دیتاشیت فنی LTE-3226 - بسته‌بندی 5.0 میلی‌متری - طول موج 850 نانومتر - ولتاژ پیشرو 1.6 ولت - اتلاف توان 120 میلی‌وات - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTE-3226 یک فرستنده مادون قرمز (IR) با عملکرد بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند زمان پاسخ سریع و خروجی نوری قابل توجه هستند. مزایای اصلی آن شامل عملکرد پرسرعت، خروجی توان تابشی بالا، مناسب بودن برای طرح‌های راه‌اندازی پالسی و بسته‌بندی شفاف و شیشه‌ای است که ترازبندی نوری دقیق را تسهیل می‌کند. این قطعه عموماً برای بازارهای شامل سیستم‌های کنترل از راه دور، کلیدزنی‌های نوری، سنسورهای صنعتی و پیوندهای ارتباط داده کوتاه‌برد هدف‌گیری می‌شود که در آن‌ها سیگنال‌دهی مادون قرمز قابل اطمینان ضروری است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن‌ها برای مدت‌زمان طولانی توصیه نمی‌شود.

• اتلاف توان (P_D):120 میلی‌وات. این حداکثر توان کلی است که قطعه تحت هر شرایط کاری در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس می‌تواند به صورت گرما تلف کند.
• جریان پیشروی پیک (I_FP):1 آمپر. این جریان بالا تنها تحت شرایط پالسی خاص مجاز است: عرض پالس 10 میکروثانیه و نرخ تکرار پالس حداکثر 300 پالس در ثانیه (pps). این مقدار برای کاربردهایی مانند سیگنال‌دهی با روشنایی بالا و مدت‌زمان کوتاه بسیار حیاتی است.
• جریان پیشروی پیوسته (I_F):60 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان DC است که می‌توان به طور پیوسته به قطعه اعمال کرد.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در جهت معکوس می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• محدوده دمای کاری و ذخیره‌سازی:40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. این محدوده وسیع، قابلیت اطمینان در شرایط محیطی سخت را تضمین می‌کند.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:260 درجه سلسیوس به مدت 6 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه بسته. این مشخصه، تحمل پروفایل حرارتی برای فرآیندهای مونتاژ را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در T_A=25 درجه سلسیوس اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول قطعه تحت شرایط آزمایش مشخص شده را تعریف می‌کنند.

• شدت تابشی (I_e):یک پارامتر کلیدی خروجی نوری. مقادیر معمول 26 میلی‌وات بر استرادیان در I_F=20mA و 65 میلی‌وات بر استرادیان در I_F=50mA است. افزایش قابل توجه با جریان، قابلیت قطعه برای خروجی پرقدرت را برجسته می‌کند.
• طول موج تابش پیک (λ_P):850 نانومتر (معمول). این قطعه را در طیف مادون قرمز نزدیک قرار می‌دهد که برای آشکارسازهای نوری سیلیکونی ایده‌آل است و نسبت به طول‌موج‌های کوتاه‌تر، کمتر برای چشم انسان قابل مشاهده است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):40 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده پهنای باند طیفی نور ساطع شده است.
• ولتاژ پیشرو (V_F):1.6 ولت (معمول)، با حداکثر 2.0 ولت در I_F=50mA. این ولتاژ پایین برای طراحی مدار کم‌مصرف مفید است.
• جریان معکوس (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V.
• زاویه دید (2θ_1/2):25 درجه (معمول). این زاویه کامل است که در آن شدت تابشی به نصف مقدار پیک خود کاهش می‌یابد و گسترش زاویه‌ای پرتو را تعریف می‌کند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمایش گرافیکی از رفتار قطعه ارائه می‌دهد که برای بهینه‌سازی طراحی حیاتی هستند.

3.1 توزیع طیفی (شکل 1)

این منحنی شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد که حول پیک 850 نانومتر با نیم‌عرض مشخصه 40 نانومتر متمرکز است. تأیید می‌کند که قطعه در باند مادون قرمز مورد نظر تابش می‌کند.

3.2 جریان پیشرو در مقابل ولتاژ پیشرو (شکل 3)

این منحنی جریان-ولتاژ رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد. مقدار معمول V_F برابر 1.6V در 50mA قابل مشاهده است. طراحان از این برای محاسبه مقادیر مقاومت سری و اتلاف توان در LED استفاده می‌کنند.

3.3 شدت تابشی نسبی در مقابل جریان پیشرو (شکل 5)

این نمودار افزایش فوق‌خطی خروجی نوری با جریان راه‌اندازی را نشان می‌دهد که استفاده از عملکرد پالسی با جریان بالا (تا رتبه پیک 1A) را برای دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بسیار بالا توجیه می‌کند.

3.4 شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط (شکل 4)

این منحنی ضریب دمایی منفی خروجی نوری را نشان می‌دهد. با افزایش دمای محیط، شدت تابشی کاهش می‌یابد. این باید در طراحی‌هایی که در کل محدوده دمایی کار می‌کنند لحاظ شود تا قدرت سیگنال یکنواخت تضمین گردد.

3.5 نمودار تابش (شکل 6)

این نمودار قطبی، زاویه دید 25 درجه‌ای را به صورت بصری نمایش می‌دهد و توزیع فضایی نور مادون قرمز ساطع شده را نشان می‌دهد. این برای طراحی لنزها، بازتابنده‌ها و تراز کردن فرستنده با آشکارساز ضروری است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

LTE-3226 در یک بسته رادیال استاندارد 5.0 میلی‌متری با پایه‌های سیمی و لنز شفاف عرضه می‌شود. نکات ابعادی کلیدی شامل: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس کلی ±0.25mm؛ حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج 1.5mm است؛ و فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه بسته خارج می‌شوند.

4.2 شناسایی قطبیت

قطعه دارای یک طرف صاف بر روی بدنه بسته است که معمولاً نشان‌دهنده پایه کاتد (منفی) است. پایه بلندتر معمولاً آند (مثبت) است. همیشه قبل از اتصال، قطبیت را تأیید کنید تا از آسیب بایاس معکوس جلوگیری شود.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

پایبندی به مشخصات لحیم‌کاری برای قابلیت اطمینان حیاتی است. مقدار حداکثر مطلق مشخص می‌کند که پایه‌ها می‌توانند در دمای 260 درجه سلسیوس به مدت 6 ثانیه قرار گیرند، زمانی که در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه بسته اندازه‌گیری می‌شود. این بدان معناست که در طول لحیم‌کاری موجی یا دستی، زمان قرارگیری در معرض گرما باید به حداقل برسد. برای لحیم‌کاری رفلو، پروفایلی با دمای پیک زیر 260 درجه سلسیوس توصیه می‌شود تا در این محدوده باقی بماند. قرارگیری طولانی‌مدت در معرض دمای بالا می‌تواند اپوکسی داخلی و مواد نیمه‌هادی را تخریب کند.

6. پیشنهادات کاربردی

6.1 سناریوهای کاربردی معمول

• کنترل‌های از راه دور مادون قرمز:سرعت و قدرت بالا آن را برای ارسال پالس‌های داده کدگذاری شده مناسب می‌سازد.
• کلیدزنی‌ها و سنسورهای نوری:در تشخیص شیء، شمارش و حس‌گری موقعیت هنگامی که با یک آشکارساز نوری جفت می‌شود، استفاده می‌شود.
• پیوندهای داده صنعتی:برای ارتباط سریال کوتاه‌برد و مقاوم در برابر نویز در محیط‌های دارای نویز الکتریکی.
• سیستم‌های امنیتی:به عنوان منبع نور نامرئی برای دوربین‌های حساس به مادون قرمز.

6.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای محدود کردن جریان پیشرو به سطح مورد نظر (مثلاً 20mA، 50mA یا پالسی 1A) استفاده کنید، هرگز مستقیماً به منبع ولتاژ وصل نکنید.
• مدیریت حرارت:در حالی که بسته می‌تواند 120mW را تلف کند، عملکرد در جریان‌های پیوسته بالا یا در دمای محیط بالا ممکن است نیازمند در نظر گرفتن محیط حرارتی برای حفظ عملکرد و طول عمر باشد.
• طراحی نوری:زاویه دید 25 درجه‌ای و بسته شفاف، امکان کوپلینگ آسان با لنزها یا لوله‌های نوری برای شکل‌دهی پرتو برای کاربردهای خاص را فراهم می‌کند.
• محافظت مدار:در صورتی که مدار LED را در معرض معکوس شدن ولتاژ بالقوه بیش از 5V قرار می‌دهد، اضافه کردن یک دیود محافظ بایاس معکوس به صورت موازی را در نظر بگیرید.

7. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مادون قرمز کم‌مصرف استاندارد، تمایزدهنده‌های کلیدی LTE-3226قابلیت پرسرعتوخروجی پرقدرتآن، به ویژه تحت شرایط پالسی است. رتبه جریان پیک 1A به طور قابل توجهی بالاتر از LEDهای نشانگر مادون قرمز معمولی است. بسته شفاف، در مقابل بسته‌های پخش‌کننده یا رنگی، پرتو متمرکزتر و کارآمدتری ارائه می‌دهد که برای کاربردهای متمرکز مزیت دارد. طول موج 850 نانومتری آن یک استاندارد رایج است که تضمین‌کننده سازگاری گسترده با آشکارسازها و گیرنده‌های سیلیکونی است.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً با پایه میکروکنترلر 5V راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. یک پایه میکروکنترلر معمولی نمی‌تواند 50-60mA را به طور پیوسته تأمین کند و LED نیازمند محدود کردن جریان است. شما باید از یک کلید ترانزیستوری (مثلاً BJT یا MOSFET) استفاده کنید که توسط پایه MCU راه‌اندازی می‌شود، همراه با یک مقاومت سری برای تنظیم جریان LED بر اساس ولتاژ تغذیه و V_F.

س: تفاوت بین شدت تابشی (mW/sr) و تابندگی روزنه‌ای (mW/cm²) چیست؟

ج: شدت تابشی توان نوری بر واحد زاویه فضایی (استرادیان) را اندازه‌گیری می‌کند و نشان می‌دهد که پرتو چقدر متمرکز است. تابندگی روزنه‌ای چگالی توان رسیده به یک سطح مشخص (cm²) در یک فاصله معین را اندازه‌گیری می‌کند. مورد دوم برای محاسبه سطح سیگنال روی یک آشکارساز با مساحت مشخص، مستقیم‌تر مفید است.

س: زاویه دید 25 درجه چگونه بر طراحی من تأثیر می‌گذارد؟

ج: این زاویه، گسترش پرتو را تعریف می‌کند. برای کاربردهای برد بلند یا پرتو باریک، ممکن است به یک لنز موازی‌ساز نیاز داشته باشید. برای پوشش وسیع‌تر، زاویه ذاتی ممکن است کافی باشد، یا ممکن است از یک پخش‌کننده نور استفاده شود.

9. مورد عملی طراحی

سناریو: طراحی یک فانوس دریایی مادون قرمز برد بلند.

هدف: بیشینه‌سازی برد تشخیص برای یک فانوس دریایی پالسی.

رویکرد طراحی:

1. مدار راه‌انداز:از یک کلید MOSFET کنترل شده توسط یک تایمر IC استفاده کنید تا LED را در حداکثر رتبه خود پالس دهد: پالس‌های 1A با عرض 10µs و چرخه کاری کم (مثلاً <0.3% در 300pps). این توان نوری پیکی را ارائه می‌دهد که به مراتب از عملکرد DC فراتر می‌رود.

2. تنظیم جریان:مقاومت سری را محاسبه کنید: R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_FP. برای منبع تغذیه 5V و V_F~1.8V در جریان بالا، R = (5 - 1.8) / 1 = 3.2Ω. از یک مقاومت 3.3Ω با وات بالا استفاده کنید.

3. اپتیک:LED را با یک لنز موازی‌ساز کوچک جفت کنید تا زاویه پرتو مؤثر را از 25 درجه به حدود 5-10 درجه کاهش دهید و توان ساطع شده را در یک پرتو باریک‌تر متمرکز کنید تا شدت در فاصله افزایش یابد.

4. بررسی حرارتی:توان متوسط را محاسبه کنید: P_{میانگین}= V_F* I_FP* چرخه کاری. با چرخه کاری 0.3%، P_{میانگین}≈ 1.8V * 1A * 0.003 = 5.4mW، که به خوبی در محدوده اتلاف 120mW قرار دارد و از گرمای بیش از حد اطمینان می‌دهد.

10. معرفی اصل عملکرد

LTE-3226 یک دیود نورافشان (LED) است. عملکرد آن بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوندگاه p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی بیشتر از پتانسیل داخلی پیوندگاه (تقریباً 1.6V برای این ماده) 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. مواد نیمه‌هادی خاص مورد استفاده (معمولاً آلومینیوم گالیم آرسناید - AlGaAs) طول موج فوتون‌های ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد در محدوده مادون قرمز 850 نانومتر است. بسته اپوکسی شفاف به عنوان یک لنز عمل می‌کند و پرتو خروجی را شکل می‌دهد.

11. روندهای فناوری

در زمینه فرستنده‌های مادون قرمز، روندهای کلی شامل موارد زیر است:

افزایش بازدهی:توسعه مواد و ساختارها برای تولید توان نوری بیشتر (لومن یا شار تابشی) به ازای هر واحد توان الکتریکی ورودی (وات)، کاهش تولید گرما و مصرف انرژی.

سرعت بالاتر:بهینه‌سازی برای نرخ‌های مدولاسیون سریع‌تر برای پشتیبانی از سرعت‌های انتقال داده بالاتر در کاربردهای ارتباط نوری.

کوچک‌سازی:حرکت به سمت بسته‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار و فاکتورهای شکل کوچک‌تر، اگرچه بسته‌های رادیال با پایه سیمی مانند 5mm برای نمونه‌سازی اولیه و برخی کاربردهای پرقدرت/قدیمی همچنان محبوب هستند.

تنوع طول موج:در حالی که 850nm و 940nm استاندارد هستند، طول‌موج‌های دیگر برای کاربردهای حس‌گری خاص (مانند حس‌گری گاز، پایش زیست‌پزشکی) در حال توسعه هستند. LTE-3226، به عنوان یک دستگاه 850nm، به دلیل سازگاری با آشکارسازهای سیلیکونی، یک جزء اصلی باقی می‌ماند.