ورقة بيانات الترانزستور الضوئي بالأشعة تحت الحمراء LTR-C950-TB - عدسة سوداء علوية - 940 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات مكون الترانزستور الضوئي المنفصل للأشعة تحت الحمراء. تم تصميم الجهاز لاستشعار الضوء تحت الأحمر، عادةً عند طول موجي يبلغ 940 نانومتر. يتميز بعبوة ذات عدسة قبة سوداء منظر علوي، مما يساعد في تحديد زاوية الرؤية ويقلل من التداخل المحتمل من الضوء المرئي المحيط. يتم تعبئة المكون على شريط وبكرة، مما يجعله متوافقًا مع عمليات التجميع الآلي للتركيب السطحي ذات الحجم الكبير. وهو متوافق مع معايير البيئة ذات الصلة.

1.1 الميزات

• متوافق مع اللوائح البيئية للمواد الخطرة.
• شكل علوي مع عدسة قبة سوداء.
• يتم توريده على شريط بعرض 12 مم وبكرات قطر 7 بوصات للتركيب الآلي.
• متوافق مع عمليات إعادة التدفق القياسية للحام بالأشعة تحت الحمراء.
• مخطط عبوة موحد.

1.2 التطبيقات

• وحدات مستقبل الأشعة تحت الحمراء.
• تطبيقات استشعار الأشعة تحت الحمراء المثبتة على اللوحة الإلكترونية (PCB).

2. الأبعاد الخارجية

يتوافق الجهاز مع مخطط عبوة قياسي. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة في رسومات ورقة البيانات بالمليمترات، مع تسامح قياسي يبلغ ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تم تصميم العبوة للتركيب الموثوق على اللوحة الإلكترونية.

3. الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد جميع القيم عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (PD):100 ملي واط
• الجهد المجمع-الباعث (VCEO):30 فولت
• الجهد الباعث-المجمع (VECO):5 فولت
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية
• نطاق درجة حرارة التخزين:-55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية
• لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء:درجة حرارة ذروة 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.

تم تضمين منحنى درجة حرارة مقترح لإعادة التدفق للعمليات الخالية من الرصاص، مع التركيز على معلمات التسخين المسبق، ودرجة الحرارة القصوى، والوقت فوق السائل لضمان وصلات لحام موثوقة دون تلف حراري.

4. الخصائص الكهربائية والبصرية

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف الاختبار المحددة عند TA=25 درجة مئوية. وهي حاسمة لتصميم الدائرة.

• جهد الانهيار المجمع-الباعث، V(BR)CEO:30 فولت (الحد الأدنى). شرط الاختبار: IR = 100 ميكرو أمبير، الإشعاع (Ee) = 0 ملي واط/سم².
• جهد الانهيار الباعث-المجمع، V(BR)ECO:5 فولت (الحد الأدنى). شرط الاختبار: IE = 100 ميكرو أمبير، Ee = 0 ملي واط/سم².
• جهد التشبع المجمع-الباعث، VCE(SAT):0.4 فولت (الحد الأقصى). شرط الاختبار: IC = 100 ميكرو أمبير، Ee = 0.5 ملي واط/سم².
• زمن الصعود (Tr) وزمن الهبوط (Tf):15 ميكرو ثانية (نموذجي). شرط الاختبار: VCE = 5 فولت، IC = 1 ملي أمبير، RL = 1 كيلو أوم.
• تيار الظلام للمجمع (ICEO):100 نانو أمبير (الحد الأقصى). شرط الاختبار: VCE = 20 فولت، Ee = 0 ملي واط/سم². هذا هو تيار التسرب عندما لا يسقط ضوء.
• تيار المجمع في حالة التشغيل، IC(ON):يتراوح من 1.5 ملي أمبير (الحد الأدنى) إلى 9.20 ملي أمبير (الحد الأقصى). شرط الاختبار: VCE = 5 فولت، Ee = 0.5 ملي واط/سم²، λ=940 نانومتر. هذه هي المعلمة الرئيسية التي تشير إلى الحساسية.

5. نظام رموز التصنيف (بن)

يتم فرز الأجهزة إلى فئات أداء بناءً على تيار المجمع في حالة التشغيل (IC(ON)) لضمان الاتساق في التطبيق. التسامح للتيار داخل كل فئة هو ±15%.

• الفئة A:IC(ON) = 1.5 ملي أمبير إلى 2.9 ملي أمبير
• الفئة B:IC(ON) = 2.9 ملي أمبير إلى 5.5 ملي أمبير
• الفئة C:IC(ON) = 5.5 ملي أمبير إلى 9.2 ملي أمبير

6. منحنيات الأداء النموذجية

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة. هذه أساسية لفهم الأداء بما يتجاوز المواصفات أحادية النقطة.

• الحساسية الطيفية:منحنى يوضح الحساسية النسبية للترانزستور الضوئي عبر أطوال موجية مختلفة، حيث تبلغ ذروتها حوالي 940 نانومتر.
• تيار الظلام للمجمع مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف يزداد تيار التسرب (ICEO) مع ارتفاع درجة الحرارة.
• زمن الصعود والهبوط مقابل مقاومة الحمل:يوضح كيف تتأثر سرعة التبديل بقيمة مقاومة الحمل (RL) في الدائرة.
• تيار المجمع النسبي مقابل الإشعاع:يوضح العلاقة بين قوة الضوء الساقط (Ee) وتيار المجمع الناتج.
• مخطط الحساسية:رسم قطبي يوضح الاستجابة الزاوية النسبية للمستشعر، والتي تتأثر بعدسة القبة السوداء.

7. تخطيط مسارات اللحام ومعلومات العبوة

يتم توفير أبعاد نمط مسار اللوحة الإلكترونية (مسار اللحام) الموصى بها لضمان اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي. يُقترح سمك استنسل يبلغ 0.1 مم أو 0.12 مم لتطبيق معجون اللحام. كما تم تضمين أبعاد مفصلة لتعبئة الشريط والبكرة، مع تحديد تباعد الجيوب، وقطر البكرة، وحجم المحور لتسهيل التعامل الآلي.

8. إرشادات التعامل والتخزين والتركيب

8.1 ظروف التخزين

للأكياس المغلقة غير المفتوحة المقاومة للرطوبة مع مجفف، قم بالتخزين عند ≤ 30 درجة مئوية و ≤ 90% رطوبة نسبية، مع فترة استخدام موصى بها خلال سنة واحدة. للأجهزة التي تم إزالتها من تغليفها الأصلي، يجب ألا تتجاوز البيئة المحيطة 30 درجة مئوية / 60% رطوبة نسبية. إذا تم التخزين خارج الكيس الأصلي لأكثر من أسبوع، يُوصى بالتجفيف عند 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة قبل اللحام لإزالة الرطوبة ومنع ظاهرة "الانفجار" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.

8.2 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا، استخدم مذيبات قائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل.

8.3 توصيات اللحام

تم توفير معلمات مفصلة لكل من لحام إعادة التدفق واللحام اليدوي:

• لحام إعادة التدفق:التسخين المسبق إلى 150-200 درجة مئوية لمدة تصل إلى 120 ثانية، مع درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. يجب ألا يتم إعادة التدفق أكثر من مرتين.
• اللحام اليدوي:يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 300 درجة مئوية، مع وقت لحاق أقصاه 3 ثوانٍ لكل وصلة.

تشير الإرشادات إلى معايير JEDEC وتؤكد على الحاجة إلى توصيف العملية لتصميمات اللوحات الإلكترونية المحددة.

8.4 اعتبارات دائرة التشغيل

الترانزستور الضوئي هو جهاز إخراج تيار. للتطبيقات التي تتضمن مستشعرات متعددة، يُوصى بشدة باستخدام مقاومات تحديد تيار فردية على التوالي مع كل جهاز (كما هو موضح في "الدائرة A" بورقة البيانات) لضمان استجابة موحدة ومنع استحواذ أي وحدة فردية على التيار. يمكن أن يؤدي توصيل الأجهزة مباشرة على التوازي ("الدائرة B") بدون مقاومات فردية إلى أداء غير متطابق بسبب الاختلافات في خصائص الجهاز.

9. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

9.1 مبدأ التشغيل

يعمل الترانزستور الضوئي للأشعة تحت الحمراء عن طريق تحويل الضوء تحت الأحمر الساقط إلى تيار كهربائي. يتم امتصاص الفوتونات ذات الطاقة الكافية (المقابلة للطول الموجي الحساس للجهاز، حوالي 940 نانومتر) في منطقة القاعدة للترانزستور، مما يولد أزواج إلكترون-فجوة. يعمل هذا التيار الضوئي المتولد كتيار قاعدة، والذي يتم تضخيمه بعد ذلك بواسطة كسب الترانزستور، مما يؤدي إلى تيار مجمع أكبر يتناسب مع شدة الضوء الساقط. تساعد عدسة القبة السوداء في تركيز الضوء الوارد وتحديد مجال الرؤية.

9.2 سيناريوهات التطبيق النموذجية

الاستخدام الأساسي هو في أنظمة استقبال الأشعة تحت الحمراء. وهذا يشمل:

• مستقبلات جهاز التحكم عن بعد:فك تشفير الإشارات من أجهزة التحكم عن بعد للتلفزيون والصوت والأجهزة المنزلية.
• استشعار القرب:الكشف عن وجود أو غياب جسم ما عن طريق عكس حزمة الأشعة تحت الحمراء.
• التبديل الضوئي الأساسي:قطع الحزمة للعد أو اكتشاف الموضع.
• روابط بيانات بسيطة:نقل بيانات لاسلكي منخفض السرعة، قصير المدى باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء المضمن.

9.3 قائمة مراجعة التصميم

• اختر رمز التصنيف (بن) المناسببناءً على الحساسية المطلوبة لتطبيقك.
• اختر مقاوم حمل (RL)مع الأخذ في الاعتبار تأرجح جهد الخرج المطلوب والمقايضة مع سرعة الاستجابة (انظر منحنى زمن الصعود/الهبوط مقابل RL).
• نفذ الترشيح المناسبفي دائرة تكييف الإشارة لرفض الضوضاء من الضوء المحيط (مثل وميض مصباح الفلورسنت عند 100/120 هرتز).
• اتبع تخطيط اللوحة الإلكترونية الموصى به وإرشادات اللحاملضمان الموثوقية.
• ضع في اعتبارك مخطط الحساسية الزاويةعند تصميم الموضع الميكانيكي والغلاف لضمان توجيه المستشعر بشكل صحيح.

9.4 الأداء مقابل درجة الحرارة

يجب على المصممين مراعاة تأثيرات درجة الحرارة. يزداد تيار الظلام للمجمع (ICEO) بشكل كبير مع درجة الحرارة، مما يمكن أن يرفع مستوى الضوضاء في تطبيقات الإضاءة المنخفضة. التيار الضوئي نفسه له أيضًا معامل درجة حرارة. للتطبيقات الحرجة عبر نطاق درجة حرارة واسع (-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية)، يُنصح بالاختبار أو المحاكاة عبر درجات الحرارة القصوى.

10. المقارنة التقنية وإرشادات الاختيار

عند اختيار كاشف ضوئي للأشعة تحت الحمراء، تشمل المميزات الرئيسية:

• الترانزستور الضوئي مقابل الصمام الثنائي الضوئي:توفر الترانزستورات الضوئية كسبًا داخليًا، مما ينتج إشارة خرج أكبر لمستوى ضوء معين، مما يبسط تصميم المضخم اللاحق. ومع ذلك، فهي بشكل عام أبطأ في وقت الاستجابة من الصمامات الثنائية الضوئية. هذا الجهاز، بزمن صعود/هبوط 15 ميكرو ثانية، مناسب لإشارات جهاز التحكم عن بعد القياسية (على سبيل المثال، حامل 38 كيلو هرتز) ولكن قد يكون بطيئًا جدًا لاتصالات البيانات عالية السرعة للغاية.
• الطول الموجي:حساسية الذروة 940 نانومتر مثالية للاقتران مع باعثات الأشعة تحت الحمراء الشائعة من زرنيخيد الغاليوم (GaAs) وهي أقل وضوحًا للعين البشرية مقارنة بمصادر 850 نانومتر، مما يقلل من التلوث الضوئي الملحوظ.
• العبوة والعدسة:تم تحسين عبوة العدسة السوداء ذات المنظر العلوي للتجميع السطحي وتوفر زاوية رؤية مضبوطة، مما يمكن أن يساعد في رفض الضوء الشارد من الجوانب.

11. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هو الغرض من رمز التصنيف (بن)؟

ج: يضمن رمز التصنيف نطاقًا متوقعًا من الحساسية (IC(ON)). للحصول على أداء متسق في الإنتاج، حدد الفئة المطلوبة عند الطلب.

س: هل يمكنني استخدام هذا المستشعر في ضوء الشمس؟

ج: يحتوي ضوء الشمس المباشر على كمية هائلة من الإشعاع تحت الأحمر ومن المحتمل أن يشبع المستشعر. تم تصميمه للاستخدام الداخلي أو البيئات المتحكم فيها. قد يكون الترشيح البصري أو التشغيل النبضي مع الكشف المتزامن ضروريًا للاستخدام في الهواء الطلق.

س: لماذا إجراءات التخزين والتجفيف مهمة جدًا؟

ج: يمكن للعبوات السطحية امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن أن تتبخر هذه الرطوبة بسرعة، مما يسبب انفصالًا داخليًا أو تشققات ("انفجار")، مما يدمر المكون. يمنع التخزين والتجفيف المناسبان حدوث ذلك.

س: كيف أحسب جهد الخرج؟

ج: يعمل الترانزستور الضوئي كمصدر تيار. جهد الخرج عند المجمع يساوي تقريبًا VCC - (IC * RL). اختر RL و VCC بناءً على تأرجح الخرج المطلوب والتيار المتوقع IC من مصدر الضوء.

12. مثال تصميمي عملي

السيناريو:تصميم مستقبل أشعة تحت حمراء بسيط لإشارة جهاز تحكم عن بعد مضمّنة بتردد 38 كيلو هرتز.

1. اختيار المكونات:استخدم هذا الترانزستور الضوئي (على سبيل المثال، الفئة B للحساسية المتوسطة) وقم بإقرانه بمرشح تمرير نطاق 38 كيلو هرتز أو دائرة متكاملة مفككة تشفير مخصصة.
2. دائرة الانحياز:قم بتوصيل المجمع بمصدر طاقة 5 فولت (VCC) من خلال مقاوم حمل RL. يتم توصيل الباعث بالأرض. قيمة RL = 1 كيلو أوم هي نقطة بداية شائعة، توفر توازنًا جيدًا بين تأرجح جهد الخرج والسرعة.
3. تكييف الإشارة:سينخفض الجهد عند المجمع عند اكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء. يتم بعد ذلك تغذية إشارة التيار المتردد المقترنة هذه إلى مرحلة مضخم أو مقارن لتنظيف شكل الموجة الرقمية. يمكن أن يساعد المكثف الموازي لـ RL في ترشيح ضوضاء التردد العالي ولكنه سيبطئ الاستجابة.
4. التخطيط:ضع المستشعر في مقدمة اللوحة الإلكترونية مع فتحة واضحة في الغلاف. أبقه بعيدًا عن مصادر الضوضاء مثل منظمات الجهد التبديلية. اتبع تخطيط مسار اللحام الموصى به.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر مجال مكونات الأشعة تحت الحمراء المنفصلة في التطور. تشمل الاتجاهات تطوير كواشف ضوئية مع دوائر تكييف إشارة متكاملة في عبوة واحدة، توفر إخراجًا رقميًا ورفضًا محسنًا للضوء المحيط. هناك أيضًا دفعة نحو أجهزة أسرع لتمكين نقل بيانات أسرع لتطبيقات مثل رابطة بيانات الأشعة تحت الحمراء (IrDA) واستشعار الإيماءات. علاوة على ذلك، تهدف تحسينات التعبئة إلى توفير زوايا رؤية أضيق وأكثر اتساقًا لتطبيقات الاستشعار الدقيقة مع الحفاظ على التوافق مع عمليات التجميع الآلي. يمثل الجهاز الموصوف في ورقة البيانات هذه حلاً ناضجًا وموثوقًا للتطبيقات ذات الحجم الكبير والحساسة للتكلفة حيث يكون الكشف الأساسي عن الأشعة تحت الحمراء مطلوبًا.