دیتاشیت کامل LED مادون قرمز SIR234 - قطر 3.0 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 1.6 ولت - طول موج 875 نانومتر - اتلاف توان 150 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

SIR234 یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز با شدت بالا است که در یک پکیج پلاستیکی شفاف آبی با قطر 3 میلی‌متر (T-1) قرار گرفته است. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به تابش مطمئن مادون قرمز با تطابق طیفی مناسب با فوتودتکتورهای سیلیکونی، فوتوترانزیستورها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز دارند. این دستگاه دارای ولتاژ مستقیم پایین بوده و از مواد بدون سرب، مطابق با RoHS و بدون هالوژن ساخته شده و همچنین با مقررات REACH اتحادیه اروپا مطابقت دارد.

1.1 مزایای اصلی

• قابلیت اطمینان بالا و طول عمر عملیاتی طولانی.
• فرم فاکتور فشرده با فاصله استاندارد 2.54 میلی‌متری بین پایه‌ها برای یکپارچه‌سازی آسان روی PCB.
• ولتاژ مستقیم پایین، که به عملکرد بهینه انرژی کمک می‌کند.
• تطابق طیفی عالی با فوتودتکتورهای متداول مبتنی بر سیلیکون، که دریافت سیگنال را بهینه می‌کند.
• ساختار سازگار با محیط زیست (بدون سرب، بدون هالوژن، مطابق با RoHS و REACH).

1.2 بازار هدف و کاربردها

این LED مادون قرمز برای انواع سیستم‌های اپتوالکترونیک مناسب است. کاربردهای اصلی شامل سیستم‌های انتقال در هوای آزاد برای کنترل از راه دور، سوئیچ‌های اپتوالکترونیک برای تشخیص و شمارش اشیاء، دتکتورهای دود، انواع سیستم‌های سنجش مبتنی بر مادون قرمز و یکپارچه‌سازی در دستگاه‌های ذخیره‌سازی قدیمی مانند درایوهای فلاپی دیسک می‌شود.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر 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 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 سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای ذخیره‌سازی (T_stg): 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای لحیم‌کاری (T_sol): 260 درجه سانتی‌گراد (برای ≤ 5 ثانیه)
• اتلاف توان (P_d): 150 میلی‌وات (در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد یا پایین‌تر)

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکی

این پارامترها که در دمای محیط (T_a) 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده‌اند، عملکرد دستگاه را تحت شرایط عملیاتی نرمال تعریف می‌کنند.

• شدت تابشی (E_e):
  • در I_F= 20mA: مقدار معمول 9.3 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل 5.6 میلی‌وات بر استرادیان).
  • در I_F= 100mA (پالسی): مقدار معمول 35 میلی‌وات بر استرادیان.
  • در I_F= 1A (پالسی): مقدار معمول 350 میلی‌وات بر استرادیان.
• طول موج پیک (λ_p): 875 نانومتر (مقدار معمول در I_F=20mA).
• پهنای باند طیفی (Δλ): 80 نانومتر (مقدار معمول در I_F=20mA).
• ولتاژ مستقیم (V_F):
  • در I_F= 20mA: 1.3 ولت (حداقل)، 1.6 ولت (معمول).
  • در I_F= 100mA (پالسی): 1.4 ولت (معمول)، 1.8 ولت (حداکثر).
  • در I_F= 1A (پالسی): 2.6 ولت (معمول)، 4.0 ولت (حداکثر).
• جریان معکوس (I_R): ≤ 10 میکروآمپر در V_R= 5V.
• زاویه دید (2θ_1/2): 30 درجه (معمول).

3. توضیح سیستم باینینگ

SIR234 در گریدهای عملکردی یا \"باین\" مختلف بر اساس شدت تابشی آن موجود است. این به طراحان اجازه می‌دهد دستگاهی را انتخاب کنند که نیازهای خروجی خاص کاربردشان را برآورده کند.

شرایط اندازه‌گیری: I_F= 20mA, T_a= 25°C.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

منحنی کاهش رتبه نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد تا از تجاوز از حد اتلاف توان جلوگیری شود.

4.2 توزیع طیفی

نمودار خروجی طیفی، تابش پیک در 875 نانومتر با پهنای باند معمول 80 نانومتر را تأیید می‌کند که سازگاری با فوتودتکتورهای سیلیکونی که حساسیت پیک خود را در ناحیه مادون قرمز نزدیک دارند، تضمین می‌کند.

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

این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد. مقدار معمول پایین V_Fمعادل 1.6 ولت در 20 میلی‌آمپر نشان‌دهنده عملکرد کارآمد است، اما ولتاژ تحت جریان‌های پالسی بالا (مثلاً 1 آمپر) به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

4.4 شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار الگوی تابش فضایی را تعریف می‌کند و نیم‌زاویه 30 درجه‌ای را نشان می‌دهد که در آن شدت به 50% از مقدار پیک خود کاهش می‌یابد. این برای طراحی کوپلینگ نوری و هم‌ترازی بسیار مهم است.

4.5 وابستگی دمایی طول موج و شدت

منحنی‌ها نشان می‌دهند که طول موج پیک کمی جابجا می‌شود و شدت تابشی معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد که برای مدیریت حرارتی در کاربردهای دقیق مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

SIR234 از یک پکیج گرد استاندارد T-1 (با قطر 3 میلی‌متر) استفاده می‌کند. ابعاد کلیدی شامل قطر بدنه 3.0 میلی‌متر، فاصله معمول پایه‌ها 2.54 میلی‌متر (0.1 اینچ) و طول کلی می‌شود. تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. کاتد معمولاً توسط یک نقطه صاف روی لبه پکیج و/یا یک پایه کوتاه‌تر شناسایی می‌شود.

6. 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 سانتی‌گراد تجاوز نکند، محدود کنید.
• لحیم‌کاری موجی/ریفلو: این دستگاه می‌تواند طبق محدوده‌های حداکثر مطلق، دمای پیک لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را حداکثر به مدت 5 ثانیه تحمل کند.
• تمیزکاری: از حلال‌های مناسب که با اپوکسی پلاستیکی شفاف آبی سازگار هستند استفاده کنید.
• شرایط نگهداری: در یک محیط خشک و ضد استاتیک در محدوده دمایی مشخص شده 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد نگهداری کنید. از قرار گرفتن در معرض رطوبت بیش از حد خودداری کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

واحدها معمولاً در کیسه‌ها بسته‌بندی می‌شوند: 200 تا 1000 قطعه در هر کیسه. پنج کیسه در یک جعبه و ده جعبه در یک کارتن اصلی بسته‌بندی می‌شوند.

7.2 اطلاعات برچسب

برچسب محصول شامل شناسه‌های کلیدی است: شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره قطعه سازنده (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، رتبه عملکرد (CAT)، طول موج پیک (HUE) و شماره لات (LOT No).

8. پیشنهادات طراحی کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

برای عملکرد پیوسته، یک مقاومت محدودکننده جریان سری ساده مورد نیاز است. مقدار مقاومت به صورت R = (V_supply- V_F) / I_Fمحاسبه می‌شود. برای عملکرد پالسی جهت دستیابی به شدت پیک بالاتر، اطمینان حاصل کنید که مدار درایور می‌تواند پالس جریان لازم را در محدوده عرض و چرخه کاری مشخص شده (≤100μs، ≤1%) تأمین کند.

8.2 ملاحظات طراحی

• درایو جریان: هرگز از محدوده‌های حداکثر مطلق جریان پیوسته یا پالسی تجاوز نکنید. برای عملکرد مطمئن از یک منبع جریان پایدار یا یک مقاومت سری با محاسبه دقیق استفاده کنید.
• هیت سینک: اگرچه پکیج کوچک است، برای عملکرد پیوسته در جریان‌های بالا یا در دمای محیط بالا، تکنیک‌های چیدمان PCB (پدهای تخلیه حرارتی، مس‌ریزی) را برای کمک به اتلاف حرارت و حفظ عملکرد در نظر بگیرید.
• طراحی نوری: زاویه دید 30 درجه و طول موج 875 نانومتر باید با میدان دید و حساسیت طیفی سنسور گیرنده (فوتودیود، فوتوترانزیستور یا IC گیرنده مادون قرمز) مطابقت داده شود تا نسبت سیگنال به نویز بهینه شود.
• محافظت در برابر قطبیت معکوسیک ولتاژ معکوس بیش از 5 ولت می‌تواند به LED آسیب برساند. در صورتی که امکان معکوس شدن قطبیت منبع تغذیه وجود دارد، محافظت را لحاظ کنید.

9. مقایسه و تمایز فنی

SIR234 از طریق ترکیب پکیج استاندارد 3 میلی‌متری، شدت تابشی نسبتاً بالا (تا 24 میلی‌وات بر استرادیان در باین P) و ولتاژ مستقیم پایین خود متمایز می‌شود. در مقایسه با برخی LEDهای مادون قرمز قدیمی یا عمومی، مشخصات تضمین شده آن برای عملکرد پالسی (پیک 1 آمپر) و تطابق صریح با استاندارهای زیست‌محیطی مدرن (RoHS، بدون هالوژن، REACH) آن را برای نیازهای طراحی معاصر مناسب می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

10.1 هدف از پکیج شفاف آبی چیست؟

پلاستیک آبی به عنوان یک فیلتر عبوردهنده طول موج کوتاه عمل می‌کند و نور مرئی از خارج را مسدود می‌کند (که می‌تواند باعث نویز در دتکتور شود) در حالی که به نور مادون قرمز 875 نانومتری از چیپ اجازه عبور کارآمد می‌دهد. همچنین محافظت مکانیکی و محیطی را فراهم می‌کند.

10.2 آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پین یک میکروکنترلر 5 ولتی راه‌اندازی کنم؟

خیر. یک پین GPIO میکروکنترلر معمولاً نمی‌تواند 20 میلی‌آمپر را به صورت پیوسته و بدون خطر تأمین کند و قطعاً نمی‌تواند پالس‌های 100 میلی‌آمپر یا 1 آمپر را فراهم کند. شما باید از یک مدار درایور خارجی، مانند یک ترانزیستور (BJT یا MOSFET) که توسط پین MCU کنترل می‌شود، برای سویچ کردن جریان بالاتر مورد نیاز LED استفاده کنید.

10.3 چگونه باین صحیح (L، M، N، P) را انتخاب کنم؟

بر اساس شدت تابشی مورد نیاز برای بودجه لینک کاربردتان (فاصله، حساسیت دتکتور) انتخاب کنید. برای فواصل طولانی‌تر یا دتکتورهای با حساسیت پایین‌تر، یک باین بالاتر (N یا P) ترجیح داده می‌شود. برای کاربردهای برد کوتاه، یک باین پایین‌تر (L یا M) ممکن است کافی و مقرون به صرفه باشد.

10.4 چرا ولتاژ مستقیم در پالس 1 آمپر نسبت به 20 میلی‌آمپر بالاتر است؟

این به دلیل مقاومت سری داخلی چیپ نیمه‌هادی و سیم‌های باند است. با افزایش جریان، افت ولتاژ در این مقاومت (V = I * R) به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد که منجر به ولتاژ مستقیم کل بالاتر می‌شود.

11. مثال موردی عملی

سناریو: تشخیص شیء در یک دستگاه فروش خودکار.یک LED SIR234 و یک فوتوترانزیستور متناسب در دو طرف مخالف یک شیار محصول قرار می‌گیرند. LED با جریان پیوسته 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود (باین M برای خروجی یکنواخت انتخاب شده است). وقتی هیچ شیئی وجود ندارد، فوتوترانزیستور پرتو IR را دریافت کرده و هدایت می‌کند. وقتی محصولی از داخل شیار می‌افتد، پرتو را قطع می‌کند و باعث تغییر حالت خروجی فوتوترانزیستور می‌شود. این سیگنال به کنترلر دستگاه تغذیه می‌شود تا تحویل محصول تأیید شود. پرتو 30 درجه‌ای حتی با کمی ناهم‌ترازی مکانیکی در طول زمان، تشخیص مطمئن را تضمین می‌کند.

12. اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود (ولتاژ مثبت به آند نسبت به کاتد اعمال شود)، الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه اتصال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در این دستگاه خاص، که از آرسنید گالیم آلومینیوم (GaAlAs) ساخته شده است، این انرژی عمدتاً به صورت فوتون‌های نور مادون قرمز با طول موج پیک 875 نانومتر آزاد می‌شود که برای چشم انسان نامرئی اما توسط سنسورهای مبتنی بر سیلیکون قابل تشخیص است.

13. روندهای صنعت

روند در ساطع‌کننده‌های مادون قرمز برای سنجش به سمت بازدهی بالاتر، مصرف توان کمتر و یکپارچه‌سازی بیشتر ادامه دارد. این شامل دستگاه‌هایی با درایور داخلی، خروجی مدوله شده برای مصونیت در برابر نویز و پکیج‌های نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار می‌شود. در حالی که قطعات ترو-هول مانند پکیج T-1 با قطر 3 میلی‌متر برای نمونه‌سازی اولیه، تعمیرات و برخی کاربردهای صنعتی حیاتی باقی می‌مانند، طراحی‌های جدید به طور فزاینده‌ای انواع SMD را به دلیل اندازه کوچک‌تر و مناسب بودن برای تولید انبوه ترجیح می‌دهند. تأکید بر انطباق زیست‌محیطی (RoHS، بدون هالوژن) اکنون یک نیاز استاندارد در سراسر صنعت الکترونیک است.