ورقة بيانات الترانزستور الضوئي بالأشعة تحت الحمراء LTR-S971-TB - حزمة الرؤية الجانبية - جهد المجمع-الباعث 30 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTR-S971-TB مكون ترانزستور ضوئي منفصل للأشعة تحت الحمراء (IR) مُصمم لتطبيقات الاستشعار. ينتمي إلى عائلة واسعة من الأجهزة الإلكترونية الضوئية المخصصة للاستخدام في البيئات التي تتطلب كشفًا موثوقًا للضوء تحت الأحمر. الوظيفة الأساسية لهذا المكون هي تحويل الإشعاع تحت الأحمر الساقط إلى إشارة كهربائية، وتحديدًا تيار مجمع يتناسب مع كثافة طاقة الأشعة تحت الحمراء المستلمة.

تشمل مزاياه الأساسية عدسة قبة ذات رؤية جانبية موضوعة في غلاف أسود، مما يساعد في توجيه مجال الرؤية ويقلل احتمالية التداخل من الضوء المحيط من زوايا أخرى. تم تغليف الجهاز لعمليات التجميع الحديثة، حيث يتم توريده على شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 13 بوصة، مما يجعله متوافقًا مع معدات التركيب الآلية وعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. كما أنه متوافق مع معايير RoHS ومعايير المنتجات الصديقة للبيئة.

تتمثل الأسواق المستهدفة وتطبيقات هذا الترانزستور الضوئي بشكل أساسي في الإلكترونيات الاستهلاكية والاستشعار الصناعي. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية العمل كمستقبل للأشعة تحت الحمراء في أنظمة مثل أجهزة التحكم عن بُعد، وتمكين الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء المثبت على لوحة الدوائر المطبوعة لوظائف مثل اكتشاف القرب، واستشعار الأجسام، وروابط نقل البيانات الأساسية حيث يكون الأشعة تحت الحمراء هي الوسيط.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يتم تعريف أداء LTR-S971-TB من خلال مجموعة من الحدود القصوى المطلقة والخصائص الكهربائية/البصرية التفصيلية، وكلها محددة عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25 درجة مئوية.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• تبديد الطاقة (Pd):100 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة.
• جهد المجمع-الباعث (V_CE):30 فولت. أقصى جهد يمكن تطبيقه بين طرفي المجمع والباعث.
• جهد الباعث-المجمع (V_EC):5 فولت. أقصى جهد عكسي يمكن تطبيقه بين الباعث والمجمع.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_op):-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الموثوق للجهاز.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):-55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة للتخزين غير التشغيلي.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ، مما يحدد قدرته على لحام إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

تحدد هذه المعاملات أداء الجهاز تحت ظروف الاختبار المحددة، مما يمثل السلوك التشغيلي النموذجي.

• جهد انهيار المجمع-الباعث (V_(BR)CEO):30 فولت (الحد الأدنى). تم القياس مع تيار تسرب عكسي (I_R) بقيمة 100 ميكرو أمبير وبدون إضاءة بالأشعة تحت الحمراء ساقطة (E_e= 0 ملي واط/سم²).
• جهد انهيار الباعث-المجمع (V_(BR)ECO):5 فولت (الحد الأدنى). تم القياس مع I_E= 100 ميكرو أمبير وبدون إضاءة.
• جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(SAT)):0.4 فولت (الحد الأقصى). الجهد عبر الجهاز عندما يكون في حالة "تشغيل" كاملة، تم اختباره عند I_C= 100 ميكرو أمبير تحت إشعاع بقوة 0.5 ملي واط/سم².
• زمن الصعود (T_r) وزمن الهبوط (T_f):15 ميكرو ثانية (نموذجي). تم قياس معاملات سرعة التبديل هذه باستخدام V_CE=5 فولت، I_C=1 ملي أمبير، و R_L=1 كيلو أوم، مما يشير إلى ملاءمته للكشف بسرعة متوسطة.
• تيار الظلام للمجمع (I_CEO):100 نانو أمبير (الحد الأقصى). تيار التسرب المتدفق من المجمع إلى الباعث في حالة عدم وجود ضوء، عند V_CE=20 فولت. كلما كانت القيمة أقل، كان ذلك أفضل بالنسبة لنسبة الإشارة إلى الضوضاء.
• تيار المجمع في حالة التشغيل (I_C(ON)):4.0 ملي أمبير (نموذجي). تيار الخرج عندما يكون الجهاز مضاءً، تم اختباره عند V_CE=5 فولت تحت إشعاع بقوة 0.5 ملي واط/سم² من مصدر 940 نانومتر. هذا معامل حساسية رئيسي.

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى قسم لمنحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية. هذه التمثيلات الرسومية حاسمة لمهندسي التصميم لفهم سلوك الجهاز بما يتجاوز المواصفات أحادية النقطة.

بينما لا يتم تفصيل المنحنيات المحددة في النص المقدم، فإن المخططات النموذجية لترانزستور ضوئي مثل LTR-S971-TB ستشمل:

• تيار المجمع (I_C) مقابل جهد المجمع-الباعث (V_CE):عائلة من المنحنيات مُعلمة بمستويات مختلفة من الإشعاع تحت الأحمر الساقط (E_e). يوضح هذا خصائص الخرج ومنطقة التشبع.
• تيار المجمع (I_C) مقابل الإشعاع الساقط (E_e):يوضح هذا الرسم البياني، غالبًا عند V_CE ثابت، خطية (أو عدم خطية) استجابة الترانزستور الضوئي لشدة الضوء، وهو أمر أساسي لحساسيته.
• الاستجابة الطيفية:منحنى يوضح الحساسية النسبية للجهاز عبر أطوال موجية مختلفة من الضوء. بينما تحدد حالة الاختبار 940 نانومتر، فإن هذا المنحنى سيظهر طول موجة الاستجابة القصوى وعرض نطاق الحساسية، وهو أمر مهم لتصفية مصادر الضوء غير المرغوب فيها.
• الاعتماد على درجة الحرارة:رسوم بيانية توضح كيف تختلف المعلمات الرئيسية مثل تيار الظلام (I_CEO) وتيار المجمع (I_C) مع درجة الحرارة المحيطة، وهو أمر بالغ الأهمية للتصميمات التي تعمل خارج درجة حرارة الغرفة.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 الأبعاد الخارجية

يتميز الجهاز بحزمة ذات رؤية جانبية مع عدسة قبة. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي يبلغ ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يحدد الرسم الميكانيكي الدقيق حجم الجسم، وتباعد الأطراف، وموضع العدسة، والبصمة العامة الحرجة لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة.

4.2 أبعاد وسادة اللحام المقترحة

يتم توفير نمط أرضية (بصمة) موصى به للوحة الدوائر المطبوعة. يضمن الالتزام بهذه الأبعاد تكوين وصلة لحام سليمة، واستقرارًا ميكانيكيًا، وتخفيفًا حراريًا أثناء عملية اللحام.

4.3 أبعاد تغليف الشريط والبكرة

تحدد الرسومات التفصيلية أبعاد الشريط الحامل (حجم الجيب، المسافة)، والشريط الغطائي، وأبعاد البكرة. هذه المعلومات أساسية لإعداد خط التجميع الآلي. المواصفات الرئيسية المذكورة هي بكرة مقاس 13 بوصة تحتوي على 9000 قطعة، مع السماح بحد أقصى بغياب مكونين متتاليين، وفقًا لمعايير ANSI/EIA 481-1-A-1994.

5. إرشادات اللحام والتركيب

5.1 ظروف التخزين

الجهاز حساس للرطوبة. في كيسه المضاد للرطوبة المغلق مع مجفف، يجب تخزينه عند ≤30 درجة مئوية و ≤90% رطوبة نسبية واستخدامه خلال عام واحد. بمجرد الفتح، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30 درجة مئوية و 60% رطوبة نسبية. يجب خبز المكونات التي خرجت من تغليفها الأصلي لأكثر من أسبوع واحد عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لمنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

5.2 معاملات اللحام

لحام إعادة التدفق:يوصى بملف تعريف متوافق مع JEDEC.

• التسخين المسبق: 150–200 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 120 ثانية.
• درجة الحرارة القصوى: بحد أقصى 260 درجة مئوية.
• الوقت فوق 260 درجة مئوية: بحد أقصى 10 ثوانٍ، مع السماح بحد أقصى دورتي إعادة تدفق.

اللحام اليدوي (مكواة اللحام):

• درجة حرارة المكواة: بحد أقصى 300 درجة مئوية.
• زمن التلامس: بحد أقصى 3 ثوانٍ لكل وصلة.

تشدد ورقة البيانات على أن الملف الأمثل يعتمد على تصميم لوحة الدوائر المطبوعة المحدد، والمكونات، ومعجون اللحام المستخدم.

5.3 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل.

6. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 تصميم دائرة التشغيل

الترانزستور الضوئي هو في الأساس جهاز خرج تيار. توفر ورقة البيانات إرشادات حاسمة لتشغيل أجهزة متعددة.نموذج الدائرة (أ)هو التكوين الموصى به، حيث يكون لكل ترانزستور ضوئي مقاومته الخاصة المحددة للتيار على التوالي متصلة بجهد التغذية. يضمن هذا تجانس الشدة من خلال تعويض الاختلافات الطفيفة في خصائص التيار-الجهد (I-V) بين الأجهزة الفردية.نموذج الدائرة (ب)، حيث تشارك أجهزة متعددة في مقاومة واحدة، غير مستحسن لأنه يمكن أن يؤدي إلى سطوع غير متساوٍ أو تقاسم تيار غير متكافئ بسبب عدم تطابق الأجهزة.

6.2 نطاق التطبيق والتحذيرات

المكون مخصص للمعدات الإلكترونية القياسية (المكتبية، الاتصالات، المنزلية). تتضمن ورقة البيانات تحذيرًا محددًا ضد استخدامه في تطبيقات السلامة الحرجة أو الموثوقية العالية - مثل الطيران، ودعم الحياة الطبي، أو أنظمة التحكم في النقل - دون استشارة مسبقة وتأهيل، حيث أن الفشل قد يعرض الحياة أو الصحة للخطر.

6.3 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مستقبلات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء:الكشف عن إشارات الأشعة تحت الحمراء المضمنة من أجهزة التحكم عن بعد.
• اكتشاف القرب والأجسام:استشعار وجود أو غياب جسم ما من خلال اكتشاف الضوء تحت الأحمر المنعكس أو المحجوب.
• روابط بيانات أساسية بالأشعة تحت الحمراء:لنقل البيانات اللاسلكي قصير المدى ومنخفض السرعة.
• مستشعرات إنذار الأمان:كجزء من نظام كشف التسلل القائم على قطع الحزمة أو الانعكاس.

7. مبدأ التشغيل

يعمل الترانزستور الضوئي على مبدأ التأثير الكهروضوئي داخل هيكل ترانزستور الوصلة ثنائي القطب (BJT). يتم امتصاص الفوتونات الساقطة ذات الطاقة الكافية (في الطيف تحت الأحمر لهذا الجهاز) في منطقة وصلة القاعدة-المجمع، مما يولد أزواج إلكترون-فجوة. يتم تضخيم هذه الحاملات الضوئية بشكل فعال بواسطة كسب التيار للترانزستور (بيتا، β). غالبًا ما يُترك طرف القاعدة غير متصل أو يُستخدم مع مقاوم للتحكم في الانحياز. الناتج هو تيار مجمع (I_C) أكبر بكثير من التيار الضوئي الأساسي، مما يوفر تضخيمًا فطريًا للإشارة. تركز عدسة الرؤية الجانبية وتوجه الضوء تحت الأحمر الوارد إلى المنطقة شبه الموصلة الحساسة، مما يحدد مجال رؤية الجهاز.

8. معلومات التغليف والطلب

التغليف القياسي هو 9000 قطعة لكل بكرة مقاس 13 بوصة. تتوافق مواصفات الشريط والبكرة مع معايير ANSI/EIA لضمان التوافق مع آليات الاختيار والوضع الآلية. يحدد رقم الجزء LTR-S971-TB هذا المتغير المحدد بشكل فريد (مما يشير على الأرجح إلى نوع الحزمة 'TB' للرؤية الجانبية).

9. الأسئلة الشائعة بناءً على المعايير التقنية

س: ما هي سرعة الاستجابة النموذجية لهذا المستشعر؟

ج: أوقات الصعود والهبوط النموذجية هي 15 ميكرو ثانية، مما يجعله مناسبًا للكشف عن إشارات الأشعة تحت الحمراء المضمنة الشائعة في أجهزة التحكم عن بعد، والتي تعمل عادةً عند ترددات ناقلة مثل 38 كيلو هرتز.

س: ما مدى حساسية LTR-S971-TB؟

ج: تحت حالة اختبار بقوة 0.5 ملي واط/سم² عند 940 نانومتر و V_CE=5 فولت، فإنه يوفر عادةً 4.0 ملي أمبير من تيار المجمع. كلما انخفضت قوة الإشعاع اللازمة لإنتاج تيار خرج قابل للاستخدام، زادت الحساسية.

س: هل يمكنني استخدامه في الهواء الطلق أو في بيئات عالية الحرارة؟

ج: نطاق درجة حرارة تشغيله هو -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يسمح بالاستخدام في مجموعة واسعة من البيئات. ومع ذلك، يجب على المصممين مراعاة اعتماد تيار الظلام وتيار الخرج على درجة الحرارة، مما يمكن أن يؤثر على نسبة الإشارة إلى الضوضاء في الظروف القصوى.

س: لماذا هناك حاجة إلى مقاوم منفصل لكل ترانزستور ضوئي على التوازي؟

ج: بسبب الاختلافات الطبيعية في التصنيع، تختلف خصائص التيار-الجهد (I-V) للترانزستورات الضوئية الفردية قليلاً. تجبر المقاومة المشتركة على أن يكون لها نفس الجهد، مما قد يتسبب في اختلال كبير في التيار. تسمح المقاومات الفردية لكل جهاز بالانحياز الذاتي، مما يضمن تقاسم تيار وأداء أكثر تجانسًا.

10. مثال على تصميم وحالة استخدام

السيناريو: تصميم عداد أجسام بسيط باستخدام مستشعر قطع حزمة بالأشعة تحت الحمراء.

1. الإعداد:يتم وضع باعث للأشعة تحت الحمراء (IRED) على جانب واحد من حزام ناقل، ويتم وضع الترانزستور الضوئي LTR-S971-TB مباشرة في المقابل.
2. الدائرة:يتم تكوين الترانزستور الضوئي في إعداد باعث مشترك. يتم توصيل مقاومة سحب لأعلى (على سبيل المثال، 1 كيلو أوم إلى 10 كيلو أوم) من المجمع إلى V_CC(على سبيل المثال، 5 فولت). يتم توصيل الباعث بالأرض. تؤخذ إشارة الخرج من عقدة المجمع.
3. التشغيل:عندما تكون حزمة الأشعة تحت الحمراء غير متقطعة، يتم إضاءة الترانزستور الضوئي، مما يتسبب في توصيله وسحب جهد المجمع إلى مستوى منخفض (قريب من V_CE(SAT)). عندما يعترض جسم ما الحزمة، تتوقف الإضاءة، ويتم إيقاف تشغيل الترانزستور الضوئي، ويتم سحب جهد المجمع إلى مستوى عالٍ بواسطة المقاومة.
4. معالجة الإشارة:يمكن تغذية انتقال الجهد الرقمي هذا (من منخفض إلى عالٍ) في دبوس إدخال رقمي لوحدة تحكم دقيقة أو مقارن لتحفيز روتين العد.
5. اعتبارات التصميم:تؤثر قيمة مقاومة السحب لأعلى على سرعة التبديل واستهلاك التيار. يمكن أن يتسبب الضوء تحت الأحمر المحيط (مثل ضوء الشمس) في تشغيلات خاطئة، لذلك قد يتطلب النظام ترشيحًا ضوئيًا، أو غلافًا لحجب الضوء المحيط، أو تضمين/فك تضمين لحزمة الأشعة تحت الحمراء.

ملاحظة: قد تتغير مظهر المنتج ومواصفاته دون إشعار مسبق للتحسين.