دیتاشیت کامل LED مادون قرمز SIR204C - قطر 3 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 1.3 ولت - طول موج 875 نانومتر - اتلاف توان 150 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

SIR204C یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز با شدت بالا است که در پکیج پلاستیکی شفاف 3 میلی‌متری (T-1) قرار دارد. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به تابش مادون قرمز قابل اعتماد با تطابق طیفی مناسب با فوتودتکتورهای مبتنی بر سیلیکون دارند. دستگاه از یک چیپ GaAlAs برای تولید نور در طول موج اوج 875 نانومتر استفاده می‌کند که آن را برای سیستم‌های مختلف سنجش و انتقال ایده‌آل می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این LED چندین مزیت کلیدی از جمله قابلیت اطمینان بالا، ولتاژ مستقیم پایین و فرم فاکتور فشرده با فاصله استاندارد 2.54 میلی‌متری بین پایه‌ها ارائه می‌دهد. از نظر طیفی با فوتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز رایج تطابق دارد. محصول مطابق با استانداردهای RoHS، EU REACH و عاری از هالوژن (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm) است. بازارهای هدف اصلی آن شامل الکترونیک مصرفی، اتوماسیون صنعتی و تجهیزات ایمنی است که نیاز به سیگنالینگ یا سنجش مادون قرمز دارند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بخش‌های زیر تجزیه‌ای دقیق از مشخصات الکتریکی، نوری و حرارتی دستگاه ارائه می‌دهند.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

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

• جریان مستقیم پیوسته (I_F):100 میلی‌آمپر
• جریان مستقیم اوج (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)
• اتلاف توان (P_d):150 میلی‌وات (در دمای محیط 25 درجه سلسیوس یا پایین‌تر)

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در دمای محیط (T_a) 25 درجه سلسیوس اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول دستگاه را تعریف می‌کنند.

• شدت تابشی (I_e):4.0 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل) تا 6.4 میلی‌وات بر استرادیان (معمول) در I_F=20mA. در شرایط پالسی (I_F=100mA، چرخه کاری 1%)، می‌تواند به 30 میلی‌وات بر استرادیان برسد و در I_F=1A تا 300 میلی‌وات بر استرادیان افزایش یابد.
• طول موج اوج (λ_p):875 نانومتر (معمول) در I_F=20mA.
• پهنای باند طیفی (Δλ):80 نانومتر (معمول) در I_F=20mA.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.3 ولت (معمول) تا 1.6 ولت (حداکثر) در I_F=20mA. این مقدار تحت عملیات پالسی با جریان بالاتر افزایش می‌یابد.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در V_R=5V.
• زاویه دید (2θ_1/2):30 درجه (معمول) در I_F=20mA.

توجه: عدم قطعیت‌های اندازه‌گیری برای V_F ±0.1V، برای I_e ±10% و برای λ_p.

±1.0nm است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه است که رفتار دستگاه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد.

3.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی رابطه بین حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز و دمای عملیاتی محیط را نشان می‌دهد. با افزایش دما، حداکثر جریان مجاز به صورت خطی کاهش می‌یابد تا از تجاوز از حد اتلاف توان جلوگیری کرده و قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین کند.

3.2 توزیع طیفی

نمودار خروجی طیفی، تابش اوج در 875 نانومتر با پهنای باند معمول 80 نانومتر را تأیید می‌کند. این پهنای باند گسترده، سازگاری خوبی با دتکتورهای سیلیکونی که حساسیت طیفی گسترده‌ای در ناحیه مادون قرمز نزدیک دارند، تضمین می‌کند.

3.3 طول موج تابش اوج در مقابل دمای محیط

طول موج اوج با دما تغییر جزئی نشان می‌دهد که یک ویژگی رایج در LEDهای نیمه‌هادی است. طراحان باید این تغییر را در کاربردهای حساس به طول موج، به ویژه در محدوده دمای عملیاتی کامل 40- تا 85+ درجه سلسیوس، در نظر بگیرند.

3.4 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

این منحنی IV رابطه نمایی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم معمول پایین است (1.3 ولت در 20 میلی‌آمپر) که به عملکرد بهینه انرژی کمک می‌کند. این منحنی برای طراحی مدار محدودکننده جریان مناسب ضروری است.

3.5 شدت تابشی در مقابل جریان مستقیم

شدت تابشی با جریان مستقیم افزایش می‌یابد اما در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات حرارتی و بازدهی، رابطه زیرخطی نشان می‌دهد. نمودار به تعیین جریان راه‌اندازی بهینه برای شدت خروجی مورد نیاز کمک می‌کند.

3.6 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطاری، الگوی تابش فضایی را تعریف می‌کند که با نیم‌زاویه 30 درجه مشخص می‌شود. شدت در 0 درجه (روی محور) بیشترین است و بر اساس یک تابع کسینوسی کاهش می‌یابد که برای طراحی سیستم نوری به منظور اطمینان از همترازی مناسب و قدرت سیگنال مهم است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد پکیج

SIR204C از یک پکیج گرد استاندارد T-1 (3 میلی‌متری) استفاده می‌کند. ابعاد کلیدی شامل قطر بدنه 3.0 میلی‌متر، فاصله معمول پایه‌ها 2.54 میلی‌متر و طول کلی است. تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. لنز شفاف است و اجازه می‌دهد طیف کامل مادون قرمز بدون جذب قابل توجه از آن عبور کند.

4.2 شناسایی قطبیت

LED یک طرف صاف در لبه لنز پلاستیکی دارد که معمولاً نشان‌دهنده پایه کاتد (منفی) است. پایه بلندتر معمولاً آند (مثبت) است. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ مدار رعایت شود تا از آسیب بایاس معکوس جلوگیری شود.

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

می‌توان از لحیم‌کاری دستی یا موجی استفاده کرد. حداکثر دمای مطلق لحیم‌کاری 260 درجه سلسیوس است و زمان لحیم‌کاری نباید از 5 ثانیه تجاوز کند. توصیه می‌شود در طول لحیم‌کاری موجی، بدنه LED حداقل 1.5 میلی‌متر بالاتر از سطح PCB نگه داشته شود تا تنش حرارتی روی پکیج اپوکسی به حداقل برسد. دستگاه باید در یک محیط خشک و ضد استاتیک در دمای بین 40- تا 100+ درجه سلسیوس ذخیره شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات تعداد بسته‌بندی

LEDها معمولاً در کیسه و جعبه بسته‌بندی می‌شوند: 200 تا 1000 قطعه در هر کیسه، 5 کیسه در هر جعبه و 10 جعبه در هر کارتن.

6.2 مشخصات فرم برچسب

برچسب‌های محصول شامل شناسه‌های کلیدی زیر هستند: شماره تولید مشتری (CPN)، شماره قطعه (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، رتبه‌ها (CAT)، طول موج اوج (HUE)، مرجع (REF) و شماره لات (LOT No).

7. پیشنهادات کاربردی

• 7.1 سناریوهای کاربردی معمولسیستم‌های انتقال هوای آزاد:
• کنترل از راه دور، پیوندهای داده کوتاه برد.سوئیچ‌های اپتوالکترونیک:
• تشخیص شیء، سنجش موقعیت، سنسورهای شکاف.دتکتورهای دود:
• استفاده در محفظه‌های تشخیص دود از نوع تیرگی.سیستم‌های مادون قرمز عمومی:
• منورهای دید در شب، سیستم‌های امنیتی.درایوهای فلاپی دیسک:

استفاده تاریخی برای تشخیص ترک صفر.

• 7.2 ملاحظات طراحیمحدود کردن جریان:_Fهمیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای محدود کردن I
• به مقدار مورد نظر استفاده کنید، که برای عملیات پیوسته معمولاً بین 20 تا 100 میلی‌آمپر است.مدیریت حرارت:
• اگرچه اتلاف توان پایین است، در صورت کار نزدیک به حداکثر مقادیر مجاز یا در دمای محیط بالا، اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB یا هیت‌سینک وجود دارد.طراحی نوری:
• هنگام طراحی لنزها، بازتابنده‌ها یا دیافراگم‌ها برای جمع‌آوری یا موازی کردن نور ساطع شده مؤثر، زاویه دید 30 درجه را در نظر بگیرید.محافظت در برابر ولتاژ معکوس:

مقدار ولتاژ معکوس پایین (5 ولت) دستگاه را مستعد آسیب از تخلیه استاتیک یا قطبیت نادرست می‌کند. در مدارهایی که امکان نوسانات ولتاژ معکوس وجود دارد، اضافه کردن یک دیود محافظ موازی را در نظر بگیرید.

8. مقایسه و تمایز فنی

SIR204C از طریق ترکیب پکیج استاندارد 3 میلی‌متری، شدت تابشی نسبتاً بالا (تا 6.4 میلی‌وات بر استرادیان در 20 میلی‌آمپر) و ولتاژ مستقیم پایین خود را متمایز می‌کند. در مقایسه با برخی LEDهای مادون قرمز قدیمی‌تر، قابلیت اطمینان بهتر و انطباق با مقررات زیست‌محیطی مدرن (RoHS، عاری از هالوژن) را ارائه می‌دهد. تطابق طیفی آن با دتکتورهای سیلیکونی یک مزیت کلیدی نسبت به LEDهای با طول موج اوج متفاوت است که حساسیت سیستم را به حداکثر می‌رساند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 تفاوت بین جریان مستقیم پیوسته و اوج چیست؟

جریان مستقیم پیوسته (100 میلی‌آمپر) حداکثر جریان DC است که می‌توان به طور نامحدود اعمال کرد بدون خطر آسیب. جریان مستقیم اوج (1 آمپر) جریان بسیار بالاتری است که فقط می‌توان برای پالس‌های بسیار کوتاه (≤100 میکروثانیه) در یک چرخه کاری بسیار پایین (≤1%) اعمال کرد. این امر اجازه می‌دهد تا جرقه‌های نوری کوتاه و با شدت بالا برای اهداف سنجش برد بلند یا همگام‌سازی ایجاد شود.

9.2 دمای محیط چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

همانطور که در منحنی‌های مشخصه نشان داده شده است، افزایش دما حداکثر جریان پیوسته مجاز را کاهش می‌دهد و می‌تواند باعث تغییر جزئی در طول موج اوج شود. شدت تابشی نیز ممکن است در دماهای بالاتر کاهش یابد. طرح‌هایی که برای کار در انتهای محدوده 40- تا 85+ درجه سلسیوس در نظر گرفته شده‌اند، باید جریان‌های عملیاتی خود را بر این اساس کاهش دهند.

9.3 آیا هیت‌سینک مورد نیاز است؟

برای اکثر کاربردهایی که در جریان پیوسته 50 میلی‌آمپر یا کمتر کار می‌کنند، اگر PCB مساحت کافی مس برای پخش حرارت فراهم کند، هیت‌سینک اختصاصی لازم نیست. برای کار در جریان پیوسته 100 میلی‌آمپر، به ویژه در دمای محیط بالا، طراحی حرارتی دقیق توصیه می‌شود تا دمای اتصال در محدوده ایمن نگه داشته شود.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: سنسور مجاورت شیء

در یک سوئیچ اپتوالکترونیک معمولی، SIR204C با یک فوتوترانزیستور جفت می‌شود. LED با جریان 20 تا 50 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود، که اغلب در یک فرکانس خاص (مثلاً 38 کیلوهرتز) مدوله می‌شود تا از تداخل نور محیطی جلوگیری کند. نور مادون قرمز ساطع شده از یک شیء نزدیک بازتاب می‌یابد و توسط فوتوترانزیستور تشخیص داده می‌شود. زاویه دید 30 درجه‌ای LED تعادل خوبی بین برد تشخیص و میدان دید فراهم می‌کند. ولتاژ مستقیم پایین اجازه می‌دهد سنسور به طور کارآمد از منبع تغذیه منطقی 3.3 یا 5 ولت با یک مقاومت محدودکننده جریان ساده تغذیه شود. طراحان باید همترازی مکانیکی LED و دتکتور را تضمین کنند و ممکن است از یک مانع برای جلوگیری از کراستاک نوری مستقیم استفاده کنند.

11. اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی (در این مورد گالیم آلومینیوم آرسناید - GaAlAs) تعیین می‌شود، که برای تولید فوتون در طیف مادون قرمز نزدیک حدود 875 نانومتر طراحی شده است. این طول موج برای چشم انسان نامرئی است اما توسط سنسورهای مبتنی بر سیلیکون به طور مؤثر تشخیص داده می‌شود.

12. روندها و تحولات صنعت