دیتاشیت فرستنده مادون قرمز LTE-S9511TS-R - طول موج 940 نانومتر - زاویه دید 18 درجه - ولتاژ مستقیم 1.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTE-S9511TS-R یک فرستنده مادون قرمز گسسته است که برای کاربردهای نیازمند منابع نوری مادون قرمز قابل اعتماد و کارآمد طراحی شده است. این قطعه از فناوری گالیوم آرسناید (GaAs) برای تابش نور در طول موج اوج 940 نانومتر استفاده می‌کند که برای به حداقل رساندن تداخل نور مرئی ایده‌آل است. دستگاه دارای بسته‌بندی نمای جانبی با لنز شفاف است که زاویه دید نیم‌شدت متمرکز 18 درجه را فراهم می‌کند. این ویژگی آن را برای کاربردهایی که نیاز به سیگنال‌دهی مادون قرمز جهت‌دار دارند، مناسب می‌سازد. محصول مطابق با استانداردهای RoHS و محصول سبز است، برای فرآیندهای مونتاژ خودکار بسته‌بندی شده و با لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز سازگار است.

1.1 ویژگی‌های اصلی و بازار هدف

ویژگی‌های اصلی این فرستنده IR شامل شدت تابشی بالا، بسته‌بندی استاندارد فشرده EIA و مناسب بودن برای مونتاژ خودکار PCB است. مزایای اصلی آن طول موج خاص 940 نانومتر است که به دلیل قابلیت دید کم و پاسخ خوب به آشکارسازهای سیلیکونی، معمولاً در کنترل‌های از راه دور لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده می‌شود، و پیکربندی نمای جانبی آن که امکان تابش افقی روی PCB را فراهم می‌کند. بازارهای هدف عمدتاً لوازم الکترونیکی مصرفی، اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های امنیتی هستند. کاربردهای کلیدی به عنوان فرستنده مادون قرمز در واحدهای کنترل از راه دور و به عنوان قطعه حسگر نصب شده روی PCB در سیستم‌های مختلف تشخیص و انتقال داده است.

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. حداکثر اتلاف توان در دمای محیط (TA) 25 درجه سانتی‌گراد، 140 میلی‌وات است. این قطعه می‌تواند جریان مستقیم پیک 1 آمپر را در شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) تحمل کند، در حالی که حداکثر جریان مستقیم DC پیوسته 70 میلی‌آمپر است. دستگاه می‌تواند ولتاژ معکوس تا 5 ولت را تحمل کند. محدوده دمای کاری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است و محدوده دمای نگهداری از 55- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد است. حداکثر دمای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول اندازه‌گیری شده در TA=25 درجه سانتی‌گراد هستند. شدت تابشی (I_E) در جریان مستقیم (I_F) 20mA، 24 mW/sr (معمول) است، با تلرانس تست ±15%. طول موج تابش اوج (λ_Peak) 940nm است. پهنای باند طیفی (Δλ)، که نشان‌دهنده گستردگی طول‌موج‌های تابش‌یافته است، 50nm می‌باشد. ولتاژ مستقیم (V_F) به طور معمول 1.3V است، با حداکثر 1.6V در I_F=20mA. جریان معکوس (I_R) در ولتاژ معکوس (V_R) 5V حداکثر 10 μA است. زاویه دید (2θ_1/2)، جایی که شدت به نصف مقدار محوری خود کاهش می‌یابد، 18 درجه است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که برای مهندسان طراحی حیاتی هستند. منحنی توزیع طیفی (شکل 1) شدت تابشی نسبی را در طول‌موج‌ها نشان می‌دهد که در 940nm متمرکز است. منحنی جریان مستقیم در مقابل دمای محیط (شکل 2) نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد، که برای مدیریت حرارتی حیاتی است. منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (شکل 3) مشخصه IV دیود را نشان می‌دهد. منحنی شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط (شکل 4) نشان می‌دهد که چگونه خروجی نوری با افزایش دما کاهش می‌یابد. منحنی شدت تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم (شکل 5) رابطه غیرخطی بین جریان راه‌اندازی و خروجی نور را نشان می‌دهد. در نهایت، نمودار تابش (شکل 6) یک نمودار قطبی است که به صورت بصری زاویه دید 18 درجه را نشان می‌دهد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد کلی و بسته‌بندی

دستگاه مطابق با یک بسته استاندارد EIA است. نقشه کلی ابعاد حیاتی را برای طراحی جای پای PCB و یکپارچه‌سازی مکانیکی فراهم می‌کند. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.15mm ارائه شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. جهت‌گیری نمای جانبی به وضوح نشان داده شده است.

4.2 طرح پد لحیم‌کاری

یک طرح پد لحیم‌کاری توصیه شده ارائه شده است تا از تشکیل اتصال لحیم قابل اعتماد در طول ریفلو یا لحیم‌کاری موجی اطمینان حاصل شود. ابعاد برای بسته بهینه شده‌اند و به جلوگیری از قائم شدن قطعه یا خیس‌شدگی ضعیف کمک می‌کنند. ضخامت استنسیل فلزی 0.12mm (5 میل) برای اعمال خمیر لحیم توصیه می‌شود.

4.3 بسته‌بندی نوار و قرقره

قطعه در نوار حامل 8mm روی قرقره‌های با قطر 7 اینچ عرضه می‌شود که با تجهیزات استاندارد برداشت و جایگذاری خودکار سازگار است. هر قرقره حاوی 1500 قطعه است. مشخصات بسته‌بندی، شامل ابعاد جیب، عرض نوار و اندازه هاب قرقره، از استانداردهای ANSI/EIA 481-1-A-1994 پیروی می‌کند. نوار با یک نوار پوششی مهر و موم شده است تا قطعات را از رطوبت و آلودگی محافظت کند.

5. راهنمای مونتاژ و جابجایی

5.1 فرآیند لحیم‌کاری

دستگاه با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز، به ویژه برای آلیاژهای لحیم بدون سرب (Pb-free) سازگار است. یک پروفایل ریفلو پیشنهادی دقیق ارائه شده است که بر حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 10 ثانیه تأکید دارد. پروفایل شامل مراحل پیش‌گرم برای به حداقل رساندن شوک حرارتی است. برای لحیم‌کاری دستی، دمای هویه زیر 300 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه توصیه می‌شود. راهنماها تأکید می‌کنند که پروفایل نهایی باید برای طراحی PCB خاص، قطعات و خمیر لحیم مورد استفاده مشخص شود.

5.2 نگهداری و حساسیت رطوبتی

قطعه دارای سطح حساسیت رطوبتی (MSL) 3 است. هنگامی که کیسه ضد رطوبت اصلی همراه با جاذب رطوبت باز نشده است، باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری و در عرض یک سال استفاده شود. پس از باز شدن کیسه، قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند. اگر قطعات بیش از یک هفته (168 ساعت) در معرض شرایط محیطی قرار گیرند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای 60 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 20 ساعت است تا از ترک خوردن پاپ‌کورنی در طول ریفلو جلوگیری شود.

5.3 تمیزکاری و روش راه‌اندازی

اگر پس از لحیم‌کاری نیاز به تمیزکاری است، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده شود. سند تأکید می‌کند که LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی هنگام راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی، یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه باید به صورت سری با هر LED قرار گیرد. این امر تغییرات جزئی در ولتاژ مستقیم (V_F) بین دستگاه‌های جداگانه را جبران می‌کند.

6. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلی به عنوان فرستنده مادون قرمز در کنترل‌های از راه دور مصرفی برای تلویزیون‌ها، سیستم‌های صوتی و گیرنده‌های ست‌تاپ باکس است. طول موج 940 نانومتر آن تقریباً برای چشم انسان نامرئی است و آلودگی نوری درک شده را کاهش می‌دهد. همچنین برای پیوندهای انتقال داده مادون قرمز برد کوتاه، حسگرهای سیستم امنیتی (مانند آشکارسازهای شکست پرتو) و اتوماسیون صنعتی که نیاز به سیگنال‌دهی بدون تماس است، مناسب می‌باشد. بسته‌بندی نمای جانبی زمانی مفید است که پرتو IR نیاز به تابش موازی با سطح PCB داشته باشد، مانند کاربردهای حسگری لبه یا در دستگاه‌های باریک.

6.2 ملاحظات طراحی

طراحان باید موارد زیر را در نظر بگیرند:مدیریت حرارتی:کاهش حداکثر جریان مستقیم با افزایش دمای محیط (شکل 2) باید رعایت شود تا از طول عمر اطمینان حاصل شود.راه‌اندازی جریان:یک منبع جریان ثابت یا یک منبع ولتاژ با یک مقاومت سری الزامی است. راه‌اندازی با یک منبع ولتاژ ساده منجر به فرار حرارتی و خرابی می‌شود.همترازی نوری:زاویه دید باریک 18 درجه نیاز به همترازی دقیق با فوتودتکتور گیرنده یا مسیر انتقال مورد نظر دارد.طرح‌بندی PCB:ابعاد پد لحیم توصیه شده را دنبال کنید تا از پایداری مکانیکی مناسب و قابلیت اطمینان اتصال لحیم اطمینان حاصل شود.

6.3 مقایسه و انتخاب

در مقایسه با LEDهای مادون قرمز گرد استاندارد 5mm یا 3mm، این بسته SMT نمای جانبی فضای عمودی را ذخیره می‌کند. در مقایسه با فرستنده‌های با زاویه دید وسیع‌تر، پرتو باریک آن شدت محوری بالاتری ارائه می‌دهد که برای برد بیشتر یا مصرف توان کمتر مفید است. طول موج 940 نانومتر، در مقابل طول موج رایج‌تر 850 نانومتر، درخشش قرمز مرئی کمتری ارائه می‌دهد که در کاربردهای مصرفی مطلوب است. طراحان باید این قطعه را زمانی انتخاب کنند که طراحی نیاز به یک منبع IR نصب سطحی، تابش جانبی با پرتو متمرکز برای کنترل از راه دور یا حسگری مجاورتی دارد.

7. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین طول موج اوج (λ_Peak) و طول موج غالب (λ_d) چیست؟

پ: طول موج اوج، طول‌موجی است که در آن توان نوری تابش‌یافته حداکثر است (940nm برای این دستگاه). طول موج غالب از ادراک رنگ مشتق می‌شود و برای دستگاه‌های IR تک‌رنگ کمتر مرتبط است؛ برای LEDهای مرئی حیاتی‌تر است.

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

پ: خیر. یک پایه میکروکنترلر معمولاً نمی‌تواند 20mA را به طور ایمن یا ثابت تأمین کند. شما باید از یک سوئیچ ترانزیستور (مانند NPN یا MOSFET) کنترل شده توسط میکروکنترلر برای مدیریت جریان LED استفاده کنید و همیشه یک مقاومت محدودکننده جریان سری نیز قرار دهید.

س: چرا شرایط نگهداری پس از باز کردن کیسه اینقدر سختگیرانه است؟

پ: بسته‌بندی پلاستیکی رطوبت را جذب می‌کند. در طول فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا \"پاپ‌کورن شدن\" شود که قطعه را ترک داده و از بین می‌برد. فرآیند پخت این رطوبت جذب شده را حذف می‌کند.

س: چگونه مقدار مقاومت سری را محاسبه کنم؟

پ: از قانون اهم استفاده کنید: R = (V_supply- V_F) / I_F. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5V، V_Fمعمول 1.3V و I_Fمورد نظر 20mA: R = (5 - 1.3) / 0.02 = 185 اهم. از مقدار استاندارد بعدی (مانند 180 یا 200 اهم) استفاده کنید و مطمئن شوید که توان نامی مقاومت کافی است (P = I²* R).

8. اصول فنی و روندها

8.1 اصل عملکرد

یک دیود تابشی مادون قرمز (IRED) بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. 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 را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج این فوتون‌ها توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. گالیوم آرسناید (GaAs) دارای گاف باندی است که با تابش مادون قرمز مطابقت دارد، به طور خاص حدود 940nm در این دستگاه. بسته نمای جانبی شامل یک لنز اپوکسی قالب‌گیری شده است که نور تابش‌یافته را به زاویه دید مشخص شده شکل می‌دهد.

8.2 روندهای صنعت

روند در قطعات IR گسسته به سمت بازدهی بالاتر (خروجی تابشی بیشتر به ازای هر واحد ورودی الکتریکی)، اندازه بسته کوچکتر برای امکان کوچک‌سازی دستگاه‌های نهایی و افزایش سازگاری با پروتکل‌های انتقال داده پرسرعت برای کاربردهایی مانند IrDA است. همچنین تمرکز بر بهبود قابلیت اطمینان و یکنواختی برای بازارهای خودرو و صنعتی وجود دارد. ادغام فرستنده با مدار راه‌انداز یا یک فوتودتکتور در یک ماژول واحد، روند رایج دیگری است که طراحی را برای کاربران نهایی ساده می‌کند. حرکت به سمت مواد و فرآیندهای بدون سرب و مطابق با RoHS، همانطور که در این قطعه مشاهده می‌شود، یک استاندارد صنعتی جهانی است.