ورقة بيانات باعث الأشعة تحت الحمراء LTE-3271B - طول موجي 940 نانومتر - تيار عالي وجهد أمامي منخفض - تبديد طاقة 150 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTE-3271B ثنائي باعث للضوء (LED) عالي الأداء يعمل بالأشعة تحت الحمراء (IR)، مُصمم للتطبيقات التي تتطلب إضاءة تحت حمراء قوية وفعالة. تتمحور فلسفة تصميمه الأساسية حول تقديم ناتج طاقة ضوئية عالي مع الحفاظ على جهد أمامي منخفض نسبيًا، مما يساهم في تحسين كفاءة الطاقة في النظام. تم تصميم الجهاز ليتحمل تيارات نبضية عالية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المتطلبة مثل أجهزة التحكم عن بُعد، ومستشعرات القرب، والمفاتيح الضوئية، وأنظمة التشغيل الآلي الصناعي حيث تكون هناك حاجة إلى دفعات قصيرة ومكثفة من ضوء الأشعة تحت الحمراء. يعمل الباعث عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر، وهو ضمن الطيف تحت الأحمر القريب وأقل وضوحًا للعين البشرية مقارنة بالأطوال الموجية الأقصر، مما يقلل من التلوث الضوئي الملحوظ في البيئات الحساسة.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُوصى بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لفترات طويلة. تشمل الحدود الرئيسية تيار أمامي مستمر (I_F) بقيمة 100 مللي أمبير و تيار أمامي ذروة بقيمة 2 أمبير في ظروف التشغيل النبضي (300 نبضة في الثانية، وعرض نبضة 10 ميكروثانية). الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 150 ميغاواط، وهو أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة. يمكن للجهاز العمل ضمن نطاق درجة حرارة محيطة من -40°C إلى +85°C والتخزين من -55°C إلى +100°C.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية بدرجة حرارة محيطة 25°C وتيار أمامي 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تصنيف الأداء إلى درجات حاوية مختلفة (من A إلى E)، وهي ممارسة شائعة لفرز مصابيح LED بناءً على خصائص إخراجها.

• الشدة الإشعاعية (I_E):يقيس هذا الطاقة الضوئية المنبعثة لكل وحدة زاوية صلبة (ستراديان). بالنسبة للحاوية A، تبلغ القيمة النموذجية 11.32 ميغاواط/ستراديان، بينما تقدم الحاوية E ناتجًا نموذجيًا أعلى يبلغ 12.37 ميغاواط/ستراديان. هذه المعلمة حاسمة لتحديد شدة حزمة الأشعة تحت الحمراء.
• الاستضاءة الإشعاعية للفتحة (E_e):يقيس هذا القدرة الإشعاعية الساقطة على سطح لكل وحدة مساحة. تتراوح القيم من 0.8 ميغاواط/سم² (الحد الأدنى، الحاوية A) إلى 1.65 ميغاواط/سم² (النموذجي، الحاوية E).
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_P):طول الموجة الذروة الاسمي هو 940 نانومتر، مع عرض نصف طيفي (Δλ) يبلغ 50 نانومتر، مما يحدد عرض النطاق الترددي لضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث.
• الجهد الأمامي (V_F):هبوط الجهد عبر LED عند تيار معين. عند 50 مللي أمبير، تكون قيمة V_Fنموذجيًا 1.6 فولت (بحد أقصى 1.85 فولت). عند تيار تشغيل أعلى يبلغ 500 مللي أمبير، تزداد قيمة V_Fإلى نموذجي 2.3 فولت (بحد أقصى 2.3 فولت). الجهد الأمامي المنخفض عند التيارات المعتدلة هو ميزة رئيسية تساهم في كفاءة النظام.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):يُعرّف على أنه الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الإشعاعية نصف الشدة القصوى (على المحور). يتميز هذا الجهاز بزاوية مشاهدة واسعة تبلغ 50 درجة، مما يوفر إضاءة منتشرة واسعة بدلاً من حزمة ضيقة.

3. شرح نظام التصنيف في حاويات

يستخدم LTE-3271B نظام تصنيف في حاويات يعتمد بشكل أساسي على الشدة الإشعاعية (I_E) والاستضاءة الإشعاعية للفتحة (E_e). تتراوح الحاويات من A إلى E، حيث تشير الحاويات ذات الحرف الأعلى بشكل عام إلى طاقة إخراج ضوئية أعلى. على سبيل المثال، الحاوية A لديها قيمة نموذجية لـ I_E تبلغ 11.32 ميغاواط/ستراديان، بينما الحاوية E لديها 12.37 ميغاواط/ستراديان. هذا يسمح للمصممين باختيار المكونات التي تلبي متطلبات السطوع المحددة لتطبيقهم، مما يضمن الاتساق في دفعات الإنتاج. من المهم تحديد درجة الحاوية المطلوبة عند الطلب لضمان مستوى الأداء المطلوب.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

4.1 التوزيع الطيفي (الشكل 1)

يُظهر هذا المنحنى الشدة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي. يؤكد الانبعاث الذروة عند 940 نانومتر وعرض النصف الطيفي البالغ حوالي 50 نانومتر، مما يشير إلى أن LED يبعث الضوء عبر نطاق من الأطوال الموجية تحت الحمراء تتمحور حول 940 نانومتر.

4.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (الشكل 3)

منحنى التيار-الجهد هذا غير خطي، وهو نموذجي للثنائيات. يوضح كيف يزداد الجهد الأمامي مع زيادة التيار الأمامي. هذا المنحنى ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار لضمان التشغيل المستقر دون تجاوز الحدود القصوى.

4.3 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي (الشكل 5)

يوضح هذا الرسم البياني أن ناتج الضوء (الشدة الإشعاعية النسبية) يزداد مع تيار التشغيل. ومع ذلك، فإن العلاقة ليست خطية تمامًا، خاصة عند التيارات الأعلى، بسبب انخفاض الكفاءة والتأثيرات الحرارية.

4.4 الشدة الإشعاعية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة (الشكل 4)

يوضح هذا المنحنى معامل درجة الحرارة السالب لناتج LED. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، تنخفض الشدة الإشعاعية. هذا التخفيض الحراري هو عامل حاسم للتطبيقات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة.

4.5 مخطط الإشعاع (الشكل 6)

يمثل هذا الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني للضوء بشكل مرئي، مؤكدًا زاوية المشاهدة البالغة 50 درجة. تكون الشدة أعلى عند 0 درجة (على المحور) وتتناقص بشكل متماثل إلى نصف الطاقة عند ±25 درجة.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يستخدم الجهاز حزمة مثبتة عبر الثقب قياسية. تشمل ملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام ±0.25 ملم. يتم تباعد الأطراف حيث تخرج من جسم الحزمة. يُسمح ببروز صغير من الراتنج تحت الحافة، بحد أقصى ارتفاع 1.5 ملم. الأبعاد الفيزيائية حاسمة لتخطيط اللوحة المطبوعة، مما يضمن الملاءمة والمحاذاة المناسبة في التطبيق المستهدف.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد القيم القصوى المطلقة أنه يمكن لحام الأطراف عند درجة حرارة 260°C لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على مسافة 1.6 ملم من جسم الحزمة. هذا تصنيف قياسي لعمليات اللحام الموجي أو اليدوي. من الضروري الالتزام بهذا الحد لمنع التلف الحراري للشريحة شبه الموصلة الداخلية ومادة العدسة الإيبوكسية. أثناء لحام إعادة التدفق (إذا كان ذلك ينطبق على نوعية مثبتة على السطح، على الرغم من أن هذا الجزء مثبت عبر الثقب)، يلزم استخدام ملف تعريف يتجنب تجاوز هذه الدرجة الحرارية عند وصلة الطرف. يجب دائمًا اتباع إجراءات التعامل المناسبة مع التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) أثناء التجميع.

7. معلومات التغليف والطلب

يتم تغليف الأجهزة في أكياس. يحتوي كل كيس على 1000 قطعة (قطعة/كيس). ثم يتم تعبئة هذه الأكياس في صناديق داخلية، مع 8 أكياس لكل صندوق داخلي. أخيرًا، يتم تعبئة 8 صناديق داخلية في صندوق خارجي واحد. وبالتالي، فإن الكمية الإجمالية لكل صندوق شحن خارجي هي 64,000 قطعة (1000 قطعة/كيس * 8 أكياس/صندوق * 8 صناديق/خارجي = 64,000 قطعة). رقم الجزء هو LTE-3271B. يجب تحديد درجة الحاوية المحددة (A، B، C، D، أو E) كجزء من رمز الطلب للحصول على مستوى الأداء المطلوب.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• أجهزة التحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء:تجعل قدرة التيار النبضي العالية وطول الموجة 940 نانومتر منه مثاليًا لنقل الإشارات المشفرة إلى أجهزة التلفزيون وأنظمة الصوت والأجهزة الأخرى.
• استشعار القرب والوجود:يمكن استخدامه مع كاشف ضوئي في الحنفيات الآلية، ومجففات الأيدي، وأنظمة الأمان، وكشف الأشياء.
• المفاتيح الضوئية والمشفرات:يُستخدم لإنشاء مستشعرات عاكسة أو متقطعة للعد، واستشعار الموضع، وقياس السرعة.
• التشغيل الآلي الصناعي:للإضاءة في رؤية الآلة، ومسح الرموز الشريطية، وأنظمة المحاذاة في التصنيع.
• إضاءة الرؤية الليلية:توفير إضاءة خفية للكاميرات الأمنية المجهزة بمستشعرات حساسة للأشعة تحت الحمراء.

8.2 اعتبارات التصميم

• تشغيل التيار:استخدم دائمًا مقاومة تحديد تيار على التوالي أو دائرة تشغيل تيار ثابت. يجب حساب القيمة بناءً على جهد الإمداد، والتيار الأمامي المطلوب (I_F)، والجهد الأمامي (V_F) من ورقة البيانات، مع مراعاة تغيره مع التيار ودرجة الحرارة.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة هو 150 ميغاواط كحد أقصى، فإن ضمان وجود غطاء حراري كافٍ أو تدفق هواء أمر مهم، خاصة عند التشغيل بتيارات مستمرة عالية أو في درجات حرارة محيطة مرتفعة، للحفاظ على الأداء والعمر الطويل.
• التصميم الضوئي:توفر زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 50 درجة ضوءًا منتشرًا. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب حزمة مركزة أكثر، قد تكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات).
• اختيار الحاوية:اختر حاوية الشدة المناسبة لتلبية متطلبات الطاقة الضوئية لدائرة المستقبل الخاصة بك، مع السماح بهامش بسبب التأثيرات الحرارية والشيخوخة.

9. المقارنة والتمييز التقني

يتميز LTE-3271B في السوق من خلال الجمع بينقدرة التيار العالية(نبضة 2 أمبير، مستمر 100 مللي أمبير) وخصائص الجهد الأمامي المنخفض. يسمح هذا الجمع له بتقديم نبضات طاقة ضوئية عالية مع تقليل فقد الطاقة وتوليد الحرارة في دائرة التشغيل مقارنةً بالباعثات ذات قيمة V_F الأعلى. زاوية المشاهدة الواسعة هي ميزة تمييز رئيسية أخرى، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة منطقة بدلاً من حزمة ضيقة. طول موجته البالغ 940 نانومتر هو معيار للإلكترونيات الاستهلاكية، ويوفر توازنًا جيدًا بين حساسية كاشف السيليكون وقلة الوضوح.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما الفرق بين الشدة الإشعاعية والاستضاءة الإشعاعية للفتحة؟
أ: الشدة الإشعاعية (I_E) تقيس الطاقة لكل زاوية صلبة (الاتجاهية). الاستضاءة الإشعاعية للفتحة (E_e) تقيس الطاقة لكل وحدة مساحة عند مسافة/موضع محدد.I_E أكثر صلة بتوصيف المصدر نفسه، بينماE_e مفيدة لحساب الإشعاع على سطح مستهدف.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من ناتج منطقي 5 فولت؟
أ: لا. يجب عليك استخدام مقاومة تحديد تيار. على سبيل المثال، مع إمداد 5 فولت، وقيمة نموذجية لـ V_F تبلغ 1.6 فولت عند 20 مللي أمبير، ستكون المقاومة المطلوبة R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170 أوم. ستكون مقاومة 180 أوم قياسية مناسبة.

س: لماذا تنخفض طاقة الإخراج مع درجة الحرارة؟
أ> هذا يرجع إلى عدة تأثيرات فيزياء أشباه الموصلات، بما في ذلك زيادة إعادة التركيب غير الإشعاعي والتغيرات في الكفاءة الكمية الداخلية. التصميم الحراري المناسب ضروري للحفاظ على أداء متسق.

س: ماذا يعني نظام "التصنيف في حاويات" لتصميمي؟
أ> يضمن التصنيف في حاويات حصولك على مصابيح LED ذات طاقة ضوئية متسقة. إذا تم معايرة دائرةك لمستوى إضاءة محدد، فإن تحديد حاوية (مثل الحاوية C) يضمن أن كل LED تستخدمه سيكون له ناتج ضمن النطاق الأدنى/الأقصى لتلك الحاوية، مما يقلل التباين من وحدة إلى أخرى في منتجك النهائي.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم جهاز تحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء بعيد المدى.الهدف هو تحقيق مسافة تشغيل موثوقة تبلغ 15 مترًا. يختار المصمم LTE-3271B في الحاوية E للحصول على أقصى شدة إشعاعية. تستخدم دائرة التشغيل متحكمًا دقيقًا لتوليد نبضات بيانات معدلة. لتحقيق سطوع لحظي عالي للمدى البعيد، يتم تشغيل LED بنبضات تيار عالية قصيرة (على سبيل المثال، نبضات 1 أمبير بعرض 10 ميكروثانية، ضمن تصنيف 2 أمبير)، بدلاً من تيار مستمر أقل. يتم استخدام مفتاح ترانزستور للتعامل مع تيار النبضة العالي. تساعد زاوية المشاهدة الواسعة لـ LED في تعويض عدم المحاذاة الطفيف بين جهاز التحكم والمستقبل. تساعد خاصية الجهد الأمامي المنخفض في الحفاظ على عمر البطارية في وحدة جهاز التحكم المحمولة.

12. مبدأ التشغيل

LED الأشعة تحت الحمراء هو ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في منطقة التقاطع. عندما تعيد هذه حاملات الشحن التركيب، يتم إطلاق الطاقة. في هذا الجهاز المحدد، يتم هندسة مادة أشباه الموصلات (عادةً ما تكون قائمة على زرنيخيد ألومنيوم جاليوم - AlGaAs) بحيث يتم إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي كفوتونات ضوء في طيف الأشعة تحت الحمراء، بطول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر. تتناسب شدة الضوء المنبعث طرديًا مع معدل إعادة تركيب حاملات الشحن، والذي يتم التحكم فيه بواسطة التيار الأمامي المتدفق عبر الثنائي.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في تكنولوجيا باعث الأشعة تحت الحمراء هو نحو كفاءة أعلى (مزيد من طاقة الإخراج الضوئية لكل واط كهربائي مدخل)، وكثافة طاقة أعلى، وموثوقية متزايدة. يدفع هذا التقدم في تقنيات النمو البلوري الطبقي، وتحسين الكفاءة الكمية الداخلية، وإدارة حرارية أفضل داخل الحزمة. هناك أيضًا تطور مستمر في مصادر الأشعة تحت الحمراء متعددة الأطوال الموجية وعريضة النطاق الطيفي لتطبيقات الاستشعار المتقدمة مثل التحليل الطيفي وكشف الغازات. علاوة على ذلك، فإن دمج مشغلات ومنطق التحكم مباشرة مع شريحة الباعث (LEDs الذكية) هو اتجاه ناشئ لتبسيط تصميم النظام. يتماشى LTE-3271B، مع تركيزه على التيار العالي والجهد المنخفض، مع اتجاه الكفاءة للتطبيقات التي تعمل بالبطارية والواعية بالطاقة.