دیتاشیت IR LED 5.0mm IR533C - بسته‌بندی 5mm - طول موج اوج 940nm - جریان مستقیم 100mA - سند فنی انگلیسی

1. مرور کلی محصول

IR533C یک دیود مادون قرمز با شدت بالا است که در یک بسته‌بندی پلاستیکی آبی استاندارد 5.0 میلی‌متری (T-1 3/4) قرار دارد. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیاز به تابش مادون قرمز قابل اعتماد و قدرتمند در طیف 940 نانومتر دارند. این دستگاه از نظر طیفی با فوتوترانزیستورهای سیلیکونی رایج، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز هماهنگ است و آن را به منبعی ایده‌آل برای سیستم‌های نوری حلقه بسته تبدیل می‌کند.

موقعیت‌دهی کلیدی این قطعه در کاربردهای مقرون‌به‌صرفه و با حجم تولید بالا است که در آن‌ها خروجی مادون قرمز یکنواخت و سازگاری با بسته‌بندی استاندارد از اهمیت بالایی برخوردار است. مزایای اصلی آن شامل قابلیت اطمینان بالا، خروجی شدت تابشی قابل توجه و مشخصه ولتاژ مستقیم پایین است که به مدیریت کارآمد توان سیستم کمک می‌کند.

بازار هدف شامل الکترونیک مصرفی، حسگرهای صنعتی و تجهیزات ایمنی می‌شود. این قطعه به ویژه برای طراحان واحدهای کنترل از راه‌دور مادون قرمز، پیوندهای داده نوری فضای آزاد، سیستم‌های تشخیص دود و سایر سیستم‌های کاربردی مبتنی بر مادون قرمز مختلف مناسب است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا پایین‌تر از آن تضمین نمی‌شود.

• جریان مستقیم پیوسته (IF): 100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که می‌توان در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد به طور نامحدود از LED عبور داد.
• جریان مستقیم اوج (IFP): 1.0 A. این جریان بالا تنها تحت شرایط پالسی با عرض پالس ≤100μs و چرخه وظیفه ≤1% مجاز است. این ریتینگ برای کاربردهایی که نیاز به جرقه‌های کوتاه و پر شدت نور IR دارند، حیاتی است.
• ولتاژ معکوس (VR): 5 V. تجاوز از این ولتاژ بایاس معکوس می‌تواند منجر به شکست پیوند شود.
• اتلاف توان (Pd): 150 mW در دمای هوای آزاد 25°C یا پایین‌تر. این پارامتر، در ترکیب با مقاومت حرارتی، حداکثر توان مجاز تحت کارکرد پیوسته را تعیین می‌کند.
• محدوده‌های دمایی: این دستگاه برای کار در محدوده دمایی 40- تا 85+ درجه سلسیوس ریت شده و می‌تواند در محدوده دمایی 40- تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری شود.
• دمای لحیم‌کاری (Tsol): 260 درجه سانتی‌گراد برای مدت زمان حداکثر 5 ثانیه، مطابق با پروفیل‌های معمول ریفلو بدون سرب.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

این پارامترها در دمای محیط استاندارد 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد دستگاه را تحت شرایط مشخص‌شده تعریف می‌کنند.

• شدت تابشی (Ie): این معیار اصلی توان خروجی نوری بر واحد زاویه فضایی (استرادیان) است.
  • در جریان راه‌اندازی استاندارد 20 میلی‌آمپر DC، شدت تابشی معمول 7.8 میلی‌وات بر استرادیان و حداقل آن 4.0 میلی‌وات بر استرادیان است.
  • در عملکرد پالسی با جریان 100 میلی‌آمپر (≤100 میکروثانیه، چرخه کاری ≤1%)، خروجی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
  • در حداکثر جریان پالسی 1 آمپر، شدت تابشی معمول به 350 میلی‌وات بر استرادیان می‌رسد که قابلیت آن برای گسیل پرتوان و کوتاه‌مدت را نشان می‌دهد.
• طول موج اوج (λp): 940 نانومتر (معمول). این طول موج ایده‌آل است زیرا در پنجره انتقال بالای بسیاری از پلاستیک‌ها و شیشه‌ها قرار دارد و با حساسیت اوج آشکارسازهای سیلیکونی هماهنگی خوبی دارد، در حالی که برای چشم انسان عمدتاً نامرئی است.
• پهنای باند طیفی (Δλ): تقریباً 45 نانومتر (معمول). این عرض طیفی نور گسیل‌شده را در نصف شدت حداکثر آن (FWHM) تعریف می‌کند.
• ولتاژ پیش‌رو (VF): یک پارامتر کلیدی برای طراحی مدار.
  • در جریان 20 میلی‌آمپر، ولتاژ پیش‌رو معمولاً 1.5 ولت و حداکثر 1.5 ولت است.
  • در جریان پالسی 100 میلی‌آمپر، این مقدار به طور معمول به 1.4 ولت (حداکثر 1.85 ولت) افزایش می‌یابد.
  • در جریان پالسی 1 آمپر، ولتاژ پیش‌روی (VF) معمولاً 2.6 ولت (حداکثر 4.0 ولت) است که نشان‌دهنده افزایش افت ولتاژ پیوند در جریان‌های بسیار بالا است.
• زاویه دید (2θ1/2): 25 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت تابشی به نصف مقدار خود در 0 درجه (روی محور) کاهش می‌یابد. زاویه 25 درجه یک پرتو نسبتاً متمرکز ایجاد می‌کند.
• جریان معکوس (IR): حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (VR)=5 ولت که نشان‌دهنده کیفیت خوب پیوند است.

3. توضیح سیستم Binning

دیتاشیت شامل یک جدول دسته‌بندی برای شدت تابش در جریان ۲۰ میلی‌آمپر است. دسته‌بندی یک فرآیند کنترل کیفیت است که در آن LEDها پس از تولید بر اساس پارامترهای عملکرد اندازه‌گیری شده، مرتب (دسته‌بندی) می‌شوند.

دسته‌بندی شدت تابش: LEDها بر اساس شدت تابش اندازه‌گیری شده‌شان در دسته‌هایی (K, L, M, N, P) طبقه‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال، دسته 'K' شامل LEDهایی با شدت بین ۴.۰ تا ۶.۴ میلی‌وات بر استرادیان است، در حالی که دسته 'P' شامل آنهایی با شدت بین ۱۵.۰ تا ۲۴.۰ میلی‌وات بر استرادیان می‌باشد. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح خروجی حداقل (و حداکثر) تضمین‌شده را برای کاربرد خود انتخاب کنند که منجر به ثبات عملکرد سیستم، به ویژه در آرایه‌های چند LEDی یا سیستم‌های گیرنده حساس می‌شود. دسته خاص برای یک بچ مشخص بر روی برچسب بسته‌بندی درج می‌شود.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که روندهای عملکرد فراتر از داده‌های تک‌نقطه‌ای جداول را نشان می‌دهند.

• جریان مستقیم در مقابل دمای محیط (شکل ۱): این منحنی نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مجاز پیوسته رو به جلو با افزایش دمای محیط بالاتر از ۲۵ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، جریان درایو باید در دماهای بالاتر کاهش یابد.
• توزیع طیفی (شکل ۲): نموداری که شدت نسبی را بر حسب طول موج ترسیم می‌کند و به صورت بصری قله ۹۴۰ نانومتری و پهنای باند حدود ۴۵ نانومتری را تأیید می‌کند.
• طول موج اوج تابش در مقابل دمای محیط (شکل ۳): تغییر طول موج قله (معمولاً افزایش جزئی) را با تغییر دمای پیوند نشان می‌دهد. این برای کاربردهایی با فیلتراسیون طیفی دقیق مهم است.
• جریان رو به جلو در مقابل ولتاژ رو به جلو (منحنی IV) (شکل ۴): رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد. منحنی در جریان‌های بالاتر به دلیل مقاومت سری در نیمه‌هادی و بسته‌بندی، شیب‌دارتر می‌شود.
• شدت نسبی در مقابل جریان رو به جلو (شکل ۵): رابطه زیرخطی بین جریان درایو و خروجی نور را نشان می‌دهد. بازده (خروجی نور به ازای هر واحد جریان) اغلب در جریان‌های بسیار بالا کاهش می‌یابد.
• شدت تابشی نسبی در برابر جابجایی زاویه‌ای (شکل 6): این الگوی تابش فضایی است که زاویه دید ۲۵ درجه را به صورت گرافیکی تعریف می‌کند. نشان می‌دهد که شدت نور با دور شدن از محور مرکزی چگونه کاهش می‌یابد.
• شدت نسبی در برابر دمای محیط (شکل 7): کاهش خروجی نور با افزایش دمای محیط (و در نتیجه دمای پیوند) را نشان می‌دهد، پدیده‌ای که به عنوان خاموشی حرارتی شناخته می‌شود.
• ولتاژ مستقیم در برابر دمای محیط (شکل 8): نشان می‌دهد که چگونه افت ولتاژ مستقیم با افزایش دما کاهش می‌یابد، که این یک مشخصه پیوند نیمه‌هادی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

IR533C از بسته‌بندی استاندارد صنعتی 5.0 میلی‌متری (T-1 3/4) با پایه‌های شعاعی استفاده می‌کند. مشخصات کلیدی ابعادی از نقشه شامل موارد زیر است:

• قطر کلی: 5.0 میلی‌متر (اسمی).
• فاصله پایه‌ها: 2.54 میلی‌متر (0.1 اینچ)، سازگار با بردهای سوراخدار و سوکت‌های استاندارد.
• بدنه بسته‌بندی از پلاستیک آبی‌رنگ قالب‌گیری شده است که برای LEDهای مادون قرمز به منظور نشان دادن عملکرد معمول است و ممکن است مقداری فیلتراسیون ارائه دهد.
• لنز کاملاً شفاف است.
• ماده تراشه گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs) است.
• تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.25 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

5.2 شناسایی قطبیت

مانند اکثر LEDهای رادیال، یکی از پایه‌ها از دیگری بلندتر است. پایه بلندتر آند (مثبت، A+) و پایه کوتاه‌تر کاتد (منفی، K-) است. همچنین ممکن است بسته‌بندی یک نقطه تخت روی لبه نزدیک به پایه کاتد داشته باشد. قطبیت صحیح برای عملکرد ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

• لحیم‌کاری دستی: از یک هویه با کنترل دما استفاده کنید. زمان لحیم‌کاری برای هر پایه را حداکثر 3 تا 5 ثانیه در دمایی که از 350 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند محدود کنید تا از آسیب حرارتی به بدنه پلاستیکی و اتصالات سیم داخلی جلوگیری شود.
• لحیم‌کاری موجی: امکان‌پذیر است اما نیازمند کنترل دقیق پروفیل‌های دمای پیش‌گرم و موج لحیم است تا در محدوده حداکثر 5 ثانیه در 260 درجه سانتی‌گراد باقی بماند.
• تمیزکاری: در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، از حلال‌های مناسب که با جنس بدنه پلاستیکی آبی سازگار هستند استفاده کنید. از تمیزکاری اولتراسونیک که می‌تواند به ساختار داخلی تراشه آسیب برساند، خودداری نمایید.
• خم کردن پایه‌ها: در صورت نیاز به فرم‌دهی پایه‌ها، خمش را در نقطه‌ای با فاصله حداقل 3 میلی‌متر از بدنه قطعه انجام دهید تا از اعمال تنش به درزگیر جلوگیری شود. از ابزار مناسب برای جلوگیری از ایجاد خراش یا آسیب به پایه‌ها استفاده کنید.
• شرایط نگهداری: Store in a dry, anti-static environment at temperatures between -40°C and +100°C. Moisture Sensitivity Level (MSL) is not explicitly stated but treating it as MSL 2A or better (floor life >1 year) is typical for this package type.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

• مشخصات بسته‌بندی: LEDها معمولاً در کیسه‌های ۲۰۰ تا ۵۰۰ تایی بسته‌بندی می‌شوند. پنج کیسه در یک جعبه قرار می‌گیرد و ده جعبه یک کارتن حمل و نقل را تشکیل می‌دهد.
• اطلاعات برچسب: برچسب بسته‌بندی شامل اطلاعات حیاتی برای ردیابی و شناسایی است:
  • CPN (شماره قطعه مشتری): مطابق تعیین شده توسط خریدار.
  • P/N (شماره تولید): شماره قطعه سازنده (IR533C).
  • QTY (تعداد بسته‌بندی): تعداد قطعات در کیسه/جعبه.
  • CAT (رده‌ها): کد رده‌بندی عملکرد (مثلاً M برای شدت تابشی).
  • HUE: رده طول موج اوج.
  • LOT No: شماره منحصربه‌فرد دسته تولید برای ردیابی.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

مدار راه‌اندازی پایه: ساده‌ترین مدار شامل یک مقاومت محدودکننده جریان سری است که به یک منبع ولتاژ متصل می‌شود. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vcc - VF) / IF، که در آن Vcc ولتاژ منبع، VF ولتاژ مستقیم LED در جریان مطلوب IF، و IF جریان مستقیم هدف (مثلاً 20mA) است. همیشه اطمینان حاصل کنید که توان نامی مقاومت کافی است (P = IF² * R).

کارکرد پالسی برای شدت بالا: برای کاربردهایی مانند کنترل‌های از راه دور برد بلند، از مقادیر نامی پالسی استفاده کنید. می‌توان از یک ترانزیستور (BJT یا MOSFET) برای کلیدزنی جریان پالسی بالا (تا 1A) از یک خازن یا منبع ولتاژ بالاتر استفاده کرد. مقاومت سری باید بر اساس VF پالسی و جریان پالس مطلوب محاسبه شود. اطمینان حاصل کنید که محدودیت‌های عرض پالس و چرخه وظیفه (≤100μs، ≤1%) به شدت رعایت شوند.

8.2 ملاحظات طراحی

• هیت‌سینک: در حالی که بسته بندی قابلیت اتلاف حرارتی محدودی دارد، برای کارکرد مداوم نزدیک به حداکثر جریان (100mA)، دمای محیط را در نظر بگیرید و تهویه مناسب فراهم کنید. باید از منحنی کاهش ظرفیت (شکل 1) پیروی کرد.
• طراحی نوری: زاویه دید 25 درجه تمرکز طبیعی را فراهم می‌کند. برای پرتوهای باریک‌تر، می‌توان از لنزها یا بازتابنده‌های خارجی استفاده کرد. برای پوشش گسترده‌تر، ممکن است به چند LED یا پخش‌کننده نیاز باشد.
• تطبیق گیرنده: اطمینان حاصل کنید که گیرنده (فتوترانزیستور، فوتودیود یا IC) در ناحیه 940 نانومتر حساس است. استفاده از فیلتر IR متناظر روی گیرنده می‌تواند با مسدود کردن نور مرئی محیط، نسبت سیگنال به نویز را به طور چشمگیری بهبود بخشد.
• نویز الکتریکی: در کاربردهای حساس حسگری آنالوگ، LED را با یک منبع جریان ثابت به جای یک مقاومت ساده راه‌اندازی کنید تا خروجی پایدارتری داشته باشد. برای سیستم‌های پالسی دیجیتال، از زمان‌های افزایش/کاهش سریع سیگنال راه‌اندازی اطمینان حاصل کنید.

9. مقایسه و تمایز فنی

IR533C از طریق ویژگی‌های خاص خود در بازار گسترده LEDهای مادون قرمز 5 میلی‌متری جایگاه‌یابی می‌کند:

• شدت تابش بالا: شدت تابش معمول آن ۷.۸ میلی‌وات بر استرادیان در جریان ۲۰ میلی‌آمپر و قابلیت تولید خروجی پالسی بسیار بالا (۳۵۰ میلی‌وات بر استرادیان در جریان ۱ آمپر) آن را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که نسبت به LEDهای مادون قرمز کم‌توان استاندارد، به برد بیشتر یا قدرت سیگنال بالاتری نیاز دارند.
• طول موج ۹۴۰ نانومتر: این رایج‌ترین و همه‌کاره‌ترین طول موج مادون قرمز است. این طول موج تعادل مناسبی بین حساسیت آشکارساز سیلیکونی، در دسترس بودن فیلترهای هم‌خوان، و ایمنی نسبی برای چشم در مقایسه با طول‌موج‌های کوتاه‌تر نزدیک به مادون قرمز ارائه می‌دهد.
• بسته‌بندی استاندارد: فرم فاکتور فراگیر ۵ میلی‌متری، ادغام آسان در طراحی‌های موجود، بردهای نمونه‌سازی اولیه و محل‌های برش استاندارد پنل را تضمین می‌کند.
• ولتاژ آستانه پایین: یک ولتاژ پیشروی معمولی 1.5 ولت در جریان 20 میلی‌آمپر، امکان عملکرد کارآمد از منابع تغذیه منطقی کم‌ولتاژ (3.3 ولت، 5 ولت) را با کمترین افت ولتاژ روی مقاومت محدودکننده جریان فراهم می‌کند و فضای بیشتری برای عملکرد پایدار باقی می‌گذارد.
• انطباق: اعلام انطباق با استانداردهای RoHS (عاری از سرب)، EU REACH و Halogen-Free، الزامات زیست‌محیطی و مقرراتی مدرن برای قطعات الکترونیکی را مورد توجه قرار می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س1: آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته با جریان 100 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟
ج1: حداکثر رتبه مطلق برای جریان پیشروی پیوسته در دمای محیط 25 درجه سلسیوس، 100 میلی‌آمپر است. با این حال، باید منحنی کاهش رتبه (شکل 1) را بررسی کنید. در دمای محیط بالا، حداکثر جریان پیوسته مجاز به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد تا از تجاوز از حداکثر دمای پیوند و حد اتلاف توان 150 میلی‌وات جلوگیری شود. برای عملکرد مطمئن بلندمدت، طراحی برای جریان پایین‌تر (مثلاً 75-50 میلی‌آمپر) اغلب توصیه می‌شود.

س2: تفاوت بین شدت تابشی (mW/sr) و توان تابشی (mW) چیست؟
ج2: شدت تابشی، توان نوری ساطع شده در هر زاویه فضایی (استرادیان) است. توان تابشی (یا شار) کل توان نوری ساطع شده در تمام جهات است. برای تخمین توان کل، باید شدت را در کل الگوی انتشار فضایی (شکل 6) انتگرال بگیرید. برای یک LED با زاویه دید 25 درجه، توان کل به طور قابل توجهی کمتر از مقدار شدت در محور ضرب در 4π استرادیان است.

سوال ۳: چگونه مقاومت محدودکننده جریان صحیح را انتخاب کنم؟
پاسخ ۳: از فرمول R = (Vs - VF) / IF استفاده کنید. برای IF انتخاب‌شده، *حداکثر* VF را از دیتاشیت استفاده کنید تا در همه شرایط افت ولتاژ کافی در مقاومت ایجاد شود و از جریان بیش از حد جلوگیری کند. به عنوان مثال، برای منبع تغذیه ۵ ولت و جریان هدف ۲۰ میلی‌آمپر: R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175 اهم. از مقدار استاندارد بعدی (۱۸۰ اهم) استفاده کنید. توان در مقاومت: P = (0.02A)² * 180Ω = 0.072W، بنابراین یک مقاومت ۱/۸ وات یا ۱/۴ وات ایمن است.

سوال ۴: چرا در جدول، ولتاژ مستقیم در حالت پالسی ۱۰۰ میلی‌آمپر کمتر از حالت DC 20mA است؟
پاسخ ۴: به نظر می‌رسد این یک ناهمخوانی در داده‌های ارائه‌شده است (مقدار معمول ۱.۴ ولت در ۱۰۰mA پالسی در مقابل ۱.۵ ولت در ۲۰mA). در واقعیت، VF باید به دلیل مقاومت سری با افزایش جریان، افزایش یابد. اندازه‌گیری پالسی در ۱۰۰mA ممکن است افزایش دمای اتصال کمتری نسبت به اندازه‌گیری DC در ۲۰mA داشته باشد که می‌تواند کمی روی VF تأثیر بگذارد. همیشه برای ایمن بودن، با استفاده از *حداکثر* VF مشخص‌شده برای شرایط کاری خود طراحی کنید.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال ۱: فرستنده کنترل از راه دور مادون قرمز برد بلند.
هدف: دستیابی به برد ۳۰ متر در شرایط داخلی.
طراحی: از عملکرد پالسی در حداکثر ریتینگ استفاده کنید. IR533C را با پالس‌های ۱ آمپری به عرض ۵۰ میکروثانیه در چرخه کاری ۱/۴۰ (مثلاً ۵۰ میکروثانیه روشن، ۱۹۵۰ میکروثانیه خاموش، مطابق با مشخصات ≤۱۰۰μs، ≤۱٪) راه‌اندازی کنید. یک مدار ساده از پین GPIO یک میکروکنترلر برای راه‌اندازی بیس یک ترانزیستور NPN (مانند 2N2222) از طریق یک مقاومت بیس کوچک استفاده می‌کند. کلکتور ترانزیستور به آند LED متصل است و کاتد LED از طریق یک مقاومت تنظیم جریان کم‌مقدار که برای ۱A محاسبه شده، به زمین متصل می‌شود. آند LED همچنین به یک خازن شارژشده (مثلاً ۱۰۰μF) در نزدیکی LED برای تأمین جریان پیک بالا متصل است. این راه‌اندازی از شدت تابشی پالسی بالا (معمولاً ۳۵۰ mW/sr) برای حداکثر برد بهره می‌برد.

مثال ۲: حسگر مجاورت یا تشخیص شیء.
هدف: تشخیص یک شیء در فاصله ۱۰ سانتیمتری.
طراحی: از عملکرد پیوسته در جریان متوسط (مثلاً ۵۰ میلی‌آمپر) برای خروجی پایدار استفاده کنید. IR533C را با یک فتوترانزیستور سیلیکونی متناظر که در فاصله چند سانتیمتری قرار گرفته است، جفت کنید. جریان راه‌اندازی LED را در یک فرکانس خاص (مثلاً ۳۸ کیلوهرتز) با استفاده از میکروکنترلر مدوله کنید. مدار گیرنده شامل یک فیلتر میان‌گذر تنظیم‌شده بر روی ۳۸ کیلوهرتز است. این تکنیک سیستم را در برابر تغییرات نور محیط (نور خورشید، نور اتاق) مصون می‌کند. طول موج ۹۴۰ نانومتر تداخل نور مرئی را به حداقل می‌رساند. ولتاژ اشباع پایین (VF) به سیستم اجازه می‌دهد از منبع تغذیه ۳.۳ ولتی میکروکنترلر کار کند.

12. اصل عملکرد

دیود نورافشان مادون قرمز (IR LED) یک دیود اتصال p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که در بایاس مستقیم قرار می‌گیرد (ولتاژ مثبت به سمت p نسبت به سمت n اعمال می‌شود)، الکترون‌ها از ناحیه n از طریق اتصال به ناحیه p تزریق می‌شوند و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه n تزریق می‌شوند. این حامل‌های اقلیت تزریق‌شده (الکترون‌ها در ناحیه p، حفره‌ها در ناحیه n) با حامل‌های اکثریت بازترکیب می‌شوند. در یک نیمه‌هادی با گاف نواری مستقیم مانند گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs)، بخش قابل‌توجهی از این رویداد بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج (رنگ) نور گسیل‌شده توسط انرژی گاف نواری (Eg) ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود، بر اساس معادله λ ≈ ۱۲۴۰ / Eg (با Eg بر حسب الکترون‌ولت و λ بر حسب نانومتر). برای GaAlAs تنظیم‌شده برای گسیل ۹۴۰ نانومتر، گاف نواری تقریباً ۱.۳۲ الکترون‌ولت است. آلایش و ساختار لایه‌ای خاص تراشه به گونه‌ای طراحی شده است که کارایی این فرآیند بازترکیب تابشی را در طیف مادون قرمز به حداکثر برساند.

13. روندهای فناوری

فناوری اساسی پشت دستگاه‌هایی مانند IR533C بالغ است. با این حال، روندهای بازار گسترده‌تر LED مادون قرمز بر زمینه کاربرد و توسعه آن‌ها تأثیر می‌گذارد:

• افزایش قدرت و کارایی: تحقیقات جاری در علم مواد با هدف بهبود بازده دیوار-پریز (قدرت نوری خروجی / قدرت الکتریکی ورودی) LEDهای مادون قرمز انجام می‌شود تا خروجی درخشان‌تر یا مصرف انرژی کمتر میسر شود. این امر توسط کاربردها در سنسورهای زمان پرواز (ToF)، LiDAR و تشخیص چهره پیش می‌رود.
• مینیاتوری‌سازی: در حالی که اندازه 5 میلی‌متر برای طراحی‌های نصب‌ترانزیستوری محبوب است، بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) (مانند 0805، 1206 و بسته‌بندی‌های در مقیاس تراشه) برای مونتاژ خودکار و طراحی‌های با محدودیت فضا مانند گوشی‌های هوشمند و پوشیدنی‌ها در حال تبدیل شدن به گزینه غالب هستند.
• راه‌حل‌های یکپارچه: روندی به سمت ترکیب LED مادون قرمز با درایور IC، آشکارساز نوری و گاهی حتی یک میکروکنترلر در یک ماژول واحد وجود دارد. این ماژول‌های «ادغام سنسور» طراحی را برای کاربران نهایی در کاربردهایی مانند کنترل ژست یا تشخیص حضور ساده‌تر می‌کنند.
• تنوع طول موج: در حالی که 940 نانومتر استاندارد است، طول‌موج‌های دیگر مانند 850 نانومتر (که اغلب به عنوان درخشش قرمز کم‌رنگ قابل مشاهده است) در مواردی که مقداری قابلیت مشاهده قابل قبول است و حساسیت آشکارساز سیلیکونی کمی بالاتر است، استفاده می‌شوند. طول‌موج‌های بلندتر (1050 نانومتر، 1300 نانومتر، 1550 نانومتر) برای کاربردهای تخصصی مانند LiDAR ایمن برای چشم و ارتباطات نوری استفاده می‌شوند.
• گسترش کاربرد: رشد اینترنت اشیاء (IoT)، اتوماسیون خانگی هوشمند، نظارت بر راننده در صنعت خودرو و امنیت بیومتریک، به طور مداوم در حال ایجاد کاربردهای جدید برای فرستنده‌های مادون قرمز قابل اعتماد و کم‌هزینه‌ای مانند IR533C است.