ورقة بيانات الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء IR3494-30C/H80/L419 - عبوة T-1 3/4 بقطر 4 مم - الطول الموجي 940 نانومتر - جهد التشغيل الأمامي 1.2 فولت - شدة الإشعاع 3.5 مللي واط/ستراديان - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد IR3494-30C/H80/L419 صمامًا ثنائيًا باعثًا عالي الشدة للأشعة تحت الحمراء، مُصممًا للتطبيقات التي تتطلب انبعاثًا موثوقًا وفعالًا للضوء تحت الأحمر. مُصنع في عبوة بلاستيكية شفافة، تم تصميم هذا الجهاز لتقديم أداء ثابت في عامل شكل مضغوط T-1 3/4 (قطر 4 مم). وظيفته الأساسية هي انبعاث إشعاع تحت أحمر عند طول موجي قياسي يبلغ 940 نانومتر، مما يجعله متوافقًا طيفيًا مع الترانزستورات الضوئية والثنائيات الضوئية ووحدات استقبال الأشعة تحت الحمراء الشائعة. يتميز الجهاز بتباعد أقطاب قياسي يبلغ 2.54 مم لسهولة التكامل في تخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة القياسية.

2. الميزات والمزايا الرئيسية

تنبع المزايا الأساسية لهذا المكون من تصميمه واختيار مواده. فهو يقدم موثوقية عالية، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات طويلة الأمد. تضمن شدة الإشعاع العالية نقل إشارة قوي، مما يحسن المدى التشغيلي ونسبة الإشارة إلى الضوضاء في أنظمة الاستشعار. تساهم خاصية الجهد الأمامي المنخفض في كفاءة الطاقة الإجمالية للنظام. علاوة على ذلك، يتوافق المكون مع اللوائح البيئية، حيث أنه خالٍ من الرصاص ومُصمم للبقاء ضمن معايير التوافق مع RoHS.

3. الحدود القصوى المطلقة

قد يؤدي تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود إلى تلف دائم. يتم تحديد التصنيفات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• التيار الأمامي المستمر (I_F):100 مللي أمبير
• التيار الأمامي الذروي (I_FP):1.0 أمبير (عرض النبضة ≤100 ميكروثانية، دورة العمل ≤1%)
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية
• درجة حرارة التخزين (T_stg):-40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية
• درجة حرارة اللحام (T_sol):260 درجة مئوية (لمدة ≤5 ثوانٍ)
• تبديد الطاقة (P_d):180 مللي واط (عند أو أقل من درجة حرارة هواء حر تبلغ 25 درجة مئوية)

4. الخصائص الكهروضوئية

تحدد المعلمات التالية أداء الجهاز تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25 درجة مئوية). تمثل القيم النموذجية الأداء الأكثر شيوعًا، بينما تحدد القيم الدنيا والقصوى النطاق المقبول.

4.1 خصائص الإشعاع والطيف

• شدة الإشعاع (I_e):2.5 مللي واط/ستراديان (الحد الأدنى)، 3.5 مللي واط/ستراديان (النموذجي)، 5.5 مللي واط/ستراديان (الحد الأقصى) عند I_F=20 مللي أمبير. تحت التشغيل النبضي (I_F=250 مللي أمبير، التردد=60 هرتز، دورة عمل 50%)، تكون شدة الإشعاع النموذجية 40 مللي واط/ستراديان.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):940 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):50 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير، يحدد عرض الطيف عند نصف أقصى شدة.

4.2 الخصائص الكهربائية

• الجهد الأمامي (V_F):
  • عند I_F=20 مللي أمبير: 1.10 فولت (الحد الأدنى)، 1.20 فولت (النموذجي)، 1.50 فولت (الحد الأقصى)
  • عند I_F=100 مللي أمبير: 1.20 فولت (الحد الأدنى)، 1.30 فولت (النموذجي)، 1.70 فولت (الحد الأقصى)
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت.

4.3 زاوية الرؤية

التوزيع المكاني للضوء المنبعث ليس موحدًا. زاوية الرؤية، المُعرَّفة على أنها الزاوية الكاملة عند نصف أقصى شدة إشعاعية (2θ_1/2)، هي:

• الموضع X:95 درجة (نموذجي)
• الموضع Y:45 درجة (نموذجي)

يشير هذا إلى نمط إشعاع غير متماثل، وهو عامل حاسم في تصميم النظام البصري لمحاذاة الباعث مع المستقبل.

5. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية لأعمال التصميم التفصيلية.

5.1 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

يُظهر هذا المنحنى تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان الموثوقية، يجب تقليل التيار الأمامي عند التشغيل فوق 25 درجة مئوية.

5.2 التوزيع الطيفي

يرسم الرسم البياني شدة الإشعاع النسبية مقابل الطول الموجي، متمركزًا حول الذروة 940 نانومتر. يؤكد بصريًا عرض النطاق النموذجي البالغ 50 نانومتر، ويظهر أن معظم الطاقة الضوئية تتركز بين حوالي 915 نانومتر و965 نانومتر. هذا النطاق الضيق مفيد لتصفية ضوضاء الضوء المحيط.

5.3 شدة الإشعاع مقابل التيار الأمامي

هذه علاقة حاسمة تُظهر أن شدة الإشعاع تزداد مع التيار الأمامي، ولكن ليس بالضرورة بطريقة خطية تمامًا، خاصة عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وتأثيرات الكفاءة. يسمح المنحنى للمصممين باختيار تيار تشغيل يوفر طاقة الخرج الضوئية المطلوبة.

5.4 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

منحنى الخصائص IV هذا أساسي لتصميم دائرة القيادة. يُظهر العلاقة الأسية، مما يساعد في تحديد التوافق اللازم للجهد لسائق التيار الثابت أو لحساب قيم المقاوم التسلسلي لتصميم يعمل بالجهد.

5.5 شدة الإشعاع النسبية مقابل الإزاحة الزاوية

تُظهر المنحنيات المنفصلة للموضعين X و Y زاوية الرؤية غير المتماثلة. تنخفض الشدة إلى نصف قيمتها القصوى عند ±47.5 درجة في المستوى X و ±22.5 درجة في المستوى Y. يجب مراعاة هذا النمط عند محاذاة الصمام الثنائي الباعث للضوء مع مستشعر لضمان قوة الإشارة المثلى.

6. المعلومات الميكانيكية وبيانات العبوة

6.1 أبعاد العبوة

يستخدم الجهاز عبوة دائرية قياسية T-1 3/4 (قطر 4 مم). يوفر الرسم الفني جميع الأبعاد الحرجة بما في ذلك قطر الجسم، وشكل العدسة، وقطر الأقطاب، وتباعد الأقطاب. تشير الملاحظات الرئيسية إلى أن جميع الأبعاد بالمليمترات وأن التفاوتات القياسية هي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. الرسم الميكانيكي الدقيق ضروري لإنشاء بصمات دقيقة للوحة الدوائر المطبوعة وضمان التنسيب الصحيح في المجمعات.

6.2 تحديد القطبية

صمامات الأشعة تحت الحمراء الباعثة للضوء هي مكونات مستقطبة. يشير رسم ورقة البيانات إلى القطب السالب، والذي يُحدد عادةً بنقطة مسطحة على حافة العبوة أو قطب أقصر. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع لمنع فشل الجهاز.

7. إرشادات اللحام والتجميع

الحد الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام هو 260 درجة مئوية لمدة لا تتجاوز 5 ثوانٍ. هذا نموذجي لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق. من الأهمية بمكان الالتزام بهذه الحدود لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية ولشريحة أشباه الموصلات الداخلية. يجب اتباع الممارسات الصناعية القياسية للتعامل مع الأجهزة الحساسة للرطوبة إذا كان ذلك مناسبًا.

8. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية كما يلي: 500 قطعة لكل كيس، 5 أكياس لكل صندوق، و10 صناديق لكل كرتون. يحتوي الملصق على العبوة على عدة رموز للتتبع والمواصفات:

• CPN:رقم جزء العميل
• P/N:رقم الإنتاج (رقم جزء الشركة المصنعة)
• QTY:الكمية الموجودة في العبوة
• CAT:الرتب أو فئات الأداء (على سبيل المثال، لشدة الإشعاع)
• HUE:يشير إلى فئة الطول الموجي الذروي.
• REF:رمز مرجعي.
• LOT No:رقم الدفعة لتتبع التصنيع.

9. اقتراحات التطبيق

9.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• وحدات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء:شدة إشعاعها العالية تجعلها مناسبة لأجهزة التحكم عن بعد التي تتطلب مدى أطول أو اختراق إشارة أقوى.
• أنظمة الإرسال في الهواء الطلق:تُستخدم في وصلات البيانات قصيرة المدى، وأجهزة استشعار القرب، وكشف الأجسام حيث يتم تعديل حزمة الأشعة تحت الحمراء.
• كاشفات الدخان:تُستخدم في كاشفات الدخان من نوع التعتيم، حيث تقوم جسيمات الدخان بمقاطعة حزمة من ضوء الأشعة تحت الحمراء بين باعث ومستقبل.
• أنظمة الأشعة تحت الحمراء العامة:أي تطبيق يتطلب مصدرًا موثوقًا لضوء الأشعة تحت الحمراء بطول 940 نانومتر.

9.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:استخدم دائمًا مقاومًا تسلسليًا محددًا للتيار أو سائق تيار ثابت لمنع تجاوز الحد الأقصى للتيار الأمامي، خاصةً نظرًا لانخفاض الجهد الأمامي. يجب استخدام منحنى IV لحساب قيمة المقاوم المناسبة لجهد إمداد معين.
• إدارة الحرارة:راعِ حدود تبديد الطاقة. إذا كان التشغيل بالقرب من أقصى تيار أو في درجات حرارة محيطة عالية، ففكر في منحنى التخفيض الحراري وتأكد من التهوية الكافية أو وجود بالوعة حرارة إذا تم تركيب الصمام الثنائي الباعث للضوء على لوحة مع مكونات أخرى تولد الحرارة.
• المحاذاة البصرية:زاوية الرؤية غير المتماثلة (95° x 45°) حاسمة. يجب محاذاة الصمام الثنائي الباعث للضوء والمستقبل المقابل (الترانزستور الضوئي، إلخ) وفقًا لمحور الحساسية المقصود لتعظيم الإشارة المجمعة.
• حماية الجهد العكسي:الحد الأقصى للجهد العكسي هو 5 فولت فقط. في الدوائر حيث يكون الانحياز العكسي ممكنًا (على سبيل المثال، اقتران التيار المتردد أو الأحمال الحثية)، يوصى بشدة باستخدام حماية خارجية مثل ثنائي موازٍ (القطب السالب إلى القطب الموجب).

10. المقارنة والتمييز التقني

مقارنةً بصمامات الأشعة تحت الحمراء الباعثة للضوء منخفضة الطاقة القياسية، تقدم سلسلة IR3494 شدة إشعاع أعلى بكثير (3.5 مللي واط/ستراديان نموذجي مقابل غالبًا أقل من 1 مللي واط/ستراديان للأجهزة الأساسية). يؤدي هذا مباشرة إلى مدى تشغيلي أطول أو القدرة على استخدام تيارات قيادة أقل لنفس المدى، مما يحسن الكفاءة. الطول الموجي 940 نانومتر مثالي لأنه أقل وضوحًا للعين البشرية من صمامات LED ذات 850 نانومتر (التي لها توهج أحمر خافت) بينما لا يزال من السهل اكتشافها بواسطة الكواشف الضوئية القائمة على السيليكون. يمكن أن يكون نمط الحزمة غير المتماثل ميزة في التطبيقات التي تتطلب حزمة مركزة في مستوى واحد وتغطية أوسع في مستوى آخر.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء مباشرة من دبوس متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟

ج: لا. الجهد الأمامي حوالي 1.2-1.3 فولت فقط. توصيله مباشرة بجهد 5 فولت بدون مقاوم محدد للتيار سيؤدي إلى تيار عالٍ جدًا، مما يدمر الصمام الثنائي الباعث للضوء على الفور. يجب استخدام مقاوم تسلسلي دائمًا.

س: ما الفرق بين شدة الإشعاع 'النموذجية' و 'القصوى'؟

ج: القيمة النموذجية (3.5 مللي واط/ستراديان) هي ما ستوفره معظم الأجهزة من دفعة إنتاج. الحد الأقصى (5.5 مللي واط/ستراديان) هو الحد الأعلى للمواصفات؛ قد يؤدي بعض الأجهزة أداءً أفضل، ولكن يجب أن تستند التصميمات على الحد الأدنى (2.5 مللي واط/ستراديان) لضمان وظيفة النظام تحت جميع الظروف.

س: لماذا تختلف زاوية الرؤية في اتجاهي X و Y؟

ج: هذا نتيجة لهيكل الشريحة الداخلية وشكل العدسة البلاستيكية. إنها خاصية تصميم مقصودة تشكل نمط الضوء المنبعث، والتي يمكن أن تكون مفيدة لتوجيه حزمة الأشعة تحت الحمراء.

س: هل يلزم وجود بالوعة حرارة؟

ج: للتشغيل المستمر عند أقصى تيار مقنن وهو 100 مللي أمبير، يكون تبديد الطاقة حوالي 130 مللي واط (1.3 فولت * 0.1 أمبير)، وهو أقل من التصنيف 180 مللي واط عند 25 درجة مئوية. ومع ذلك، إذا كانت درجة الحرارة المحيطة عالية أو كان الصمام الثنائي الباعث للضوء في حاوية مغلقة، فيجب تطبيق التخفيض الحراري وفقًا لمنحنيات الأداء، وقد يكون من الضروري وجود بالوعة حرارة أو تقليل تيار التشغيل.

12. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم جهاز إرسال تحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء بعيد المدى

الهدف: تحقيق مدى موثوق يبلغ 15 مترًا في بيئة غرفة معيشة نموذجية.

خطوات التصميم:

1. اختيار تيار القيادة:استشر منحنى 'شدة الإشعاع مقابل التيار الأمامي'. لتعظيم المدى، شغل بالقرب من الحد الأعلى. اختيار I_F= 80 مللي أمبير يوفر شدة إشعاع تبلغ حوالي 15 مللي واط/ستراديان (من المنحنى)، وهي زيادة كبيرة عن قيمة 20 مللي أمبير.

2. تصميم الدائرة:لمصدر جهد 3.3 فولت، احسب المقاوم التسلسلي. باستخدام V_Fالنموذجي عند 80 مللي أمبير (مقدر من منحنى IV بـ ~1.28 فولت): R = (V_supply- V_F) / I_F= (3.3 فولت - 1.28 فولت) / 0.08 أمبير = 25.25 أوم. استخدم مقاومًا قياسيًا 24 أوم أو 27 أوم. تحقق من الطاقة في المقاوم: P = I²R = (0.08)²*27 = 0.173 واط، لذا فإن مقاوم 1/4 واط كافٍ.

3. الفحص الحراري:تبديد طاقة الصمام الثنائي الباعث للضوء: P_d= V_F* I_F= 1.28 فولت * 0.08 أمبير = 102 مللي واط. هذا ضمن الحد 180 مللي واط عند 25 درجة مئوية.

4. المحاذاة البصرية:قم بتركيب الصمام الثنائي الباعث للضوء على حافة لوحة الدوائر المطبوعة للجهاز التحكم عن بعد. وجه الصمام الثنائي الباعث للضوء بحيث يكون مستواه الأوسع 95 درجة (X) أفقيًا لتغطية منطقة واسعة، بينما يكون مستواه الأضيق 45 درجة (Y) رأسيًا لتركيز الطاقة للأمام. هذا يحسن فرصة إصابة المستقبل حتى إذا كان الجهاز التحكم عن بعد خارج المحور أفقيًا قليلاً.

13. مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) هو صمام ثنائي تقاطع p-n من أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p عبر التقاطع. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة في المنطقة النشطة من مادة أشباه الموصلات (عادةً ما تكون على أساس زرنيخيد الغاليوم، GaAs)، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لطبقات أشباه الموصلات الطول الموجي للضوء المنبعث. بالنسبة لهذا الجهاز، تم تصميم المادة لإنتاج فوتونات بشكل أساسي عند طول موجي 940 نانومتر، وهو في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، غير مرئي للعين البشرية ولكن يمكن اكتشافه بسهولة بواسطة الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية القائمة على السيليكون.

14. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر تطوير صمامات الأشعة تحت الحمراء الباعثة للضوء في التركيز على عدة مجالات رئيسية: زيادة كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوئية (الطاقة الضوئية الخارجة / الطاقة الكهربائية الداخلة) لتمكين استهلاك طاقة أقل أو إخراج أعلى من الأجهزة التي تعمل بالبطاريات؛ تحسين سرعة التعديل لتطبيقات اتصالات البيانات عالية السرعة مثل IrDA؛ وتطوير أجهزة ذات نطاقات طيفية أضيق للتطبيقات التي تتطلب مطابقة طول موجي دقيق، مثل استشعار الغاز. هناك أيضًا اتجاه نحو عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي، على الرغم من أن العبوات ذات الثقوب المارة مثل T-1 3/4 تظل شائعة بسبب متانتها وسهولة لحامها يدويًا في النماذج الأولية وبعض تطبيقات الموثوقية العالية. يظل الطول الموجي 940 نانومتر معيارًا صناعيًا بسبب توازنه الأمثل بين حساسية كاشف السيليكون وقلة الوضوح.

ملاحظات هامة:المواصفات الواردة في هذه الوثيقة قابلة للتغيير دون إشعار. عند استخدام هذا المنتج، يجب الالتزام الصارم بالحدود القصوى المطلقة وظروف التشغيل الموضحة هنا. لا تتحمل الشركة المصنعة أي مسؤولية عن الضرر الناتج عن الاستخدام خارج هذه الظروف المحددة. المعلومات الواردة في ورقة البيانات هذه محمية بحقوق الطبع والنشر ولا يجب إعادة إنتاجها دون إذن.