مشخصات فنی سری LTL1CHKxKNN دیودهای نوری - بسته‌بندی T-1 3mm - ولتاژ مستقیم 2.0-2.4V - جریان پیوسته 30mA - رنگ‌های قرمز فوق‌العاده تا سبز - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات فنی سری LTL1CHKxKNN دیودهای نوری (LED) را شرح می‌دهد. این خانواده محصول شامل لامپ‌های LED ترمینال‌دار استاندارد T-1 (3mm) است که برای کاربردهای نشانگر عمومی با نیاز به سطح بالاتری از شدت نور طراحی شده‌اند. این قطعات با استفاده از فناوری ماده آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) که بر روی زیرلایه آرسنید گالیم (GaAs) رشد یافته، ساخته شده‌اند. این فناوری برای تولید نور مرئی با بازدهی بالا در محدوده رنگ‌های قرمز تا سبز شناخته شده است.

مزایای اصلی این سری شامل مصرف توان پایین، بازده نوری بالا و سازگاری با سطوح درایو مدارهای مجتمع (IC) به دلیل نیاز به جریان پایین است. تمامی انواع این سری دارای لنز شفاف آبی هستند که نور را پخش نمی‌کند و در نتیجه پرتوی متمرکز و شدیدتری ایجاد می‌کند که برای نشانه‌گذاری واضح مناسب است.

بازار هدف این LEDها گسترده است و هر دستگاه الکترونیکی که نیاز به نشانگر وضعیت، چراغ پنل یا روشنایی ساده دارد و در آن قابلیت اطمینان، دید و مقرون‌به‌صرفه بودن از ملاحظات کلیدی است را در بر می‌گیرد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

حداکثر مقادیر مجاز مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. برای عملکرد مطمئن، هرگز نباید از این محدودیت‌ها تجاوز کرد، حتی به صورت لحظه‌ای.

• تلفات توان (Pd):تمام قطعات این سری دارای حداکثر تلفات توان 75 میلی‌وات در دمای محیط (T_A) 25 درجه سانتی‌گراد هستند. تجاوز از این حد می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد و خرابی فاجعه‌بار شود.
• جریان مستقیم:دو رتبه جریان مشخص شده است:
  • جریان مستقیم پیوسته (I_F):حداکثر جریان DC که می‌توان به طور پیوسته اعمال کرد برای تمام رنگ‌ها 30 میلی‌آمپر است.
  • جریان مستقیم پیک:یک جریان پالسی بالاتر تحت شرایط خاص مجاز است. برای انواع قرمز (قرمز فوق‌العاده، قرمز سوپر، قرمز)، جریان پیک 90 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه است. برای انواع نارنجی، زرد و سبز، جریان پیک تحت شرایط یکسان 60 میلی‌آمپر است. این پارامتر برای طرح‌های مالتی‌پلکس یا عملیات پالسی بسیار مهم است.
• کاهش رتبه حرارتی:حداکثر جریان مستقیم پیوسته باید به صورت خطی بالاتر از 70 درجه سانتی‌گراد با نرخ 0.4 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش یابد. این بدان معناست که جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد، که یک ملاحظه طراحی حیاتی برای محیط‌های با دمای بالا است.
• ولتاژ معکوس (V_R):حداکثر ولتاژ معکوس مجاز 5 ولت در جریان معکوس (I_R) 100 میکروآمپر است. اعمال ولتاژ معکوس بالاتر می‌تواند پیوند PN LED را شکست دهد.
• محدوده‌های دما:محدوده دمای کاری از 40- درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری از 55- درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد است که نشان‌دهنده عملکرد قوی در طیف وسیعی از شرایط است.
• دمای لحیم‌کاری:پایه‌ها را می‌توان در دمای 260 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 5 ثانیه لحیم کرد، به شرطی که نقطه لحیم‌کاری حداقل 1.6 میلی‌متر (0.063 اینچ) از بدنه LED فاصله داشته باشد تا از آسیب حرارتی به لنز اپوکسی و تراشه داخلی جلوگیری شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_A=25°C) اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول قطعه را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_v):این یک پارامتر نوری کلیدی است. تمام قطعات دارای حداقل شدت نور 140 میلی‌کاندلا (mcd) در جریان مستقیم (I_F) 20mA هستند. مقادیر معمول بسته به نوع رنگ خاص، از 210 mcd تا 320 mcd متغیر است. شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری که منحنی پاسخ فوتوپیک (چشم انسان) (CIE) را تقریب می‌زند، اندازه‌گیری می‌شود. دیتاشیت خاطرنشان می‌کند که محصولات در دو رتبه شدت نور طبقه‌بندی می‌شوند و کد رتبه بر روی بسته‌بندی درج شده است.
• زاویه دید (2θ_1/2):این سری دارای زاویه دید باریک 45 درجه است. این به عنوان زاویه کامل‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازه‌گیری شده در محور مرکزی (0°) کاهش می‌یابد. این ویژگی منجر به پرتوی نور جهت‌دارتر می‌شود.
• مشخصات طول موج:سه متریک کلیدی طول موج ارائه شده است:
  • طول موج پیک (λ_P):طول موجی که در آن خروجی توان نوری حداکثر است. از 575 نانومتر (سبز) تا 650 نانومتر (قرمز فوق‌العاده) متغیر است.
  • طول موج غالب (λ_d):یک طول موج واحد که از نمودار رنگی CIE استخراج شده و به بهترین شکل رنگ درک شده نور را نشان می‌دهد. این پارامتر عموماً برای تعریف رنگ مرتبط‌تر از طول موج پیک است. مقادیر از 572 نانومتر (سبز) تا 639 نانومتر (قرمز فوق‌العاده) متغیر است.
  • نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):عرض طیف نشری در نصف حداکثر توان آن (عرض کامل در نصف بیشینه - FWHM). این پارامتر خلوص رنگ را نشان می‌دهد. LEDهای قرمز طیف گسترده‌تری (20 نانومتر) دارند، در حالی که LEDهای زرد و سبز طیف باریک‌تری (17-15 نانومتر) دارند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):افت ولتاژ دو سر LED هنگامی که با 20mA راه‌اندازی می‌شود. حداقل V_Fبین 2.0V و 2.05V و V معمول_Fبین 2.3V و 2.4V است که بسته به رنگ متفاوت است. این پارامتر برای طراحی مقاومت محدودکننده جریان که به صورت سری با LED قرار می‌گیرد، ضروری است.
• جریان معکوس (I_R):جریان نشتی هنگامی که ولتاژ معکوس 5V اعمال می‌شود. معمولاً 100 میکروآمپر یا کمتر است.
• ظرفیت خازنی (C):ظرفیت پیوند معمولاً 40 پیکوفاراد است هنگامی که در بایاس 0V و فرکانس 1 مگاهرتز اندازه‌گیری می‌شود. این می‌تواند در کاربردهای سوئیچینگ سرعت بالا یک عامل تأثیرگذار باشد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که از یک سیستم دسته‌بندی عمدتاً برای شدت نور استفاده می‌شود. محصولات در دو رتبه شدت (بین) طبقه‌بندی می‌شوند. کد بین خاص برای یک LED معین بر روی بسته‌بندی فردی آن درج شده است. این به طراحان اجازه می‌دهد تا LEDهایی با سطوح روشنایی یکنواخت برای کاربردهای خود انتخاب کنند. اگرچه در این سند به صراحت برای طول موج یا ولتاژ مستقیم جزئیات داده نشده است، اما چنین پارامترهایی اغلب دارای محدوده‌های تلرانس (حداقل/معمول/حداکثر) هستند که به طور مؤثر بین‌های ضمنی را تعریف می‌کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به صفحه‌ای اختصاص داده شده به "منحنی‌های مشخصات الکتریکی/نوری معمول" ارجاع می‌دهد. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، اما بر اساس دیتاشیت‌های استاندارد LED، اینها معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده کاری یک رابطه تقریباً خطی است.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:ویژگی نمایی V-I دیود را نشان می‌دهد.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای پیوند را نشان می‌دهد و اهمیت مدیریت حرارتی را برجسته می‌کند.
• توزیع طیفی:نموداری که توان نسبی منتشر شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد و به صورت بصری طول موج پیک و نیم‌عرض طیفی را نمایش می‌دهد.
• الگوی زاویه دید:یک نمودار قطبی که توزیع فضایی شدت نور در اطراف LED را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها برای درک رفتار قطعه تحت شرایط غیراستاندارد و برای طراحی دقیق مدار بسیار ارزشمند هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

LED از بسته‌بندی رادیال ترمینال‌دار استاندارد T-1 (3mm) استفاده می‌کند. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر است و مقادیر اینچ در پرانتز ارائه شده است.
• تلرانس استاندارد ±0.25mm (±0.010 اینچ) اعمال می‌شود مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• رزین زیر فلنج ممکن است حداکثر تا 1.0mm (0.04 اینچ) بیرون زدگی داشته باشد.
• فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای که پایه‌ها از بدنه بسته خارج می‌شوند اندازه‌گیری می‌شود که برای قرارگیری سوراخ PCB حیاتی است.
• نقشه بسته‌بندی (که با عنوان سری LTL1CHx ارجاع داده می‌شود) معمولاً طول کلی، قطر لنز، طول و قطر پایه و موقعیت نقطه صاف یا سایر نشانگرهای قطبیت روی فلنج را نشان می‌دهد.

5.2 شناسایی قطبیت

برای LEDهای ترمینال‌دار، پایه بلندتر به طور جهانی آند (مثبت) و پایه کوتاه‌تر کاتد (منفی) است. علاوه بر این، اکثر بسته‌بندی‌ها یک نقطه صاف روی لبه فلنج دارند که معمولاً در سمت کاتد قرار دارد. همیشه قبل از لحیم‌کاری قطبیت را تأیید کنید تا از آسیب بایاس معکوس جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی ارائه شده برای لحیم‌کاری دستی یا موجی این است: نوک هویه باید حداقل 1.6mm از بدنه پلاستیکی LED فاصله داشته باشد و دما نباید بیش از 260 درجه سانتی‌گراد به مدت بیش از 5 ثانیه باشد. حرارت طولانی‌مدت می‌تواند لنز اپوکسی را کربنیزه کند، باعث جدایش داخلی شود یا به اتصالات سیمی آسیب برساند.

نکات کلی مونتاژ:

• از اعمال تنش مکانیکی به پایه‌ها در نزدیکی بدنه خودداری کنید.
• LED را با تمیزکننده‌های فراصوت تمیز نکنید، زیرا کاویتاسیون می‌تواند به ساختار داخلی آسیب برساند.
• در طول مونتاژ از روش‌های مناسب کنترل الکتریسیته ساکن استفاده کنید تا تراشه نیمه‌هادی را در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) محافظت کنید، اگرچه LEDها عموماً نسبت به برخی ICها مقاوم‌تر هستند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

طرح شماره قطعه برای این سری LTL1CHKxKNN است، که در آن "x" نشان‌دهنده کد رنگ است:

• D:قرمز فوق‌العاده (AlInGaP)
• R:قرمز سوپر (AlInGaP)
• E:قرمز (AlInGaP)
• F:نارنجی زرد (AlInGaP)
• Y:کهربایی زرد (AlInGaP)
• S:زرد (AlInGaP)
• G:سبز (AlInGaP)

تمامی انواع دارای لنز شفاف آبی و بسته‌بندی پایه یکسان هستند. نوع بسته‌بندی خاص (مانند فله، نوار و قرقره) در محتوای ارائه شده مشخص نشده است اما توسط تأمین‌کننده تعریف می‌شود.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

به عنوان لامپ‌های نشانگر عمومی، این LEDها برای موارد زیر مناسب هستند:

• نشانگرهای روشن/وضعیت روی لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم خانگی و پنل‌های کنترل صنعتی.
• نور پس‌زمینه برای سوئیچ‌ها، دکمه‌ها و اعلائم.
• روشنایی تزئینی ساده.
• کاربردهای پایه اپتوایزولاتور یا سنسور (با استفاده از LED به عنوان منبع نور).

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی اجباری است. مقدار مقاومت را با استفاده از قانون اهم محاسبه کنید: R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F. همیشه از حداکثر V_Fاز دیتاشیت برای یک طراحی محافظه‌کارانه استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان از سطح مورد نظر تجاوز نمی‌کند.
• مدیریت حرارتی:برای کارکرد پیوسته نزدیک به حداکثر رتبه جریان یا در دمای محیط بالا، منحنی کاهش رتبه را در نظر بگیرید. اگر از چندین LED در یک فضای محدود استفاده می‌کنید، اطمینان حاصل کنید که جریان هوا کافی است.
• زاویه دید:زاویه دید 45 درجه یک نقطه داغ متمرکزتر ایجاد می‌کند. برای روشنایی منطقه وسیع‌تر، یک LED با لنز پخش‌کننده یا یک دیفیوزر خارجی مناسب‌تر خواهد بود.
• مدارهای درایو:LEDها را می‌توان مستقیماً از پین‌های GPIO میکروکنترلر (که معمولاً تا 25-20 میلی‌آمپر جریان می‌دهند/می‌کشند) یا از طریق درایورهای ترانزیستوری برای جریان بالاتر یا مالتی‌پلکس کردن بسیاری از LEDها راه‌اندازی کرد.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده اصلی سری LTL1CHKxKNN استفاده از فناوری AlInGaP برای رنگ‌های قرمز تا زرد/سبز است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد، به این معنی که برای همان مقدار جریان الکتریکی، خروجی نور روشن‌تری دارد. لنز شفاف آبی بالاترین خروجی نور ممکن را از بسته فراهم می‌کند، زیرا هیچ نوری توسط رنگ پخش‌کننده پراکنده یا جذب نمی‌شود. زاویه دید باریک 45 درجه یک انتخاب خاص برای کاربردهایی است که نیاز به پرتوی جهت‌دار دارند تا یک درخشش محیطی وسیع.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از منبع تغذیه 5V بدون مقاومت راه‌اندازی کنم؟

پاسخ:No.بدون مقاومت محدودکننده جریان، LED سعی می‌کند جریان بیش از حدی بکشد، به سرعت از حداکثر مقادیر مجاز خود فراتر رفته و منجر به خرابی فوری می‌شود. برای درایو با ولتاژ ثابت همیشه یک مقاومت سری لازم است.

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

پاسخ: طول موج پیک جایی است که بیشترین توان نوری منتشر می‌شود. طول موج غالب از مختصات رنگی محاسبه می‌شود و بهترین تطابق را با رنگ درک شده توسط چشم انسان دارد. برای LEDهای تک‌رنگ، آن‌ها اغلب نزدیک هستند، اما طول موج غالب استاندارد برای تعیین رنگ است.

س: LED در حین کار گرم می‌شود. آیا این طبیعی است؟

پاسخ: بله، تولید گرما توسط LED طبیعی است. بازده 100% نیست؛ مقداری از توان الکتریکی در پیوند به گرما تبدیل می‌شود. به همین دلیل است که مشخصه کاهش رتبه و ملاحظات حرارتی برای قابلیت اطمینان بلندمدت مهم هستند.

س: آیا می‌توانم از PWM (مدولاسیون عرض پالس) برای کم‌نور کردن این LED استفاده کنم؟

پاسخ: بله، این LEDها برای کم‌نور کردن با PWM بسیار مناسب هستند. می‌توانید آن‌ها را با جریان مستقیم پیک (بسته به رنگ 60mA یا 90mA) در یک چرخه کاری پایین راه‌اندازی کنید تا یک جریان متوسط که LED را کم‌نور می‌کند، حاصل شود. اطمینان حاصل کنید که فرکانس PWM به اندازه کافی بالا است (معمولاً >100Hz) تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: نشانگر وضعیت میکروکنترلر

یک استفاده متداول به عنوان نشانگر برق است. آند یک LED قرمز (LTL1CHKEKNN) را از طریق یک مقاومت به ریل 3.3V میکروکنترلر وصل کنید. مقاومت را محاسبه کنید: با فرض V_F= 2.4V و I مورد نظر_F= 10mA (برای توان پایین‌تر)، R = (3.3V - 2.4V) / 0.01A = 90Ω. یک مقاومت استاندارد 100Ω تقریباً 9mA جریان می‌دهد که ایمن و به اندازه کافی روشن است.

مثال 2: نشانگر پنل 12V

برای یک پنل 12V خودرویی یا صنعتی، مقاومت سری توان بیشتری تلف خواهد کرد. برای یک LED سبز (LTL1CHKGKNN) در 20mA: R = (12V - 2.4V) / 0.02A = 480Ω. توان در مقاومت P = I²R = (0.02)²* 480 = 0.192W است. یک مقاومت استاندارد 1/4W (0.25W) کافی است اما گرم خواهد شد. استفاده از یک مقاومت 1/2W حاشیه ایمنی بهتری فراهم می‌کند.

12. معرفی اصول فناوری

این LEDها بر اساس یک ساختار هتروجانکشن دوگانه با استفاده از آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) به عنوان لایه فعال نورافشان ساخته شده‌اند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ترتیب از لایه‌های نیمه‌هادی نوع N و نوع P به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. آن‌ها به صورت تابشی بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری ماده را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور منتشر شده را دیکته می‌کند. یک گاف نواری وسیع‌تر طول‌موج‌های کوتاه‌تر (سبز/زرد) و یک گاف نواری باریک‌تر طول‌موج‌های بلندتر (قرمز) تولید می‌کند. لنز اپوکسی شفاف آبی برای محافظت از تراشه نیمه‌هادی، شکل‌دهی پرتوی از طریق هندسه گنبدی خود و فراهم کردن محیطی برای استخراج کارآمد نور از ماده نیمه‌هادی با ضریب شکست بالا عمل می‌کند.

13. روندهای توسعه فناوری

در حالی که این دیتاشیت یک محصول بالغ و پرکاربرد را نشان می‌دهد، فناوری LED همچنان در حال تکامل است. روندهای مرتبط با این کلاس از دستگاه شامل موارد زیر است:

• افزایش بازده:بهبودهای مستمر در علم مواد و رشد اپیتاکسیال منجر به لومن بر وات (lm/W) بالاتر می‌شود، به این معنی که نور روشن‌تر یا مصرف توان پایین‌تر برای همان روشنایی.
• یکنواختی رنگ:تلرانس‌های تنگ‌تر دسته‌بندی برای طول موج و شدت نور در حال تبدیل شدن به استاندارد هستند که اجازه می‌دهد ظاهر یکنواخت‌تری در کاربردهای چند LED حاصل شود.
• بسته‌بندی:در حالی که ترمینال‌دار برای نمونه‌سازی اولیه و برخی کاربردها محبوب باقی مانده است، بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) (مانند 0603، 0805) به دلیل اندازه کوچک‌تر و مناسب بودن برای مونتاژ خودکار، عمدتاً به استاندارد صنعتی برای تولید انبوه تبدیل شده‌اند.
• گسترش کاربردها:قابلیت اطمینان اساسی و بازده LEDهایی مانند این‌ها همچنان پذیرش آن‌ها را در حوزه‌های جدید فراتر از نشانگرهای ساده، مانند روشنایی عمومی سطح پایین، تابلوها و روشنایی داخلی خودرو هدایت می‌کند.