دیتاشیت LED مادون قرمز 5 میلی‌متری IR8353-14C - بسته‌بندی 5 میلی‌متری - ولتاژ مستقیم 1.2 تا 1.8 ولت - طول موج 940 نانومتر - مستندات فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز (IR) با شدت بالا و قطر 5 میلی‌متر را شرح می‌دهد. قطعه در یک بسته پلاستیکی شفاف (واترکلیر) محصور شده است که آن را برای کاربردهای مختلف حسگری و انتقال مادون قرمز مناسب می‌سازد. خروجی طیفی آن به طور خاص برای کارایی بهینه با فوتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز رایج هماهنگ شده است.

1.1 مزایای اصلی

• قابلیت اطمینان بالا:طراحی شده برای عملکرد یکنواخت و کارکرد بلندمدت.
• شدت تابش بالا:خروجی مادون قرمز قوی برای انتقال موثر سیگنال ارائه می‌دهد.
• ولتاژ مستقیم پایین:معمولاً 1.2 ولت در 20 میلی‌آمپر، که به عملکرد بهینه انرژی کمک می‌کند.
• مطابقت با الزامات محیطی:این محصول با مقررات RoHS، EU REACH مطابقت دارد و عاری از هالوژن است (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).

1.2 کاربردهای هدف

این LED مادون قرمز برای استفاده در سیستم‌های مختلف مادون قرمز در نظر گرفته شده است، از جمله اما نه محدود به: واحدهای کنترل از راه دور، سنسورهای مجاورتی، تشخیص اشیاء، کلیدهای نوری و انتقال داده در فواصل کوتاه.

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های مطلق حداکثر

محدوده‌های زیر مرزهایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه 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 کاری (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای نگهداری (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد
• توان تلف شده (P_d):150 میلی‌وات (در دمای هوای آزاد 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر)

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

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

• شدت تابش (I_e):7.8 - 17.6 میلی‌وات بر استرادیان (در I_F=20 میلی‌آمپر، بسته به دسته). تا 50 میلی‌وات بر استرادیان معمولاً در I_F=100 میلی‌آمپر.
• طول موج اوج (λ_p):940 نانومتر (در I_F=20 میلی‌آمپر).
• پهنای باند طیفی (Δλ):45 نانومتر (در I_F=20 میلی‌آمپر).
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.2 ولت (معمول) / 1.5 ولت (حداکثر) در 20 میلی‌آمپر؛ 1.4 ولت (معمول) / 1.8 ولت (حداکثر) در 100 میلی‌آمپر.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5 ولت.
• زاویه دید (2θ_1/2):27 درجه تا 43 درجه (در I_F=20 میلی‌آمپر).

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

شدت تابش این LED در دسته‌های مختلفی طبقه‌بندی شده است تا یکنواختی در طراحی کاربرد تضمین شود. این دسته‌بندی در جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر تعریف شده است.

• دسته M:محدوده شدت تابش از 7.80 میلی‌وات بر استرادیان تا 12.50 میلی‌وات بر استرادیان.
• دسته N:محدوده شدت تابش از 11.0 میلی‌وات بر استرادیان تا 17.6 میلی‌وات بر استرادیان.

این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا LEDهایی با حداقل خروجی تضمین شده را متناسب با نیازهای حساسیت خاص خود انتخاب کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه ضروری برای طراحی مدار و مدیریت حرارتی است.

4.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی کاهش رتبه (دریتینگ)، حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان می‌دهد. با افزایش دما، حداکثر جریان باید کاهش یابد تا از تجاوز از محدودیت‌های توان تلف شده قطعه جلوگیری شده و قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین شود. طراحان باید از این منحنی برای انتخاب جریان‌های کاری مناسب با محیط حرارتی کاربرد خود استفاده کنند.

4.2 شدت تابش در مقابل جریان مستقیم

این نمودار رابطه بین جریان راه‌اندازی و توان خروجی نوری (شدت تابش) را نشان می‌دهد. خروجی معمولاً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بسیار بالا به اشباع می‌رسد. این نمودار برای تعیین جریان راه‌اندازی مورد نیاز برای دستیابی به قدرت سیگنال مطلوب در گیرنده بسیار حیاتی است.

4.3 توزیع طیفی

منحنی طیفی، انتشار اوج در 940 نانومتر با پهنای باند معمول 45 نانومتر را تأیید می‌کند. این طول موج ایده‌آل است زیرا خارج از طیف مرئی قرار دارد، تداخل نور مرئی را به حداقل می‌رساند و به خوبی با حساسیت آشکارسازهای نوری مبتنی بر سیلیکون هماهنگ است.

4.4 شدت تابش نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی، زاویه دید (2θ_1/2) را تعریف می‌کند که زاویه‌ای است که در آن شدت تابش به نصف مقدار خود در 0 درجه (روی محور) کاهش می‌یابد. محدوده مشخص شده 27 تا 43 درجه، گسترش پرتو را نشان می‌دهد. زاویه باریک‌تر نور متمرکزتری ارائه می‌دهد، در حالی که زاویه وسیع‌تر پوشش گسترده‌تری فراهم می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

قطعه در یک بسته استاندارد LED گرد 5 میلی‌متری قرار دارد. ابعاد کلیدی شامل قطر کلی (معمولاً 5.0 میلی‌متر)، فاصله پایه‌ها (استاندارد 2.54 میلی‌متر / 0.1 اینچ) و فاصله از پایه تا گنبد لنز است. قطر پایه‌ها معمولاً 0.45 میلی‌متر است. تمام ابعاد دارای تلرانس ±0.25 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. یک نقشه ابعادی دقیق در دیتاشیت اصلی برای چیدمان دقیق PCB ارائه شده است.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد (پایه منفی) معمولاً توسط یک قسمت صاف روی لبه لنز پلاستیکی و/یا کوتاه‌تر بودن پایه شناسایی می‌شود. آند (پایه مثبت) بلندتر است. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ مدار رعایت شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 شکل‌دهی پایه‌ها

• خم‌ها باید حداقل در فاصله 3 میلی‌متری از پایه حباب اپوکسی ایجاد شوند.
• شکل‌دهی باید قبل از لحیم‌کاری و در دمای اتاق انجام شود.
• از اعمال تنش به بسته در حین خم کردن یا برش خودداری کنید.
• سوراخ‌های PCB باید کاملاً با پایه‌های LED تراز باشند تا از تنش نصب جلوگیری شود.

6.2 شرایط نگهداری

• شرایط نگهداری توصیه شده: دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤70%.
• عمر مفید قفسه پس از حمل و نقل تحت این شرایط 3 ماه است.
• برای نگهداری طولانی‌تر (تا 1 سال)، از یک ظرف دربسته با گاز نیتروژن و ماده رطوبت‌گیر استفاده کنید.
• از تغییرات سریع دما در محیط‌های مرطوب برای جلوگیری از تعریق (کندانس) خودداری کنید.

6.3 پارامترهای لحیم‌کاری

لحیم‌کاری دستی:

• دمای نوک هویه: حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد (حداکثر 30 وات)
• زمان لحیم‌کاری: حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه.
• حداقل فاصله از نقطه لحیم تا حباب اپوکسی: 3 میلی‌متر.

لحیم‌کاری موجی/غوطه‌وری (DIP):

• دمای پیش‌گرم: حداکثر 100 درجه سانتی‌گراد (حداکثر 60 ثانیه)
• دمای حمام لحیم: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد
• زمان حمام: حداکثر 5 ثانیه
• حداقل فاصله از نقطه لحیم تا حباب اپوکسی: 3 میلی‌متر.

نکات حیاتی:

• از اعمال تنش بر پایه‌ها در زمانی که LED داغ است خودداری کنید.
• لحیم‌کاری (غوطه‌وری یا دستی) را بیش از یک بار انجام ندهید.
• LED را تا زمانی که به دمای اتاق خنک نشده است، در برابر ضربه/ارتعاش محافظت کنید.
• از کمترین دمای لحیم‌کاری ممکن که اتصال قابل اطمینانی ایجاد می‌کند استفاده کنید.

6.4 تمیزکاری

• در صورت لزوم، فقط با ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق و به مدت ≤1 دقیقه تمیز کنید.
• از تمیزکاری اولتراسونیک استفاده نکنید مگر اینکه از قبل تأیید شده باشد، زیرا می‌تواند باعث آسیب شود.

7. مدیریت حرارتی

دفع موثر حرارت برای عملکرد و طول عمر LED حیاتی است. جریان باید مطابق با منحنی "جریان مستقیم در مقابل دمای محیط" کاهش رتبه (دریت) داده شود. دمای اطراف LED در کاربرد نهایی باید کنترل شود. این ممکن است شامل استفاده از مساحت مناسب مس در PCB برای هیت سینک، اطمینان از تهویه کافی، یا استفاده از هیت سینک در صورت راه‌اندازی پیوسته با جریان‌های بالا باشد.

8. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

8.1 مشخصات بسته‌بندی

• LEDها در کیسه‌های ضد استاتیک بسته‌بندی می‌شوند.
• تعداد در بسته:200-500 عدد در هر کیسه. 5 کیسه در هر کارتن داخلی. 10 کارتن داخلی در هر کارتن اصلی (خارجی).

8.2 اطلاعات برچسب

برچسب محصول شامل شناسه‌های کلیدی زیر است: شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره محصول (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، رتبه شدت نور (CAT)، رتبه طول موج غالب (HUE)، رتبه ولتاژ مستقیم (REF)، شماره سری ساخت و کد تاریخ.

9. ملاحظات طراحی کاربردی

9.1 راه‌اندازی LED

همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری استفاده کنید. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای طراحی محافظه‌کارانه، از حداکثر V_Fذکر شده در دیتاشیت استفاده کنید. برای کار پالسی (مانند کنترل از راه دور)، اطمینان حاصل کنید که محدودیت‌های جریان پیک (I_FP) و چرخه کاری رعایت می‌شوند تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.

9.2 طراحی اپتیکی

هنگام طراحی لنزها یا بازتابنده‌ها برای سیستم، زاویه دید را در نظر بگیرید. طول موج 940 نانومتر نامرئی است، بنابراین ممکن است برای تأیید عملکرد توسط کاربر، نیاز به یک LED نشانگر یا فیدبک مدار باشد. اطمینان حاصل کنید که گیرنده (فوتوترانزیستور، IC) از نظر طیفی با 940 نانومتر هماهنگ است تا حساسیت بهینه حاصل شود.

9.3 مصونیت در برابر نویز الکتریکی

در محیط‌های پرنویز الکتریکی، محافظت از جفت LED/گیرنده، استفاده از سیگنال‌های IR مدوله شده (مانند حامل 38 کیلوهرتز) با گیرنده دمدولاتور متناظر و پیاده‌سازی فیلتر نرم‌افزاری برای حذف نور محیط و نویزهای لحظه‌ای را در نظر بگیرید.

10. مقایسه و جایگاه‌یابی فنی

این LED مادون قرمز 5 میلی‌متری و 940 نانومتری، تعادلی بین عملکرد و هزینه برای کاربردهای عمومی مادون قرمز ارائه می‌دهد. تمایزهای کلیدی آن، شدت تابش نسبتاً بالا (تا 17.6 میلی‌وات بر استرادیان) از یک بسته استاندارد 5 میلی‌متری و ولتاژ مستقیم پایین است که مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. در مقایسه با LEDهای قدیمی‌تر 880 یا 850 نانومتری، انتشار 940 نانومتری کمتر قابل مشاهده است (فاقد درخشش قرمز کم‌رنگ)، که آن را برای کاربردهای محتاطانه مناسب‌تر می‌سازد. برای کاربردهایی که نیاز به زوایای پرتو بسیار باریک یا توان بالاتر دارند، سبک‌های بسته‌بندی جایگزین (مانند نمای جانبی، SMD پرقدرت) مناسب‌تر خواهند بود.

11. پرسش‌های متداول (FAQ)

11.1 تفاوت بین دسته M و N چیست؟

دسته M و N، LED را بر اساس حداقل شدت تابش تضمین شده آن در 20 میلی‌آمپر دسته‌بندی می‌کنند. LEDهای دسته N حداقل خروجی بالاتری (11.0 میلی‌وات بر استرادیان) نسبت به دسته M (7.8 میلی‌وات بر استرادیان) دارند. برای کاربردهایی که نیاز به قدرت سیگنال قوی‌تر یا برد بیشتر دارند، دسته N را انتخاب کنید.

11.2 آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته با 100 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

بله، محدوده مطلق حداکثر برای جریان مستقیم پیوسته 100 میلی‌آمپر است. با این حال، شما باید به منحنی کاهش رتبه (دریتینگ) مراجعه کنید. در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد، 100 میلی‌آمپر مجاز است، اما با افزایش دمای محیط، حداکثر جریان پیوسته مجاز کاهش می‌یابد تا دمای اتصال در محدوده ایمن باقی بماند. هیت سینک کافی برای کارکرد پیوسته با جریان بالا حیاتی است.

11.3 چرا حداقل فاصله لحیم‌کاری (3 میلی‌متر) مهم است؟

فاصله 3 میلی‌متری از انتقال حرارت بیش از حد از طریق پایه و آسیب به تراشه نیمه‌هادی داخلی یا محفظه اپوکسی در طول فرآیند لحیم‌کاری جلوگیری می‌کند. حرارت بیش از حد می‌تواند باعث ترک خوردگی، لایه‌لایه شدن یا تخریب الکتریکی دائمی شود.

12. مثال موردی طراحی

سناریو: سنسور مجاورت ساده اشیاء.

طراحی:LED مادون قرمز و یک فوتوترانزیستور را در کنار هم و رو به یک جهت قرار دهید. LED را با یک جریان ثابت 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنید (با استفاده از یک مقاومت از منبع 5 ولت: R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω، از مقدار استاندارد 180Ω استفاده کنید). هنگامی که یک شیء در محدوده قرار می‌گیرد، نور مادون قرمز از شیء منعکس شده و به فوتوترانزیستور می‌تابد و باعث افزایش جریان کلکتور آن می‌شود. این تغییر جریان را می‌توان از طریق یک مقاومت pull-up به ولتاژ تبدیل کرد و به یک مقایسه‌گر یا ADC میکروکنترلر برای تشخیص حضور شیء وارد کرد. طول موج 940 نانومتری به رد نور محیط مرئی کمک می‌کند. انتخاب بین دسته M یا N به فاصله حسگری مورد نیاز و بازتابندگی شیء بستگی دارد.

13. 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)، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ماده نیمه‌هادی خاص مورد استفاده (در این مورد گالیم آلومینیوم آرسناید - GaAlAs) طول موج نور ساطع شده را تعیین می‌کند. برای GaAlAs، این امر منجر به تابش مادون قرمز متمرکز بر حدود 940 نانومتر می‌شود که خارج از طیف مرئی است. لنز شفاف (واترکلیر) نور را فیلتر یا رنگی نمی‌کند و حداکثر انتقال خروجی مادون قرمز را ممکن می‌سازد.

14. روندهای فناوری

در حالی که LEDهای گسسته 5 میلی‌متری ترو-هول همچنان برای نمونه‌سازی اولیه، پروژه‌های آماتوری و برخی کاربردهای صنعتی محبوب هستند، روند صنعت به شدت به سمت بسته‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) است. LEDهای مادون قرمز SMD مزایایی مانند ردپای کوچک‌تر، مناسب‌تر بودن برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place و اغلب عملکرد حرارتی بهبود یافته به دلیل نصب مستقیم روی PCB ارائه می‌دهند. همچنین توسعه مداومی برای افزایش بازده (خروجی تابشی بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) و قابلیت اطمینان ساطع‌کننده‌های مادون قرمز در جریان است. با این حال، اصل اساسی عملکرد و پارامترهای کلیدی مانند طول موج، شدت و زاویه دید، معیارهای انتخاب حیاتی برای هر کاربرد مادون قرمز باقی می‌مانند.