دیتاشیت کامل LED مادون قرمز IR323/H0-A با بسته‌بندی 5 میلی‌متری - 1.2 ولت ولتاژ مستقیم - طول موج 940 نانومتر - اتلاف توان 150 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

IR323/H0-A یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز با شدت بالا است که در یک بسته پلاستیکی آبی 5.0 میلی‌متری قرار دارد. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیاز به تابش قابل اعتماد مادون قرمز در طیف 940 نانومتر دارند. دستگاه از نظر طیفی با فوتوترانزیستورهای سیلیکونی رایج، فوتودیودها و ماژول‌های گیرنده مادون قرمز هماهنگ است و آن را به یک جزء همه‌کاره برای سیستم‌های مختلف الکترونیک نوری تبدیل می‌کند.

مزایای کلیدی شامل قابلیت اطمینان بالا، شدت تابش عالی و ولتاژ مستقیم پایین است که به عملکرد بهینه انرژی کمک می‌کند. محصول با مقررات اصلی زیست‌محیطی از جمله RoHS، EU REACH و استانداردهای بدون هالوژن مطابقت دارد که مناسب بودن آن را برای تولید الکترونیک مدرن تضمین می‌کند.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

دستگاه برای کار در محدوده‌های دقیق طراحی شده است تا طول عمر و قابلیت اطمینان را تضمین کند. جریان مستقیم پیوسته (IF) در 100 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است. برای کار پالسی، جریان مستقیم اوج (IFP) 1.0 آمپر تحت شرایط خاص (عرض پالس ≤100μs، چرخه کاری ≤1%) مجاز است. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت است. محدوده دمای کار (Topr) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد گسترده است، در حالی که ذخیره‌سازی می‌تواند بین 40- درجه سانتی‌گراد و 100+ درجه سانتی‌گراد انجام شود. حداکثر اتلاف توان (Pd) در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر، 150 میلی‌وات است. دمای لحیم‌کاری نباید بیش از 260 درجه سانتی‌گراد برای مدت 5 ثانیه یا کمتر باشد.

2.2 مشخصات الکترو-نوری

همه مشخصات در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده‌اند. شدت تابش (Ie) یک معیار عملکرد اولیه است. در جریان مستقیم (IF) 20mA، شدت تابش معمولی 3.5 mW/sr، با حداقل 2.0 mW/sr است. تحت شرایط پالسی (IF=100mA، عرض پالس ≤100μs، چرخه کاری ≤1%)، شدت معمولی به 15 mW/sr می‌رسد. در جریان اوج 1A تحت همان شرایط پالسی، شدت معمولی 150 mW/sr است.

طول موج تابش اوج (λp) معمولاً 940nm، با پهنای باند طیفی (Δλ) 45nm است. ولتاژ مستقیم (VF) پایین است، معمولاً 1.2V در 20mA، با حداکثر 1.5V. در 100mA (پالسی)، VF معمولاً 1.3V (حداکثر 1.6V) است. در 1A (پالسی)، VF به طور معمول به 2.6V (حداکثر 4.0V) افزایش می‌یابد. جریان معکوس (IR) حداکثر 10 μA در VR=5V است. زاویه دید (2θ1/2) معمولاً 60 درجه است که مخروط تابش را تعریف می‌کند.

3. توضیح سیستم درجه‌بندی

محصول در درجات عملکرد مختلف یا «بین» بر اساس شدت تابش اندازه‌گیری شده در IF=20mA موجود است. این به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعه‌ای را انتخاب کنند که دقیقاً با نیازهای حساسیت مدارشان مطابقت دارد.

• بین H:محدوده شدت تابش از 2.0 mW/sr (حداقل) تا 3.2 mW/sr (حداکثر).
• بین J:محدوده شدت تابش از 2.8 mW/sr (حداقل) تا 4.5 mW/sr (حداکثر).
• بین K:محدوده شدت تابش از 4.0 mW/sr (حداقل) تا 6.4 mW/sr (حداکثر).

عدم قطعیت‌های اندازه‌گیری ذکر شده است: ±0.1V برای ولتاژ مستقیم، ±10% برای شدت نور، و ±1.0nm برای طول موج غالب.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

منحنی کاهش رتبه نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. این نمودار برای مدیریت حرارتی و اطمینان از عملکرد LED در محدوده عملیاتی ایمن (SOA) تحت همه شرایط محیطی حیاتی است.

4.2 توزیع طیفی

نمودار خروجی طیفی، تابش باند باریک حول 940nm را تأیید می‌کند. این طول موج برای سازگاری با آشکارسازهای مبتنی بر سیلیکون که حساسیت اوج در ناحیه مادون قرمز نزدیک دارند، ایده‌آل است و در مقایسه با طول‌موج‌های کوتاه‌تر مادون قرمز، برای چشم انسان کمتر قابل مشاهده است.

3.3 طول موج تابش اوج در مقابل دمای محیط

این منحنی تغییر جزئی در طول موج اوج را با تغییرات دمای اتصال نشان می‌دهد. درک این تغییر برای کاربردهایی که نیاز به تطابق طیفی دقیق در یک محدوده دمایی وسیع دارند، مهم است.

4.4 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

منحنی مشخصه IV غیرخطی است، که برای دیودها معمول است. این منحنی رابطه بین ولتاژ مستقیم اعمال شده و جریان حاصل را نشان می‌دهد. این منحنی برای طراحی مدار درایو، چه با استفاده از منبع جریان ثابت و چه منابع ولتاژ محدود شده با مقاومت، ضروری است.

4.5 شدت تابش در مقابل جریان مستقیم

این نمودار رابطه فوق‌خطی بین جریان درایو و خروجی نوری را نشان می‌دهد. شدت تابش به طور قابل توجهی با جریان افزایش می‌یابد، به ویژه در ناحیه جریان بالای پالسی، که قابلیت دستگاه را برای کاربردهای پالسی با روشنایی بالا برجسته می‌کند.

4.6 شدت تابش نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای

نمودار قطبی زاویه دید را به صورت بصری نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه شدت تابش‌شده با افزایش زاویه از محور مرکزی (0°) کاهش می‌یابد. زاویه دید معمولی 60 درجه (جایی که شدت به نصف کاهش می‌یابد) توسط این منحنی تأیید می‌شود، که برای طراحی هم‌ترازی و پوشش نوری حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 نقشه ابعاد بسته

نقشه مکانیکی ابعاد فیزیکی LED را مشخص می‌کند. اندازه‌گیری‌های کلیدی شامل قطر کلی 5.0mm، فاصله پایه‌ها 2.54mm (استاندارد برای قطعات نصب‌شده از طریق سوراخ) و فاصله از پایه تا نقاط مختلف روی لنز است. نقشه شامل نمای بالا و کنار با تلرانس‌های بحرانی ذکر شده (معمولاً ±0.25mm مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد) است. پایه آند (مثبت) معمولاً به عنوان پایه بلندتر شناسایی می‌شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 شکل‌دهی پایه‌ها

پایه‌ها باید در نقطه‌ای حداقل 3mm از پایه حباب اپوکسی خم شوند. شکل‌دهی باید قبل از لحیم‌کاری و در دمای اتاق انجام شود تا از اعمال تنش به بسته یا آسیب به اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود. سوراخ‌های PCB باید دقیقاً با پایه‌های LED هم‌تراز باشند تا از تنش نصب جلوگیری شود.

6.2 ذخیره‌سازی

LEDها باید در دمای 30 درجه سانتی‌گراد یا کمتر و رطوبت نسبی 70% یا کمتر ذخیره شوند. عمر مفید ذخیره‌سازی توصیه شده پس از حمل و نقل 3 ماه است. برای ذخیره‌سازی طولانی‌تر (تا یک سال)، از یک ظرف دربسته با اتمسفر نیتروژن و ماده خشک‌کن استفاده کنید. پس از باز کردن بسته حساس به رطوبت، قطعات باید در عرض 24 ساعت استفاده شوند.

6.3 فرآیند لحیم‌کاری

لحیم‌کاری باید با فاصله اتصال لحیم حداقل 3mm از حباب اپوکسی انجام شود. شرایط توصیه شده عبارتند از:

• لحیم‌کاری دستی:دمای نوک هویه حداکثر 300 درجه سانتی‌گراد (حداکثر 30 وات)، زمان لحیم‌کاری حداکثر 3 ثانیه.
• لحیم‌کاری موجی/غوطه‌وری:دمای پیش‌گرم حداکثر 100 درجه سانتی‌گراد (حداکثر 60 ثانیه)، دمای حمام لحیم حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 5 ثانیه.

یک نمودار پروفایل لحیم‌کاری توصیه شده ارائه شده است که افزایش تدریجی دما، زمان مشخص شده بالاتر از نقطه مایع و خنک‌سازی کنترل شده را نشان می‌دهد. از چرخه حرارتی سریع خودداری کنید. لحیم‌کاری غوطه‌وری یا دستی نباید بیش از یک بار انجام شود. LED را در هنگام داغ بودن از ضربه مکانیکی محافظت کنید.

6.4 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری، از الکل ایزوپروپیل در دمای اتاق برای حداکثر یک دقیقه استفاده کنید و سپس با هوا خشک کنید. تمیزکاری اولتراسونیک به دلیل خطر آسیب به ساختار داخلی توصیه نمی‌شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات برچسب

برچسب روی بسته‌بندی حاوی اطلاعات کلیدی است: شماره محصول 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 (LOT No) و کد ماه (X).

7.2 مشخصات بسته‌بندی

LEDها در کیسه‌های ضد استاتیک بسته‌بندی می‌شوند. جریان استاندارد بسته‌بندی به این صورت است: 200-500 قطعه در هر کیسه، 5 کیسه در هر کارتن داخلی و 10 کارتن داخلی در هر کارتن اصلی (خارجی).

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• سیستم‌های انتقال هوای آزاد:برای پیوندهای داده بی‌سیم برد کوتاه، کنترل‌های از راه دور یا سنسورهای مجاورتی.
• سوئیچ‌های الکترونیک نوری و تشخیص شیء:در ترکیب با یک آشکارساز نوری برای حس کردن حضور، موقعیت یا حرکت یک شیء استفاده می‌شود.
• درایوهای دیسک فلاپی:در گذشته برای حس کردن حضور دیسک یا موقعیت ترک استفاده می‌شد.
• آشکارسازهای دود:در آشکارسازهای نوع تیرگی به کار می‌رود که ذرات دود یک پرتو مادون قرمز را پراکنده یا مسدود می‌کنند.
• سیستم‌های مادون قرمز عمومی:هر کاربرد دیگری که نیاز به یک منبع قابل اعتماد نور مادون قرمز 940 نانومتر دارد.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو:از یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان سری برای تنظیم جریان مستقیم مورد نظر (IF) استفاده کنید. هنگام محاسبه نیازهای منبع تغذیه، افت ولتاژ مستقیم (VF) را در نظر بگیرید.
• مدیریت حرارتی:به منحنی کاهش رتبه پایبند باشید. برای کار پیوسته در جریان‌های بالا یا دمای محیط بالا، از هیت‌سینک یا خنک‌کننده اجباری هوا برای نگه داشتن دمای اتصال در محدوده مجاز استفاده کنید.
• طراحی نوری:زاویه دید 60 درجه گسترش پرتو را تعریف می‌کند. در صورت نیاز به الگوی پرتو متفاوت، از لنزها یا دیافراگم‌ها استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که هم‌ترازی مناسب با سنسور گیرنده وجود دارد.
• محافظت الکتریکی:محافظت در برابر اسپایک‌های ولتاژ معکوس و تخلیه الکترواستاتیک (ESD) را در نظر بگیرید، زیرا حداکثر ولتاژ معکوس تنها 5V است.

9. مقایسه و تمایز فنی

IR323/H0-A از طریق ترکیب بسته‌بندی استاندارد 5mm نصب از طریق سوراخ، طول موج دقیقاً تعریف شده 940nm و شدت تابش بالا، خود را متمایز می‌کند. در مقایسه با LEDهای مادون قرمز عمومی، این محصول درجه‌بندی‌های عملکرد تضمین شده، مطابقت جامع زیست‌محیطی (RoHS, REACH, بدون هالوژن) و مشخصات دیتاشیت دقیق و قابل اعتماد پشتیبانی شده توسط منحنی‌های عملکرد معمولی را ارائه می‌دهد. ولتاژ مستقیم پایین یک مزیت برای کاربردهای مبتنی بر باتری است و مصرف انرژی در مدار درایو را کاهش می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین بین H، J و K چیست؟

ج: بین‌ها سطوح مختلف حداقل و حداکثر شدت تابش تضمین شده در 20mA را نشان می‌دهند. بین K بالاترین خروجی را ارائه می‌دهد، پس از آن J و سپس H قرار دارند. بر اساس حساسیت مورد نیاز مدار گیرنده خود انتخاب کنید.

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً با منبع تغذیه 5V راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. ولتاژ مستقیم در 20mA تنها حدود 1.2-1.5V است. اتصال مستقیم آن به 5V باعث جریان بیش از حد و تخریب LED می‌شود. شما باید از یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان استفاده کنید. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5V و IF هدف = 20mA، R = (5V - 1.2V) / 0.02A = 190 اهم (از مقاومت استاندارد 200 اهم استفاده کنید).

س: چرا جریان اوج (1A) بسیار بالاتر از جریان پیوسته (100mA) است؟

ج: این به دلیل محدودیت‌های حرارتی است. در جریان‌های پیوسته بالا، گرما در اتصال نیمه‌هادی جمع می‌شود. در حالت پالسی (پالس‌های بسیار کوتاه با چرخه کاری کم)، اتصال فرصت گرم شدن بیش از حد را ندارد و اجازه می‌دهد جریان‌های لحظه‌ای بسیار بالاتری برای دوره‌های کوتاه جریان یابد.

س: آیا رنگ بسته‌بندی آبی مهم است؟

ج: پلاستیک آبی یک رزین اپوکسی است که برای نور مادون قرمز 940 نانومتری که ساطع می‌کند، شفاف است. رنگ برای شناسایی بصری است و تأثیر فیلترینگ حداقلی بر روی طول موج خروجی دارد.

11. مثال موردی عملی

طراحی یک سنسور تشخیص شیء ساده:IR323/H0-A را با یک فوتوترانزیستور جفت کنید. LED و فوتوترانزیستور را روبروی هم در دو طرف یک مسیر قرار دهید. هنگامی که یک شیء پرتو مادون قرمز را قطع می‌کند، سیگنال از فوتوترانزیستور کاهش می‌یابد. طول موج 940nm نامرئی است و از تداخل با نور محیطی مرئی جلوگیری می‌کند. شدت تابش بالا یک سیگنال قوی برای تشخیص قابل اعتماد در فاصله چند سانتی‌متر تا یک متر (بسته به هم‌ترازی و اپتیک) تضمین می‌کند. ولتاژ مستقیم پایین به سنسور اجازه می‌دهد تا از یک برد میکروکنترلر 3.3V با یک سوئیچ ترانزیستوری ساده و مقاومت محدودکننده جریان برای LED تغذیه شود.

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 و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه اتصال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. ماده نیمه‌هادی خاص مورد استفاده (آرسنید گالیم آلومینیوم - GaAlAs) شکاف انرژی را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج فوتون‌های ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، تقریباً 940nm، که در طیف مادون قرمز نزدیک است. بسته پلاستیکی تراشه نیمه‌هادی را محصور و محافظت می‌کند و در عین حال به عنوان یک لنز اولیه برای شکل‌دهی به پرتو نور ساطع شده عمل می‌کند.

13. روندهای فناوری

فناوری LED مادون قرمز همچنان در حال تکامل است. روندهای کلی شامل افزایش شدت تابش و بازده توان (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) است که امکان برد بیشتر یا مصرف انرژی کمتر را فراهم می‌کند. همچنین گرایش به مینیاتوری‌سازی با بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) که نسبت به انواع نصب از طریق سوراخ برای مونتاژ خودکار رایج‌تر شده‌اند، وجود دارد. علاوه بر این، یکپارچه‌سازی یک روند کلیدی است، که در آن LEDها با درایورها، مدولاتورها یا حتی سنسورها در ماژول‌های واحد برای کاربردهای خاص مانند حس کردن ژست یا اندازه‌گیری فاصله زمان پرواز (ToF) ترکیب می‌شوند. علم مواد زیربنایی بر بهبود قابلیت اطمینان، عملکرد حرارتی و پایداری طول موج متمرکز است.