دیتاشیت LED مادون قرمز 3 میلی‌متری 850 نانومتر HIR204C - بسته‌بندی T-1 - ولتاژ مستقیم 1.45 ولت - توان 150 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک دیود نورافشان (LED) مادون قرمز پرتوان 3 میلی‌متری (T-1) را شرح می‌دهد. این قطعه برای تابش نور در طول موج اوج 850 نانومتر (nm) طراحی شده است که آن را برای طیف وسیعی از کاربردهای حسگری و انتقال مادون قرمز مناسب می‌سازد. مزایای اصلی آن شامل قابلیت اطمینان بالا، خروجی تابشی قابل توجه و نیاز به ولتاژ مستقیم پایین است.

LED با استفاده از ماده تراشه گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs) ساخته شده و در یک بسته‌بندی پلاستیکی شفاف (Water-Clear) قرار گرفته است. این خروجی طیفی به‌طور عمدی با گیرنده‌های مادون قرمز رایج مانند فوتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده یکپارچه سازگار شده است. محصول با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد.

1.1 کاربردهای هدف

این قطعه برای سیستم‌هایی که نیاز به سیگنالینگ مادون قرمز قوی دارند، طراحی شده است. حوزه‌های کلیدی کاربرد شامل موارد زیر است:

• سیستم‌های انتقال داده نوری در فضای آزاد.
• واحدهای کنترل از راه دور مادون قرمز، به ویژه آنهایی که به توان خروجی بالاتری نیاز دارند.
• سیستم‌های تشخیص دود و اعلام حریق که از اصول حسگری نوری استفاده می‌کنند.
• سیستم‌های کاربردی عمومی مبتنی بر مادون قرمز برای مصارف صنعتی یا مصرفی.

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• جریان مستقیم پیوسته (I_F)): 100 میلی‌آمپر
• جریان مستقیم پیک (I_FP)): 1.0 آمپر (عرض پالس ≤ 100 میکروثانیه، چرخه کاری ≤ 1%)
• ولتاژ معکوس (V_R)): 5 ولت
• دمای عملیاتی (T_opr)): 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg)): 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس
• دمای لحیم‌کاری (T_sol)): 260 درجه سلسیوس (برای ≤ 5 ثانیه)
• توان تلف شده (P_d)): 150 میلی‌وات (در دمای محیط 25 درجه سلسیوس یا پایین‌تر)

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (T_a= 25°C)

این پارامترها عملکرد معمول قطعه را تحت شرایط آزمایش مشخص شده تعریف می‌کنند.

• شدت تابشی (I_e):
  • ): مقدار معمول: 17.6 میلی‌وات بر استرادیان در I_F= 20 میلی‌آمپر.
  • مقدار معمول: 90 میلی‌وات بر استرادیان در I_F= 100 میلی‌آمپر (پالسی).
  • مقدار معمول: 900 میلی‌وات بر استرادیان در I_F= 1 آمپر (پالسی).
• طول موج اوج (λ_p)): مقدار معمول 850 نانومتر در I_F= 20 میلی‌آمپر.
• پهنای باند طیفی (Δλ)): مقدار معمول 45 نانومتر در I_F= 20 میلی‌آمپر.
• ولتاژ مستقیم (V_F):
  • ): مقدار معمول: 1.45 ولت، حداکثر: 1.65 ولت در I_F= 20 میلی‌آمپر.
  • مقدار معمول: 1.80 ولت، حداکثر: 2.40 ولت در I_F= 100 میلی‌آمپر (پالسی).
  • مقدار معمول: 4.10 ولت، حداکثر: 5.25 ولت در I_F= 1 آمپر (پالسی).
• جریان معکوس (I_R)): حداکثر 10 میکروآمپر در V_R= 5 ولت.
• زاویه دید (2θ_1/2)): مقدار معمول 25 درجه در I_F= 20 میلی‌آمپر.

توجه: عدم قطعیت‌های اندازه‌گیری برای ولتاژ مستقیم (±0.1V)، شدت تابشی (±10%) و طول موج غالب (±1.0nm) مشخص شده است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که رفتار قطعه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد. این منحنی‌ها برای مهندسان طراح جهت پیش‌بینی عملکرد در کاربردهای واقعی حیاتی هستند.

3.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی کاهش حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط را نشان می‌دهد. قابلیت اتلاف توان قطعه با افزایش دما کاهش می‌یابد، که باید در طراحی حرارتی برای جلوگیری از گرمای بیش از حد در نظر گرفته شود.

3.2 توزیع طیفی

نمودار خروجی طیفی، تابش اوج در 850 نانومتر با پهنای باند مشخص را تأیید می‌کند. این برای اطمینان از سازگاری با حساسیت طیفی گیرنده مورد نظر (مانند یک آشکارساز نوری سیلیکونی که در محدوده 800-900 نانومتر بیشترین حساسیت را دارد) ضروری است.

3.3 شدت تابشی در مقابل جریان مستقیم

این نمودار رابطه بین جریان راه‌اندازی و خروجی نوری را نشان می‌دهد. معمولاً افزایشی زیرخطی را نشان می‌دهد، به این معنی که بازده در جریان‌های بسیار بالا ممکن است کاهش یابد. طراحان از این نمودار برای انتخاب نقطه کاری که بین توان خروجی، بازده و طول عمر قطعه تعادل برقرار می‌کند، استفاده می‌کنند.

3.4 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی، الگوی تابش فضایی (زاویه دید) را تعریف می‌کند. نیم‌زاویه معمول 25 درجه نشان‌دهنده یک پرتو با تمرکز متوسط است که برای هدایت انرژی مادون قرمز به سمت یک هدف یا سنسور خاص مفید است.

3.5 طول موج تابش اوج در مقابل دمای محیط

LEDهای مادون قرمز تغییر در طول موج اوج با دما را نشان می‌دهند، معمولاً حدود 0.2-0.3 نانومتر بر درجه سلسیوس. این منحنی آن تغییر را برای HIR204C کمّی می‌کند، که برای کاربردهایی که تطبیق دقیق طول موج حیاتی است، مهم است.

3.6 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

مشخصه الکتریکی بنیادی یک دیود. از این منحنی برای تعیین افت ولتاژ روی LED در یک جریان کاری معین استفاده می‌شود، که برای طراحی مدار راه‌انداز (مانند انتخاب یک مقاومت محدودکننده جریان یا طراحی یک درایور جریان ثابت) ضروری است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی (T-1، 3 میلی‌متر)

قطعه مطابق با ابعاد استاندارد بسته‌بندی رادیال T-1 (3 میلی‌متر) است. مشخصات مکانیکی کلیدی شامل موارد زیر است:

• قطر کلی بسته تقریباً 3.0 میلی‌متر است.
• فاصله استاندارد پایه‌ها (بین مراکز) 2.54 میلی‌متر (0.1 اینچ) است.
• یک نقشه ابعادی دقیق در دیتاشیت ارائه شده است که طول‌ها، قطرها و اندازه سیم‌های پایه را با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر مشخص می‌کند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

4.2 شناسایی قطبیت

LED در سمت لنز دارای یک سطح صاف یا یک پایه کوتاه‌تر برای نشان دادن ترمینال کاتد (منفی) است. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ مدار رعایت شود.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای حفظ قابلیت اطمینان و عملکرد قطعه بسیار مهم است.

5.1 شکل‌دهی پایه‌ها

• خم کردن باید حداقل در فاصله 3 میلی‌متری از پایه لنز اپوکسی انجام شود تا از اعمال تنش بر روی تراشه داخلی و اتصالات سیمی جلوگیری شود.
• پایه‌ها را قبل از لحیم‌کاری شکل دهید.
• از اعمال تنش به بسته‌بندی خودداری کنید. سوراخ‌های PCB باید کاملاً با پایه‌های LED تراز باشند تا از تنش نصب جلوگیری شود.
• پایه‌ها را در دمای اتاق قطع کنید.

5.2 شرایط نگهداری

• نگهداری توصیه شده: ≤ 30 درجه سلسیوس و ≤ 70% رطوبت نسبی (RH).
• عمر مفید پس از حمل و نقل تحت این شرایط 3 ماه است.
• برای نگهداری طولانی‌تر (تا 1 سال)، از یک ظرف دربسته با اتمسفر نیتروژن و ماده خشک‌کن استفاده کنید.
• از تغییرات سریع دما در محیط‌های مرطوب برای جلوگیری از تراکم رطوبت خودداری کنید.

5.3 توصیه‌های لحیم‌کاری

حداقل فاصله 3 میلی‌متری از نقطه لحیم تا بدنه اپوکسی را حفظ کنید.

• لحیم‌کاری دستی: دمای نوک هویه ≤ 300 درجه سلسیوس (حداکثر 30 وات)، زمان لحیم‌کاری ≤ 3 ثانیه.
• لحیم‌کاری موجی/غوطه‌وری: پیش‌گرم ≤ 100 درجه سلسیوس (حداکثر 60 ثانیه)، حمام لحیم ≤ 260 درجه سلسیوس، زمان ماند ≤ 5 ثانیه.
• در طول عملیات با دمای بالا از اعمال تنش به پایه‌ها خودداری کنید.
• لحیم‌کاری غوطه‌وری/دستی را بیش از یک بار انجام ندهید.
• پس از لحیم‌کاری اجازه دهید قطعه به تدریج تا دمای اتاق خنک شود و در طول خنک‌شدن از ضربه یا لرزش محافظت شود.

5.4 تمیزکاری

• در صورت لزوم، فقط با ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت ≤ 1 دقیقه تمیز کنید. با هوا خشک کنید.
• تمیزکاری اولتراسونیک توصیه نمی‌شود. اگر اجتناب‌ناپذیر است، تأثیر بالقوه آن باید به دقت ارزیابی شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مواد و مشخصات بسته‌بندی

قطعات با استفاده از مواد مقاوم در برابر رطوبت بسته‌بندی می‌شوند تا از آسیب در طول نگهداری و حمل و نقل جلوگیری شود. سلسله مراتب بسته‌بندی به شرح زیر است:

1. قطعات در کیسه‌های ضد استاتیک قرار می‌گیرند.
2. کیسه‌ها در کارتن‌های داخلی قرار می‌گیرند.
3. کارتن‌های داخلی در کارتن‌های اصلی حمل و نقل بسته‌بندی می‌شوند.

6.2 مقادیر بسته‌بندی

• حداقل 200 تا 1000 قطعه در هر کیسه ضد استاتیک.
• 5 کیسه در هر جعبه داخلی.
• 10 جعبه در هر کارتن اصلی حمل و نقل.

6.3 توضیح برچسب

برچسب‌های روی بسته‌بندی حاوی شناسه‌های کلیدی زیر هستند:

• CPNC.P.N: شماره تولید مشتری
• P/N: شماره تولید (شماره قطعه)QTY: مقدار بسته‌بندی
• QTYRANKS: رتبه‌ها (دسته‌های عملکردی)
• CATλd: طول موج غالب
• HUEREF: مرجع
• REFLOT No: شماره دسته برای ردیابی
• 7. ملاحظات طراحی کاربردی7.1 طراحی مدار راه‌انداز

به دلیل مشخصه نمایی I-V دیود، استفاده از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان اجباری است. مقدار مقاومت (R

limit

) را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R_limit= (V_supply- V_{) / I}. همیشه از حداکثر مقدار V_Fاز دیتاشیت برای یک I_Fمعین استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان کافی تحت همه شرایط تأمین می‌شود. برای عملکرد پالسی (مانند کنترل از راه دور)، اطمینان حاصل کنید که درایور می‌تواند جریان پیک بالا (تا 1A) را با چرخه کاری صحیح تأمین کند._F7.2 مدیریت حرارتی_Fاگرچه بسته‌بندی می‌تواند در دمای 25 درجه سلسیوس 150 میلی‌وات اتلاف کند، اما این رتبه با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. در فضاهای بسته یا دمای محیط بالا، اطمینان حاصل کنید که توان تلف شده واقعی (I

* V

) زیر حد کاهش‌یافته باقی می‌ماند. برای عملکرد پیوسته با جریان بالا ممکن است نیاز به مساحت کافی مس روی PCB یا دیگر روش‌های خنک‌کنندگی باشد._F7.3 طراحی نوری_Fزاویه دید 25 درجه تعادلی بین تمرکز پرتو و پوشش ایجاد می‌کند. برای کاربردهای برد بلندتر، ممکن است از اپتیک ثانویه (عدسی) برای موازی کردن پرتو استفاده شود. برای پوشش منطقه وسیع، ممکن است نیاز به یک پخش‌کننده نور باشد. اطمینان حاصل کنید که میدان دید گیرنده و حساسیت طیفی آن با خروجی LED هماهنگ است.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی HIR204C در کلاس خود (LEDهای مادون قرمز 3 میلی‌متری) ترکیب

شدت تابشی بالا

(تا 900 میلی‌وات بر استرادیان پالسی) وولتاژ مستقیم نسبتاً پایین(مقدار معمول 1.45 ولت در 20 میلی‌آمپر) است. این امر آن را کارآمد می‌سازد و در مقایسه با قطعاتی که Vبالاتری دارند، مصرف توان و تولید گرما را برای یک خروجی نوری معین کاهش می‌دهد. طول موج 850 نانومتر یک استاندارد برای گیرنده‌های مبتنی بر سیلیکون است که تعادل خوبی بین حساسیت گیرنده و نامرئی بودن نسبی ارائه می‌دهد. ساختار مستحکم و ماده بسته‌بندی شفاف آن به قابلیت اطمینان بالای اعلام شده آن کمک می‌کند.9. پرسش‌های متداول (FAQs)_F9.1 تفاوت بین رتبه‌های جریان پیوسته و پالسی چیست؟

رتبه جریان پیوسته (100 میلی‌آمپر) حداکثر جریان DC است که LED می‌تواند به طور نامحدود بدون خطر آسیب تحمل کند. رتبه جریان پالسی (1A) بسیار بالاتر است اما فقط می‌تواند برای پالس‌های بسیار کوتاه (≤100 میکروثانیه) با چرخه کاری بسیار پایین (≤1%) اعمال شود. این امر اجازه می‌دهد تا جرقه‌های کوتاهی از روشنایی بسیار بالا، که در سیگنال‌های کنترل از راه دور رایج است، بدون گرم شدن بیش از حد قطعه ایجاد شود.

9.2 چرا ولتاژ مستقیم در 1A نسبت به 20mA بالاتر است؟

این به دلیل مقاومت سری ذاتی درون تراشه و بسته‌بندی LED است. با افزایش جریان، افت ولتاژ روی این مقاومت داخلی (V = I * R) افزایش می‌یابد که منجر به ولتاژ مستقیم کل بالاتر می‌شود. دیتاشیت این داده را ارائه می‌دهد تا درایورها بتوانند برای تأمین ولتاژ لازم در جریان کاری هدف طراحی شوند.

9.3 آیا این LED می‌تواند برای انتقال داده استفاده شود؟

بله، قابلیت سوئیچینگ سریع آن (که از کاربرد آن در کنترل از راه دور مشهود است) آن را برای انتقال داده مدوله شده در سیستم‌های فضای آزاد مناسب می‌سازد. نرخ داده قابل دستیابی به توانایی مدار درایور برای سوئیچ سریع جریان و پهنای باند گیرنده بستگی خواهد داشت.

10. مثال موردی عملی

10.1 طراحی یک فانوس دریایی IR ساده

هدف

: ایجاد یک فانوس دریایی IR روشن پیوسته برای حسگری مجاورت با برد چند متری.

مراحل طراحیانتخاب نقطه کاری

: I:

1. = 50 میلی‌آمپر را برای تعادل بین خروجی خوب و توان متوسط انتخاب کنید. از منحنی I-V، V≈ 1.6 ولت را تخمین بزنید._Fمحاسبه درایور_F: با استفاده از منبع تغذیه 5 ولت و یک مقاومت سری: R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω. توان در مقاومت: P = I²R = (0.05)² * 68 = 0.17W. از یک مقاومت 68Ω، 0.25W استفاده کنید.
2. بررسی حرارتی: اتلاف توان LED: P
3. = V* I_LED= 1.6V * 0.05A = 80mW. این مقدار به خوبی زیر رتبه 150mW در دمای 25 درجه سلسیوس است. اگر انتظار می‌رود دمای محیط 50 درجه سلسیوس باشد، به منحنی کاهش رتبه مراجعه کنید تا مطمئن شوید 80mW همچنان ایمن است._Fنصب_F: روی PCB با سوراخ‌های تراز با پایه‌ها قرار دهید. لحیم کنید و اتصالات را در فاصله >3mm از بدنه لنز نگه دارید.
4. جفت‌سازی: از یک فوتوترانزیستور یا ماژول گیرنده حساس به نور 850 نانومتر استفاده کنید که درون مخروط پرتو 25 درجه‌ای LED قرار گیرد.
5. 11. اصل عملکردیک LED مادون قرمز یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ماده نیمه‌هادی خاص مورد استفاده (در این مورد GaAlAs) انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج فوتون‌های تابش شده را تعریف می‌کند - در این مورد، در ناحیه مادون قرمز نزدیک حدود 850 نانومتر. بسته‌بندی اپوکسی شفاف (Water-Clear) به عنوان یک عدسی عمل می‌کند که پرتو خروجی را شکل می‌دهد و تراشه نیمه‌هادی ظریف را محافظت می‌کند.

12. روندهای فناوری

توسعه LEDهای مادون قرمز همچنان بر چند حوزه کلیدی متمرکز است:

افزایش بازده

(توان نوری خروجی بیشتر به ازای هر وات الکتریکی ورودی)،چگالی توان بالاتر(بسته‌بندی‌های کوچکتر قادر به تحمل جریان بیشتر)، وقابلیت اطمینان بهبودیافتهتحت شرایط محیطی سخت. همچنین کارهای مداومی برای توسعه قطعات در طول‌موج‌های خاص دیگر (مانند 940 نانومتر برای بهبود پنهان‌کاری، یا طول‌موج‌های خاص برای حسگری گاز) در جریان است. ادغام با مدار درایور و گیرنده‌ها در ماژول‌های فشرده روند مهم دیگری است که طراحی سیستم را برای کاربران نهایی ساده می‌کند. HIR204C نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اطمینان است که به خوبی برای کاربردهای مورد نظر خود مناسب است.Improved Reliabilityunder harsh environmental conditions. There is also ongoing work to develop devices at other specific wavelengths (e.g., 940nm for improved covertness, or specific wavelengths for gas sensing). Integration with driver circuitry and receivers into compact modules is another significant trend, simplifying system design for end-users. The HIR204C represents a mature, reliable technology well-suited for its intended applications.