دیتاشیت کامل LED مادون قرمز SIR323-5 - بسته‌بندی 5 میلی‌متری - ولتاژ مستقیم 1.3 ولت - طول موج 875 نانومتر - اتلاف توان 150 میلی‌وات

1. مرور کلی محصول

SIR323-5 یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز (IR) با شدت بالا است که در یک بسته پلاستیکی شفاف استاندارد T-1 3/4 (5 میلی‌متری) قرار گرفته است. این قطعه برای تابش نور در طول موج اوج 875 نانومتر (نانومتر) طراحی شده است که در طیف مادون قرمز نزدیک قرار می‌گیرد. این دستگاه برای کاربردهایی که به منابع نور مادون قرمز قابل اعتماد و قدرتمند نیاز دارند، مهندسی شده است و خروجی طیفی آن به طور خاص برای سازگاری با فوتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز سیلیکونی رایج تطبیق داده شده است. بسته‌بندی دارای فاصله پایه استاندارد 2.54 میلی‌متر برای ادغام آسان در طراحی‌های برد مدار چاپی (PCB) سوراخ‌دار است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این قطعه شامل شدت تابشی بالای آن است که انتقال سیگنال قوی را تضمین می‌کند و ولتاژ مستقیم پایین آن است که به عملکرد بهینه انرژی کمک می‌کند. این قطعه با استفاده از مواد بدون سرب ساخته شده و با مقررات RoHS (محدودیت مواد خطرناک)، مقررات REACH اتحادیه اروپا و استانداردهای بدون هالوژن (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm) مطابقت دارد و آن را برای بازارهای جهانی با الزامات سخت زیست‌محیطی مناسب می‌سازد. این دستگاه با قابلیت اطمینان بالا مشخص می‌شود که عاملی حیاتی برای الکترونیک مصرفی و صنعتی است. کاربردهای هدف آن عمدتاً در سیستم‌های سیگنالینگ بی‌سیم و غیرتماسی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی تعریف شده در دیتاشیت را ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر 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 زیر آن تضمین نمی‌شود.

• جریان مستقیم پیوسته (I_F): 100 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که می‌توان به طور پیوسته به LED اعمال کرد بدون خطر تخریب.
• جریان مستقیم پیک (I_FP): 1.0 آمپر. این جریان بالا فقط تحت شرایط پالسی با عرض پالس ≤ 100 میکروثانیه و چرخه کاری ≤ 1% مجاز است. این امر امکان تابش نور بسیار درخشان و کوتاه را فراهم می‌کند که برای انتقال در مسافت‌های طولانی مفید است.
• ولتاژ معکوس (V_R): 5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بیش از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• اتلاف توان (P_d): 150 میلی‌وات در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد یا پایین‌تر. این حداکثر توانی است که بسته می‌تواند به صورت گرما دفع کند. فراتر رفتن از این حد دمای پیوندگاه را افزایش می‌دهد و طول عمر و خروجی را کاهش می‌دهد.
• دمای عملکرد و ذخیره‌سازی: دستگاه می‌تواند از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد عمل کند و از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد ذخیره شود.
• دمای لحیم‌کاری: 260 درجه سانتی‌گراد برای مدت زمان حداکثر 5 ثانیه، که با پروفیل‌های استاندارد لحیم‌کاری بی‌سرب ریفلو سازگار است.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

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

• شدت تابشی (I_e): این توان نوری ساطع شده در واحد زاویه فضایی (استرادیان) است. در جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر، مقدار معمول 7.8 میلی‌وات بر استرادیان است، با حداقل 4.0 میلی‌وات بر استرادیان. تحت شرایط پالسی (I_F=100 میلی‌آمپر، پالس ≤100 میکروثانیه، چرخه کاری ≤1%)، شدت تابشی معمول به 40 میلی‌وات بر استرادیان می‌رسد که قابلیت آن برای پالس‌های پرقدرت را نشان می‌دهد.
• طول موج اوج (λ_p): 875 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن توان نوری ساطع شده حداکثر است. پهنای باند طیفی (Δλ) معمولاً 45 نانومتر است که محدوده طول موج‌های ساطع شده حول اوج را نشان می‌دهد.
• ولتاژ مستقیم (V_F): در 20 میلی‌آمپر، ولتاژ مستقیم معمول 1.3 ولت است، با حداکثر 1.65 ولت. در شرایط پالسی 100 میلی‌آمپر، به مقدار معمول 1.4 ولت (حداکثر 1.8 ولت) افزایش می‌یابد. این V_Fپایین برای طراحی مدارهای کم‌ولتاژ مفید است.
• جریان معکوس (I_R): حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس 5 ولت، که نشان‌دهنده جداسازی خوب پیوندگاه است.
• زاویه دید (2θ_1/2): 35 درجه (معمول). این زاویه کامل است که در آن شدت تابشی به نصف مقدار حداکثر خود (روی محور) کاهش می‌یابد. زاویه 35 درجه یک پرتو نسبتاً متمرکز ارائه می‌دهد که برای کاربردهای جهت‌دار مناسب است.

توجه به عدم قطعیت اندازه‌گیری: دیتاشیت تلرانس‌های اندازه‌گیری کلیدی را مشخص می‌کند: V_F(±0.1V), I_e(±10%) و λ_p(±1.0nm). این موارد باید در محاسبات طراحی دقیق در نظر گرفته شوند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه است که رفتار دستگاه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد.

3.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی (شکل 1) معمولاً کاهش جریان مستقیم مجاز حداکثر را با افزایش دمای محیط نشان می‌دهد. برای جلوگیری از فراتر رفتن از دمای پیوندگاه حداکثر و حد اتلاف توان 150 میلی‌وات، جریان مستقیم پیوسته باید هنگام عملکرد بالای 25 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد. طراحان برای کاربردهای دمای بالا باید به این نمودار مراجعه کنند.

3.2 توزیع طیفی

نمودار توزیع طیفی (شکل 2) شدت نسبی را در مقابل طول موج ترسیم می‌کند. این نمودار به صورت بصری طول موج اوج در 875 نانومتر و پهنای باند طیفی تقریباً 45 نانومتری را تأیید می‌کند. این منحنی برای اطمینان از سازگاری با حساسیت طیفی گیرنده مورد نظر (فوتوترانزیستور، فوتودیود یا IC) ضروری است.

3.3 شدت نسبی در مقابل جریان مستقیم

این نمودار (شکل 3) رابطه بین جریان راه‌اندازی و خروجی نور را نشان می‌دهد. برای LEDها، خروجی نوری به طور کلی در محدوده عملکرد عادی متناسب با جریان مستقیم است. با این حال، راندمان در جریان‌های بسیار بالا ممکن است به دلیل اثرات حرارتی و سایر غیرخطی‌ها کاهش یابد. این منحنی به طراحان کمک می‌کند تا جریان راه‌اندازی مناسب را برای دستیابی به شدت تابشی مورد نظر انتخاب کنند.

3.4 شدت تابش نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی (شکل 4) الگوی تابش LED را ترسیم می‌کند. این نمودار نشان می‌دهد که چگونه شدت با دور شدن زاویه مشاهده از محور مرکزی (0 درجه) کاهش می‌یابد. زاویه دید 35 درجه (جایی که شدت 50% اوج است) از این منحنی استخراج می‌شود. این اطلاعات برای طراحی سیستم نوری، تعیین پوشش پرتو و تلرانس‌های هم‌راستایی حیاتی است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه از یک بسته LED گرد استاندارد 5 میلی‌متری (T-1 3/4) استفاده می‌کند. نقشه مکانیکی دقیق در دیتاشیت تمام ابعاد حیاتی از جمله قطر بدنه، شکل لنز، طول پایه و فاصله پایه را ارائه می‌دهد. فاصله پایه 2.54 میلی‌متر (0.1 اینچ) تأیید شده است که استاندارد قطعات سوراخ‌دار است. تمام ابعاد تلرانس ±0.25 میلی‌متر دارند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. جنس لنز پلاستیک شفاف است که برای انتقال مادون قرمز با حداقل جذب بهینه شده است.

4.2 شناسایی قطبیت

برای LEDهای سوراخ‌دار، قطبیت معمولاً توسط دو ویژگی نشان داده می‌شود: طول پایه و ساختار داخلی. پایه بلندتر آند (مثبت) و پایه کوتاه‌تر کاتد (منفی) است. علاوه بر این، بسیاری از بسته‌ها یک نقطه صاف روی لبه پایه لنز نزدیک پایه کاتد دارند. همیشه قبل از لحیم‌کاری قطبیت را تأیید کنید تا از آسیب بایاس معکوس جلوگیری شود.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این دستگاه برای لحیم‌کاری موجی یا دستی درجه‌بندی شده است. پارامتر کلیدی حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد برای مدت زمان حداکثر 5 ثانیه است. این با استانداردهای IPC/JEDEC J-STD-020 برای پروفیل‌های ریفلو بی‌سرب هم‌راستا است. قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض دمای بالا می‌تواند به بسته پلاستیکی و اتصالات سیمی داخلی آسیب برساند. هنگام لحیم‌کاری دستی، از هویه کنترل دمایی استفاده کنید و زمان تماس را به حداقل برسانید. اطمینان حاصل کنید که دستگاه مطابق با محدوده دمای ذخیره‌سازی (40- تا 100+ درجه سانتی‌گراد) در محیط خشک نگهداری می‌شود تا از جذب رطوبت جلوگیری شود که می‌تواند باعث "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات بسته‌بندی

قطعات در کیسه‌های ضد استاتیک برای محافظت بسته‌بندی می‌شوند. مقدار بسته‌بندی استاندارد 200 تا 500 قطعه در هر کیسه است. سپس پنج کیسه در یک جعبه قرار می‌گیرند. در نهایت، ده جعبه در یک کارتن حمل و نقل بسته‌بندی می‌شوند.

6.2 مشخصات برچسب

برچسب بسته‌بندی حاوی چندین شناسه کلیدی است:

• CPN: شماره تولید مشتری (شماره قطعه خاص مشتری).
• P/N: شماره تولید (شماره قطعه سازنده، به عنوان مثال SIR323-5).
• QTY: مقدار بسته‌بندی.
• CAT: رتبه‌ها (ممکن است نشان‌دهنده دسته‌های عملکردی باشد).
• HUE: طول موج اوج (به عنوان مثال 875 نانومتر).
• REF: مرجع.
• LOT No: شماره دسته برای ردیابی.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

• واحدهای کنترل از راه دور مادون قرمز: شدت تابشی بالا، به ویژه در حالت پالسی (معمولاً 40 میلی‌وات بر استرادیان)، آن را برای کنترل‌های از راه دور برد بلند برای تلویزیون، سیستم‌های صوتی و سایر لوازم الکترونیکی مصرفی ایده‌آل می‌کند.
• سیستم‌های انتقال هوای آزاد: در پیوندهای داده بی‌سیم برد کوتاه، آلارم‌های نفوذ و سیستم‌های تشخیص اشیاء استفاده می‌شود که در آن یک پرتو IR از طریق هوا به یک گیرنده منتقل می‌شود.
• دتکتورهای دود: اغلب در دتکتورهای دود نوری (فتوالکتریک) به کار می‌روند. یک پرتو LED مادون قرمز توسط ذرات دود روی یک فوتودیود پراکنده می‌شود و آلارم را فعال می‌کند.
• سیستم‌های کاربردی عمومی مادون قرمز: شامل اتوماسیون صنعتی (شمارش اشیاء، حسگر موقعیت)، صفحه‌های لمسی و انکودرهای نوری می‌شود.

7.2 ملاحظات طراحی و حفاظت مدار

• محدود کردن جریان: LED یک دستگاه جریان‌محور است. همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان (یا یک درایور جریان ثابت) استفاده کنید تا از فراتر رفتن از حداکثر جریان مستقیم پیوسته (100 میلی‌آمپر) جلوگیری شود. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F.
• عملکرد پالسی: برای پالس‌های پرقدرت، اطمینان حاصل کنید که مدار درایور می‌تواند جریان پیک 1 آمپر را در حالی که به شدت به محدودیت‌های عرض پالس (≤100 میکروثانیه) و چرخه کاری (≤1%) پایبند است، تأمین کند. یک پایه GPIO ساده میکروکنترلر اغلب نمی‌تواند این مقدار جریان را مستقیماً تأمین کند و ممکن است به یک سوئیچ ترانزیستوری (مانند MOSFET) نیاز داشته باشد.
• حفاظت در برابر ولتاژ معکوس: اگرچه دستگاه می‌تواند تا 5 ولت در معکوس را تحمل کند، اما خوب است که از بایاس معکوس اجتناب کنید. در مدارهای کوپل شده AC یا جایی که ولتاژ معکوس ممکن است، در نظر بگیرید که یک دیود محافظ به موازات LED اضافه کنید (کاتد به آند).
• مدیریت حرارت: در حالی که بسته کوچک است، در جریان‌های بالاتر و دمای محیطی بالاتر، اتلاف توان مهم می‌شود. اطمینان از تهویه مناسب و در نظر گرفتن منحنی کاهش رتبه در صورت عملکرد بالای 25 درجه سانتی‌گراد.
• طراحی نوری: زاویه دید 35 درجه را در نظر بگیرید. برای پرتوهای متمرکز، ممکن است به لنزها یا بازتابنده‌های خارجی نیاز باشد. برای روشنایی منطقه وسیع، زاویه ذاتی ممکن است کافی باشد. اطمینان حاصل کنید که گیرنده از نظر طیفی با اوج 875 نانومتری مطابقت دارد.

8. مقایسه و تمایز فنی

SIR323-5 خود را در بازار LED مادون قرمز 5 میلی‌متری از طریق ترکیبی از پارامترهای کلیدی متمایز می‌کند. در مقایسه با LEDهای مادون قرمز 5 میلی‌متری عمومی، شدت تابشی معمول بالاتری ارائه می‌دهد (7.8 میلی‌وات بر استرادیان در 20 میلی‌آمپر در مقابل اغلب 5-6 میلی‌وات بر استرادیان)، که امکان برد بیشتر یا مصرف انرژی کمتر برای همان قدرت سیگنال را فراهم می‌کند. ولتاژ مستقیم پایین آن (معمولاً 1.3 ولت) برای دستگاه‌های باتری‌خور مزیت دارد. طول موج 875 نانومتر یک استاندارد رایج است که سازگاری گسترده با گیرنده‌های مبتنی بر سیلیکون را تضمین می‌کند. مطابقت آن با استانداردهای زیست‌محیطی مدرن (RoHS, REACH, بدون هالوژن) یک الزام اجباری برای اکثر تولیدات الکترونیکی معاصر است، که ممکن است برای جایگزین‌های قدیمی‌تر یا کم‌هزینه‌تر صدق نکند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 تفاوت بین شدت تابشی و شدت نورانی چیست؟

شدت تابشی (I_e, اندازه‌گیری شده در میلی‌وات بر استرادیان) توان نوری ساطع شده در هر زاویه فضایی است که برای تمام طول موج‌ها مرتبط است. شدت نورانی (اندازه‌گیری شده در کاندلا، cd) با حساسیت چشم انسان (منحنی فوتوپیک) وزن‌دهی می‌شود و فقط برای نور مرئی معنی دارد. از آنجایی که این یک LED مادون قرمز است، شدت تابشی متریک صحیح و مشخص شده است.توانemitted per solid angle, relevant for all wavelengths. Luminous Intensity (measured in candela, cd) is weighted by the human eye's sensitivity (photopic curve) and is only meaningful for visible light. Since this is an infrared LED, Radiant Intensity is the correct and specified metric.

9.2 آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 3.3 ولت یا 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

شمانبایدآن را مستقیماً وصل کنید. یک پایه GPIO میکروکنترلر دارای محدودیت تأمین جریان (اغلب 20-40 میلی‌آمپر) است و نمی‌تواند جریان کشی بالقوه LED یا پالس 1 آمپر را تحمل کند. مهم‌تر از آن، شما باید یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان داشته باشید. به عنوان مثال، از منبع تغذیه 5 ولت با هدف I_F=20 میلی‌آمپر و V_F=1.3 ولت: R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185 اهم (از مقاومت استاندارد 180 یا 220 اهم استفاده کنید). سپس پایه GPIO بیس/گیت ترانزیستوری را راه‌اندازی می‌کند که جریان LED را سوئیچ می‌کند.

9.3 چرا جریان مستقیم پیک (1 آمپر) بسیار بیشتر از جریان پیوسته (100 میلی‌آمپر) است؟

این به دلیل محدودیت‌های حرارتی است. پالس 1 آمپر آنقدر کوتاه (≤100 میکروثانیه) و کم‌تکرار (چرخه کاری ≤1%) است که پیوندگاه نیمه‌هادی فرصت گرم شدن قابل توجه را ندارد. درجه‌بندی 100 میلی‌آمپر پیوسته، گرمای حالت پایدار تولید شده را در نظر می‌گیرد که بسته باید آن را به محیط دفع کند تا دمای پیوندگاه در محدوده ایمن باقی بماند.

9.4 چگونه یک گیرنده متناسب برای این LED انتخاب کنم؟

به دنبال یک فوتوترانزیستور، فوتودیود یا ماژول گیرنده IR باشید که حساسیت طیفی اوج آن حدود 875 نانومتر باشد. اکثر دتکتورهای مبتنی بر سیلیکون حساسیت اوج بین 800 تا 950 نانومتر دارند که آنها را به یک جفت مناسب تبدیل می‌کند. همیشه منحنی حساسیت طیفی گیرنده را در دیتاشیت آن بررسی کنید.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک کنترل از راه دور مادون قرمز برد بلند
هدف: انتقال یک سیگنال قابل اعتماد تا 15 متر در یک اتاق نشین معمولی.
انتخاب‌های طراحی:

1. حالت راه‌اندازی: از عملکرد پالسی در I_FP= 1 آمپر برای حداکثر کردن شدت تابشی (معمولاً 40 میلی‌وات بر استرادیان) برای بیشترین برد استفاده کنید.
2. مدار: یک میکروکنترلر قطار پالس کدگذاری شده را تولید می‌کند. یک پایه GPIO یک MOSFET کانال N را کنترل می‌کند. LED و یک مقاومت حس جریان کوچک به صورت سری بین منبع تغذیه (به عنوان مثال 2 باتری AA ~3 ولت) و درین MOSFET قرار می‌گیرند. مقدار مقاومت کوچک است، فقط برای تنظیم جریان پیک: R = (V_باتری- V_{F_پالس}- V_{DS_روشن}) / 1A. یک مقاومت گیت برای MOSFET استفاده می‌شود.
3. زمان‌بندی پالس: اطمینان حاصل کنید که هر پالس بالا در کد کنترل از راه دور (به عنوان مثال پروتکل NEC) عرضی ≤100 میکروثانیه داشته باشد. چرخه کاری در طول کل پالس انتقال باید ≤1% باشد. این معمولاً برای کدهای کنترل از راه دور کوتاه به راحتی برآورده می‌شود.
4. اپتیک: پرتو ذاتی 35 درجه ممکن است کافی باشد. برای جهت‌دهی و برد بهتر، یک لنز کولیماتور پلاستیکی ساده می‌تواند در جلوی LED اضافه شود.

این رویکرد از نقاط قوت کلیدی SIR323-5 استفاده می‌کند: خروجی پالسی بالا و ولتاژ مستقیم پایین، که امکان یک کنترل از راه دور قدرتمند از یک منبع باتری کوچک را فراهم می‌کند.

11. معرفی اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوندگاه p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود (آند نسبت به کاتد مثبت)، الکترون‌ها از منطقه نوع n و حفره‌ها از منطقه نوع p به منطقه پیوندگاه تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در یک دیود سیلیکونی استاندارد، این انرژی عمدتاً به صورت گرما آزاد می‌شود. در موادی مانند گالیم آلومینیوم آرسنید (GaAlAs) که در این LED استفاده شده است، بخش قابل توجهی از این انرژی بازترکیب به صورت فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج خاص نور ساطع شده (875 نانومتر در این مورد) توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود که در فرآیند رشد کریستال مهندسی می‌شود. بسته اپوکسی شفاف به عنوان یک لنز عمل می‌کند و نور ساطع شده را به الگوی پرتو مشخصه شکل می‌دهد.

12. روندها و تحولات فناوری

فناوری LED مادون قرمز همچنان در حال تکامل است. در حالی که بسته سوراخ‌دار 5 میلی‌متری پایه برای طراحی‌های قدیمی و استفاده آماتورها محبوب باقی مانده است، روند صنعت به شدت به سمت بسته‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) (مانند 0805, 1206 یا بسته‌های مقیاس تراشه) است. SMDها اندازه کوچک‌تر، مناسب‌تر بودن برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place و اغلب عملکرد حرارتی بهبود یافته ارائه می‌دهند. همچنین توسعه مداوم در مواد برای دستیابی به راندمان بالاتر (خروجی نور بیشتر در هر وات ورودی الکتریکی)، طول موج‌های اوج مختلف برای کاربردهای حسگر خاص (مانند 940 نانومتر برای عملیات مخفی، 850 نانومتر برای دوربین‌های نظارتی با نورپردازی IR) و ادغام LED با مدار درایور یا حتی گیرنده در یک ماژول واحد وجود دارد. با این حال، اصل عملکرد اساسی و پارامترهای کلیدی توصیف شده برای SIR323-5 همچنان سنگ بنای درک و مشخص‌کردن هر LED مادون قرمز باقی می‌ماند.