دیتاشیت LED مادون قرمز LTE-209 - ابعاد پکیج 5.0mm - ولتاژ فوروارد 1.6V - طول موج پیک 940nm - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری LTE-209 نماینده‌ای از خانواده دیودهای ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) است که برای کاربردهای اپتوالکترونیکی قابل اعتماد طراحی شده‌اند. این قطعات به گونه‌ای مهندسی شده‌اند که نور را در طول موج پیک 940 نانومتر ساطع می‌کنند، که در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد. این طول موج خاص معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شود که به منابع نور نامرئی نیاز دارند، مانند سنسورهای مجاورتی، تشخیص اشیاء و انکودرهای نوری. مزیت اصلی این سری در ساخت دقیق آن نهفته است که شدت تابش و ویژگی‌های طیفی یکنواختی را تضمین می‌کند. دستگاه در یک پکیج پلاستیکی مینیاتوری و کم‌هزینه با پیکربندی انتها-نما قرار گرفته است که آن را برای طراحی‌های با محدودیت فضا مناسب می‌سازد. یک ویژگی کلیدی، هم‌خوانی مکانیکی و طیفی آن با سری‌های خاصی از فوتوترانزیستورها است که طراحی جفت‌های فرستنده-گیرنده بهینه را برای بهبود عملکرد سیستم و یکپارچگی سیگنال تسهیل می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

ریتینگ‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این ریتینگ‌ها در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. حداکثر جریان فوروارد پیوسته 60 میلی‌آمپر است، با قابلیت جریان فوروارد پیک 1 آمپر در شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه). حداکثر اتلاف توان 90 میلی‌وات است. دستگاه می‌تواند ولتاژ معکوس تا 5 ولت را تحمل کند. محدوده دمای کاری از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس است، در حالی که محدوده دمای ذخیره‌سازی از 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس گسترش می‌یابد. برای مونتاژ، می‌توان پایه‌ها را در دمای 260 درجه سلسیوس برای حداکثر مدت 5 ثانیه لحیم کاری کرد، که در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه پکیج اندازه‌گیری می‌شود.

2.2 مشخصات الکترو-اپتیکال

مشخصات الکترو-اپتیکال، پارامترهای کلیدی عملکرد هستند که تحت شرایط تست استاندارد (T_A=25°C, I_F=20mA) اندازه‌گیری می‌شوند. شدت تابشی (I_E)، که معیاری از توان نوری ساطع شده در واحد زاویه فضایی است، مقدار معمول 1.383 میلی‌وات بر استرادیان دارد. تابش دریافتی در دهانه (E_e)، که نمایانگر چگالی توان است، معمولاً 0.184 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع است. طول موج پیک تابش (λ_Peak) بر روی 940 نانومتر متمرکز است، با نیم‌عرض طیفی (Δλ) 50 نانومتر، که خلوص طیفی نور ساطع شده را تعریف می‌کند. ولتاژ فوروارد (V_F) معمولاً در جریان تست از 1.2 ولت تا حداکثر 1.6 ولت متغیر است. جریان معکوس (I_R) حداکثر 100 میکروآمپر است هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال شود. زاویه دید (2θ_1/2)، جایی که شدت تابشی به نصف مقدار پیک خود کاهش می‌یابد، 16 درجه است که نشان‌دهنده الگوی پرتو نسبتاً باریک است.

3. توضیح سیستم باینینگ

در حالی که دیتاشیت ارائه شده به صراحت یک سیستم باینینگ چند پارامتری را شرح نمی‌دهد، نشان می‌دهد که دستگاه‌ها \"بر اساس محدوده‌های مشخص شدت آنلاین و شدت تابشی انتخاب شده‌اند.\" این به معنای یک فرآیند انتخاب یا مرتب‌سازی بر اساس شدت تابشی اندازه‌گیری شده و احتمالاً مقادیر تابش دریافتی است. این پیش‌انتخب اطمینان می‌دهد که قطعات تحویل داده شده برای یک سفارش خاص، در یک باند تلرانس تنگ‌تر برای این پارامترهای نوری کلیدی نسبت به حداقل و حداکثر مطلق ذکر شده در مشخصات عمومی قرار می‌گیرند. این عمل، یکنواختی در عملکرد کاربرد را افزایش می‌دهد، به ویژه در سیستم‌هایی که تطبیق خروجی نوری حیاتی است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه معمولی است که رفتار دستگاه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد.

4.1 توزیع طیفی

شکل 1 منحنی توزیع طیفی را نشان می‌دهد که شدت تابشی نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند. این منحنی تابش پیک در 940 نانومتر و نیم‌عرض طیفی تقریبی 50 نانومتر را تأیید می‌کند و گسترش طول‌موج‌های ساطع شده حول پیک را نشان می‌دهد.

4.2 جریان فوروارد در مقابل ولتاژ فوروارد (منحنی I-V)

شکل 3 مشخصه جریان فوروارد در مقابل ولتاژ فوروارد را به تصویر می‌کشد. این منحنی غیرخطی است، که برای یک دیود معمول است. این رابطه را نشان می‌دهد که یک افزایش کوچک در ولتاژ فراتر از آستانه روشن شدن، منجر به افزایش سریع جریان می‌شود. V_F مشخص شده 1.2 تا 1.6 ولت در 20 میلی‌آمپر را می‌توان در چارچوب این منحنی قرار داد.

4.3 شدت تابشی نسبی در مقابل جریان فوروارد

شکل 5 نشان می‌دهد که چگونه خروجی نوری (شدت تابشی نسبی) با جریان درایو فوروارد تغییر می‌کند. به طور کلی، خروجی با جریان افزایش می‌یابد، اما ممکن است این رابطه در کل محدوده کاری کاملاً خطی نباشد. این منحنی برای تعیین جریان درایو مورد نیاز برای دستیابی به سطح خروجی نوری مطلوب ضروری است.

4.4 وابستگی به دما

شکل‌های 2 و 4 اثرات دمای محیط را نشان می‌دهند. شکل 2 (جریان فوروارد در مقابل دمای محیط، احتمالاً در یک ولتاژ ثابت) و شکل 4 (شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط، در یک جریان ثابت) نشان می‌دهند که هر دو خاصیت الکتریکی و نوری LED به دما وابسته هستند. معمولاً برای LEDهای مادون قرمز، ولتاژ فوروارد کاهش می‌یابد و خروجی نوری با افزایش دما کاهش می‌یابد. این منحنی‌ها برای طراحی مدارات با جبران‌سازی دما یا تخمین عملکرد در محیط‌های غیر استاندارد حیاتی هستند.

4.5 الگوی تابش

شکل 6، دیاگرام تابش یا الگوی زاویه دید است. این یک نمودار قطبی است که توزیع زاویه‌ای شدت تابشی ساطع شده را نشان می‌دهد. نیم‌زاویه 16 درجه به صورت بصری در اینجا نمایش داده شده است، که نشان می‌دهد شدت در ±8 درجه از مرکز به 50٪ مقدار روی محور کاهش می‌یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

دستگاه از یک پکیج پلاستیکی مینیاتوری انتها-نما استفاده می‌کند. ابعاد کلیدی از نقشه پکیج شامل قطر بدنه، فاصله پایه‌ها و طول کلی است. پایه‌ها از پکیج با یک فاصله خاص خارج می‌شوند که برای چیدمان PCB حیاتی است. پکیج شامل یک فلنج است، و یادداشت‌ها حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر این فلنج را مشخص می‌کنند. یادداشت‌ها همچنین روشن می‌سازند که فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه پکیج خارج می‌شوند، و تلرانس‌های عمومی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. پیکربندی فیزیکی به گونه‌ای طراحی شده است که از نظر مکانیکی با فوتوترانزیستورهای متناظر هم‌خوانی داشته باشد و تراز مناسب را در ماژول‌های مونتاژ شده تضمین کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی مونتاژ ارائه شده مربوط به دمای لحیم‌کاری است. ریتینگ حداکثر مطلق مشخص می‌کند که پایه‌ها می‌توانند در معرض دمای 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 5 ثانیه قرار گیرند. این ریتینگ در فاصله 1.6 میلی‌متری (0.063 اینچ) از بدنه پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این اطلاعات برای تعریف پروفایل‌های لحیم‌کاری ریفلو یا روش‌های لحیم‌کاری دستی حیاتی است. فراتر رفتن از این دما یا زمان می‌تواند به اتصال داخلی دی، باندهای سیمی یا خود ماده پکیج پلاستیکی آسیب برساند. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در حین جابجایی رعایت شود. دستگاه باید در محدوده دمای مشخص شده 55- تا 100+ درجه سلسیوس در یک محیط خشک نگهداری شود تا از جذب رطوبت جلوگیری شود، که می‌تواند باعث \"پاپ کورنینگ\" در حین ریفلو شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

دیتاشیت شماره قطعه را به عنوان LTE-209 شناسایی می‌کند. \"شماره مشخصات\" DS-50-92-0001 است و نسخه C می‌باشد. جزئیات خاص در مورد بسته‌بندی نوار و قرقره، تعداد قرقره یا سطح حساسیت رطوبت (MSL) در این بخش ارائه نشده است. سفارش‌دهی معمولاً بر اساس شماره قطعه پایه LTE-209 خواهد بود، با پسوندهای احتمالی که نشان‌دهنده باین‌های شدت خاص همانطور که در ویژگی‌ها اشاره شد، هستند.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

LTE-209 برای کاربردهایی که به یک منبع مادون قرمز فشرده و کارآمد نیاز دارند ایده‌آل است. طول موج 940 نانومتری آن برای چشم انسان نامرئی است و به خوبی برای موارد زیر مناسب است:

• سوئیچ‌های نوری و تشخیص اشیاء:جفت شده با یک فوتوترانزیستور (مانند سری ذکر شده LTR-4206) برای تشخیص حضور، عدم حضور یا موقعیت یک شیء با قطع پرتو IR.
• سنجش مجاورتی:استفاده در دستگاه‌ها برای تشخیص نزدیکی کاربر یا شیء، که اغلب از سنجش بازتابی استفاده می‌کند.
• انکودرها:ارائه منبع نور برای انکودرهای نوری افزایشی یا مطلق در سیستم‌های کنترل موتور و سنجش موقعیت.
• انتقال داده:می‌تواند برای پیوندهای ارتباطی مادون قرمز کوتاه‌برد و نرخ داده پایین (مانند سیستم‌های کنترل از راه دور) استفاده شود، اگرچه زاویه دید باریک آن ممکن است نیاز به تراز داشته باشد.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای محدود کردن جریان فوروارد به نقطه کاری مطلوب استفاده کنید، هرگز از ریتینگ‌های حداکثر مطلق فراتر نروید.
• مدیریت حرارتی:اتلاف توان (V_F* I_F) و اثر دمای محیط بر خروجی را در نظر بگیرید. برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا، جریان حداکثر را در دماهای بالا کاهش دهید.
• تراز نوری:زاویه دید باریک 16 درجه‌ای نیاز به تراز مکانیکی دقیق با آشکارساز جفت شده یا ناحیه هدف برای قدرت سیگنال بهینه دارد.
• محافظت مدار:اگرچه دارای ریتینگ ولتاژ معکوس 5 ولت است، گنجاندن محافظت در برابر ولتاژ معکوس یا اسپایک‌های ولتاژ در مدار یک عمل خوب است.
• جفت هم‌خوان:برای بهترین عملکرد در کاربردهای سنجشی، از دستگاه همراه با فوتوترانزیستور هم‌خوان طیفی و مکانیکی آن همانطور که پیشنهاد شده است استفاده کنید.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی سری LTE-209، همانطور که ارائه شده، انتخاب خاص آن برای پارامترهای شدت و جفت‌سازی هم‌خوان آن با یک سری فوتوترانزیستور است. در مقایسه با LEDهای IR عمومی، این پیش‌انتخب، یکنواختی بیشتری در خروجی نوری ارائه می‌دهد که می‌تواند کالیبراسیون مدار را ساده‌تر و بازدهی در تولید انبوه را بهبود بخشد. هم‌خوانی مکانیکی تضمین می‌کند که هنگام استفاده با فوتوترانزیستور تعیین شده، تراز فیزیکی و کوپلینگ نوری بهینه شده است، که منجر به سیگنال‌های قوی‌تر و قابل اعتمادتر می‌شود. استفاده از گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs) بر روی زیرلایه گالیم آرسناید (GaAs) یک فناوری استاندارد برای تولید فرستنده‌های کارآمد مادون قرمز نزدیک با طول موج حدود 940 نانومتر است.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

س: هدف از طول موج 940 نانومتر چیست؟

ج: 940 نانومتر در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد و برای چشم انسان نامرئی است. معمولاً در سنجش و ارتباطات برای جلوگیری از تداخل نور مرئی استفاده می‌شود و به طور کارآمد توسط آشکارسازهای نوری سیلیکونی تشخیص داده می‌شود.

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

ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. با V_F معمولی 1.6 ولت در 20 میلی‌آمپر، مقدار مقاومت برای منبع تغذیه 5 ولت خواهد بود: R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω. یک مقاومت استاندارد 180Ω منجر به جریانی نزدیک به 19 میلی‌آمپر می‌شود.

س: دما چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

ج: همانطور که در منحنی‌های مشخصه نشان داده شده است، افزایش دما به طور کلی خروجی نوری را برای یک جریان معین کاهش می‌دهد و ولتاژ فوروارد را کاهش می‌دهد. طراحی‌ها برای محدوده‌های دمایی وسیع باید این را در نظر بگیرند.

س: \"هم‌خوان طیفی\" به چه معناست؟

ج: به این معنی است که طیف تابش LED (متمرکز بر 940 نانومتر) به خوبی با ناحیه پاسخگویی پیک فوتوترانزیستور مشخص شده هم‌خوانی دارد. این حداکثر کردن مقدار نور ساطع شده‌ای است که آشکارساز می‌تواند به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کند.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: دروازه تشخیص شیء:دو LED مادون قرمز LTE-209 را می‌توان در یک طرف نوار نقاله قرار داد، هر کدام با یک فوتوترانزیستور هم‌خوان در طرف مقابل جفت شده و دو پرتو تشخیص مستقل ایجاد می‌کنند. یک میکروکنترلر خروجی فوتوترانزیستورها را نظارت می‌کند. هنگامی که یک شیء عبور می‌کند، یک یا هر دو پرتو را قطع می‌کند و به سیستم اجازه می‌دهد اشیاء را بشمارد، اندازه را اندازه‌گیری کند (با زمان‌بندی قطع پرتو) یا یک عمل را راه‌اندازی کند.

مثال 2: سنسور مجاورتی بازتابی:یک LTE-209 و فوتوترانزیستور هم‌خوان آن در کنار هم روی یک PCB قرار می‌گیرند، رو به یک جهت. LED یک پرتو ساطع می‌کند. هنگامی که یک شیء نزدیک می‌شود، بخشی از این نور را به فوتوترانزیستور بازتاب می‌دهد. قدرت سیگنال تشخیص داده شده با نزدیکی شیء مرتبط است. این تنظیم در شیرآلات بدون تماس یا دوزنده‌های خودکار صابون رایج است.

12. معرفی اصل عملکرد

یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ فوروارد اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌شود. در سیستم ماده خاص مورد استفاده در اینجا (GaAlAs/GaAs)، این انرژی مربوط به فوتون‌ها در طیف مادون قرمز، با طول موج تقریبی 940 نانومتر است. ساختار دیود، از جمله لایه پنجره ذکر شده، به گونه‌ای طراحی شده است که این نور تولید شده را به طور کارآمد از ماده نیمه‌هادی خارج کند. پکیج پلاستیکی برای محافظت از دی نیمه‌هادی، ارائه ساختار مکانیکی عمل می‌کند و همچنین می‌تواند به عنوان یک لنز برای شکل‌دهی پرتو نور ساطع شده عمل کند، که به زاویه دید مشخص شده 16 درجه کمک می‌کند.

13. روندها و تحولات فناوری

فناوری فرستنده مادون قرمز همچنان در حال تکامل است. روندهای کلی در این زمینه شامل موارد زیر است:

• افزایش بازده:توسعه مواد و ساختارهای نیمه‌هادی جدید (مانند چاه‌های کوانتومی چندگانه) برای دستیابی به توان خروجی نوری بالاتر برای یک ورودی الکتریکی معین، کاهش مصرف برق و تولید گرما.
• مینیاتوری‌سازی:کاهش مداوم در اندازه پکیج (مانند پکیج‌های در مقیاس چیپ) برای امکان ادغام در دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی و اینترنت اشیاء کوچک‌تر.
• افزایش قابلیت:ادغام فرستنده با مدار درایور، آشکارسازهای نوری یا حتی میکروکنترلرها در ماژول‌های تک یا راه‌حل‌های سیستم-در-پکیج (SiP).
• تنوع طول موج:در حالی که 940 نانومتر استاندارد باقی می‌ماند، طول‌موج‌های IR دیگر (مانند 850 نانومتر، 1050 نانومتر) برای کاربردهای خاص مانند سیستم‌های ایمن برای چشم یا پنجره‌های انتقال جوی مختلف بهینه می‌شوند.
• بهبود قابلیت اطمینان:پیشرفت در مواد بسته‌بندی و فناوری‌های اتصال دی برای مقاومت در برابر دماهای بالاتر و شرایط محیطی سخت‌تر، مانند آنچه در کاربردهای خودرویی مورد نیاز است.