دیتاشیت LED مادون قرمز 5 میلی‌متری HIR333C/H0 - بسته‌بندی 5.0 میلی‌متر - طول موج 850 نانومتر - ولتاژ مستقیم 1.65 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR) با پایه‌های عبوری 5.0 میلی‌متری (T-1 3/4) را شرح می‌دهد. این قطعه برای تابش نور در طول موج اوج 850 نانومتر طراحی شده است که آن را برای کاربردهای مختلف حس‌گری و انتقال مادون قرمز مناسب می‌سازد. این قطعه در یک بسته‌بندی پلاستیکی شفاف آبی (Water-Clear) قرار دارد که امکان خروجی تابشی بالا را فراهم می‌کند.

1.1 مزایای اصلی

مزایای اصلی این قطعه شامل قابلیت اطمینان بالا و شدت تابش بالا می‌باشد. این قطعه دارای ولتاژ مستقیم پایین است که به بهره‌وری انرژی در طراحی مدارها کمک می‌کند. قطعه با استفاده از مواد بدون سرب ساخته شده و با مقررات اصلی زیست‌محیطی و ایمنی از جمله RoHS، EU REACH و استانداردهای بدون هالوژن (Br < 900ppm، Cl < 900ppm، Br+Cl < 1500ppm) مطابقت دارد.

1.2 بازار هدف و کاربردها

این LED مادون قرمز از نظر طیفی با فتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز سیلیکونی متداول هماهنگ است. کاربردهای متداول آن شامل موارد زیر است:

• سیستم‌های انتقال در فضای آزاد برای ارتباطات داده.
• واحدهای کنترل از راه‌دور مادون قرمز که نیاز به خروجی توان بالاتر دارند.
• سیستم‌های تشخیص دود.
• سیستم‌های کاربردی عمومی مادون قرمز برای حس‌گری و تشخیص.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بخش‌های زیر تجزیه‌ای دقیق از مشخصات الکتریکی، اپتیکی و حرارتی قطعه ارائه می‌دهند.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر برای کارکرد مداوم در نظر گرفته نشده‌اند.

• جریان مستقیم پیوسته (IF):100 میلی‌آمپر
• جریان مستقیم اوج (IFP):1.0 آمپر (عرض پالس ≤100 میکروثانیه، چرخه کاری ≤1%)
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت
• دمای کارکرد (Topr):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای نگهداری (Tstg):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای لحیم‌کاری (Tsol):260 درجه سانتی‌گراد به مدت ≤5 ثانیه
• اتلاف توان (Pd) در دمای 25 درجه سانتی‌گراد:150 میلی‌وات

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در دمای محیط (Ta) برابر 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد متداول قطعه را تحت شرایط مشخص شده تعریف می‌کنند.

• شدت تابش (Ie):حداقل مقدار متداول در جریان مستقیم (IF) برابر 20mA، 7.8 mW/sr است. تحت شرایط پالسی (IF=100mA، عرض پالس ≤100μs، چرخه کاری ≤1%)، شدت تابش متداول 80 mW/sr است. در جریان اوج 1A تحت همان شرایط پالسی، به 800 mW/sr می‌رسد.
• طول موج اوج (λp):850 نانومتر (متداول) در IF=20mA.
• پهنای باند طیفی (Δλ):45 نانومتر (متداول) در IF=20mA که نشان‌دهنده عرض طیفی در نصف حداکثر شدت است.
• ولتاژ مستقیم (VF):از 1.45 ولت (متداول) تا حداکثر 1.65 ولت در IF=20mA متغیر است. با افزایش جریان، این مقدار افزایش می‌یابد و در 100mA به حداکثر 2.40 ولت و در 1A تحت کارکرد پالسی به 5.25 ولت می‌رسد.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در VR=5V.
• زاویه دید (2θ1/2):30 درجه (متداول) در IF=20mA که گستره زاویه‌ای را تعریف می‌کند که در آن شدت تابش حداقل نصف مقدار اوج خود است.

2.3 مشخصات حرارتی

عملکرد قطعه وابسته به دما است. حداکثر اتلاف توان در هوای آزاد در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، 150 میلی‌وات درجه‌بندی شده است. طراحان باید هنگام کار در دمای محیط بالاتر، کاهش این مقدار (دری‌ریتینگ) را در نظر بگیرند تا اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت و جلوگیری از فرار حرارتی حاصل شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

این محصول در گریدهای عملکردی مختلف یا "بین" بر اساس شدت تابش اندازه‌گیری شده در IF=20mA موجود است. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعه‌ای را انتخاب کنند که دقیقاً با نیازهای حساسیت کاربردشان مطابقت دارد.

ساختار دسته‌بندی برای شدت تابش به شرح زیر است:

• بین M:7.8 - 12.5 mW/sr
• بین N:11.0 - 17.6 mW/sr
• بین P:15.0 - 24.0 mW/sr
• بین Q:21.0 - 34.0 mW/sr
• بین R:30.0 - 48.0 mW/sr

دیتاشیت همچنین نشان می‌دهد که این قطعه با رتبه‌هایی برای طول موج غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) موجود است، اگرچه کدهای بین خاص برای این پارامترها در بخش ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری از رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی کاهش (دری‌ریتینگ) حداکثر جریان مستقیم مجاز را با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهد. برای حفظ قابلیت اطمینان، جریان کارکرد باید در دماهای بالاتر کاهش یابد.

4.2 توزیع طیفی

نمودار خروجی توان تابشی نسبی را در سراسر طیف طول موج، حول اوج 850 نانومتر نشان می‌دهد. پهنای باند 45 نانومتر نشان‌دهنده محدوده طول موج‌های ساطع شده است.

4.3 طول موج اوج تابش در مقابل دمای محیط

این رابطه نشان می‌دهد که طول موج اوج (λp) چگونه با تغییرات دمای اتصال جابجا می‌شود. معمولاً طول موج با افزایش دما کمی افزایش می‌یابد که عاملی حیاتی در کاربردهایی است که نیاز به تطابق طیفی دقیق با یک آشکارساز دارند.

4.4 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی IV)

این منحنی اساسی رابطه نمایی بین ولتاژ اعمال شده در دو سر دیود و جریان حاصل را به تصویر می‌کشد. این منحنی برای طراحی مدار محدودکننده جریان (مانند انتخاب مقاومت سری) ضروری است.

4.5 شدت تابش در مقابل جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که شدت تابش به صورت فوق‌خطی با جریان مستقیم افزایش می‌یابد. با این حال، کار در جریان‌های بسیار بالا (به ویژه DC) منجر به افزایش تولید گرما و احتمال کاهش بازده می‌شود که کارکرد پالسی را برای نیازهای شدت بالا ترجیح‌پذیر می‌سازد.

4.6 شدت تابش نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی به صورت بصری زاویه دید (2θ1/2 = 30 درجه) را نشان می‌دهد. این نمودار نشان می‌دهد که شدت چگونه با دور شدن زاویه مشاهده از محور مرکزی (0 درجه) کاهش می‌یابد که برای طراحی سیستم‌های اپتیکی و هم‌ترازی فرستنده‌ها با آشکارسازها حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

این قطعه مطابق با بسته‌بندی استاندارد T-1 3/4 (5 میلی‌متری) با پایه‌های شعاعی است. ابعاد کلیدی شامل قطر کلی تقریبی 5.0 میلی‌متر و فاصله استاندارد پایه‌ها 2.54 میلی‌متر (0.1 اینچ) است که با بردهای سوراخدار استاندارد سازگار است. نقشه ابعادی تلرانس‌های ±0.25 میلی‌متر را مشخص می‌کند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. شکل دقیق گنبد لنز و طول پایه در نقشه دقیق بسته‌بندی تعریف شده است.

5.2 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً توسط یک نقطه صاف روی لبه لنز پلاستیکی یا توسط پایه کوتاه‌تر شناسایی می‌شود. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ مدار رعایت شود تا از آسیب بایاس معکوس جلوگیری شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای جلوگیری از آسیب مکانیکی و حرارتی حیاتی است.

6.1 فرم‌دهی پایه‌ها

• خمش باید حداقل در فاصله 3 میلی‌متری از پایه حباب اپوکسی انجام شود.
• پایه‌ها را قبل از لحیم‌کاری فرم دهید.
• از اعمال تنش به بسته‌بندی در حین خمش خودداری کنید.
• پایه‌ها را در دمای اتاق قطع کنید.
• اطمینان حاصل کنید که سوراخ‌های PCB کاملاً با پایه‌های LED تراز هستند تا از تنش نصب جلوگیری شود.

6.2 شرایط نگهداری

• در دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شود.
• حداکثر عمر نگهداری در بسته‌بندی اصلی 3 ماه است.
• برای نگهداری طولانی‌تر (تا 1 سال)، از یک ظرف درب‌سته با اتمسفر نیتروژن و ماده رطوبت‌گیر استفاده کنید.
• از تغییرات سریع دما در محیط‌های مرطوب برای جلوگیری از تعریق اجتناب کنید.

6.3 پارامترهای لحیم‌کاری

لحیم‌کاری دستی:دمای نوک هویه ≤300 درجه سانتی‌گراد (برای هویه حداکثر 30 وات)، زمان لحیم‌کاری ≤3 ثانیه برای هر پایه. حداقل فاصله 3 میلی‌متری از نقطه لحیم تا حباب اپوکسی حفظ شود.

لحیم‌کاری موجی/غوطه‌وری:دمای پیش‌گرم ≤100 درجه سانتی‌گراد به مدت ≤60 ثانیه. دمای حمام لحیم ≤260 درجه سانتی‌گراد به مدت ≤5 ثانیه. قانون فاصله 3 میلی‌متری حفظ شود.

قوانین کلی:در دمای بالا به پایه‌ها تنش وارد نکنید. از لحیم‌کاری مجدد یک قطعه خودداری کنید. قطعه را در حین خنک شدن تا دمای اتاق در برابر ضربه/لرزش محافظت کنید. از فرآیندهای خنک‌سازی سریع استفاده نکنید. پروفیل لحیم‌کاری توصیه شده برای لحیم‌کاری موجی را دنبال کنید.

6.4 تمیزکاری

دیتاشیت ذکر می‌کند که تمیزکاری فقط در صورت لزوم باید انجام شود، اگرچه توصیه‌های خاص برای مواد تمیزکننده یا پارامترهای تمیزکاری اولتراسونیک در بخش ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده است. روش استاندارد استفاده از تمیزکننده‌های ملایم و غیرمهاجم سازگار با رزین اپوکسی است.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

قطعه در کیسه‌های ضد استاتیک برای محافظت در برابر ESD بسته‌بندی می‌شود. جریان بسته‌بندی استاندارد به شرح زیر است:

1. 500 قطعه در هر کیسه ضد استاتیک.

2. 5 کیسه (2500 قطعه) در هر کارتن داخلی.

3. 10 کارتن داخلی (25000 قطعه) در هر کارتن اصلی خارجی.

7.2 مشخصات فرم برچسب

برچسب‌های محصول شامل اطلاعات کلیدی برای ردیابی و شناسایی هستند:

- CPN (شماره قطعه مشتری)

- P/N (شماره قطعه سازنده: HIR333C/H0)

- QTY (تعداد بسته‌بندی)

- CAT (رتبه شدت تابشی/نورانی، به عنوان مثال M، N، P، Q، R)

- HUE (رتبه طول موج غالب)

- REF (رتبه ولتاژ مستقیم)

- LOT No. (شماره دسته برای ردیابی)

- کد تاریخ

8. ملاحظات طراحی کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

متداول‌ترین مدار راه‌انداز، یک مقاومت سری ساده برای محدود کردن جریان مستقیم است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vcc - Vf) / If، که در آن Vcc ولتاژ تغذیه، Vf ولتاژ مستقیم LED (برای قابلیت اطمینان از مقدار حداکثر استفاده کنید) و If جریان مستقیم مورد نظر است. برای کارکرد پالسی (مانند کنترل‌های از راه دور)، معمولاً از یک سوئیچ ترانزیستوری برای ارائه جریان‌های اوج بالا (تا 1A) استفاده می‌شود در حالی که چرخه کاری پایین حفظ می‌شود تا توان متوسط در محدوده مجاز باقی بماند.

8.2 نکات طراحی اپتیکی

زاویه دید 30 درجه تعادل خوبی بین تمرکز پرتو و پوشش ارائه می‌دهد. برای کاربردهای برد طولانی‌تر یا پرتو باریک‌تر، ممکن است اپتیک ثانویه (لنزها) مورد نیاز باشد. لنز شفاف آبی برای انتقال 850 نانومتر بهینه است. اطمینان حاصل کنید که گیرنده (فتوترانزیستور، فوتودیود یا IC) در ناحیه 850 نانومتر از نظر طیفی حساس است تا حداکثر بازده سیستم حاصل شود.

8.3 مدیریت حرارتی

اگرچه بسته‌بندی می‌تواند 150mW را در دمای 25 درجه سانتی‌گراد دفع کند، اما برای کارکرد پیوسته در جریان‌های بالا یا دمای محیط بالا، هیت‌سینک مؤثر از طریق پایه‌ها یا چیدمان دقیق برد ضروری است. استفاده از حالت راه‌انداز پالسی به طور قابل توجهی اتلاف توان متوسط و تنش حرارتی را کاهش می‌دهد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مرئی استاندارد یا سایر LEDهای مادون قرمز، تمایزات کلیدی این قطعه ترکیبی ازشدت تابش بالا(تا 48 mW/sr در بین R)،ولتاژ مستقیم پایین(معمولاً 1.45 ولت)، ومطابقت زیست‌محیطی جامع(RoHS، REACH، بدون هالوژن) است. استفاده از ماده چیپ GaAlAs برای تابش کارآمد 850 نانومتر استاندارد است. بسته‌بندی 5 میلی‌متری یک فرم‌فکتور قوی با پایه‌های عبوری ارائه می‌دهد که برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی و مصرفی مناسب است که در آن‌ها قطعات نصب سطحی ممکن است ایده‌آل نباشند.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال: آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته در 100mA راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: حداکثر مقدار مطلق برای جریان مستقیم پیوسته 100mA است. با این حال، کارکرد پیوسته در این جریان حداکثر، گرمای قابل توجهی تولید می‌کند (Pd ≈ Vf * If). برای کارکرد قابل اطمینان بلندمدت، توصیه می‌شود جریان کاهش یابد (دری‌ریت شود)، به ویژه اگر دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد باشد، یا از هیت‌سینک استفاده شود.

سوال: تفاوت بین بین‌ها (M، N، P، Q، R) چیست؟

پاسخ: بین‌ها حداقل و حداکثر شدت تابش LED را هنگامی که با 20mA راه‌اندازی می‌شود دسته‌بندی می‌کنند. بین M کمترین خروجی (7.8-12.5 mW/sr) و بین R بالاترین خروجی (30.0-48.0 mW/sr) را دارد. بر اساس قدرت سیگنال مورد نیاز و حساسیت مدار گیرنده خود، یک بین انتخاب کنید.

سوال: چرا ولتاژ مستقیم در 1A بیشتر از 20mA است؟

پاسخ: این به دلیل مقاومت سری داخلی دی نیمه‌هادی و سیم‌های اتصال است. با افزایش جریان، افت ولتاژ در این مقاومت (V = I*R) افزایش می‌یابد که منجر به ولتاژ مستقیم کل بالاتر می‌شود.

سوال: چگونه به شدت تابش 800 mW/sr دست یابم؟

پاسخ: این شدت تحت شرایط پالسی مشخص شده است: یک جریان مستقیم 1A، با عرض پالس 100 میکروثانیه یا کمتر، و چرخه کاری 1% یا کمتر. این امر گرمایش را به حداقل می‌رساند در حالی که امکان خروجی نوری لحظه‌ای بسیار بالا را فراهم می‌کند.

11. مطالعات موردی طراحی و کاربرد

مطالعه موردی 1: کنترل از راه دور مادون قرمز برد بلند

یک طراح به یک کنترل از راه دور با برد بیش از 30 متر نیاز دارد. آن‌ها HIR333C/H0 را در بین R برای حداکثر خروجی انتخاب می‌کنند. مدار از یک میکروکنترلر برای تولید پالس‌های داده مدوله شده استفاده می‌کند. LED با پالس‌های 1A (عرض 100μs، چرخه کاری 1%) از طریق یک سوئیچ ترانزیستور NPN راه‌اندازی می‌شود. شدت اوج بالا اطمینان می‌دهد که سیگنال قوی به گیرنده دور دست می‌رسد، در حالی که چرخه کاری پایین مصرف باتری و گرمایش قطعه را حداقل نگه می‌دارد.

مطالعه موردی 2: سنسور مجاورت در محیط صنعتی

یک ماشین اتوماتیک به یک سنسور مجاورت قوی نیاز دارد. یک LED مادون قرمز و یک فتوترانزیستور در مقابل یکدیگر در دو طرف مسیر نوار نقاله قرار می‌گیرند. LED با جریان ثابت 50mA (برای قابلیت اطمینان از حداکثر 100mA دری‌ریت شده) راه‌اندازی می‌شود. طول موج 850 نانومتر در مقایسه با LEDهای قرمز مرئی کمتر مستعد تداخل از نور مرئی محیط است. پرتو 30 درجه پوشش کافی بدون گسترش بیش از حد ارائه می‌دهد. سنسور زمانی که یک جسم پرتو را قطع می‌کند، تشخیص می‌دهد.

12. 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 با حفره‌های ناحیه p درون ناحیه فعال چیپ ترکیب می‌شوند. این فرآیند ترکیب مجدد، انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کند. ماده خاص مورد استفاده در ناحیه فعال چیپ (در این مورد، گالیم آلومینیوم آرسناید - GaAlAs) طول موج فوتون‌های ساطع شده را تعیین می‌کند. برای GaAlAs، این امر منجر به نور مادون قرمز با طول موج اوج حدود 850 نانومتر می‌شود که برای چشم انسان نامرئی است اما به راحتی توسط آشکارسازهای نوری مبتنی بر سیلیکون قابل تشخیص است.

13. روندهای فناوری

روند در LEDهای مادون قرمز به سمت بازدهی بالاتر (خروجی تابشی بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) ادامه دارد که امکان مصرف توان کمتر یا خروجی بالاتر از همان بسته‌بندی را فراهم می‌کند. همچنین تلاشی برای قابلیت‌های مدولاسیون با سرعت بالاتر برای کاربردهای ارتباط داده مانند IrDA و شبکه‌های بی‌سیم نوری وجود دارد. بسته‌بندی در حال تکامل است تا شامل قطعات نصب سطحی (SMD) با عملکرد حرارتی بهبود یافته برای کاربردهای توان بالا شود، اگرچه بسته‌بندی‌های با پایه‌های عبوری مانند 5 میلی‌متری به دلیل استحکام مکانیکی و سهولت نمونه‌سازی اولیه محبوب باقی می‌مانند. ادغام با مدارهای راه‌انداز و آشکارسازهای نوری در ماژول‌های تک‌قطعه، روند متداول دیگری برای طراحی ساده‌تر سیستم است.