دیتاشیت LED مادون قرمز 5 میلی‌متری 850 نانومتر HIR7373C - اندازه 5 میلی‌متر - ولتاژ 1.45 ولت - توان 150 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز (IR) با شدت بالا و اندازه 5 میلی‌متر را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیاز به تابش مطمئن مادون قرمز دارند و دارای طول موج پیک 850 نانومتر (nm) می‌باشد. قطعه در یک بسته پلاستیکی شفاف استاندارد T-1 3/4 (5mm) قرار دارد که انتقال بهینه نور مادون قرمز را امکان‌پذیر می‌سازد. این المان از نظر طیفی با فوتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز رایج مبتنی بر سیلیکون هماهنگ است و آن را به منبعی ایده‌آل برای انواع سیستم‌های حسگری و ارتباطی مادون قرمز تبدیل می‌کند.

مزایای اصلی این محصول شامل قابلیت اطمینان بالا، خروجی تابشی قابل توجه و مشخصه ولتاژ مستقیم پایین است که به عملکرد بهینه انرژی کمک می‌کند. این محصول به صورت بدون سرب (Pb-Free) تولید شده و با مقررات اصلی زیست‌محیطی از جمله RoHS، EU REACH و استانداردهای بدون هالوژن (Br < 900ppm، Cl < 900ppm، Br+Cl < 1500ppm) مطابقت دارد. بازار هدف اصلی آن طراحان و مهندسانی است که بر روی سیستم‌های مبتنی بر مادون قرمز مانند سنسورهای مجاورتی، تشخیص شیء، کنترل‌های از راه دور و اتوماسیون صنعتی کار می‌کنند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این قطعه برای جریان مستقیم پیوسته (I_F) معادل 100 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است. برای کار در حالت پالسی، می‌تواند جریان مستقیم پیک (I_FP) تا 1.0 آمپر را تحت شرایط خاص تحمل کند: عرض پالس ≤ 100 میکروثانیه و چرخه کاری ≤ 1%. حداکثر ولتاژ معکوس مجاز (V_R) 5 ولت است. محدوده دمای کاری از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس مشخص شده و محدوده دمای انبارش از 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس می‌باشد. حداکثر اتلاف توان (P_d) در دمای هوای آزاد 25 درجه سلسیوس یا کمتر، 150 میلی‌وات است. درجه حرارت لحیم‌کاری 260 درجه سلسیوس برای مدت زمان حداکثر 5 ثانیه می‌باشد.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

پارامترهای کلیدی عملکرد در دمای محیط (T_a) معادل 25 درجه سلسیوس اندازه‌گیری می‌شوند. شدت تابش (I_e) معیار اصلی خروجی نوری است. در جریان آزمایش استاندارد 20 میلی‌آمپر، شدت تابش معمول 15 میلی‌وات بر استرادیان است که حداقل مقدار آن بسته به دسته محصول، 7.8 میلی‌وات بر استرادیان می‌باشد. در حداکثر جریان پیوسته 100 میلی‌آمپر (تحت شرایط پالسی)، شدت تابش معمول به 75 میلی‌وات بر استرادیان افزایش می‌یابد.

طول موج پیک تابش (λ_p) معمولاً 850 نانومتر است و پهنای باند طیفی (Δλ) در نصف شدت حداکثر، تقریباً 45 نانومتر می‌باشد. ولتاژ مستقیم (V_F) در 20 میلی‌آمپر معمولاً 1.45 ولت و حداکثر 1.65 ولت است. در 100 میلی‌آمپر (پالسی)، V_Fدر محدوده 1.80 ولت تا 2.40 ولت قرار دارد. حداکثر جریان معکوس (I_R) هنگام اعمال ولتاژ معکوس 5 ولت، 10 میکروآمپر است. زاویه دید (2θ_1/2) که به عنوان زاویه کامل در نصف شدت تعریف می‌شود، معمولاً 40 درجه است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

محصول بر اساس شدت تابش اندازه‌گیری شده در جریان مستقیم I_F= 20 میلی‌آمپر، در دسته‌های عملکردی مختلفی مرتب‌سازی می‌شود. این امر امکان انتخاب یکنواخت در فرآیند تولید را فراهم می‌کند. دسته‌بندی به شرح زیر تعریف شده است:

• دسته M:محدوده شدت تابش از 7.8 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل) تا 12.5 میلی‌وات بر استرادیان (حداکثر).
• دسته N:محدوده شدت تابش از 11.0 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل) تا 17.6 میلی‌وات بر استرادیان (حداکثر).
• دسته P:محدوده شدت تابش از 15.0 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل) تا 24.0 میلی‌وات بر استرادیان (حداکثر).
• دسته Q:محدوده شدت تابش از 21.0 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل) تا 34.0 میلی‌وات بر استرادیان (حداکثر).

این سیستم درجه‌بندی به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که حداقل نیاز خروجی خاص برای کاربردشان را برآورده می‌کنند و در نتیجه عملکرد سیستم را تضمین می‌نمایند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

4.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی کاهش رتبه (درریتینگ)، حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان می‌دهد. با افزایش دما، حداکثر جریان مجاز به صورت خطی کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری کرده و قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین نماید. طراحان باید برای انتخاب جریان کاری مناسب با توجه به شرایط محیطی مورد انتظار، به این منحنی مراجعه کنند.

4.2 توزیع طیفی

نمودار توزیع طیفی، شدت تابش نسبی را در مقابل طول موج ترسیم می‌کند. این نمودار پیک در 850 نانومتر و پهنای باند تقریبی 45 نانومتر را تأیید می‌کند. این منحنی برای اطمینان از سازگاری با حساسیت طیفی گیرنده مورد نظر (مانند یک فوتوترانزیستور با حساسیت پیک حدود 850-950 نانومتر) مهم است.

4.3 شدت تابش در مقابل جریان مستقیم

این نمودار رابطه بین جریان راه‌اندازی و خروجی نوری را نشان می‌دهد. شدت تابش به صورت فوق خطی با جریان افزایش می‌یابد. این نمودار به طراحان کمک می‌کند تا مبادله بین جریان راه‌اندازی، توان نوری و بازده قطعه را درک کنند.

4.4 شدت تابش نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی، الگوی تابش LED را به تصویر می‌کشد. شدت در امتداد محور مرکزی (0 درجه) بیشترین است و با افزایش زاویه کاهش می‌یابد که زاویه دید 40 درجه را تعریف می‌کند. این اطلاعات برای طراحی نوری، مانند انتخاب لنز و هم‌ترازی در کاربردهای حسگری، حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

این قطعه از یک بسته رادیال با پایه‌های خروجی استاندارد 5 میلی‌متری استفاده می‌کند. نقشه ابعاد بسته، اندازه‌های فیزیکی از جمله قطر لنز اپوکسی (معمولاً 5.0 میلی‌متر)، فاصله پایه‌ها (2.54 میلی‌متر یا 0.1 اینچ، استاندارد برای قطعات ترو-هول) و طول کلی را مشخص می‌کند. نقشه شامل تلرانس‌ها، معمولاً ±0.25 میلی‌متر برای ابعاد حیاتی است. پایه آند (مثبت) معمولاً به عنوان پایه بلندتر شناسایی می‌شود. ماده لنز شفاف، برای انتقال مادون قرمز با حداقل جذب بهینه شده است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 فرم‌دهی پایه‌ها

در صورت نیاز به خم کردن پایه‌ها، این کار باید در نقطه‌ای حداقل 3 میلی‌متر دورتر از پایه حباب اپوکسی انجام شود. فرم‌دهی همیشه باید قبل از لحیم‌کاری و در دمای اتاق انجام شود تا از اعمال تنش به بسته یا آسیب به دای و اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود. سوراخ‌های PCB باید دقیقاً با پایه‌های LED هم‌تراز باشند تا از تنش نصب جلوگیری شود.

6.2 انبارش

قطعات باید در یک محیط کنترل شده در دمای 30 درجه سلسیوس یا کمتر و رطوبت نسبی 70% یا کمتر نگهداری شوند. عمر انبارش توصیه شده پس از حمل و نقل 3 ماه است. برای انبارش طولانی‌تر (تا یک سال)، باید در یک ظرف دربسته با اتمسفر نیتروژن و ماده رطوبت‌گیر نگهداری شوند. برای جلوگیری از تراکم رطوبت، باید از تغییرات سریع دما در محیط‌های مرطوب اجتناب کرد.

6.3 فرآیند لحیم‌کاری

لحیم‌کاری باید با دقت انجام شود تا از آسیب حرارتی جلوگیری شود. اتصال لحیم باید حداقل 3 میلی‌متر از حباب اپوکسی فاصله داشته باشد.

• لحیم‌کاری دستی:حداکثر دمای نوک هویه 300 درجه سلسیوس (برای هویه حداکثر 30 وات)، با زمان لحیم‌کاری حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه.
• لحیم‌کاری موجی/غوطه‌وری:حداکثر دمای پیش‌گرم 100 درجه سلسیوس برای حداکثر 60 ثانیه. دمای حمام لحیم نباید از 260 درجه سلسیوس تجاوز کند و قطعه حداکثر به مدت 5 ثانیه غوطه‌ور شود.

یک پروفیل دمای لحیم‌کاری توصیه شده ارائه شده است که بر افزایش کنترل‌شده دما، توقف در دمای پیک و خنک‌سازی کنترل‌شده تأکید دارد. خنک‌سازی سریع توصیه نمی‌شود. لحیم‌کاری غوطه‌وری یا دستی نباید بیش از یک بار انجام شود. پس از لحیم‌کاری، LED باید تا بازگشت به دمای اتاق در برابر ضربه مکانیکی محافظت شود.

6.4 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری، از الکل ایزوپروپیل در دمای اتاق برای حداکثر یک دقیقه استفاده کرده و سپس با هوا خشک کنید. تمیزکاری اولتراسونیک به دلیل خطر آسیب به ساختار داخلی، عموماً توصیه نمی‌شود. در صورت نیاز مطلق، فرآیند باید قبلاً به دقت واجد شرایط شده باشد.

6.5 مدیریت حرارتی

اگرچه این یک قطعه کم‌توان است، اما مدیریت حرارت باید در طراحی کاربرد، به ویژه هنگام کار نزدیک به مقادیر حداکثر، در نظر گرفته شود. جریان باید مطابق با منحنی جریان مستقیم در مقابل دمای محیط کاهش رتبه داده شود تا دمای پیوند در محدوده ایمن حفظ شده و قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین گردد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

مشخصات بسته‌بندی استاندارد به شرح زیر است: 500 قطعه در یک کیسه ضد استاتیک بسته‌بندی می‌شوند. پنج عدد از این کیسه‌ها در یک کارتن داخلی قرار می‌گیرند. سپس ده کارتن داخلی در یک کارتن اصلی (بیرونی) بسته‌بندی می‌شوند که در مجموع 25000 قطعه در هر کارتن اصلی می‌شود.

برچسب روی بسته‌بندی حاوی چندین کد است: شماره محصول مشتری (CPN)، شماره محصول سازنده (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، رتبه شدت تابش (CAT)، رتبه طول موج غالب (HUE)، رتبه ولتاژ مستقیم (REF)، شماره سری ساخت (LOT No.) و یک کد تاریخ (ماه X).

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

این LED مادون قرمز برای طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله، اما نه محدود به موارد زیر مناسب است: فرستنده‌های کنترل از راه دور مادون قرمز، سنسورهای مجاورتی و تشخیص شیء، کلیدزنی‌ها و انکودرهای نوری صنعتی، سیستم‌های روشنایی دید در شب، پیوندهای انتقال داده نوری و رابط‌های کاربری بدون تماس.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:هنگام راه‌اندازی LED از یک منبع ولتاژ، همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده کنید. مقدار آن را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_منبع- V_F) / I_F.
• هماهنگی با گیرنده:اطمینان حاصل کنید که آشکارساز نوری انتخاب شده (فوتوترانزیستور، فوتودیود یا IC گیرنده IR) حساسیت پیک حدود 850 نانومتر را برای عملکرد بهینه دارا باشد.
• مسیر نوری:زاویه دید و نیاز بالقوه به لنزها یا دیافراگم‌ها را برای موازی کردن یا متمرکز کردن پرتو IR در کاربردهای برد بلند یا جهت‌دار در نظر بگیرید.
• نویز الکتریکی:در کاربردهای حسگری، مدولاسیون سیگنال IR (مثلاً با یک فرکانس خاص) و آشکارسازی همزمان در گیرنده می‌تواند به طور قابل توجهی مصونیت در برابر تداخل نور محیط را بهبود بخشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مادون قرمز عمومی، این قطعه ترکیب مشخصی از شدت تابش بالا (تا 75 میلی‌وات بر استرادیان معمول در 100mA پالسی) و ولتاژ مستقیم نسبتاً پایین (1.45 ولت معمول در 20mA) ارائه می‌دهد. طول موج 850 نانومتر یک استاندارد رایج است که سازگاری گسترده با گیرنده‌های مبتنی بر سیلیکون را تضمین می‌کند. مطابقت آن با استانداردهای سختگیرانه زیست‌محیطی (RoHS، REACH، بدون هالوژن) آن را برای الکترونیک مدرنی که نیاز به گواهی‌های سبز دارند، مناسب می‌سازد. بسته شفاف در مقایسه با بسته‌های رنگی که ممکن است سیگنال را تضعیف کنند، خروجی یکنواخت و فیلترنشده‌ای ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

س: تفاوت بین شدت تابش (mW/sr) و شدت نور (mcd) چیست؟

پ: شدت تابش، توان نوری (بر حسب میلی‌وات) ساطع شده در هر واحد زاویه فضایی (استرادیان) را اندازه‌گیری می‌کند و برای تمام طول‌موج‌ها مرتبط است. شدت نور با حساسیت چشم انسان (منحنی فوتوپیک) وزن‌دهی شده و بر حسب کاندلا اندازه‌گیری می‌شود؛ این معیار برای منابع مادون قرمز مانند این LED 850 نانومتری قابل اعمال نیست.

س: آیا می‌توانم این LED را با جریان ثابت 100 میلی‌آمپر به طور پیوسته راه‌اندازی کنم؟

پ: مقادیر حداکثر مطلق، 100 میلی‌آمپر را به عنوان حداکثرجریان مستقیم پیوستهمشخص کرده است. با این حال، برای عملکرد مطمئن بلندمدت، توصیه می‌شود با مراجعه به منحنی کاهش رتبه، زیر این حداکثر، به ویژه در دمای محیط بالاتر، کار کنید.

س: چرا زاویه دید 40 درجه مشخص شده است؟

پ: زاویه 40 درجه (2θ_1/2) عرض کامل در نقاطی است که شدت تابش به نصف مقدار پیک خود در محور مرکزی کاهش می‌یابد. این زاویه، گسترش پرتو LED را توصیف می‌کند.

س: آیا برای این LED به دیود محافظ ESD نیاز است؟

پ: اگرچه دیتاشیت درجه‌بندی ESD بالایی را مشخص نکرده است، اما به طور کلی رعایت احتیاط‌های ESD هنگام کار با تمام دستگاه‌های نیمه‌هادی از جمله LEDها، روش خوبی است. گنجاندن مقاومت‌های محدودکننده جریان به صورت سری نیز مقداری محافظت ذاتی فراهم می‌کند.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: سنسور مجاورتی ساده.LED را با یک فوتوترانزیستور که در فاصله کوتاهی قرار دارد، جفت کنید. یک شیء که بین آن‌ها عبور می‌کند، پرتو را قطع می‌کند و به عنوان کاهش جریان فوتوترانزیستور تشخیص داده می‌شود. استفاده از سیگنال LED مدوله شده (مثلاً یک موج مربعی 38 کیلوهرتز) و یک گیرنده تنظیم‌شده می‌تواند نور محیط را حذف کند.

مثال 2: نورافکن IR برای دوربین دید در شب.یک آرایه از این LEDها که در حالت پالسی در جریان پیک 1 آمپر یا نزدیک به آن (با چرخه کاری مناسب) راه‌اندازی می‌شوند، می‌توانند روشنایی نامرئی قابل توجهی برای دوربین‌های حساس به نور 850 نانومتر فراهم کنند و برد مؤثر آن‌ها را در شرایط کم‌نور افزایش دهند.

12. معرفی 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 فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی را به صورت فوتون آزاد می‌کنند. ماده نیمه‌هادی خاص مورد استفاده (در این مورد گالیم آلومینیوم آرسناید - GaAlAs) انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج نور ساطع شده را تعیین می‌کند که برای این قطعه در طیف مادون قرمز (850 نانومتر) است. بسته اپوکسی شفاف به عنوان یک لنز عمل کرده و پرتو خروجی را شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

روند فناوری در زمینه فرستنده‌های مادون قرمز به سمت بازدهی بالاتر (خروجی تابشی بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)، چگالی توان افزایش‌یافته برای کاربردهای برد بلندتر و توسعه بسته‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار و ابعاد کوچک‌تر ادامه دارد. همچنین توسعه مداوم در منابع IR چند طول‌موجه و گسترده‌طیف برای کاربردهای حسگری پیشرفته مانند طیف‌سنجی و تشخیص گاز در جریان است. ادغام مدار راه‌انداز LED و ویژگی‌های محافظتی روی خود قطعه، حوزه دیگری از پیشرفت است.