دیتاشیت دیود مادون قرمز LTE-2872U - بسته‌بندی 5 میلی‌متری - ولتاژ مستقیم 1.6 ولت - طول موج 940 نانومتر - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTE-2872U یک دیود فرستنده مادون قرمز (IR) با عملکرد بالا است که برای کاربردهای قابل اعتماد در حس‌گری و تشخیص طراحی شده است. عملکرد اصلی آن انتشار نور مادون قرمز در طول موج اوج 940 نانومتر است که برای چشم انسان نامرئی اما برای سیستم‌های تشخیص الکترونیکی ایده‌آل می‌باشد. کاربرد اصلی برجسته شده در دیتاشیت، برای دودشکن‌ها است که قطعه برای آن تأییدیه UL را داراست و بر قابلیت اطمینان و ایمنی آن برای تجهیزات حیاتی ایمنی زندگی تأکید می‌کند. این قطعه در یک بسته‌بندی پلاستیکی شفاف و کم‌هزینه با دید انتهایی ارائه می‌شود که یک الگوی پرتو باریک را فراهم می‌کند و جهت‌داری و دقت حس‌گری را افزایش می‌دهد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی سری LTE-2872U از انتخاب‌های طراحی خاص آن ناشی می‌شود. این قطعه از نظر مکانیکی و طیفی با فوتوترانزیستورهای همراه در سری LTR-3208 هم‌خوانی دارد که عملکرد بهینه را در جفت‌های فرستنده-گیرنده معمولاً مورد استفاده در سنسورهای شکافی (مانند تشخیص کاغذ در پرینترها، حس‌گری شیء) تضمین می‌کند. این هم‌خوانی طراحی را ساده‌تر و یکپارچگی سیگنال را بهبود می‌بخشد. ویژگی پرتو باریک، شدت را در یک ناحیه کوچک‌تر افزایش می‌دهد و نسبت سیگنال به نویز را در سیستم‌های هم‌تراز بهبود می‌بخشد. استفاده از لایه پنجره گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs) بر روی زیرلایه گالیم آرسناید (GaAs) یک فناوری استاندارد برای انتشار کارآمد مادون قرمز است. بازار هدف اولیه، الکترونیک صنعتی و مصرفی است که به حس‌گری مادون قرمز قوی و کم‌هزینه نیاز دارد، با یک جایگاه تاییدشده در سیستم‌های تشخیص دود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

دیتاشیت، مقادیر حداکثر مطلق و مشخصات دقیق الکتریکی/نوری را ارائه می‌دهد که برای طراحی مدار و ارزیابی قابلیت اطمینان حیاتی هستند.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر، محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. این قطعه می‌تواند تا 250 میلی‌وات توان را تلف کند. جریان مستقیم پیوسته در 150 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است، در حالی که یک جریان مستقیم پیک بسیار بالاتر 3 آمپر تحت شرایط پالسی (300 پالس بر ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) مجاز است که برای راه‌اندازی جهش‌های کوتاه با شدت بالا مفید است. حداکثر ولتاژ معکوس 5 ولت است که نشان‌دهنده تحمل محدود دیود به بایاس معکوس است. محدوده دمای کاری از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس است و ذخیره‌سازی می‌تواند از 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس باشد که آن را برای محیط‌های خشن مناسب می‌سازد. دمای لحیم‌کاری پایه‌ها به عنوان 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه بسته مشخص شده است که راهنمایی برای فرآیندهای مونتاژ ارائه می‌دهد.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

پارامترها در یک جریان مستقیم استاندارد (I_F) معادل 20 میلی‌آمپر و دمای محیط (T_A) معادل 25 درجه سلسیوس آزمایش می‌شوند. ولتاژ مستقیم (V_F) به طور معمول از 1.2 ولت تا 1.6 ولت متغیر است. جریان معکوس (I_R) حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) معادل 5 ولت است. طول موج اوج انتشار (λ_اوج) 940 نانومتر است و پهنای باند طیفی (Δλ)، که به عنوان نیم‌عرض تعریف می‌شود، 50 نانومتر است. زاویه دید (2θ_1/2) 16 درجه است که مشخصه پرتو باریک را تأیید می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

LTE-2872U از یک سیستم دسته‌بندی دقیق برای خروجی تابشی خود استفاده می‌کند که برای کاربردهای نیازمند عملکرد نوری یکنواخت حیاتی است. دو پارامتر کلیدی دسته‌بندی می‌شوند: تابش روزنه (E_e, بر حسب میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع) و شدت تابشی (I_E, بر حسب میلی‌وات بر استرادیان).

3.1 دسته‌بندی خروجی تابشی

دیتاشیت چندین دسته (A, B, C, D1, D2, D3, D4) را برای هر دو پارامتر E_eو I_Eفهرست می‌کند. این دسته‌ها نشان‌دهنده محدوده‌های مرتب‌شده توان نوری هستند. به عنوان مثال، دسته A برای شدت تابشی دارای محدوده معمولی 3.31 تا 7.22 میلی‌وات بر استرادیان است، در حالی که دسته D4 از 17.17 میلی‌وات بر استرادیان شروع می‌شود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعه‌ای با سطح خروجی دقیق مورد نیاز برای کاربرد خود را انتخاب کنند و قدرت سیگنال کافی را بدون بیش‌مشخصه‌گذاری تضمین نمایند. اعداد دسته بالاتر به طور کلی با قطعات با بازده یا خروجی بالاتر مطابقت دارند. طراحان باید هنگام سفارش، کدهای دسته خاص را بررسی کنند تا عملکرد مورد نیاز را تضمین نمایند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

4.1 توزیع طیفی

شکل 1 توزیع طیفی را نشان می‌دهد که به شدت در 940 نانومتر به اوج می‌رسد با نیم‌عرض 50 نانومتر ذکر شده. این منحنی برای اطمینان از سازگاری با حساسیت طیفی گیرنده جفت‌شده (مانند LTR-3208) حیاتی است.

4.2 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

شکل 3 مشخصه جریان-ولتاژ (IV) را به تصویر می‌کشد. این شکل رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. این منحنی به طراحان اجازه می‌دهد تا ولتاژ راه‌اندازی لازم برای جریان کاری مطلوب را تعیین کنند که برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.

4.3 شدت تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

شکل 5 نشان می‌دهد که خروجی نوری (شدت تابشی) در محدوده کاری معمولی تقریباً با جریان مستقیم خطی است. این خطی‌بودن، مدولاسیون و کنترل خروجی نور را ساده می‌کند.

4.4 شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط

شکل 4 برای درک اثرات حرارتی حیاتی است. این شکل نشان می‌دهد که شدت تابشی با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. این کاهش ظرفیت باید در طراحی‌های در نظر گرفته شده برای کار در کل محدوده دمایی، به ویژه نزدیک حد بالایی (85+ درجه سلسیوس)، لحاظ شود تا حاشیه سیگنال کافی تضمین گردد.

4.5 نمودار تابش

شکل 6 یک الگوی تابش قطبی ارائه می‌دهد که به صورت بصری زاویه دید 16 درجه را تأیید می‌کند. این الگو، توزیع زاویه‌ای نور مادون قرمز منتشر شده را نشان می‌دهد که برای هم‌ترازی نوری و درک ناحیه حس‌گری مؤثر مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

این قطعه از یک بسته‌بندی استاندارد 5 میلی‌متری با پایه شعاعی (اغلب به عنوان T-1¾ اشاره می‌شود) استفاده می‌کند. ابعاد کلیدی شامل قطر بدنه، فاصله پایه‌ها و طول کلی می‌شود. نقشه مشخص می‌کند که فاصله پایه‌ها در جایی اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بسته خارج می‌شوند. حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج به عنوان 1.5 میلی‌متر ذکر شده است. تمام ابعاد دارای تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

5.2 شناسایی قطبیت

برای یک فرستنده مادون قرمز استاندارد در این بسته‌بندی، پایه بلندتر معمولاً آند (مثبت) و پایه کوتاه‌تر کاتد (منفی) است. طرف صاف روی لبه بسته نیز ممکن است نشان‌دهنده طرف کاتد باشد. طراحان باید این موضوع را در حین مونتاژ تأیید کنند تا از اتصال معکوس جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت دستورالعمل‌های خاصی برای لحیم‌کاری ارائه می‌دهد تا از آسیب حرارتی به پیوند نیمه‌هادی و بسته‌بندی پلاستیکی جلوگیری شود.

6.1 لحیم‌کاری دستی یا موجی

مقدار حداکثر مطلق مشخص می‌کند که پایه‌ها می‌توانند در دمای 260 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 5 ثانیه لحیم شوند، با این شرط که نقطه لحیم‌کاری حداقل 1.6 میلی‌متر (0.063 اینچ) از بدنه بسته فاصله داشته باشد. این فاصله اجازه می‌دهد گرما قبل از رسیدن به اجزای حساس داخل بسته، در طول پایه پراکنده شود. استفاده از یک کلیپ هیت‌سینک روی پایه بین نقطه لحیم و بدنه، یک روش توصیه‌شده است.

6.2 شرایط نگهداری

در حالی که جزئیات صریحی فراتر از محدوده دمای ذخیره‌سازی (55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس) ارائه نشده است، روش استاندارد این است که قطعات حساس به رطوبت در یک محیط خشک یا در کیسه‌های مهر و موم شده ضد رطوبت با ماده خشک‌کن نگهداری شوند تا از "پف کردن" در حین لحیم‌کاری رفلو جلوگیری شود، اگرچه این قطعه عمدتاً برای مونتاژ سوراخ‌دار است.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

• دودشکن‌ها:تأییدیه UL آن را به یک انتخاب اولیه تبدیل می‌کند. این قطعه در دودشکن‌های فوتوالکتریک استفاده می‌شود که ذرات دود پرتو مادون قرمز را از فرستنده به یک فوتودیود پراکنده می‌کنند.
• حس‌گری شیء/شکاف:جفت شده با یک فوتوترانزیستور هم‌خوان (مانند LTR-3208) در دو طرف یک شکاف برای تشخیص حضور یا عدم حضور یک شیء (کاغذ در پرینتر، سکه در دستگاه فروش خودکار).
• حس‌گری مجاورت:استفاده در سیستم‌هایی که نور مادون قرمز بازتاب‌شده برای سنجش فاصله یا حضور تشخیص داده می‌شود.
• اتوماسیون صنعتی:برای شمارش، موقعیت‌یابی و پرده‌های ایمنی قطع پرتو.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان مستقیم به مقدار مطلوب استفاده کنید (به عنوان مثال، 20 میلی‌آمپر برای اندازه‌گیری مشخصات). مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_منبع- V_F) / I_F.
• مدیریت حرارتی:کاهش خروجی با دما را در نظر بگیرید (شکل 4 را ببینید). برای کار در دمای بالا یا جریان بالا، اطمینان حاصل کنید که تلفات توان (I_F* V_F) از 250 میلی‌وات تجاوز نکند و کاهش ظرفیت را در نظر بگیرید.
• هم‌ترازی نوری:پرتو باریک 16 درجه‌ای نیاز به هم‌ترازی مکانیکی دقیق با گیرنده برای حداکثر قدرت سیگنال دارد.
• نویز الکتریکی:برای کار پالسی، اطمینان حاصل کنید که مدار راه‌انداز سریع است و محافظت را در نظر بگیرید تا از تأثیر تداخل الکترومغناطیسی بر مدارهای گیرنده حساس جلوگیری شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در حالی که مقایسه مستقیم رقیب در دیتاشیت وجود ندارد، تمایزهای کلیدی LTE-2872U را می‌توان استنباط کرد. مزیت اصلی آن، تضمین هم‌خوانی با سری فوتوترانزیستور LTR-3208 است که عدم قطعیت طراحی را کاهش می‌دهد. در دسترس بودن چندین دسته خروجی، امکان بهینه‌سازی هزینه-عملکرد را فراهم می‌کند. زاویه دید باریک یک ویژگی خاص است که در تمام فرستنده‌های مادون قرمز یافت نمی‌شود؛ فرستنده‌های با زاویه دید بازتر شدت کمتری در یک نقطه خاص ارائه می‌دهند اما ناحیه بزرگتری را پوشش می‌دهند. گواهی UL برای دودشکن‌ها یک صلاحیت مهم است که همه LEDهای مادون قرمز دارا نیستند و راه را به بازار تنظیم‌شده باز می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال 1: هدف دسته‌های مختلف (A, B, C, D1 و غیره) چیست؟
پاسخ 1: دسته‌ها، LEDها را بر اساس خروجی تابشی اندازه‌گیری شده (شدت) دسته‌بندی می‌کنند. این امر به شما اجازه می‌دهد تا قطعه‌ای را انتخاب کنید که حداقل خروجی مورد نیاز برای کاربرد شما را به طور قابل اعتماد برآورده می‌کند. استفاده از یک دسته بالاتر، سیگنال قوی‌تری را تضمین می‌کند اما ممکن است کمی گران‌تر باشد.

سوال 2: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً با منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کنم؟
پاسخ 2: خیر. ولتاژ مستقیم معمول 1.2 تا 1.6 ولت است. اتصال مستقیم آن به 5 ولت باعث جریان بیش از حد شده و LED را از بین می‌برد. شما همیشه باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری استفاده کنید.

سوال 3: چرا خروجی در دماهای بالاتر کاهش می‌یابد؟
پاسخ 3: این یک مشخصه اساسی منابع نور نیمه‌هادی است. افزایش دما، بازترکیب غیرتابشی درون ماده نیمه‌هادی را افزایش می‌دهد و بازده تولید نور (الکترولومینسانس) را کاهش می‌دهد.

سوال 4: "هم‌خوانی طیفی" به چه معناست؟
پاسخ 4: به این معنی است که طول موج اوج انتشار فرستنده (940 نانومتر) به طور نزدیکی با طول موج حساسیت طیفی اوج گیرنده فوتوترانزیستور مشخص شده هم‌تراز است. این امر مقدار نور منتشر شده‌ای را که گیرنده می‌تواند "ببیند" و به سیگنال الکتریکی تبدیل کند، به حداکثر می‌رساند.

10. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو: طراحی یک سنسور اتمام کاغذ برای پرینتر.یک کاربرد رایج، تشخیص عدم حضور کاغذ در سینی است. یک فرستنده مادون قرمز LTE-2872U در یک طرف مسیر کاغذ قرار می‌گیرد و یک فوتوترانزیستور LTR-3208 دقیقاً در مقابل آن قرار می‌گیرد. هنگامی که کاغذ وجود دارد، پرتو مادون قرمز را مسدود می‌کند و خروجی فوتوترانزیستور پایین است (یا بالا، بسته به پیکربندی مدار). هنگامی که کاغذ وجود ندارد، پرتو به گیرنده می‌رسد و حالت خروجی آن را تغییر می‌دهد.مراحل طراحی:1) یک دسته مناسب انتخاب کنید (به عنوان مثال، دسته C) برای حاشیه سیگنال کافی. 2) مدار راه‌انداز را طراحی کنید: از یک پین GPIO میکروکنترلر استفاده کنید. با منبع تغذیه 3.3 ولت و هدف I_Fمعادل 20 میلی‌آمپر، R = (3.3V - 1.4V) / 0.02A = 95Ω را محاسبه کنید. از یک مقاومت استاندارد 100Ω استفاده کنید. 3) مدار گیرنده را طراحی کنید: فوتوترانزیستور را در پیکربندی امیتر مشترک با یک مقاومت pull-up وصل کنید تا یک سیگنال دیجیتال ایجاد شود. 4) نگهدارنده را از نظر مکانیکی طراحی کنید تا هم‌ترازی دقیق فرستنده و گیرنده در سراسر مسیر کاغذ تضمین شود و از پرتو باریک 16 درجه‌ای برای تشخیص لبه دقیق استفاده شود.

11. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

LTE-2872U یک دیود نورافشان (LED) است که در طیف مادون قرمز عمل می‌کند. اصل اصلی آن، الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم 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 می‌کنند. در این سیستم ماده خاص (GaAlAs/GaAs)، انرژی آزاد شده مربوط به یک فوتون با طول موج تقریبی 940 نانومتر است که در ناحیه مادون قرمز نزدیک قرار دارد. پرتو باریک از طریق هندسه تراشه نیمه‌هادی و اثر عدسی گنبد پلاستیکی شفاف حاصل می‌شود که نور منتشر شده را موازی می‌کند.

12. روندها و زمینه فناوری

فرستنده‌های مادون قرمز مانند LTE-2872U بر اساس فناوری نیمه‌هادی III-V بالغ هستند. روندها در این زمینه شامل توسعه فرستنده‌ها در طول‌موج‌های مختلف (به عنوان مثال، 850 نانومتر برای برخی دوربین‌های نظارتی، 1050 نانومتر برای کاربردهای ایمن برای چشم) و با توان خروجی و بازده بالاتر است. همچنین حرکت به سمت بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار وجود دارد، اگرچه بسته‌بندی‌های سوراخ‌دار مانند این نوع 5 میلی‌متری برای نمونه‌سازی اولیه، تعمیر و کاربردهای نیازمند مدیریت توان بالاتر یا مونتاژ دستی ساده‌تر همچنان محبوب هستند. اصل جفت‌های فرستنده-گیرنده هم‌خوان، برای حس‌گری نوری قابل اعتماد اساسی باقی می‌ماند. ادغام فرستنده، راه‌انداز و گاهی گیرنده در یک ماژول واحد، روند دیگری است که طراحی سیستم را برای کاربران نهایی ساده می‌کند.