دیتاشیت LED مادون قرمز 5 میلی‌متری HIR7393C - قطر 5.0 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 1.45 ولت - طول موج 850 نانومتر - اتلاف توان 150 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این قطعه یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IRED) با شدت بالا است که در یک بسته‌بندی استاندارد T-1 3/4 (قطر 5.0 میلی‌متر) با لنز پلاستیکی شفاف آبی قرار دارد. این قطعه برای تابش نور در طول موج اوج 850 نانومتر طراحی شده است که آن را از نظر طیفی با فوتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز سیلیکونی متداول هماهنگ می‌کند و عملکرد قابل اطمینانی در سیستم‌های سنجش و ارتباطی فراهم می‌آورد.

1.1 ویژگی‌های کلیدی و مزایای اصلی

• شدت تابش بالا:شدت تابش معمولی 15 میلی‌وات بر استرادیان را در جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر ارائه می‌دهد که امکان انتقال سیگنال قوی را فراهم می‌کند.
• ولتاژ مستقیم پایین:دارای ولتاژ مستقیم معمولی (V_F) معادل 1.45 ولت در 20 میلی‌آمپر است که به کاهش مصرف توان در مدارها کمک می‌کند.
• قابلیت اطمینان بالا:با مواد و فرآیندهای مستحکم مناسب برای کاربردهای صنعتی ساخته شده است.
• فاقد سرب و مطابق با RoHS:مطابق با مقررات زیست‌محیطی تولید شده است.
• فاصله استاندارد پایه‌ها:فاصله پایه‌ها 2.54 میلی‌متر (0.1 اینچ) برای سازگاری با بردهای بردبورد و PCB استاندارد.

1.2 بازار هدف و کاربردها

این LED مادون قرمز عمدتاً برای طراحان و مهندسان فعال در سیستم‌های الکترونیکی که به منابع نور نامرئی نیاز دارند، هدف‌گیری شده است. کاربرد اصلی آن درسیستم‌های کاربردی مادون قرمز است که به طور گسترده شامل موارد زیر می‌شود:

• تشخیص اشیاء و سنجش مجاورت
• انتقال داده مادون قرمز (مانند کنترل از راه دور، ارتباط کوتاه برد)
• انکودرهای نوری و سنجش موقعیت
• سیستم‌های مانع و سنسورهای امنیتی
• اتوماسیون صنعتی و نورپردازی بینایی ماشین

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی 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 سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس
• دمای انبارش (T_stg):40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس
• اتلاف توان (P_d):150 میلی‌وات (در دمای هوای آزاد 25°C یا پایین‌تر)
• دمای لحیم‌کاری (T_sol):260 درجه سلسیوس به مدت ≤5 ثانیه

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (دمای محیط=25°C)

اینها پارامترهای عملکرد معمولی تحت شرایط آزمایش مشخص شده هستند.

• شدت تابش (I_e):حداقل 7.8، معمولی 15 میلی‌وات بر استرادیان @ I_F=20 میلی‌آمپر. می‌تواند در شرایط پالسی به حدود 50 میلی‌وات بر استرادیان @ I_F=100 میلی‌آمپر برسد.
• طول موج اوج (λ_p):850 نانومتر (معمولی) @ I_F=20 میلی‌آمپر. این مقدار نزدیک به حساسیت اوج آشکارسازهای سیلیکونی است.
• پهنای باند طیفی (Δλ):45 نانومتر (معمولی) @ I_F=20 میلی‌آمپر. عرض طیفی در نصف حداکثر شدت را تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولی 1.45 ولت، حداکثر 1.65 ولت @ I_F=20 میلی‌آمپر. معمولی 1.80 ولت، حداکثر 2.40 ولت @ I_F=100 میلی‌آمپر (پالسی).
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر @ V_R=5 ولت.
• زاویه دید (2θ_1/2):45 درجه (معمولی) @ I_F=20 میلی‌آمپر. این زاویه کامل در نصف شدت است.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

مقدار اتلاف توان 150 میلی‌وات در دمای محیط 25°C یا پایین‌تر مشخص شده است. با افزایش دمای محیط، حداکثر اتلاف توان مجاز کاهش می‌یابد. طراحان باید به منحنی کاهش رتبه (که در دیتاشیت اشاره شده است) مراجعه کنند تا اطمینان حاصل شود دمای اتصال از محدوده‌های ایمن فراتر نمی‌رود، که برای قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است. محدوده دمای کاری 40- تا 85+ درجه سلسیوس آن را برای محیط‌های سخت مناسب می‌سازد.

3. توضیح سیستم باینینگ (درجه‌بندی)

HIR7393C در درجات عملکردی مختلف یا "بین" بر اساس شدت تابش اندازه‌گیری شده در I_F= 20 میلی‌آمپر موجود است. این امکان انتخاب قطعه‌ای را فراهم می‌کند که نیازهای روشنایی خاص را برآورده کند.

باینینگ شدت تابش (واحد: میلی‌وات بر استرادیان):

• بین M:حداقل 7.8، حداکثر 12.5
• بین N:حداقل 11.0، حداکثر 17.6
• بین P:حداقل 15.0، حداکثر 24.0
• بین Q:حداقل 21.0، حداکثر 34.0

انتخاب یک بین بالاتر (مانند Q) حداقل شدت تابش بالاتری را تضمین می‌کند، که می‌تواند برای بیشینه کردن نسبت سیگنال به نویز در کاربردهای سنجشی یا افزایش برد انتقال IR مهم باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

منحنی کاهش رتبه رابطه بین حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز و دمای محیط را نشان می‌دهد. با افزایش دما، جریان حداکثر باید کاهش یابد تا از گرم شدن بیش از حد جلوگیری شود و دمای اتصال در محدوده ایمن باقی بماند. این منحنی برای طراحی مدارهای قابل اطمینان، به ویژه در محیط‌های با دمای بالا، ضروری است.

4.2 توزیع طیفی

منحنی توزیع طیفی، شدت تابش نسبی را در مقابل طول موج ترسیم می‌کند. این منحنی تابش اوج در 850 نانومتر و پهنای باند طیفی تقریبی 45 نانومتر را تأیید می‌کند. منحنی نسبتاً متقارن و حول 850 نانومتر متمرکز است که برای هماهنگی با آشکارسازهای مبتنی بر سیلیکون که حساسیت اوج آن‌ها حدود 800-900 نانومتر است، ایده‌آل می‌باشد.

4.3 شدت تابش در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که شدت تابش با جریان مستقیم افزایش می‌یابد، اما رابطه کاملاً خطی نیست، به ویژه در جریان‌های بالاتر به دلیل گرمایش و افت بازدهی. عملکرد در حالت پالسی (همانطور که برای آزمایش 100 میلی‌آمپر مشخص شده است) اجازه می‌دهد شدت پیک بالاتری بدون تجمع حرارتی مرتبط با عملکرد پیوسته حاصل شود.

4.4 شدت تابش نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

این نمودار قطبی، الگوی تابش فضایی LED را نشان می‌دهد. زاویه دید 45 درجه (عرض کامل در نصف بیشینه) نشان‌دهنده یک پرتو نسبتاً پهن است. شدت در 0 درجه (روی محور) بیشترین است و به سمت لبه‌ها به آرامی کاهش می‌یابد. این الگو برای طراحی سیستم‌های نوری به منظور اطمینان از پوشش یا فوکوس کافی مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

این قطعه از یک بسته‌بندی گرد استاندارد T-1 3/4 (قطر 5.0 میلی‌متر) استفاده می‌کند. ابعاد کلیدی شامل موارد زیر است:

• قطر کلی: 5.0 میلی‌متر.
• فاصله پایه‌ها: 2.54 میلی‌متر (استاندارد).
• قطر پایه: معمولاً 0.45 میلی‌متر.
• ارتفاع بسته: تقریباً 8.6 میلی‌متر از صفحه نشیمن تا بالای گنبد.
• تلرانس‌ها: ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه در نقشه ابعاد دقیق طور دیگری مشخص شده باشد.

برای طراحی جایگذاری و ردپای بحرانی روی PCB باید به نقشه مکانیکی دقیق مراجعه شود.

5.2 شناسایی قطبیت

LED دارای یک نقطه صاف یا شکاف در لبه لنز پلاستیکی است که معمولاً نشان‌دهنده سمت کاتد (منفی) است. پایه کاتد معمولاً پایه کوتاه‌تر نیز هست، اگرچه ممکن است در حین مونتاژ کوتاه شود. همیشه قبل از لحیم‌کاری قطبیت را تأیید کنید تا از آسیب بایاس معکوس جلوگیری شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 شکل‌دهی پایه‌ها

• خم کردن پایه‌ها را در نقطه‌ای حداقل 3 میلی‌متر دورتر از پایه حباب اپوکسی انجام دهید.
• شکل‌دهی پایه‌ها راقبل از soldering.
• اجتناب از اعمال تنش به بسته LED در حین خم کردن.
• برش پایه‌ها در دمای اتاق.
• اطمینان حاصل کنید که سوراخ‌های PCB کاملاً با پایه‌های LED تراز هستند تا از تنش نصب جلوگیری شود.

6.2 انبارش

• شرایط انبارش توصیه شده: ≤30°C و ≤70% رطوبت نسبی (RH).
• عمر مفید تحت این شرایط: 3 ماه از تاریخ حمل.
• برای انبارش طولانی‌تر (تا 1 سال): از یک ظرف دربسته با اتمسفر نیتروژن و جاذب رطوبت استفاده کنید.
• از تغییرات سریع دما در محیط‌های مرطوب برای جلوگیری از تراکم اجتناب کنید.

6.3 فرآیند لحیم‌کاری

قاعده کلی:حداقل فاصله 3 میلی‌متر از نقطه لحیم تا حباب اپوکسی حفظ شود.

لحیم‌کاری دستی:

• دمای نوک هویه: حداکثر 300°C (برای هویه حداکثر 30 وات).
• زمان لحیم‌کاری برای هر پایه: حداکثر 3 ثانیه.

لحیم‌کاری غوطه‌وری/موجی:

• دمای پیش‌گرم: حداکثر 100°C (حداکثر 60 ثانیه).
• دمای حمام لحیم: حداکثر 260°C.
• زمان ماند در لحیم: حداکثر 5 ثانیه.

نکات بحرانی:

• از اعمال تنش روی پایه‌ها در فازهای با دمای بالا اجتناب کنید.
• لحیم‌کاری غوطه‌وری/دستی را بیش از یک بار انجام ندهید.
• LED را از ضربه/لرزش مکانیکی محافظت کنید تا پس از لحیم‌کاری به دمای اتاق خنک شود.
• از فرآیندهای خنک‌سازی سریع اجتناب کنید.
• از کمترین دمای ممکن که یک اتصال لحیم قابل اطمینان ایجاد می‌کند، استفاده کنید.

6.4 تمیزکاری

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

6.5 مدیریت حرارت

مدیریت حرارت باید در مرحله طراحی مدار در نظر گرفته شود. جریان باید بر اساس دمای محیط به طور مناسب کاهش رتبه داده شود، همانطور که در منحنی کاهش رتبه نشان داده شده است. مساحت کافی مس روی PCB (تخلیه حرارتی) در اطراف پایه‌های LED می‌تواند به دفع گرما کمک کند. برای عملکرد پالسی با جریان بالا یا چرخه کاری بالا، ممکن است به اقدامات خنک‌کننده اضافی نیاز باشد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

• بسته اولیه:500 قطعه در هر کیسه ضد استاتیک.
• کارتن داخلی:5 کیسه (2500 قطعه) در هر کارتن داخلی.
• کارتن اصلی/خارجی:10 کارتن داخلی (25,000 قطعه) در هر کارتن خارجی.

7.2 اطلاعات برچسب

برچسب محصول حاوی چندین شناسه کلیدی است:

• CPN:شماره محصول مشتری.
• P/N:شماره محصول سازنده (مانند HIR7393C).
• QTQ:تعداد بسته‌بندی در کیسه.
• CAT:رتبه شدت نور (کد بین، مانند M, N, P, Q).
• HUE:رتبه طول موج غالب.
• REF:رتبه ولتاژ مستقیم.
• شماره LOT:شماره دسته تولید برای ردیابی.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

متداول‌ترین مدار، یک اتصال سری ساده با یک مقاومت محدودکننده جریان است. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_supply- V_F) / I_F. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت، V_F=1.45 ولت، و I_Fمورد نظر =20 میلی‌آمپر: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5 اهم. یک مقاومت استاندارد 180 اهم مناسب خواهد بود. برای عملکرد پالسی برای شدت بالاتر، یک سوئیچ ترانزیستور یا MOSFET کنترل شده توسط میکروکنترلر متداول است.

8.2 ملاحظات طراحی

• درایو جریان:همیشه LEDها را با یک منبع جریان ثابت یا یک منبع ولتاژ با جریان محدود شده درایو کنید تا از فرار حرارتی جلوگیری شود.
• محافظت در برابر ولتاژ معکوس:حداکثر ولتاژ معکوس فقط 5 ولت است. در مدارهایی که امکان بایاس معکوس وجود دارد (مانند کوپلینگ AC، بارهای القایی)، یک دیود محافظ به موازات LED (کاتد به آند) قرار دهید.
• طراحی نوری:هنگام طراحی لنزها، بازتابنده‌ها یا دیافراگم‌ها برای سیستم خود، زاویه دید 45 درجه را در نظر بگیرید. لنز شفاف آبی برای استفاده با المان‌های نوری خارجی مناسب است.
• هماهنگی آشکارساز:اطمینان حاصل کنید که فوتودتکتور جفت شده (فوتوترانزیستور، فوتودیود، IC گیرنده) در ناحیه 850 نانومتر حساس است تا عملکرد بهینه حاصل شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مرئی استاندارد یا سایر LEDهای مادون قرمز، HIR7393C مزایای خاصی ارائه می‌دهد:

• در مقابل LEDهای مرئی:در طیف مادون قرمز نزدیک تابش می‌کند، برای چشم انسان نامرئی است و آن را برای سنجش و ارتباط محرمانه ایده‌آل می‌سازد.
• در مقابل LEDهای IR با طول موج 940 نانومتر:نور 850 نانومتر به راحتی توسط آشکارسازهای سیلیکونی استاندارد (که حساسیت بیشتری در حدود 800-900 نانومتر دارند) تشخیص داده می‌شود و اغلب با برخی دوربین‌های دیجیتال به عنوان درخشش قرمز کم‌رنگ قابل مشاهده است که در حین نمونه‌سازی اولیه به تراز کمک می‌کند.
• در مقابل LEDهای IR کم‌توان:بین‌های شدت تابش بالاتر آن (P, Q) خروجی قوی‌تری ارائه می‌دهند که امکان برد بیشتر یا یکپارچگی سیگنال بهتر در محیط‌های پرنویز را فراهم می‌کند.
• در مقابل بسته‌بندی‌های غیراستاندارد:بسته‌بندی T-1 3/4 همه‌جا حاضر است، که تهیه، نمونه‌سازی و جایگزینی آن را آسان می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال 1: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پایه یک میکروکنترلر درایو کنم؟

پاسخ: بستگی به قابلیت تأمین جریان پایه میکروکنترلر دارد. بسیاری از پایه‌های MCU می‌توانند 20 میلی‌آمپر تأمین کنند، اما اغلب در حد بالای خود است. به طور کلی ایمن‌تر و توصیه شده است که از یک ترانزیستور ساده (مانند NPN مانند 2N3904) به عنوان سوئیچ برای درایو LED استفاده کنید که توسط پایه MCU کنترل می‌شود.

سوال 2: چرا حداکثر جریان پالسی (1 آمپر) بسیار بیشتر از جریان پیوسته (100 میلی‌آمپر) است؟

پاسخ: تولید گرما متناسب با مربع جریان (I²R) است. یک پالس بسیار کوتاه (≤100 میکروثانیه) با چرخه کاری پایین (≤1%) زمان کافی برای تجمع گرما قابل توجه در تراشه LED را نمی‌دهد و از آسیب حرارتی جلوگیری می‌کند. عملکرد پیوسته در جریان بالا باعث گرم شدن بیش از حد می‌شود.

سوال 3: "هماهنگی طیفی" به چه معناست؟

پاسخ: به این معنی است که طول موج تابش اوج این LED (850 نانومتر) به خوبی با حساسیت طیفی اوج فوتودتکتورهای مبتنی بر سیلیکون متداول هماهنگ است. این هماهنگی، سیگنال الکتریکی تولید شده در آشکارساز را برای مقدار معینی از نور IR بیشینه می‌کند و بازده سیستم و نسبت سیگنال به نویز را بهبود می‌بخشد.

سوال 4: چگونه بین مناسب (M, N, P, Q) را انتخاب کنم؟

پاسخ: بر اساس نیازهای حساسیت سیستم خود انتخاب کنید. اگر به خروجی بالا و ثابت نیاز دارید (مثلاً برای برد بیشتر یا عبور از مواد تضعیف‌کننده)، بین P یا Q را مشخص کنید. برای کاربردهای حساس به هزینه که حداقل روشنایی چندان بحرانی نیست، بین M یا N ممکن است کافی باشد. برای مقادیر دقیق حداقل/حداکثر به جدول باینینگ مراجعه کنید.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

11.1 سنسور مجاورت ساده اشیاء

یک کاربرد کلاسیک، سنسور اشیاء بازتابی است. HIR7393C در مجاورت یک فوتوترانزیستور قرار می‌گیرد. LED ناحیه مقابل سنسور را روشن می‌کند. هنگامی که یک شیء نزدیک می‌شود، نور IR را به فوتوترانزیستور بازتاب می‌دهد و باعث افزایش جریان کلکتور آن می‌شود. این تغییر می‌تواند توسط یک مقایسه‌گر یا ADC میکروکنترلر برای راه‌اندازی یک عمل تشخیص داده شود. پرتو 45 درجه‌ای LED تعادل خوبی بین اندازه نقطه و شدت برای چنین سنجشی فراهم می‌کند.

11.2 پیوند داده مادون قرمز

برای انتقال داده سریال ساده (مانند کنترل تلویزیون)، LED می‌تواند با جریان بالا (مانند پالس‌های 100 میلی‌آمپر) مطابق با یک سیگنال دیجیتال مدوله شده (مانند حامل 38 کیلوهرتز) پالس‌دهی شود. شدت تابش بالا در حالت پالسی امکان برد معقول را فراهم می‌کند. یک ماژول گیرنده IR هماهنگ (با دمودولاتور داخلی) تنظیم شده بر روی همان فرکانس در سمت گیرنده استفاده می‌شود.

12. اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IRED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که بایاس 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 آزاد می‌کنند. در یک IRED ساخته شده از گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs)، این انرژی عمدتاً به صورت فوتون در طیف مادون قرمز (حدود 850 نانومتر در این مورد) آزاد می‌شود. بسته اپوکسی شفاف آبی به عنوان یک لنز عمل می‌کند و نور تابش شده را به الگوی پرتو مشخصه شکل می‌دهد. بازده این فرآیند الکترولومینسانس، شدت تابش را برای یک جریان درایو معین تعیین می‌کند.

13. روندهای فناوری

در حالی که فناوری بسته‌بندی T-1 3/4 و طول موج 850 نانومتر پایه بالغ هستند، روندها در LEDهای مادون قرمز شامل موارد زیر است:

• بازدهی بالاتر:بهبودهای مستمر در علم مواد با هدف تولید توان نوری بیشتر (شدت تابش) به ازای هر واحد توان الکتریکی ورودی، کاهش تولید گرما و مصرف انرژی.
• طیف‌های باریک‌تر:برخی کاربردها، مانند سنجش گاز یا ارتباط پرسرعت، از LEDهایی با طول موج‌های تابش بسیار خاص و باریک بهره می‌برند.
• دستگاه‌های مجتمع:روندها شامل ترکیب LED مادون قرمز و فوتودتکتور در یک بسته واحد (سبک کوپلر نوری) یا همراه با مدار درایو برای یکپارچه‌سازی ساده‌تر سیستم است.
• کوچک‌سازی:در حالی که اندازه 5 میلی‌متر همچنان محبوب است، بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار و طراحی‌های فشرده به طور فزاینده‌ای رایج هستند.
• ایمنی چشم:تمرکز افزایش‌یافته بر اطمینان از اینکه تابش‌های مادون قرمز، به ویژه از دستگاه‌های پرقدرت، با استانداردهای بین‌المللی ایمنی چشم (IEC 62471) مطابقت دارند.

HIR7393C نماینده یک قطعه قابل اطمینان و به خوبی درک شده است که همچنان به عنوان یک بلوک سازنده اساسی در طیف گسترده‌ای از سیستم‌های سنجش و کنترل الکترونیکی خدمت می‌کند.