دیتاشیت LED مادون قرمز LTE-3271T - طول موج 940 نانومتر - جریان بالا و ولتاژ مستقیم پایین - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTE-3271T یک دیود نورافشان (LED) مادون قرمز (IR) پرتوان است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند خروجی نوری قوی هستند. مزایای اصلی آن در ساختار تخصصی آن برای تحمل جریان‌های راه‌اندازی بالا در حالی که افت ولتاژ مستقیم نسبتاً پایینی را حفظ می‌کند، نهفته است که به راندمان بالاتر در طراحی‌های حساس به توان کمک می‌کند. این فرستنده در طول موج اوج 940 نانومتر کار می‌کند که آن را در طیف مادون قرمز نزدیک قرار می‌دهد. این طیف برای کاربردهایی مانند سنسورهای مجاورتی، سوئیچ‌های نوری و سیستم‌های کنترل از راه دور که در آن‌ها انتشار نور مرئی نامطلوب است، ایده‌آل می‌باشد. این قطعه با زاویه دید گسترده مشخص می‌شود که الگوی تابش وسیع و یکنواختی را تضمین می‌کند و برای روشنایی یا حسگری ناحیه‌ای مناسب است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این قطعه برای حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F) 100 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است. با این حال، قادر به تحمل جریان‌های پیک به مراتب بالاتر در حالت پالسی است، با درجه‌بندی 2 آمپر برای پالس‌هایی به مدت 10 میکروثانیه با نرخ 300 پالس در ثانیه. این موضوع نشان‌دهنده مناسب بودن آن برای کاربردهای پالسی مانند انتقال داده یا حسگری حالت انفجاری است. حداکثر اتلاف توان 150 میلی‌وات است. محدوده دمای کار و ذخیره‌سازی به ترتیب از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس و از 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس مشخص شده است که نشان‌دهنده عملکرد قوی در طیف گسترده‌ای از شرایط محیطی است. این قطعه می‌تواند ولتاژ معکوس (V_R) حداکثر 5 ولت را تحمل کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

پارامترهای کلیدی عملکرد در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس اندازه‌گیری می‌شوند. این قطعه دارای یک سیستم دسته‌بندی (بینینگ) برای خروجی تابشی خود است:

• بین B:تابش روزنه‌ای (E_e) 0.64 - 1.20 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع؛ شدت تابشی (I_E) 4.81 - 9.02 میلی‌وات بر استرادیان (درI_F=20 میلی‌آمپر).
• بین C: E_e0.80 - 1.68 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع؛I_E6.02 - 12.63 میلی‌وات بر استرادیان.
• بین D: E_e1.12 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع (حداقل)؛I_E8.42 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل).

ولتاژ مستقیم (V_F) به طور معمول در 50 میلی‌آمپر 1.6 ولت و در 250 میلی‌آمپر 2.1 ولت است که مشخصه عملکرد کم‌ولتاژ آن را تأیید می‌کند. طول موج اوج انتشار در مرکز 940 نانومتر با پهنای نیم‌ارتفاع طیفی (Δλ) معمول 50 نانومتر قرار دارد. زاویه دید (2θ_1/2) 50 درجه است که مخروطی را تعریف می‌کند که در آن شدت تابشی حداقل نصف حداکثر مقدار خود است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

این محصول از یک سیستم دسته‌بندی عملکردی بر اساس خروجی تابشی استفاده می‌کند. این سیستم قطعات را بر اساس توان نوری اندازه‌گیری شده آن‌ها (شدت تابشی و تابش روزنه‌ای) در جریان آزمایش استاندارد 20 میلی‌آمپر گروه‌بندی می‌کند. بین‌های B، C و D سطوح مختلفی از خروجی نوری را نشان می‌دهند که بین D بالاترین حداقل خروجی تضمین شده را ارائه می‌دهد. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که دقیقاً با الزامات حساسیت آشکارسازهای جفت شده یا نیازهای روشنایی کاربردشان مطابقت داشته باشد و عملکرد یکنواخت سیستم را تضمین کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار مشخصه ارائه می‌دهد. شکل 1توزیع طیفیرا نشان می‌دهد که باند باریک انتشار حول 940 نانومتر را نشان می‌دهد. شکل 2 منحنیجریان مستقیم در مقابل دمای محیطرا به تصویر می‌کشد که نشان می‌دهد حداکثر جریان پیوسته مجازی چگونه با افزایش دمای محیط برای جلوگیری از گرمای بیش از حد کاهش می‌یابد. شکل 3 نمودار استانداردجریان-ولتاژ (I-V)است که رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. شکل 4 نشان می‌دهد که چگونهشدت تابشی نسبیبا افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. شکل 5 نشان می‌دهد که چگونهشدت تابشی نسبیبا جریان مستقیم افزایش می‌یابد که مقیاس‌پذیری خروجی قطعه را نشان می‌دهد. شکل 6نمودار تابشاست که یک نمودار قطبی است و زاویه دید 50 درجه را به صورت بصری نشان می‌دهد. شکل 7 جزئیاتجریان مستقیم پیک در مقابل مدت پالسرا ارائه می‌دهد و با نشان دادن حداکثر جریان مجازی برای یک عرض پالس و چرخه کاری مشخص، داده‌های حیاتی برای طراحی مدارهای راه‌انداز پالسی ایمن فراهم می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این قطعه در یک پکیج استاندارد LED با فلنج عرضه می‌شود. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس عمومی ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج 1.5 میلی‌متر است. فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای که پایه‌ها از بدنه پکیج خارج می‌شوند اندازه‌گیری می‌شود. نقشه ابعادی خاص از دیتاشیت طول، عرض، ارتفاع، قطر پایه و موقعیت‌یابی دقیق را تعریف می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مقادیر حداکثر مطلق مشخص می‌کنند که پایه‌ها می‌توانند در دمای 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه لحیم شوند، که این اندازه‌گیری در فاصله 1.6 میلی‌متر (0.063 اینچ) از بدنه پکیج انجام می‌شود. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ری‌فلو است. تجاوز از این دما یا زمان می‌تواند به دی نیمه‌هادی داخلی یا یکپارچگی پکیج آسیب برساند. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در حین جابجایی و مونتاژ رعایت شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

LTE-3271T برای انواع کاربردهای مادون قرمز مناسب است، از جمله:واحدهای کنترل از راه دور مادون قرمزبرای لوازم الکترونیکی مصرفی،سنسورهای مجاورتی و حضوردر لوازم خانگی یا سیستم‌های امنیتی،سوئیچ‌ها و انکودرهای نوریدر تجهیزات صنعتی،تشخیص شیءدر اتوماسیون، وروشنایی دید در شبهنگامی که با یک دوربین حساس به IR جفت شود.

7.2 ملاحظات طراحی

• راه‌اندازی جریان:یک منبع جریان ثابت برای خروجی نوری پایدار توصیه می‌شود، زیرا شدت LED عمدتاً وابسته به جریان است. مدار درایور باید هم محدودیت‌های جریان پیوسته و هم پالسی را رعایت کند.
• مدیریت حرارتی:اگرچه این قطعه محدوده کاری وسیعی دارد، حفظ دمای پیوند پایین‌تر طول عمر بیشتر و خروجی پایدار را تضمین خواهد کرد. برای کاربردهای با چرخه کاری بالا یا جریان بالا، استفاده از هیت‌سینک را در نظر بگیرید.
• طراحی نوری:زاویه دید 50 درجه باید در طراحی لنز یا محفظه لحاظ شود. برای کاربردهای برد بلندتر، ممکن است یک لنز ثانویه برای موازی کردن پرتو مورد نیاز باشد.
• جفت‌سازی با آشکارساز:اطمینان حاصل کنید که فوتودی‌تکتور یا سنسور انتخابی در ناحیه 940 نانومتر حساس است تا عملکرد بهینه سیستم حاصل شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مادون قرمز کم‌جریان استاندارد، تمایزدهنده‌های کلیدی LTE-3271Tقابلیت جریان بالا(تا 2 آمپر پالسی) وولتاژ مستقیم پایینآن است. این ترکیب به آن اجازه می‌دهد تا توان نوری بالاتری از یک ولتاژ تغذیه مشخص ارائه دهد و راندمان را بهبود بخشد. دسته‌بندی صریح برای شدت تابشی، سطوح عملکرد تضمین شده‌ای ارائه می‌دهد که نسبت به قطعات بدون دسته‌بندی که خروجی آن‌ها می‌تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد، مزیت محسوب می‌شود. زاویه دید گسترده برای کاربردهایی که نیاز به پوشش وسیع دارند به جای یک پرتو باریک، مفید است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. یک پایه میکروکنترلر به طور معمول نمی‌تواند 100 میلی‌آمپر را به طور پیوسته تأمین کند. شما باید از یک ترانزیستور یا مدار درایور اختصاصی استفاده کنید. علاوه بر این، باید یک مقاومت محدودکننده جریان را نیز لحاظ کنید، زیرا ولتاژ مستقیم پایین LED در صورت اتصال مستقیم به 5 ولت باعث جریان بیش از حد می‌شود.

س: تفاوت بین شدت تابشی (میلی‌وات بر استرادیان) و تابش روزنه‌ای (میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع) چیست؟

ج: شدت تابشی توان نوری بر واحد زاویه فضایی (استرادیان) را اندازه‌گیری می‌کند و نشان می‌دهد نور چقدر متمرکز است. تابش روزنه‌ای توان بر واحد سطح در یک فاصله/موقعیت خاص را اندازه‌گیری می‌کند که اغلب برای سنسورها مرتبط است. هر دو از طریق هندسه و الگوی تابش به هم مرتبط هستند.

س: چگونه بین بین B، C یا D انتخاب کنم؟

ج: بر اساس حساسیت مدار گیرنده خود و فاصله کاری مورد نیاز انتخاب کنید. بین D بالاترین خروجی تضمین شده را برای حداکثر برد یا قدرت سیگنال ارائه می‌دهد. برای کاربردهای کم‌تقاضاتر، بین B یا C ممکن است کافی و مقرون به صرفه باشد.

10. مورد عملی طراحی

مورد: طراحی یک سنسور مجاورتی برد بلند.

برای یک سنسور که نیاز به برد 2 متری دارد، طراح LTE-3271T را در بین D برای حداکثر خروجی انتخاب می‌کند. آن‌ها یک مدار درایور پالسی طراحی می‌کنند که در حداکثر درجه‌بندی 2 آمپر برای پالس‌های بسیار کوتاه (مثلاً 10 میکروثانیه) با چرخه کاری پایین (مثلاً 1٪) کار می‌کند، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است. این امر توان نوری آنی بالایی را برای نسبت سیگنال به نویز بهتر در آشکارساز ارائه می‌دهد بدون اینکه از حد اتلاف توان متوسط تجاوز کند. یک لنز بر روی فرستنده قرار داده می‌شود تا پرتو را از 50 درجه ذاتی به شاید 10-15 درجه باریک کند و انرژی را بر روی ناحیه هدف در فاصله 2 متری متمرکز کند. فوتودی‌تکتور جفت شده یک فیلتر باند باریک در مرکز 940 نانومتر خواهد داشت تا نور محیط را حذف کند.

11. معرفی اصل عملکرد

یک دیود نورافشان 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 فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج خاص 940 نانومتر توسط انرژی گاف باند مواد نیمه‌هادی مورد استفاده در ساخت دیود (معمولاً آلومینیوم گالیم آرسناید، AlGaAs) تعیین می‌شود. زاویه دید گسترده نتیجه طراحی پکیج و قرارگیری تراشه نیمه‌هادی نسبت به لنز اپوکسی است.

12. روندهای فناوری

روند فناوری در فرستنده‌های مادون قرمز به سمت راندمان بالاتر (توان خروجی نوری بیشتر بر وات ورودی الکتریکی) ادامه دارد که تولید گرما و مصرف توان را کاهش می‌دهد. همچنین توسعه به سمت قابلیت‌های مدولاسیون با سرعت بالاتر برای کاربردهای ارتباط داده مانند IrDA یا شبکه‌های بی‌سیم نوری در جریان است. یکپارچه‌سازی روند دیگری است، که در آن فرستنده‌ها با درایورها، سنسورها یا منطق در ماژول‌ها یا ICهای تکی ترکیب می‌شوند تا طراحی سیستم ساده‌تر شود. اصل عملکرد اساسی بر اساس فیزیک نیمه‌هادی باقی می‌ماند، اما پیشرفت‌ها در مواد (مانند ترکیبات III-V جدید) و تکنیک‌های پکیج‌سازی، بهبودهای عملکردی را هدایت می‌کنند.