دیتاشیت فنی LED مادون قرمز IR204-A - بسته‌بندی 3 میلی‌متری - طول موج 940 نانومتر - جریان 100 میلی‌آمپر

1. مرور کلی محصول

IR204-A یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز با شدت بالا است که در یک بسته‌بندی پلاستیکی آبی استاندارد 3 میلی‌متری (T-1) قرار دارد. این قطعه برای تابش نور در طول موج اوج 940 نانومتر طراحی شده است که آن را از نظر طیفی با فوتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز متداول هماهنگ می‌کند. این دستگاه با قابلیت اطمینان بالا، شدت تابش بالا و ولتاژ مستقیم پایین مشخص می‌شود و آن را برای کاربردهای مختلف انتقال مادون قرمز مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی

• شدت تابش بالا:خروجی مادون قرمز قوی برای انتقال سیگنال مطمئن ارائه می‌دهد.
• هماهنگی طول موج:طول موج اوج 940 نانومتر برای سازگاری بهینه با گیرنده‌های IR استاندارد تنظیم شده است.
• فشرده و استاندارد:بسته‌بندی 3 میلی‌متری با فاصله پایه‌های 2.54 میلی‌متری، امکان ادغام آسان در طرح‌های استاندارد PCB را فراهم می‌کند.
• انطباق:این محصول با استانداردهای RoHS، EU REACH و عاری از هالوژن (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm) مطابقت دارد.

1.2 کاربردهای هدف

این LED مادون قرمز عمدتاً برای سیستم‌هایی در نظر گرفته شده است که به ارتباط نوری غیرقابل مشاهده نیاز دارند. حوزه‌های کلیدی کاربرد شامل واحدهای کنترل از راه دور مادون قرمز با نیازهای توان بالا، سیستم‌های انتقال در فضای آزاد، آشکارسازهای دود و سایر سیستم‌های حسگری یا ارتباطی مبتنی بر مادون قرمز عمومی می‌شود.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا زیر آن تضمین نمی‌شود.

• جریان مستقیم پیوسته (IF):100 میلی‌آمپر. حداکثر جریان DC که می‌توان به طور پیوسته اعمال کرد.
• جریان مستقیم اوج (IFP):1.0 آمپر. این جریان بالا تنها تحت شرایط پالسی (عرض پالس ≤ 100 میکروثانیه، چرخه وظیفه ≤ 1%) مجاز است.
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند به پیوند دیود آسیب برساند.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی (Topr/Tstg):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این دستگاه برای محدوده دمایی صنعتی درجه‌بندی شده است.
• اتلاف توان (Pd):150 میلی‌وات در 25 درجه سانتی‌گراد. حداکثر توانی که بسته‌بندی می‌تواند بدون تجاوز از محدودیت‌های حرارتی خود تلف کند.

2.2 مشخصات الکترو-نوری

این پارامترها در دمای اتصال استاندارد 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری می‌شوند و عملکرد دستگاه را تحت شرایط مشخص شده تعریف می‌کنند.

• شدت تابش (Ie):یک معیار کلیدی عملکرد. در جریان راه‌اندازی استاندارد 20mA، شدت تابش معمولی 5.6 mW/sr است. تحت عملیات پالسی با جریان بالا (100mA، 1A)، خروجی به ترتیب به طور قابل توجهی به 38 mW/sr و 350 mW/sr افزایش می‌یابد که امکان کاربردهای پالسی برد بلند یا روشنایی بالا را فراهم می‌کند.
• طول موج اوج (λp):940 نانومتر (معمولی). این در طیف مادون قرمز نزدیک است، برای چشم انسان نامرئی اما به طور مؤثر توسط حسگرهای مبتنی بر سیلیکون تشخیص داده می‌شود.
• پهنای باند طیفی (Δλ):تقریباً 45 نانومتر. این عرض طیفی نور ساطع شده حول طول موج اوج را تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (VF):معمولاً 1.2 ولت در 20mA، که با افزایش جریان افزایش می‌یابد. این ولتاژ پایین به مصرف توان کمتر در طراحی‌ها کمک می‌کند.
• زاویه دید (2θ1/2):35 درجه. این گسترش زاویه‌ای است که در آن شدت تابش به نصف مقدار اوج خود کاهش می‌یابد و الگوی پرتو را تعریف می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت شامل یک ساختار دسته‌بندی شدت تابش است. LEDها بر اساس خروجی اندازه‌گیری شده آنها در IF=20mA به گروه‌هایی (K, L, M, N) تقسیم می‌شوند. به عنوان مثال، دسته 'L' دارای حداقل شدت 5.6 mW/sr و حداکثر 8.9 mW/sr است. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را با سطوح حداقل عملکرد تضمین شده برای رفتار سازگار سیستم انتخاب کنند. دیتاشیت برای این شماره قطعه خاص، دسته‌بندی برای طول موج یا ولتاژ مستقیم را نشان نمی‌دهد.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که برای طراحی حیاتی هستند.

4.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط (شکل 1)

این منحنی نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. طراحان باید از این نمودار استفاده کنند تا اطمینان حاصل کنند که جریان کارکرد از حد مجاز در حداکثر دمای محیط کاربرد تجاوز نمی‌کند.

4.2 توزیع طیفی (شکل 2)

توان تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج، حول اوج 940 نانومتر با پهنای باند مشخص شده حدود 45 نانومتر نشان می‌دهد.

4.3 طول موج تابش اوج در مقابل دما (شکل 3)

جابجایی در طول موج اوج را با تغییرات دمای محیط (و در نتیجه اتصال) نشان می‌دهد. این برای کاربردهایی که هماهنگی طیفی دقیق با یک آشکارساز حیاتی است، مهم می‌باشد.

4.4 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی IV) (شکل 4)

رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را به تصویر می‌کشد. این منحنی برای طراحی مدار محدودکننده جریان (مثلاً محاسبه مقاومت سری) ضروری است.

4.5 شدت نسبی در مقابل جریان مستقیم (شکل 5)

نشان می‌دهد که خروجی نور به طور خطی با جریان متناسب نیست، به ویژه در جریان‌های بالاتر که ممکن است بازده به دلیل گرمایش و سایر اثرات کاهش یابد.

4.6 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای (شکل 6)

این الگوی تابش فضایی است که به صورت گرافیکی زاویه دید 35 درجه را نشان می‌دهد. برای طراحی نوری به منظور اطمینان از تراز و پوشش مناسب حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه از یک بسته‌بندی گرد استاندارد T-1 (3mm) استفاده می‌کند. نقشه مکانیکی دقیق در دیتاشیت تمام ابعاد حیاتی از جمله قطر بدنه (معمولاً 3.0mm)، فاصله پایه‌ها (2.54mm) و قطر پایه را ارائه می‌دهد. تلرانس‌ها معمولاً ±0.25mm هستند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. جنس بسته‌بندی پلاستیک آبی رنگ است که به عنوان یک فیلتر داخلی عمل می‌کند.

5.2 شناسایی قطبیت

پایه بلندتر آند (+) و پایه کوتاه‌تر کاتد (-) است. این قرارداد استاندارد برای LEDها می‌باشد. طرف صاف روی لبه بسته‌بندی نیز ممکن است نشان‌دهنده سمت کاتد باشد.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

• دمای لحیم‌کاری:حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد است.
• زمان لحیم‌کاری:پایه‌ها نباید بیش از 5 ثانیه در معرض دمای لحیم‌کاری بالاتر از 260 درجه سانتی‌گراد قرار گیرند.
• جابجایی عمومی:در طول جابجایی و مونتاژ باید احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود تا از آسیب به پیوند نیمه‌هادی جلوگیری گردد.
• شرایط ذخیره‌سازی:دستگاه باید در محدوده دمایی مشخص شده خود از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک ذخیره شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

LEDها معمولاً در کیسه‌ها بسته‌بندی می‌شوند (200-1000 قطعه در هر کیسه). چهار کیسه در یک جعبه قرار می‌گیرند و ده جعبه یک کارتن را تشکیل می‌دهند.

7.2 اطلاعات برچسب

برچسب روی بسته‌بندی شامل اطلاعات کلیدی مانند شماره قطعه (P/N)، تعداد (QTY)، رتبه/دسته (CAT)، طول موج اوج (HUE)، شماره سری ساخت (LOT No.) و یک کد مرجع می‌شود. این قابلیت ردیابی برای کنترل کیفیت مهم است.

8. پیشنهادات کاربرد

8.1 مدارهای کاربرد معمول

در یک مدار پایه، LED توسط یک منبع ولتاژ از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی می‌شود. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vcc - Vf) / If، که در آن Vcc ولتاژ تغذیه، Vf ولتاژ مستقیم LED (مثلاً 1.2V در 20mA) و If جریان مستقیم مورد نظر است. برای عملیات پالسی (مثلاً در کنترل‌های از راه دور)، معمولاً از یک سوئیچ ترانزیستوری برای تأمین جریان اوج بالا (تا 1A) از یک خازن یا مستقیماً از منبع تغذیه استفاده می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

• راه‌اندازی جریان:همیشه یک LED را با جریان کنترل شده، نه یک ولتاژ ثابت، راه‌اندازی کنید. از یک مقاومت سری یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید.
• مدیریت حرارتی:اگرچه بسته‌بندی مقاومت حرارتی پایینی دارد، اما عملکرد پیوسته در جریان‌های بالا (نزدیک به 100mA) یا در دمای محیط بالا نیازمند در نظر گرفتن منحنی کاهش رتبه برای جلوگیری از گرمای بیش از حد است.
• تراز نوری:زاویه دید 35 درجه‌ای نیازمند تراز مناسب با حسگر گیرنده برای بهینه‌سازی قدرت سیگنال است. در صورت نیاز می‌توان از لنزها یا بازتابنده‌ها برای تغییر الگوی پرتو استفاده کرد.
• نویز منبع تغذیه:در کاربردهای حسگری آنالوگ حساس، اطمینان حاصل کنید که مدار درایور LED نویز الکتریکی ایجاد نمی‌کند که بتواند با سیگنال ضعیف از آشکارساز تداخل کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های اصلی IR204-A ترکیب بسته‌بندی استاندارد 3 میلی‌متری، شدت تابشی پالسی بالا (تا 350 mW/sr) و طول موج دقیقاً تعریف شده 940 نانومتر است. در مقایسه با LEDهای IR عمومی، حداقل عملکرد تضمین شده (از طریق دسته‌بندی) و انطباق با مقررات زیست‌محیطی مدرن را ارائه می‌دهد. ماده تراشه GaAlAs آن برای تابش مادون قرمز کارآمد استاندارد است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از یک پین میکروکنترلر 5V یا 3.3V راه‌اندازی کنم؟

خیر، نه مستقیماً.یک پین میکروکنترلر معمولاً نمی‌تواند 20mA را به طور پیوسته تأمین کند (دیتاشیت MCU خود را بررسی کنید)، و قطعاً نمی‌تواند جریان اوج 1A را فراهم کند. مهم‌تر از آن، شما باید از یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان به مقدار مورد نظر (مثلاً 20mA) استفاده کنید. برای سوئیچ کردن جریان‌های بالاتر مورد نیاز برای LED، یک ترانزیستور (BJT یا MOSFET) لازم است.

10.2 چرا شدت تابش تحت شرایط پالسی بسیار بالاتر است؟

رتبه‌های پالسی بالاتر (100mA، 1A) به پیوند اجازه می‌دهند با جریان بسیار بیشتری برای مدت‌های بسیار کوتاه راه‌اندازی شوند. این نور بیشتری تولید می‌کند بدون اینکه باعث افزایش دمای میانگین اتصال به سطوح مخرب شود، زیرا جرم حرارتی تراشه و بسته‌بندی بین پالس‌ها زمان برای خنک شدن دارد. این برای ارتباطات انفجاری مانند کنترل‌های از راه دور ایده‌آل است.

10.3 منظور از "هماهنگی طیفی با فوتوترانزیستور" چیست؟

فوتوترانزیستورها و فوتودیودهای مبتنی بر سیلیکون حساسیت اوجی در منطقه مادون قرمز نزدیک، حدود 800-900 نانومتر دارند. تابش 940 نانومتری IR204-A در این باند حساسیت بالا قرار می‌گیرد و اطمینان می‌دهد که آشکارساز یک سیگنال قوی دریافت می‌کند، که نسبت سیگنال به نویز و فاصله عملیاتی سیستم را بهبود می‌بخشد.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: فرستنده کنترل از راه دور مادون قرمز ساده.یک استفاده متداول در کنترل تلویزیون است. یک میکروکنترلر یک کد دیجیتال مدوله شده (مثلاً حامل 38kHz) تولید می‌کند. این سیگنال بیس یک ترانزیستور را راه‌اندازی می‌کند. ترانزیستور جریان کلکتور را از طریق IR204-A سوئیچ می‌کند. یک خازن نزدیک LED ممکن است پالس جریان بالا کوتاه (تا 100mA یا بیشتر) مورد نیاز برای یک سیگنال قوی را تأمین کند. LED در فرکانس 38kHz پالس می‌زند. نور 940 نانومتری نامرئی است و شدت پالسی بالا اجازه می‌دهد سیگنال از دیوارها منعکس شود و همچنان توسط گیرنده در سراسر اتاق تشخیص داده شود. ولتاژ مستقیم پایین به حفظ توان باتری کمک می‌کند.

12. معرفی اصل

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از منطقه n و حفره‌ها از منطقه p به منطقه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در این دستگاه خاص، ماده نیمه‌هادی (آرسنید گالیم آلومینیوم - GaAlAs) انتخاب شده است تا این انرژی عمدتاً به عنوان فوتون‌های نور در طیف مادون قرمز (طول موج 940 نانومتر) آزاد شود. بسته‌بندی پلاستیکی آبی به عنوان یک فیلتر عمل می‌کند، احتمالاً مقداری نور مرئی را مسدود می‌کند و همچنین ممکن است به عنوان یک لنز برای شکل‌دهی پرتو خروجی عمل کند.

13. روندهای توسعه

روندها در فناوری LED مادون قرمز شامل توسعه دستگاه‌هایی با بازده دیوار-پریز حتی بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات الکتریکی ورودی) است که امکان عمر باتری طولانی‌تر یا برد بیشتر را فراهم می‌کند. همچنین کار مداومی برای تولید LEDهایی با پهنای باند طیفی باریک‌تر برای کاربردهای نیازمند کنترل دقیق طول موج و کاهش حساسیت به نویز نور محیط در جریان است. ادغام LED با یک درایور IC یا یک آشکارساز نوری در یک ماژول واحد روند دیگری است که طراحی سیستم را ساده می‌کند. فشار برای چگالی توان بالاتر در بسته‌بندی‌های کوچک‌تر ادامه دارد، در کنار تلاش جهانی صنعت برای انطباق کامل با مقررات زیست‌محیطی و ایمنی.