ذروة يصل إلى 1 أمبير في ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر هو 60 مللي أمبير. يمكن تطبيق جهد عكسي يصل إلى 5 فولت دون إتلاف الوصلة. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، بينما يمتد نطاق درجة حرارة التخزين من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية، مما يشير إلى تحمل بيئي قوي. يمكن لحام الأطراف عند درجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ عند القياس على بعد 1.6 مم من جسم الغلاف.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس معايير الأداء الرئيسية عند T_A=25 درجة مئوية. يتم توصيف الإخراج بواسطة كل من "الإشعاع الساقط على الفتحة" (E_e، بوحدة ملي واط/سم²) و"الشدة الإشعاعية" (I_E، بوحدة ملي واط/ستراديان)، وكلاهما تم اختبارهما عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير. يتم فرز هذه المعايير (انظر القسم 3). طول موجة الانبعاث الذروة (λ_P) هو عادة 940 نانومتر، وهو في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، وهو مثالي للعديد من تطبيقات الاستشعار والاتصالات لأنه غير مرئي للعين البشرية. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 50 نانومتر، مما يحدد نقاء الطيف للضوء المنبعث. الجهد الأمامي (V_F) هو عادة 1.6 فولت عند I_F=50 مللي أمبير، بحد أقصى 1.8 فولت، مما يؤكد تشغيله بجهد منخفض. التيار العكسي (I_R) هو بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. زاوية الرؤية (2θ_1/2) هي 60 درجة، مما يوفر نمط إشعاع واسعًا.

3. شرح نظام الفرز

يستخدم LTE-1650 نظام فرز للأداء يعتمد بشكل أساسي على الشدة الإشعاعية والإشعاع الساقط على الفتحة. يقوم هذا النظام بتصنيف المكونات إلى درجات أداء مختلفة (صناديق A، B، C، D) لضمان الاتساق داخل الدفعة الإنتاجية. على سبيل المثال، عند I_F=20 مللي أمبير، تمتلك أجهزة الصندوق A شدة إشعاعية تتراوح من 1.383 إلى 4.06 ملي واط/ستراديان، بينما تبدأ أجهزة الصندوق D من 5.11 ملي واط/ستراديان. هذا يسمح للمصممين باختيار المكونات التي تتطابق مع متطلبات الحساسية المحددة للكاشف أو قوة الإشارة المطلوبة لتطبيقهم. لا يوجد فرز صريح مُشار إليه للجهد الأمامي أو الطول الموجي في ورقة البيانات هذه؛ يتم تحديد الطول الموجي كقيمة نموذجية تبلغ 940 نانومتر.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح العلاقات الرئيسية. يوضح الشكل 1 التوزيع الطيفي، برسم الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يؤكد هذا المنحنى الذروة عند 940 نانومتر وعرض الطيف 50 نانومتر. يصور الشكل 2 العلاقة بين التيار الأمامي ودرجة الحرارة المحيطة، موضحًا كيف ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر مع زيادة درجة الحرارة المحيطة للبقاء ضمن حدود تبديد الطاقة. الشكل 3 هو منحنى التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)، يوضح العلاقة الأسية المميزة للدايود وجهد V_F المنخفض. يوضح الشكل 4 كيف تختلف الشدة الإشعاعية النسبية مع درجة الحرارة المحيطة، عادةً ما يُظهر انخفاضًا في الإخراج مع ارتفاع درجة الحرارة. يوضح الشكل 5 كيف تتغير الشدة الإشعاعية النسبية مع التيار الأمامي، موضحًا العلاقة غير الخطية بين تيار القيادة وإخراج الضوء. أخيرًا، الشكل 6 هو مخطط الإشعاع، وهو رسم قطبي يمثل زاوية الرؤية 60 درجة بصريًا، موضحًا التوزيع الزاوي للضوء تحت الأحمر المنبعث.

5. معلومات ميكانيكية وخاصة بالغلاف

يستخدم الجهاز غلافًا بلاستيكيًا صغيرًا من النوع الطرفي. تشمل الملاحظات الأبعادية الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. قد يبرز الراتنج تحت الحافة بمقدار أقصى 1.5 مم. يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم الغلاف. الغلاف شفاف، وهو مفيد للتطبيقات حيث قد يكون الباعث مرئيًا أو حيث يجب تحديد موضع الشريحة بدقة للمحاذاة البصرية. يعني التصميم الطرفي أن الانبعاث الضوئي الأساسي يكون من السطح العلوي للغلاف.

6. إرشادات اللحام والتجميع

مواصفة اللحام الأساسية المقدمة هي لدرجة حرارة لحام الأطراف. يمكن للأطراف تحمل درجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ عند القياس على بعد 1.6 مم (0.063 بوصة) من جسم الغلاف. هذه معلمة حرجة لعمليات اللحام الموجي أو اللحام اليدوي. بالنسبة للحم إعادة التدفق، يمكن استخدام برامج إعادة التدفق القياسية بالأشعة تحت الحمراء (IR) أو الحمل الحراري للمكونات ذات الغلاف البلاستيكي بشكل عام، ولكن لا يجب أن تتجاوز درجة حرارة جسم الغلاف القصوى الحد الأقصى لدرجة حرارة التخزين وهو 100 درجة مئوية لفترة طويلة. يُنصح بتجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف أثناء وبعد التجميع. ستشمل ظروف التخزين المناسبة الاحتفاظ بالمكونات في بيئة جافة وآمنة من الكهرباء الساكنة ضمن نطاق درجة حرارة التخزين المحدد (-55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية) لمنع امتصاص الرطوبة أو التدهور الآخر.

7. معلومات التعبئة والطلب

لم يتم تفصيل شكل التعبئة المحدد (مثل الشريط والبكرة، أو السائب) في المحتوى المقدم. رقم القطعة مُحدد بوضوح على أنه LTE-1650. يتم الإشارة إلى ورقة البيانات نفسها برقم المواصفة: DS-50-95-0017، المراجعة B. سيكون رمز الفرز (A، B، C، D) جزءًا حاسمًا من معلومات الطلب لضمان توريد درجة الأداء الصحيحة. يجب على المصممين تحديد الصندوق المطلوب عند الطلب لضمان خصائص الشدة الإشعاعية لتطبيقهم.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

يُعد LTE-1650 مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات. تجعله قدرته العالية على التيار النبضي مثاليًا لأجهزة إرسال التحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء، حيث تُستخدم دفعات قصيرة عالية الطاقة لنقل الإشارات. زاوية الرؤية الواسعة مفيدة في استشعار القرب وكشف الأجسام، حيث قد لا يتم التحكم في المحاذاة الدقيقة بين الباعث والكاشف بشكل مثالي. يمكن استخدامه في الأتمتة الصناعية للعد أو الفرز أو استشعار الموضع. تشمل الاستخدامات المحتملة الأخرى نقل البيانات لمسافات قصيرة، وكسر الحزم في أنظمة الأمان، والمفاتيح التي تعمل بدون لمس.

8.2 اعتبارات التصميم

عند التصميم باستخدام LTE-1650، يجب مراعاة عدة عوامل. يجب على دائرة القيادة تحديد التيار المستمر إلى 60 مللي أمبير أو أقل، مع احترام منحنى تخفيض التصنيف عند درجات حرارة محيطة أعلى. للتشغيل النبضي، تأكد من أن عرض النبضة ودورة العمل لا يتسببان في تجاوز تبديد الطاقة المتوسط 100 ملي واط. يسمح الجهد الأمامي المنخفض بتشغيله مباشرة من منطق الجهد المنخفض (مثل أنظمة 3.3 فولت أو 5 فولت) باستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي. سيؤثر اختيار الصندوق (من A إلى D) بشكل مباشر على قوة الإشارة التي يستقبلها الكاشف؛ يوفر الصندوق الأعلى شدة أكبر، مما يمكن أن يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء أو يسمح بمسافات تشغيل أطول. لا يقوم الغلاف الشفاف بتصفية الضوء، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى مرشحات بصرية خارجية إذا كان مطلوبًا حجب طول موجي محدد. لا يلزم عادةً وجود مشتت حراري لهذا الغلاف في ظل ظروف التشغيل العادية، ولكن يجب أن يسمح تخطيط اللوحة ببعض تبديد الحرارة عبر الأطراف.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصادر الأشعة تحت الحمراء القياسية، فإن مزايا التمييز الرئيسية لـ LTE-1650 هي مزيجها منقدرة التيار العالي(نبضة 1 أمبير، مستمر 60 مللي أمبير) والجهد الأمامي المنخفض(1.6 فولت نموذجيًا). تضحي العديد من مصادر الأشعة تحت الحمراء بواحد لصالح الآخر. يجعل هذا المزيج أكثر كفاءة وأسهل في القيادة من مصادر الطاقة الشائعة.زاوية الرؤية الواسعة 60 درجةهي ميزة كبيرة أخرى مقارنة بمصادر الزاوية الضيقة، مما يقلل من متطلبات دقة المحاذاة في التجميع واستخدام المنتج النهائي.الغلاف الشفافلا يوفر أي ترشيح طيفي جوهري، مما قد يكون ميزة أو عيبًا اعتمادًا على التطبيق؛ فهو يوفر الناتج الطيفي الكامل للشريحة، بينما قد تمتص الأغلفة الملوّنة بعض الأشعة تحت الحمراء المرغوبة أو الضوء الأحمر المرئي الذي تصدره بعض الشرائح.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟

ج: نعم، ولكن يجب عليك استخدام مقاومة محددة للتيار. احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_المصدر- V_F) / I_F. على سبيل المثال، مع V_المصدر=5 فولت، V_F=1.6 فولت، و I_Fمطلوب =20 مللي أمبير، R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 أوم. استخدم القيمة القياسية التالية، مثل 180 أوم.

س: ما الفرق بين "الإشعاع الساقط على الفتحة" (E_e) و"الشدة الإشعاعية" (I_E)؟

ج: تقيس الشدة الإشعاعية (I_E، ملي واط/ستراديان) الطاقة الضوئية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان)، موضحة مدى تركيز الحزمة. الإشعاع الساقط على الفتحة (E_e، ملي واط/سم²) هو كثافة الطاقة الساقطة على سطح (مثل كاشف) على مسافة محددة، والتي تعتمد على كل من الشدة والمسافة/الهندسة. I_Eخاصية للمصدر؛ E_eهو ما يراه الكاشف.

س: كيف تؤثر درجة الحرارة على الأداء؟

ج: كما هو موضح في المنحنيات، تؤدي زيادة درجة الحرارة المحيطة إلى تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر (الشكل 2) وتقلل عادةً من الإخراج الإشعاعي لتيار معين (الشكل 4). كما أن للجهد الأمامي معامل درجة حرارة سالب (ينخفض مع زيادة درجة الحرارة)، وهو ما يجب مراعاته في تصميمات القيادة بالتيار الثابت.

س: لماذا يتم فرز الجهاز؟

ج: تسبب الاختلافات التصنيعية اختلافات طفيفة في كفاءة إخراج الضوء بين مصابيح LED الفردية. يقوم الفرز بتصنيفها إلى مجموعات أداء (A، B، C، D) حتى يتمكن المصممون من اختيار مستوى أداء متسق لدائرتهم، مما يضمن سلوكًا متوقعًا للنظام.

11. دراسة حالة تطبيقية عملية

الحالة: مستشعر بسيط لكشف الأجسام.استخدام شائع هو في نظام كشف الأشعة تحت الحمراء المُعدَّل لتجنب تداخل الضوء المحيط. يتم تشغيل LTE-1650 بواسطة موجة مربعة بتردد 38 كيلوهرتز (تردد شائع لمستقبلات IR) عبر مفتاح ترانزستور، مما يسمح بتيار نبضي يصل إلى التصنيف 1 أمبير لنقل إشارة قوية. يتم إقرانه بكاشف ضوئي للأشعة تحت الحمراء مُضبوط على 38 كيلوهرتز. تسمح زاوية الرؤية الواسعة 60 درجة لـ LTE-1650 بوضع الباعث والكاشف جنبًا إلى جنب على لوحة دائرة مطبوعة، مع تداخل مجالات رؤيتهما أمام المستشعر. عندما يدخل جسم إلى هذه المنطقة المتداخلة، فإنه يعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء المُعدَّل من الباعث إلى الكاشف. تقوم إلكترونيات النظام بعد ذلك باكتشاف هذه الإشارة المنعكسة. سيتم اختيار الإخراج العالي لمصابيح LED من الصندوق C أو D لوضع الاستشعار العاكس هذا لضمان عودة إشارة كافية إلى الكاشف. يسمح الجهد الأمامي المنخفض بتشغيل الدائرة بأكملها، بما في ذلك مشغل LED، من مصدر طاقة واحد بجهد 3.3 فولت أو 5 فولت.

12. مبدأ التشغيل

يُعد LTE-1650 صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء (LED) شبه موصل. يعتمد تشغيله على الإضاءة 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 تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة. في هذا الجهاز المحدد، يتم هندسة المادة شبه الموصلة (عادةً ما تكون على أساس زرنيخيد ألومنيوم جاليوم، AlGaAs) بحيث يتم إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي كفوتونات من ضوء الأشعة تحت الحمراء بطول موجي ذروة حوالي 940 نانومتر. يقوم الغلاف الإيبوكسي الشفاف بتغليف الشريحة شبه الموصلة، ويوفر الحماية الميكانيكية، ويعمل كعدسة تشكل الضوء المنبعث إلى نمط زاوية الرؤية المحدد 60 درجة.

13. الاتجاهات والسياق التكنولوجي

تمثل مصادر الأشعة تحت الحمراء مثل LTE-1650 تقنية ناضجة وموثوقة. تركز الاتجاهات الحالية في هذا المجال على زيادة الكفاءة (مزيد من إخراج الضوء لكل وحدة من طاقة الإدخال الكهربائية)، وتمكين سرعات تعديل أعلى لنقل بيانات أسرع، ومزيد من التصغير للأغلفة. هناك أيضًا اتجاه نحو دمج الباعث مع دائرة قيادة أو حتى كاشف في وحدة واحدة لتبسيط تصميم النظام. يظل الطول الموجي 940 نانومتر شائعًا للغاية لأنه يوفر توازنًا جيدًا بين حساسية كاشف السيليكون (التي تبلغ ذروتها حوالي 900-1000 نانومتر) والامتصاص المنخفض في الغلاف الجوي. بينما قد تقدم المواد الأحدث خيارات أطوال موجية مختلفة قليلاً أو كفاءات أعلى، تظل المبادئ الأساسية ومجالات التطبيق لأجهزة مثل LTE-1650 مستقرة وقابلة للتطبيق على نطاق واسع عبر الإلكترونيات الاستهلاكية، والتحكم الصناعي، والأنظمة الآلية.