دیتاشیت دیود مادون قرمز LTE-4208 - طول موج 940 نانومتر - پکیج T-1 3/4 - ولتاژ معکوس 5 ولت - اتلاف توان 100 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

سری LTE-4208 یک دیود مادون قرمز تابشی با توان تابشی بالا است که برای کاربردهای نیازمند تابش IR مطمئن و کارآمد طراحی شده است. این قطعه در طول موج اوج 940 نانومتر کار می‌کند و در یک پکیج استاندارد T-1 3/4 با لنز شفاف آبی (water-clear) قرار دارد که آن را برای انواع سیستم‌های سنجش و تشخیص مناسب می‌سازد.

1.1 ویژگی‌های کلیدی و بازار هدف

مزایای اصلی LTE-4208 شامل شدت تابشی بالا، لنز شفاف برای تابش بدون مانع، و تطابق طیفی آن با فتوترانزیستورهای متناظر مانند سری LTR-3208 است که برای عملکرد بهینه گیرنده حیاتی می‌باشد. این یک محصول بدون سرب و مطابق با RoHS است. کاربردهای اصلی هدف آن در سیستم‌های آشکارساز دود و مدارهای فرستنده مادون قرمز عمومی است که در آن‌ها به سیگنال‌های IR پالسی دقیق نیاز است.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی عمیق

2.1 مشخصات حداکثر مطلق

این مشخصات محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر برای کارکرد مداوم نیستند.

• اتلاف توان (Pd):100 میلی‌وات. این حداکثر توان مجاز تلف شده درون قطعه است که عمدتاً به صورت حرارت است و از ولتاژ و جریان مستقیم محاسبه می‌شود.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):3 آمپر در شرایط پالسی (300 پالس بر ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه). این قابلیت جریان بالا، امکان ایجاد پالس‌های بسیار درخشان و کوتاه‌مدت را برای سنجش برد بلند فراهم می‌کند.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):50 میلی‌آمپر. حداکثر جریان DC برای کارکرد مداوم مطمئن.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست شود.
• دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:به ترتیب 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و 55- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد که نشان‌دهنده یک قطعه مقاوم برای محیط‌های صنعتی است.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه، که پروفیل حرارتی برای لحیم‌کاری دستی یا موجی را تعریف می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکرد معمول هستند که در دمای 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت تابشی (I_E):پارامتر خروجی نوری اصلی، بر حسب mW/sr (میلی‌وات بر استرادیان) اندازه‌گیری می‌شود. این پارامتر در چندین کد باین (A تا D4) با مقادیر حداقل و معمول مشخص شده است که امکان انتخاب بر اساس توان خروجی مورد نیاز را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، باین A مقادیر 3.31 تا 7.22 mW/sr را ارائه می‌دهد، در حالی که باین D4 مقدار 15.72 mW/sr (حداقل) را ارائه می‌دهد.
• طول موج اوج تابش (λ_اوج):940 نانومتر. این طول موج در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد، برای چشم انسان نامرئی است و یک طول موج رایج برای کنترل‌های از راه دور و سنسورها محسوب می‌شود زیرا از تداخل نور محیطی اجتناب می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):50 نانومتر. این پارامتر پهنای باند نور تابشی را تعریف می‌کند؛ پهنای باند باریک‌تر نشان‌دهنده یک منبع تک‌رنگ‌تر است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):1.6 ولت (مقدار معمول) در I_F=20mA. این افت ولتاژ دو سر دیود هنگام هدایت است که برای طراحی مدار درایور مهم می‌باشد.
• جریان معکوس (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. یک پارامتر نشتی؛ دیتاشیت به صراحت ذکر می‌کند که این شرایط فقط برای آزمایش است و قطعه برای کارکرد معکوس طراحی نشده است.
• زاویه دید (2θ_1/2):20 درجه. این زاویه باریک پرتو، شدت تابشی را در یک پرتو جهت‌دار متمرکز می‌کند که برای کاربردهای سنجش هدفمند ایده‌آل است.

3. توضیح سیستم باینینگ

LTE-4208 از یک سیستم باینینگ شدت تابشی استفاده می‌کند. قطعات بر اساس خروجی تابشی اندازه‌گیری شده آن‌ها در جریان آزمایش استاندارد 20mA آزمایش و در گروه‌های عملکردی مختلف (باین‌ها) دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را با حداقل خروجی نوری تضمین شده برای کاربرد خود انتخاب کنند و ثبات در عملکرد سیستم را تضمین نمایند، به ویژه زمانی که از چندین فرستنده استفاده می‌شود. باین‌ها از A (کمترین خروجی) تا D4 (بالاترین خروجی) متغیر هستند. طراحان هنگام سفارش باید کد باین مورد نیاز را مشخص کنند تا سطح توان نوری تضمین شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار کلیدی برای تحلیل طراحی ارائه می‌دهد.

4.1 توزیع طیفی (شکل 1)

این منحنی شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد که حول اوج 940 نانومتر با نیم‌عرض تعریف شده 50 نانومتر متمرکز است. این نمودار تأیید می‌کند که تابش در باند IR مورد نظر قرار دارد.

4.2 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط (شکل 2)

این منحنی کاهش رتبه (دریتینگ) نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان به طور قابل توجهی کمتر از دمای 25 درجه سانتی‌گراد است که برای مدیریت حرارتی در طراحی حیاتی است.

4.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (شکل 3)

منحنی مشخصه استاندارد I-V یک دیود. این منحنی رابطه نمایی را نشان می‌دهد، با مقدار معمول V_F برابر 1.6V در 20mA که علامت‌گذاری شده است. این منحنی برای طراحی مقاومت محدودکننده جریان که به صورت سری با LED قرار می‌گیرد، ضروری است.

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

شکل 4 وابستگی دمایی خروجی نوری را نشان می‌دهد که معمولاً کاهش بازده را با افزایش دما نشان می‌دهد. شکل 5 رابطه زیرخطی بین جریان درایو و خروجی نور را نشان می‌دهد؛ دو برابر کردن جریان، خروجی را دو برابر نمی‌کند که یک ویژگی رایج در LEDها است.

4.5 نمودار تابش (شکل 6)

یک نمودار قطبی که به صورت بصری زاویه دید 20 درجه را نمایش می‌دهد. شدت نرمال‌سازی شده است و تمرکز پرتو را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

این قطعه از پکیج ترو-هول (through-hole) T-1 3/4 (5mm) استفاده می‌کند. نقشه کلی ابعاد کلیدی از جمله قطر پایه، قطر لنز و ارتفاع کلی را مشخص می‌کند. نکات حیاتی شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر، تلرانس ±0.25mm، حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج 1.0mm، و فاصله پایه‌ها در نقطه خروج آن‌ها از پکیج اندازه‌گیری می‌شود. قطبیت معمولاً توسط یک پایه آند بلندتر یا یک نقطه صاف روی فلنج پکیج نشان داده می‌شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 ذخیره‌سازی

قطعات باید در دمای کمتر از 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی کمتر از 70% ذخیره شوند. پس از باز کردن کیسه حساس به رطوبت، باید در یک محیط کنترل‌شده (دمای کمتر از 25 درجه سانتی‌گراد، رطوبت نسبی کمتر از 60%) و ظرف 3 ماه استفاده شوند تا از اکسیداسیون پایه‌ها که بر قابلیت لحیم‌کاری تأثیر می‌گذارد، جلوگیری شود.

6.2 تمیزکاری

فقط حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل (IPA) توصیه می‌شوند.

6.3 شکل‌دهی پایه‌ها

خم‌ها باید حداقل در فاصله 3 میلی‌متری از پایه لنز ایجاد شوند. پایه لنز نمی‌تواند به عنوان تکیه‌گاه استفاده شود. شکل‌دهی باید در دمای اتاق و قبل از لحیم‌کاری انجام شود.

6.4 لحیم‌کاری

دو روش با محدودیت‌های سخت برای جلوگیری از آسیب حرارتی مشخص شده است:
لحیم‌کاری پایه:حداکثر 350 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه، با فاصله نقطه لحیم حداقل 1.6 میلی‌متر از پایه لنز.
لحیم‌کاری موجی:پیش‌گرم تا حداکثر 100 درجه سانتی‌گراد به مدت 60 ثانیه، موج لحیم در حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه، با فاصله نقطه غوطه‌وری حداقل 1.6 میلی‌متر از پایه.
هشدار حیاتی:لنز هرگز نباید در لحیم غوطه‌ور شود. ریفلو IR برای این پکیج ترو-هول مناسب نیست. حرارت یا زمان بیش از حد می‌تواند لنز را تغییر شکل دهد یا LED را از بین ببرد.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

• آشکارسازهای دود:در آشکارسازهای دود فوتوالکتریک استفاده می‌شود که در آن پرتو IR تابیده شده توسط ذرات دود روی یک گیرنده پراکنده می‌شود.
• سنجش مجاورت و شیء:جفت شده با یک فتوترانزیستور منطبق (مانند LTR-3208) در پیکربندی‌های سنجش قطع‌شونده یا بازتابی.
• اتوماسیون صنعتی:برای شمارش اشیاء، سنجش موقعیت و تشخیص لبه.

7.2 ملاحظات طراحی و روش درایو

LEDها قطعات جریان‌محور هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی هنگام درایو چندین LED به صورت موازی،الزامی استکه از یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه به صورت سری با هر LED استفاده شود (مدل مدار A). استفاده از یک مقاومت واحد برای یک آرایه موازی (مدل مدار B) به دلیل تفاوت‌های ولتاژ مستقیم (V_F) در LEDهای منفرد توصیه نمی‌شود، زیرا منجر به توزیع نابرابر جریان و در نتیجه روشنایی ناهموار می‌شود. مقدار مقاومت با استفاده از رابطه R = (V_منبع- V_F) / I_F.

محاسبه می‌شود.

7.3 محافظت در برابر ESD (تخلیه الکترواستاتیک)

LEDهای مادون قرمز به ESD حساس هستند. اقدامات احتیاطی اجباری شامل موارد زیر است: استفاده از مچ‌بند و میزکار زمین‌شده، استفاده از یونایزرها برای خنثی‌سازی بار استاتیک روی لنزهای پلاستیکی، و اطمینان از آموزش دیده بودن تمام پرسنل درگیر در زمینه ESD. یک چک‌لیست دقیق برای مناطق عاری از استاتیک در دیتاشیت ارائه شده است.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی LTE-4208، قابلیت جریان پالسی بالا (3A) آن است که امکان توان تابشی لحظه‌ای بسیار بالا را برای کارکرد پالسی برد بلند یا مقاوم در برابر نویز فراهم می‌کند، و همچنین تطابق خاص آن با سری فتوترانزیستور LTR-3208 است. زاویه دید باریک 20 درجه، شدت بیشتری در محور نسبت به فرستنده‌های با زاویه بازتر فراهم می‌کند و آن را برای کاربردهای پرتو جهت‌دار مناسب‌تر می‌سازد. ساختار باینینگ شفاف امکان عملکرد نوری قابل پیش‌بینی را فراهم می‌کند.

9. پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی
سوال: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 5 ولت راه‌اندازی کنم؟_Fپاسخ: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری استفاده کنید. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت، V_F برابر 1.6 ولت و جریان مورد نظر I

برابر 20 میلی‌آمپر، مقاومت (5V - 1.6V) / 0.02A = 170 اهم خواهد بود (از مقاومت استاندارد 180 اهم استفاده کنید).
سوال: هدف کد باین چیست؟

پاسخ: این کد حداقل شدت تابشی را تضمین می‌کند. برای یک کاربرد حیاتی مانند آشکارساز دود که قدرت سیگنال حیاتی است، مشخص کردن یک باین بالاتر (مثلاً D2) در مقایسه با یک باین پایین‌تر (مثلاً A)، پرتو IR قوی‌تری را تضمین می‌کند.
سوال: چرا زاویه دید اینقدر باریک است؟

پاسخ: یک پرتو باریک، توان نوری را در یک زاویه فضایی کوچک‌تر متمرکز می‌کند و شدت را در امتداد محور مرکزی افزایش می‌دهد. این امر نسبت سیگنال به نویز را در کاربردهای سنجش جهت‌دار بهبود می‌بخشد و امکان فواصل سنجش طولانی‌تر را فراهم می‌کند.
سوال: آیا می‌توانم از این قطعه برای کارکرد موج پیوسته (CW) در جریان پیک آن استفاده کنم؟

پاسخ: خیر. رتبه 3 آمپر فقط برای کارکرد پالسی است (پالس‌های 10 میکروثانیه). حداکثر جریان پیوسته 50 میلی‌آمپر است. تجاوز از رتبه پیوسته باعث گرمای بیش از حد و آسیب به قطعه می‌شود.

10. مورد عملی طراحی و استفاده
مورد: طراحی یک شمارنده شیء از نوع شکافی.

یک فرستنده IR از نوع LTE-4208 در یک طرف شکاف قرار می‌گیرد و یک فتوترانزیستور LTR-3208 دقیقاً در مقابل آن قرار می‌گیرد. وقتی هیچ شیئی در شکاف نیست، پرتو IR به گیرنده برخورد می‌کند و یک سیگنال بالا تولید می‌کند. وقتی یک شیء از شکاف عبور می‌کند، پرتو را قطع می‌کند و باعث افت سیگنال گیرنده می‌شود. قابلیت جریان پالسی بالای LTE-4208 به طراح اجازه می‌دهد LED را با جریان بالا (مثلاً 1A) برای مدت‌های بسیار کوتاه پالس بزند. این امر یک فلش بسیار درخشان ایجاد می‌کند که می‌تواند بر نویز IR محیطی غلبه کند و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش دهد. طراح LEDهای باین C را انتخاب می‌کند تا قدرت پرتو کافی در سراسر شکاف تضمین شود. از مقاومت‌های 10 اهمی جداگانه به صورت سری با هر LED در یک آرایه چند سنسوری استفاده می‌شود تا جریان یکنواخت تضمین شود. مونتاژ از دستورالعمل‌های لحیم‌کاری پیروی می‌کند تا از آسیب حرارتی در هنگام نصب روی PCB جلوگیری شود.

11. معرفی اصل عملکرد

یک دیود تابشی مادون قرمز (IRED) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است که هنگام بایاس مستقیم، نور مادون قرمز غیرهمدوس تابش می‌کند. الکترون‌ها با حفره‌ها درون قطعه بازترکیب می‌شوند و انرژی را به صورت فوتون آزاد می‌کنند. طول موج این فوتون‌ها توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی مورد استفاده (مانند انواع گالیم آرسنید برای 940 نانومتر) تعیین می‌شود. پکیج T-1 3/4 تراشه نیمه‌هادی را در خود جای می‌دهد، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و یک لنز اپوکسی را دربرمی‌گیرد که پرتو نور تابشی را شکل می‌دهد (در این مورد، به الگوی 20 درجه).

12. روندهای توسعه