دیتاشیت IR Emitter و Detector LTE-3277 - پکیج شفاف، پرسرعت و پرقدرت - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTE-3277 یک قطعه اپتوالکترونیک با عملکرد بالا است که برای کاربردهای نیازمند زمان پاسخ سریع و خروجی تابشی قابل توجه طراحی شده است. مزایای اصلی آن در ترکیب عملکرد پرسرعت و شدت تابشی بالا نهفته است که آن را برای سیستم‌های مبتنی بر پالس مناسب می‌سازد. این قطعه در یک پکیج شفاف و شیشه‌ای قرار دارد که برای کاربردهایی که نیاز به تراز نوری دقیق یا حداقل تداخل پکیج با نور ساطع‌شده/دریافت‌شده دارند، مفید است. بازار هدف شامل اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های ارتباطی (مانند انتقال داده مادون قرمز)، کاربردهای سنجش و سیستم‌های امنیتی است که در آنها سیگنال‌دهی یا تشخیص مادون قرمز قابل اعتماد حیاتی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

این محدوده‌ها مرزهایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. کارکرد مداوم قطعه در این محدوده‌ها یا نزدیک به آنها توصیه نمی‌شود.

• اتلاف توان (P_D):120 میلی‌وات. این حداکثر توان کلی است که قطعه تحت هر شرایط کاری می‌تواند به صورت گرما تلف کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):1 آمپر. این رتبه جریان بالا فقط تحت شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) قابل اعمال است. این قابلیت قطعه را برای تولید نور با شدت بالا در مدت زمان کوتاه برجسته می‌سازد.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):100 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 شود.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این محدوده وسیع، قابلیت اطمینان در شرایط محیطی سخت را تضمین می‌کند.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 6 ثانیه در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه. این پارامتر برای فرآیندهای مونتاژ PCB جهت جلوگیری از آسیب حرارتی حیاتی است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در دمای محیط (T_A) 25 درجه سانتی‌گراد مشخص شده‌اند و عملکرد معمول قطعه را تعریف می‌کنند.

• شدت تابشی (I_E):20 میلی‌وات بر استرادیان (حداقل)، 36 میلی‌وات بر استرادیان (معمول) در I_F= 20mA. این پارامتر توان نوری ساطع‌شده در هر واحد زاویه فضایی را اندازه‌گیری می‌کند که نشان‌دهنده روشنایی آن است.
• طول موج تابش پیک (λ_P):865 نانومتر (معمول). این قطعه را در طیف مادون قرمز نزدیک قرار می‌دهد که برای چشم انسان نامرئی اما توسط فوتودیودهای سیلیکونی قابل تشخیص است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):25 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع‌شده است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.45 ولت (معمول)، 1.65 ولت (حداکثر) در I_F= 20mA. این افت ولتاژ دو سر قطعه هنگام هدایت جریان است.
• تغییرات ولتاژ مستقیم (ΔV_F):0.4 ولت (حداکثر). به صورت V_F@50mA منهای V_F@20mA تعریف می‌شود و مشخصه مقاومت دینامیکی را نشان می‌دهد.
• جریان معکوس (I_R):10 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5V. این جریان نشتی هنگامی است که قطعه در بایاس معکوس قرار دارد.
• زاویه دید (2θ_1/2):25 درجه (حداقل)، 30 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت تابشی به نصف مقدار پیک خود کاهش می‌یابد و گسترش پرتو را تعریف می‌کند.
• مرکز تراشه:0 تا 0.12 میلی‌متر. این تلرانس موقعیت تراشه نیمه‌هادی در داخل پکیج را مشخص می‌کند که برای تراز نوری مهم است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار ارائه می‌دهد که روابط کلیدی را نشان می‌دهند. این نمودارها برای طراحی مدار و درک عملکرد تحت شرایط غیراستاندارد ضروری هستند.

3.1 توزیع طیفی (شکل 1)

این منحنی شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد. پیک در حدود 865 نانومتر و نیم‌عرض 25 نانومتری را تأیید می‌کند و بینشی در مورد ویژگی‌های طیفی مفید برای فیلتر کردن و انتخاب گیرنده ارائه می‌دهد.

3.2 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط (شکل 2)

این منحنی کاهش رتبه برای مدیریت حرارتی حیاتی است. نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد و اطمینان می‌دهد که قطعه در محدوده عملیاتی ایمن (SOA) و محدودیت‌های اتلاف توان باقی می‌ماند.

3.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (شکل 3)

این منحنی مشخصه استاندارد I-V است. رابطه نمایی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار درایو، چه جریان ثابت و چه پالسی، اساسی است.

3.4 شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط (شکل 4) و جریان مستقیم (شکل 5)

شکل 4 نشان می‌دهد که چگونه توان خروجی نوری با افزایش دما برای یک جریان درایو ثابت (مثلاً 20mA) کاهش می‌یابد. این ضریب دمایی برای کاربردهای نیازمند خروجی پایدار حیاتی است. شکل 5 نشان می‌دهد که چگونه توان خروجی با جریان درایو افزایش می‌یابد و رابطه غیرخطی و اثرات اشباع در جریان‌های بالاتر را برجسته می‌سازد.

3.5 نمودار تابش (شکل 6)

این نمودار قطبی به صورت بصری زاویه دید (2θ_1/2≈ 30 درجه) را نشان می‌دهد. دایره‌های هم‌مرکز سطوح شدت نسبی (مثلاً 1.0، 0.8، 0.6...) را نشان می‌دهند. این نمودار برای طراحی سیستم‌های نوری، لنزها و درک توزیع فضایی نور ساطع‌شده ضروری است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد پکیج

این قطعه از یک پکیج استاندارد Through-Hole استفاده می‌کند. نکات ابعادی کلیدی از دیتاشیت شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر است (ابعاد اینچی در پرانتز ارائه شده‌اند).
• تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر (0.010 اینچ) اعمال می‌شود مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج 1.5 میلی‌متر (0.059 اینچ) است.
• فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه پکیج خارج می‌شوند.

ماده پکیج شفاف و شیشه‌ای، جذب نور مادون قرمز ساطع‌شده را به حداقل می‌رساند و امکان بازرسی بصری تراشه داخلی را فراهم می‌کند.

4.2 شناسایی قطبیت

برای یک پکیج LED استاندارد، پایه بلندتر معمولاً نشان‌دهنده آند (مثبت) و پایه کوتاه‌تر یا یک طرف صاف روی لبه پکیج نشان‌دهنده کاتد (منفی) است. طراحان باید برای شناسایی بدون ابهام به نقشه پکیج خاص مراجعه کنند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

حداکثر رتبه مطلق برای لحیم‌کاری پایه‌ها به صراحت داده شده است: 260 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 6 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متری (0.063 اینچ) از بدنه پکیج. این پارامتر برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی حیاتی است.

• لحیم‌کاری ریفلو:اگرچه به صراحت برای SMD ذکر نشده است، محدودیت 260 درجه سانتی‌گراد نشان‌دهنده سازگاری با بسیاری از پروفایل‌های ریفلو بدون سرب است، مشروط بر اینکه دمای پیک و زمان بالاتر از نقطه ذوب به دقت کنترل شود تا پایه‌ها در رابط پکیج در محدوده مشخصات باقی بمانند.
• ملاحظات:از اعمال تنش مکانیکی بر پایه‌ها خودداری کنید. در حین لحیم‌کاری از تخلیه حرارتی مناسب استفاده کنید. از دمای مشخص شده و زمان آن تجاوز نکنید.
• شرایط نگهداری:در یک محیط خشک و ضد استاتیک در محدوده دمای مشخص شده (40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) نگهداری شود تا از جذب رطوبت (که می‌تواند باعث "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو شود) و آسیب تخلیه الکترواستاتیک جلوگیری شود.

6. پیشنهادات کاربردی

6.1 سناریوهای کاربردی معمول

• انتقال داده مادون قرمز:قابلیت پرسرعت آن را برای پیوندهای داده مطابق با IrDA، کنترل‌های از راه دور و ارتباط بی‌سیم برد کوتاه مناسب می‌سازد.
• سنجش صنعتی:در سنسورهای مجاورتی، تشخیص شیء، سیستم‌های شمارش و تشخیص لبه در اتوماسیون استفاده می‌شود. پکیج شفاف مزیت دارد.
• سیستم‌های امنیتی:می‌تواند در آشکارسازهای شکست پرتو برای آلارم‌های نفوذ یا به عنوان منبع نور نامرئی برای روشنایی دوربین‌های مداربسته جفت‌شده با دوربین‌های حساس به مادون قرمز استفاده شود.
• سوئیچ‌ها و انکودرهای نوری:زمان پاسخ سریع برای تشخیص تغییرات سریع در موقعیت یا سرعت ایده‌آل است.

6.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو:برای کارکرد پالسی (استفاده از جریان پیک 1A)، یک ترانزیستور سوئیچینگ سریع یا مدار درایور MOSFET ضروری است. یک مقاومت محدودکننده جریان برای کارکرد DC اجباری است تا از تجاوز از جریان پیوسته 100mA جلوگیری شود.
• مدیریت حرارتی:حتی با حداکثر اتلاف 120mW، در صورت کارکرد نزدیک به حداکثر رتبه‌ها، به ویژه در دمای محیط بالا، از مساحت کافی مس PCB یا هیت‌سینک اطمینان حاصل کنید. به منحنی کاهش رتبه (شکل 2) مراجعه کنید.
• طراحی نوری:زاویه دید 30 درجه و الگوی تابش (شکل 6) باید هنگام جفت‌کردن با لنزها، دیافراگم‌ها یا گیرنده‌ها برای دستیابی به شکل پرتو و حساسیت تشخیص مورد نظر در نظر گرفته شوند.
• جفت‌سازی گیرنده:هنگام استفاده به عنوان فرستنده، آن را با یک فوتودتکتور (فوتودیود یا فوتوترانزیستور) حساس در حدود 865 نانومتر برای عملکرد بهینه سیستم جفت کنید.

7. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مادون قرمز استاندارد، LTE-3277 عمدتاً از طریق قابلیت‌هایپرسرعتوپرقدرتخود در یک پکیج شفاف متمایز می‌شود. بسیاری از LEDهای مادون قرمز استاندارد رتبه جریان پیک پایین‌تر و زمان‌های صعود/سقوط کندتری دارند که استفاده از آنها را در کاربردهای پالسی با پهنای باند بالا محدود می‌کند. ترکیب جریان پیک 1A و مناسب بودن برای کارکرد پالسی نشان‌دهنده طراحی و بسته‌بندی بهینه نیمه‌هادی برای اتلاف حرارتی سریع در طول پالس‌های کوتاه است که سیگنال‌های درخشان‌تر و سریع‌تری را ممکن می‌سازد.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً با منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. شما باید از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده کنید. به عنوان مثال، برای دستیابی به I_F=20mA با V_F~1.5V از یک منبع 5 ولتی: R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. از مقدار استاندارد بعدی (مثلاً 180Ω) استفاده کنید و اتلاف توان در مقاومت را بررسی کنید.

س: "قابل استفاده برای کارکرد پالسی" عملاً به چه معناست؟
ج: به این معنی است که پیوند نیمه‌هادی و پکیج برای تحمل جریان‌های لحظه‌ای بسیار بالا (تا 1A) برای مدت زمان بسیار کوتاه (10µs) بدون تخریب طراحی شده‌اند که امکان خروجی نوری پیک بسیار بالاتر از آنچه رتبه DC آن نشان می‌دهد را فراهم می‌کند. این کلید دستیابی به برد طولانی یا نسبت سیگنال به نویز بالا در سیستم‌های پالسی است.

س: چرا زاویه دید مهم است؟
ج: این زاویه پوشش فضایی نور ساطع‌شده را تعیین می‌کند. یک زاویه باریک (مانند 30 درجه) یک پرتو متمرکزتر تولید می‌کند که برای ارتباط جهت‌دار با برد طولانی مناسب است. یک زاویه وسیع‌تر برای روشنایی یا سنجش ناحیه گسترده با برد کوتاه بهتر است.

9. مثال موردی عملی

طراحی یک سنسور مجاورتی:LTE-3277 می‌تواند به عنوان فرستنده در یک سنسور مجاورتی بازتابی استفاده شود. این قطعه با جریان 1A به مدت 10 میکروثانیه در یک چرخه کاری کم (مثلاً 1٪) پالس می‌خورد. یک فوتودتکتور جفت‌شده که در نزدیکی قرار دارد، نور مادون قرمز منعکس‌شده از یک شیء را تشخیص می‌دهد. زمان‌بندی و دامنه پالس تشخیص‌داده‌شده نشان‌دهنده حضور و فاصله تقریبی است. توان پیک بالا یک سیگنال بازگشتی قوی را تضمین می‌کند، در حالی که پکیج شفاف نور ساطع‌شده یا منعکس‌شده را تضعیف نمی‌کند. مدار باید شامل یک درایور برای پالس جریان بالا و یک تقویت‌کننده حساس برای سیگنال دتکتور باشد.

10. اصل عملکرد

LTE-3277، هنگامی که به عنوان یک فرستنده مادون قرمز عمل می‌کند، بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی کار می‌کند. هنگامی که در بایاس مستقیم قرار می‌گیرد (آند نسبت به کاتد مثبت)، الکترون‌ها و حفره‌ها به داخل پیوند تزریق می‌شوند. بازترکیب آنها انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کند. مواد نیمه‌هادی خاص مورد استفاده (معمولاً آلومینیوم گالیم آرسناید - AlGaAs) انتخاب شده‌اند تا فوتون‌هایی با انرژی متناظر با نور مادون قرمز تولید کنند که در طول موج حدود 865 نانومتر به پیک می‌رسد. "پرسرعت" به نرخ سریعی اشاره دارد که پیوند می‌تواند روشن و خاموش شود، که توسط طول عمر حامل‌ها و خازن مدار تعیین می‌شود.

11. روندهای فناوری

در زمینه اپتوالکترونیک مادون قرمز، روندها شامل توسعه دستگاه‌هایی با سرعت‌های مدولاسیون حتی بالاتر برای ارتباط داده (مانند Li-Fi یا باس‌های صنعتی پرسرعت)، افزایش بازده توان (mW/sr بیشتر به ازای هر mA) و ادغام فرستنده‌ها و گیرنده‌ها در آرایه‌های چند عنصری یا ترکیب با ICهای درایو در ماژول‌های سنسور هوشمند است. همچنین تلاشی برای مینیاتوری‌سازی در پکیج‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) در حالی که عملکرد حرارتی حفظ یا بهبود می‌یابد، وجود دارد. روند پکیج شفاف از کاربردهای نیازمند کوپلینگ نوری دقیق و حداقل اتلاف سیگنال پشتیبانی می‌کند.