دیتاشیت LED مادون قرمز 3 میلی‌متری HIR234C - بسته‌بندی T-1 - طول موج اوج 850 نانومتر - ولتاژ مستقیم 1.65 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

HIR234C یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز با شدت بالا است که در یک بسته پلاستیکی شفاف استاندارد 3 میلی‌متری (T-1) قرار دارد. این قطعه برای تابش نور در طول موج اوج 850 نانومتر طراحی شده است که آن را از نظر طیفی با فوتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز سیلیکونی رایج سازگار می‌کند. این دستگاه برای کاربردهایی که نیاز به انتقال مطمئن و کارآمد مادون قرمز دارند، مهندسی شده است.

1.1 مزایای اصلی

• شدت تابش بالا:خروجی نوری قوی ارائه می‌دهد و برای سیستم‌های گیرنده با برد طولانی یا حساسیت پایین مناسب است.
• قابلیت اطمینان بالا:برای عملکرد یکنواخت و عمر عملیاتی طولانی ساخته شده است.
• ولتاژ مستقیم پایین:معمولاً 1.65 ولت در جریان 20 میلی‌آمپر که به مصرف توان کمتر در طراحی‌ها کمک می‌کند.
• مطابقت زیست‌محیطی:محصول مطابق با استانداردهای RoHS، EU REACH و عاری از هالوژن (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm) است.
• بسته‌بندی استاندارد:فرم فاکتور آشنا T-1 (3mm) با فاصله پایه‌های 2.54 میلی‌متر، ادغام آسان در طراحی‌ها و چیدمان‌های PCB موجود را تضمین می‌کند.

1.2 کاربردهای هدف

این LED مادون قرمز برای انواع سیستم‌هایی که نیاز به ارتباط یا سنجش با نور نامرئی دارند، مناسب است.

• واحدهای کنترل از راه دور مادون قرمز، به ویژه آن‌هایی که نیاز به توان بالاتری دارند.
• پیوندهای انتقال داده نوری فضای آزاد.
• سیستم‌های تشخیص دود.
• سیستم‌های کاربردی مادون قرمز عمومی، شامل سنسورهای مجاورتی و شمارنده‌های اشیاء.

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها 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
• توان تلف شده (P_d):150 میلی‌وات (در دمای محیط 25 درجه سلسیوس یا پایین‌تر)
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):260 درجه سلسیوس به مدت ≤ 5 ثانیه

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

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

• شدت تابش (I_e):
  • 7.8 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل) / 15 میلی‌وات بر استرادیان (معمول) در I_F= 20 میلی‌آمپر (DC).
  • 50 میلی‌وات بر استرادیان (معمول) در I_F= 100 میلی‌آمپر (پالسی).
  • 300 میلی‌وات بر استرادیان (معمول) در I_F= 1 آمپر (پالسی).
• طول موج اوج (λ_p):850 نانومتر (معمول) در I_F= 20 میلی‌آمپر.
• پهنای باند طیفی (Δλ):45 نانومتر (معمول) در I_F= 20 میلی‌آمپر.
• ولتاژ مستقیم (V_F):
  • 1.45 ولت (حداقل) / 1.65 ولت (معمول) / 1.65 ولت (حداکثر) در I_F= 20 میلی‌آمپر.
  • 1.80 ولت (معمول) / 2.40 ولت (حداکثر) در I_F= 100 میلی‌آمپر (پالسی).
  • 4.10 ولت (معمول) / 5.25 ولت (حداکثر) در I_F= 1 آمپر (پالسی).
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5 ولت.
• زاویه دید (2θ_1/2):30 درجه (معمول) در I_F= 20 میلی‌آمپر.

تلرانس‌های اندازه‌گیری:ولتاژ مستقیم ±0.1 ولت، شدت تابش ±10%، طول موج اوج ±1.0 نانومتر.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط عملیاتی مختلف حیاتی هستند.

3.1 وابستگی‌های حرارتی و جریانی

جریان مستقیم در مقابل دمای محیط (شکل 1):این منحنی کاهش جریان مستقیم مجاز حداکثر را با افزایش دمای محیط نشان می‌دهد. برای اطمینان از قابلیت اطمینان و ماندن در محدوده توان تلف شده، جریان راه‌اندازی باید در دماهای بالاتر کاهش یابد.

طول موج تابش اوج در مقابل دمای محیط (شکل 3):طول موج اوج یک LED دارای ضریب دمایی است و معمولاً با دما کمی جابجا می‌شود. این منحنی آن جابجایی را برای HIR234C کمّی می‌کند که برای کاربردهایی که تطابق طیفی دقیق حیاتی است، مهم است.

جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (شکل 4):این منحنی I-V اساسی دیود است. رابطه نمایی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد. این منحنی در طراحی مدار محدودکننده جریان و درک افت ولتاژ روی LED تحت شرایط راه‌اندازی مختلف کمک می‌کند.

3.2 مشخصات خروجی نوری

توزیع طیفی (شکل 2):این نمودار شدت تابش نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند. به صورت بصری اوج 850 نانومتری و پهنای باند طیفی تقریبی 45 نانومتر را تأیید می‌کند و محدوده طول موج‌های تابش شده را نشان می‌دهد.

شدت تابش در مقابل جریان مستقیم (شکل 5):این منحنی رابطه بین توان خروجی نوری (بر حسب میلی‌وات بر استرادیان) و جریان ورودی الکتریکی را نشان می‌دهد. این رابطه در محدوده میانی عموماً خطی است اما ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی و بازدهی اشباع شود.

شدت تابش نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای (شکل 6):این نمودار قطبی الگوی تابش LED را تعریف می‌کند. نشان می‌دهد که شدت چگونه با دور شدن از محور مرکزی (0 درجه) کاهش می‌یابد و در نهایت زاویه دید 30 درجه‌ای را تعریف می‌کند که در آن شدت به نصف مقدار اوج خود می‌رسد.

شدت تابش در مقابل دمای محیط (شکل 7):خروجی نوری با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این منحنی کاهش معمول در شدت تابش را با افزایش دمای محیط (و در نتیجه اتصال) کمّی می‌کند که برای طراحی سیستم‌هایی که در محدوده دمایی وسیعی کار می‌کنند حیاتی است.

ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای محیط (شکل 8):ولتاژ مستقیم یک دیود دارای ضریب دمایی منفی است. این منحنی نشان می‌دهد که V_Fمعمولاً چگونه با افزایش دما کاهش می‌یابد که می‌تواند در طرح‌های راه‌اندازی با ولتاژ ثابت یا استفاده از LED به عنوان سنسور دما یک عامل باشد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 انتخاب و ساختار قطعه

• جنس تراشه:GaAlAs (گالیوم آلومینیوم آرسنید).
• لنز/رنگ:پلاستیک شفاف.

4.2 ابعاد بسته‌بندی (T-1، 3 میلی‌متر)

دستگاه مطابق با ابعاد استاندارد بسته‌بندی گرد LED نوع T-1 (3mm) است. نکات مکانیکی کلیدی از دیتاشیت شامل موارد زیر است:

• همه ابعاد بر حسب میلی‌متر (mm) هستند.
• تلرانس‌های ابعادی استاندارد ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• نقشه معمولاً قطر بدنه (3.0mm)، فاصله پایه‌ها (2.54mm) و ابعاد کلی شامل شکل لنز و طول/قطر پایه را نشان می‌دهد.

شناسایی قطبیت:کاتد معمولاً توسط یک نقطه صاف روی لبه لنز پلاستیکی و/یا یک پایه کوتاه‌تر شناسایی می‌شود. همیشه برای شناسایی قطعی به نقشه بسته‌بندی مراجعه کنید.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

• لحیم‌کاری دستی:از هویه کنترل دمایی استفاده کنید. زمان لحیم‌کاری برای هر پایه را حداکثر 3 ثانیه در دمایی که از 350 درجه سلسیوس تجاوز نکند، محدود کنید.
• لحیم‌کاری موجی:قابل استفاده است، اما زمان پیش‌گرم و قرارگیری باید کنترل شود تا تنش حرارتی روی بسته پلاستیکی به حداقل برسد.
• لحیم‌کاری رفلو:دستگاه می‌تواند طبق مقادیر حداکثر مطلق، دمای اوج لحیم‌کاری 260 درجه سلسیوس را حداکثر به مدت 5 ثانیه تحمل کند. این با پروفیل‌های استاندارد رفلو بدون سرب (Pb-free) (مانند IPC/JEDEC J-STD-020) سازگار است.
• ملاحظات عمومی:
  • از اعمال تنش مکانیکی به پایه‌ها یا لنز در حین جابجایی خودداری کنید.
  • از محدوده دمای ذخیره‌سازی مشخص شده تجاوز نکنید.
  • در حین جابجایی و مونتاژ از ملاحظات مناسب ESD (تخلیه الکترواستاتیک) استفاده کنید.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات بسته‌بندی

• بسته‌بندی استاندارد: 200 تا 1000 قطعه در هر کیسه.
• 5 کیسه در 1 جعبه بسته‌بندی می‌شود.
• 10 جعبه در 1 کارتن بسته‌بندی می‌شود.

6.2 اطلاعات برچسب

برچسب محصول شامل شناسه‌های کلیدی برای ردیابی و تأیید است:

• CPN:شماره قطعه مشتری
• P/N:شماره تولید (HIR234C)
• QTY:تعداد در بسته
• CAT:رده‌ها/دسته‌ها (مثلاً سطل روشنایی)
• HUE:اطلاعات طول موج اوج
• REF:مرجع
• LOT No:شماره دسته ساخت برای ردیابی

7. ملاحظات طراحی کاربرد

7.1 راه‌اندازی LED

راه‌اندازی با جریان ثابت:LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای خروجی نوری پایدار و قابل پیش‌بینی، از یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با یک منبع ولتاژ استفاده کنید. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_supply- V_F) / I_F. همیشه برای یک طراحی محافظه‌کارانه از حداکثر V_Fاز دیتاشیت استفاده کنید.

عملکرد پالسی:برای کاربردهایی که نیاز به شدت لحظه‌ای بسیار بالا دارند (مانند کنترل‌های از راه دور با برد طولانی)، LED را می‌توان با پالس‌های کوتاه و با جریان بالا (تا 1 آمپر) مطابق مشخصات راه‌اندازی کرد. این کار باید با رعایت دقیق محدودیت‌های عرض پالس (≤100μs) و چرخه کاری (≤1%) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد انجام شود.

7.2 طراحی نوری

انتخاب لنز:لنز شفاف یک پرتو 30 درجه‌ای منتشر می‌کند. برای پرتوهای باریک‌تر یا با شکل متفاوت، می‌توان از اپتیک ثانویه (لنزهای پلاستیکی، بازتابنده‌ها) استفاده کرد.

تطابق گیرنده:طول موج اوج 850 نانومتر بهینه توسط سنسورهای مبتنی بر سیلیکون تشخیص داده می‌شود. اطمینان حاصل کنید که فوتوترانزیستور، فوتودیود یا ماژول گیرنده IR انتخاب شده دارای حساسیت اوج در محدوده 800-900 نانومتر باشد.

مصونیت در برابر نور محیط:در محیط‌هایی با نور محیطی قوی (به ویژه نور خورشید حاوی IR)، مدولاسیون سیگنال راه‌اندازی LED در یک فرکانس خاص و استفاده از گیرنده‌ای که به آن فرکانس تنظیم شده است را برای حذف نویز پس‌زمینه در نظر بگیرید.

8. مقایسه و جایگاه‌بندی فنی

HIR234C خود را به عنوان یک فرستنده مادون قرمز عمومی با قابلیت اطمینان بالا در بسته‌بندی فراگیر 3mm جایگاه‌بندی می‌کند.

• در مقابل LEDهای IR استاندارد 5mm:بسته‌بندی 3mm فضای اشغالی کوچک‌تری ارائه می‌دهد که می‌تواند در طراحی‌های مینیاتوری مزیت باشد، در حالی که همچنان شدت تابش قابل توجهی ارائه می‌دهد.
• در مقابل LEDهای IR نوع SMD:بسته‌بندی T-1 ترو-هول اغلب برای نمونه‌سازی اولیه، مونتاژ دستی یا کاربردهایی که استحکام مکانیکی بالاتر یا هیت‌سینک آسان‌تر از طریق پایه‌ها نسبت به دستگاه‌های سطح‌نصب مورد نظر است، ترجیح داده می‌شود.
• مزیت متمایزکننده کلیدی:ترکیب آن ازشدت تابش پالسی بالا (300 میلی‌وات بر استرادیان)وبسته‌بندی استانداردآن را برای کاربردهایی که نیاز به پرتوهای قوی نور IR از یک فرم فاکتور معمولاً در دسترس دارند، مناسب می‌سازد.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال 1: تفاوت بین شدت تابش (mW/sr) و توان خروجی (mW) چیست؟

پاسخ 1: شدت تابش توان نوری بر واحد زاویه فضایی (استرادیان) را اندازه می‌گیرد. این نشان می‌دهد که پرتو چقدر متمرکز است. شار تابشی کل (mW) نیاز به انتگرال‌گیری شدت روی کل الگوی تابش دارد. برای یک LED با زاویه 30 درجه، توان کل به طور قابل توجهی کمتر از مقدار شدت اوج است.

سوال 2: آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته در 100 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

پاسخ 2: مقدار حداکثر مطلق برای جریان مستقیم پیوسته 100 میلی‌آمپر است. با این حال، عملکرد پیوسته در این جریان حداکثر، گرمای قابل توجهی تولید می‌کند و دمای اتصال را افزایش می‌دهد. برای عملکرد قابل اطمینان بلندمدت، توصیه می‌شود در جریان پایین‌تری (مثلاً 20-50 میلی‌آمپر) کار کنید یا هیت‌سینک کافی پیاده‌سازی کنید، به ویژه در دمای محیطی بالا.

سوال 3: چرا ولتاژ مستقیم در حالت پالسی 1 آمپر (حداکثر 5.25 ولت) در مقایسه با حالت DC 20 میلی‌آمپر (حداکثر 1.65 ولت) بسیار بالاتر است؟

پاسخ 3: این به دلیل مقاومت سری درون تراشه و بسته‌بندی LED است. در جریان‌های بسیار بالا، افت ولتاژ روی این مقاومت داخلی قابل توجه می‌شود و منجر به V_Fکل بالاتر می‌شود. این یک مشخصه رایج در همه LEDها است.

سوال 4: آیا LED 850 نانومتری قابل مشاهده است؟

پاسخ 4: 850 نانومتر در طیف مادون قرمز نزدیک (NIR) قرار دارد. این نور عموماً برای چشم انسان نامرئی است. با این حال، برخی افراد ممکن است درخشش قرمز تیره بسیار ضعیفی از LEDهای پرقدرت 850 نانومتری را درک کنند، زیرا طیف تابش یک "دم" کوچک دارد که به ناحیه قرمز مرئی گسترش می‌یابد. برای عملکرد کاملاً پنهان، معمولاً از LEDهای 940 نانومتری استفاده می‌شود.

10. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

مورد: فرستنده کنترل از راه دور مادون قرمز با برد طولانی

هدف:طراحی یک کنترل از راه دور که باید در فاصله 15 متری در یک محیط معمولی اتاق نشیمن به طور قابل اطمینان کار کند.

انتخاب‌های طراحی:

1. انتخاب LED:HIR234C به دلیل شدت تابش پالسی بالا (معمولاً 300 میلی‌وات بر استرادیان در 1 آمپر) انتخاب شده است.
2. مدار راه‌انداز:از یک سوئیچ ترانزیستوری ساده برای پالس دادن به LED از منبع باتری 3 ولتی استفاده می‌شود. یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان پالس به حدود 800 میلی‌آمپر (با اطمینان زیر حداکثر 1 آمپر) محاسبه می‌شود که افت ولتاژ باتری و V_FLED در جریان بالا را در نظر می‌گیرد.
3. مدولاسیون سیگنال:پالس‌های راه‌اندازی با فرکانس حامل 38 کیلوهرتز کدگذاری می‌شوند که یک استاندارد رایج برای کنترل‌های IR است.
4. اپتیک:یک لنز کولیماتور پلاستیکی ساده در جلوی LED قرار می‌گیرد تا پرتو را از 30 درجه به حدود 10 درجه باریک کند و انرژی تابش شده بیشتری را به سمت گیرنده دور متمرکز کند.

نتیجه:ترکیب راه‌اندازی پالسی با شدت بالا و کولیماسیون پرتو، تضمین می‌کند که یک سیگنال قوی و قابل تشخیص به ماژول گیرنده IR در فاصله هدف می‌رسد، حتی در حضور نویز IR محیطی متوسط.

11. اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌شود. در مورد ماده GaAlAs در HIR234C، این انرژی مربوط به فوتون‌هایی با طول موجی است که حول 850 نانومتر متمرکز شده است که در بخش مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی قرار دارد. طول موج خاص توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. بسته اپوکسی شفاف به عنوان یک لنز عمل می‌کند و نور تابش شده را به زاویه دید مشخص شده شکل می‌دهد.

12. روندهای فناوری

فناوری LED مادون قرمز همچنان در کنار فناوری LED مرئی در حال تکامل است. روندهای کلی مرتبط با دستگاه‌هایی مانند HIR234C شامل موارد زیر است:

• افزایش بازده:بهبودهای مستمر در مواد و رشد اپی‌تاکسیال منجر به بازده دیوار-پریز بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات الکتریکی ورودی) می‌شود که مصرف توان و تولید گرما را کاهش می‌دهد.
• مدولاسیون با سرعت بالاتر:توسعه LEDهای قادر به سوئیچینگ سریع‌تر توسط کاربردها در ارتباطات داده نوری (IrDA, Li-Fi) و سنجش پیشرفته مانند زمان پرواز (ToF) هدایت می‌شود.
• مینیاتوری‌سازی:در حالی که بسته‌بندی‌های ترو-هول محبوب باقی می‌مانند، یک تغییر بازار قوی به سمت بسته‌بندی‌های دستگاه سطح‌نصب (SMD) (مانند 0805، 0603، مقیاس تراشه) برای مونتاژ خودکار و طراحی‌های با محدودیت فضا وجود دارد.
• چند طول موجی و VCSELها:برای سنجش تخصصی (مانند تحلیل گاز، بیومتریک)، منابع IR چند طول موجی در حال ظهور هستند. لیزرهای گسیل‌کننده سطحی با حفره عمودی (VCSEL) نیز به دلیل مشخصات پرتو دقیق خود در کاربردهای سنجش سه‌بعدی با کارایی بالا و نور ساختاریافته در حال جذب توجه هستند.

HIR234C در این چشم‌انداز در حال تکامل، یک راه‌حل بالغ، قابل اطمینان و مقرون به صرفه را نشان می‌دهد که کاملاً برای کاربردهای هدف خود در الکترونیک مصرفی و سنجش صنعتی مناسب است.