دیتاشیت LED مادون قرمز LTE-4238R - پکیج شفاف - طول موج اوج 880 نانومتر - ولتاژ مستقیم 1.8 ولت - سند فنی فارسی

13. روندها و زمینه فناوری

LTE-4238R یک فرستنده مادون قرمز (IR) مینیاتوری و کم‌هزینه است که برای کاربردهای اپتوالکترونیک طراحی شده است. عملکرد اصلی آن تابش نور مادون قرمز در طول موجی خاص است که عموماً در سیستم‌های سنجش، تشخیص و ارتباطات که به منبع نور نامرئی نیاز دارند، استفاده می‌شود. این قطعه در یک پکیج پلاستیکی شفاف و رو به انتها قرار دارد که امکان انتقال کارآمد نور را فراهم می‌کند. یک مزیت کلیدی این قطعه، تطابق مکانیکی و طیفی آن با سری‌های خاصی از فتوترانزیستورها (مانند سری LTR-3208) است که طراحی جفت‌های فرستنده-گیرنده را ساده کرده و عملکرد بهینه را در کاربردهای سنجشی تضمین می‌کند. این ویژگی آن را برای بازارهای مرتبط با تشخیص شیء، سنجش مجاورتی، کلیدهای غیرتماسی و پیوندهای نوری داده پایه مناسب می‌سازد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. LTE-4238R می‌تواند تا 150 میلی‌وات توان تلف کند. این قطعه جریان مستقیم پیک 2 آمپر را در شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) تحمل می‌کند، در حالی که حداکثر جریان مستقیم پیوسته 100 میلی‌آمپر است. قطعه می‌تواند ولتاژ معکوس تا 5 ولت را تحمل کند. محدوده دمای کاری از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس است و می‌تواند در محیط‌هایی از 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری شود. برای مونتاژ، پایه‌ها را می‌توان در دمای 260 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 5 ثانیه لحیم کرد، به شرطی که نقطه لحیم‌کاری حداقل 1.6 میلی‌متر از بدنه پکیج فاصله داشته باشد.

2.2 مشخصات الکترو-نوری

این پارامترها در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس و جریان مستقیم آزمایش (I_F) 20 میلی‌آمپر مشخص شده‌اند که به عنوان نقطه کاری استاندارد عمل می‌کند. شدت تابشی (I_E)، که معیاری از توان نوری تابیده شده در هر زاویه فضایی است، مقدار معمول 4.81 میلی‌وات بر استرادیان دارد. تابندگی روزنه (E_e)، که نشان‌دهنده چگالی توان است، معمولاً 0.64 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع است. قطعه نور را در طول موج اوج (λ_اوج) 880 نانومتر تابش می‌کند که در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد. پهنای باند طیفی، که به عنوان نیم‌عرض (Δλ) تعریف می‌شود، 50 نانومتر است که گستردگی طول‌موج‌ها حول نقطه اوج را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم (V_F) معمولاً در جریان 20 میلی‌آمپر از 1.3 ولت تا 1.8 ولت متغیر است. جریان معکوس (I_R) حداکثر 100 میکروآمپر است هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال شود. زاویه دید (2θ_1/2)، که در آن شدت تابشی به نصف مقدار حداکثر خود می‌رسد، 20 درجه است که یک پرتو نسبتاً متمرکز را تعریف می‌کند.

3. توضیح سیستم باینینگ

دیتاشیت نشان می‌دهد که قطعات "بر اساس محدوده‌های مشخص شدت نوری و شدت تابشی انتخاب شده‌اند." این به فرآیند باینینگ یا دسته‌بندی بر اساس پارامترهای خروجی نوری اندازه‌گیری شده اشاره دارد. اگرچه کدهای باین خاص در این بخش ذکر نشده‌اند، اما باینینگ معمول برای چنین فرستنده‌هایی شامل گروه‌بندی قطعات بر اساس شدت تابشی (I_E) و گاهی ولتاژ مستقیم (V_F) برای اطمینان از ثبات عملکرد در کاربرد است. طراحان باید برای دریافت مشخصات دقیق باینینگ با سازنده مشورت کنند تا قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای شدت دقیق کاربردشان را برآورده می‌سازد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه معمول است. شکل 1 توزیع طیفی را نشان می‌دهد که شدت تابشی نسبی را در برابر طول‌موج ترسیم می‌کند. این شکل اوج در 880 نانومتر و نیم‌عرض 50 نانومتری را تأیید می‌کند. شکل 2 رابطه بین جریان مستقیم و دمای محیط را نشان می‌دهد و نحوه کاهش حداکثر جریان پیوسته مجاز با افزایش دما برای باقی ماندن در محدوده تلفات توان را نمایش می‌دهد. شکل 3 منحنی جریان مستقیم در برابر ولتاژ مستقیم (منحنی I-V) است که مشخصه نمایی دیود را نشان می‌دهد. شکل 4 تغییرات شدت تابشی نسبی را با دمای محیط نشان می‌دهد که معمولاً کاهش خروجی با افزایش دما را نمایش می‌دهد. شکل 5 شدت تابشی نسبی را در برابر جریان مستقیم ترسیم می‌کند و رابطه تقریباً خطی بین جریان راه‌اندازی و خروجی نور را در محدوده کاری نشان می‌دهد. در نهایت، شکل 6 نمودار تابش است که یک نمودار قطبی توزیع فضایی نور تابیده شده را به تصویر می‌کشد و زاویه دید 20 درجه را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

این قطعه از یک پکیج پلاستیکی مینیاتوری رو به انتها استفاده می‌کند. نکات کلیدی ابعادی شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند (با اینچ در پرانتز)، تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد، حداکثر برآمدگی رزین زیر فلنج 1.0 میلی‌متر است و فاصله پایه‌ها در نقطه خروج پایه‌ها از پکیج اندازه‌گیری می‌شود. نقشه ابعادی دقیق ارجاع داده شده اما در متن ارائه شده به طور کامل جزئیات آن نیامده است.

5.2 شناسایی قطبیت

برای یک LED مادون قرمز، پایه بلندتر معمولاً آند (مثبت) و پایه کوتاه‌تر کاتد (منفی) است. پکیج ممکن است یک طرف صاف یا علامت دیگری نزدیک کاتد داشته باشد. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ مدار رعایت شود تا از آسیب جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مقدار حداکثر مطلق دمای لحیم‌کاری پایه را مشخص می‌کند: 260 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 5 ثانیه، با این شرط که این عمل حداقل در فاصله 1.6 میلی‌متر (0.063 اینچ) از بدنه پکیج اعمال شود. این امر برای جلوگیری از آسیب حرارتی به دی نیم‌هادی و محفظه پلاستیکی بسیار مهم است. برای لحیم‌کاری رفلو، یک پروفایل استاندارد با دمای اوج حداکثر 260 درجه سلسیوس و کنترل دقیق زمان بالاتر از نقطه ذوب توصیه می‌شود. قطعه باید قبل از استفاده در یک محیط خشک و ضد استاتیک نگهداری شود. اطلاعات سطح حساسیت به رطوبت (MSL)، در صورت وجود، باید از سازنده دریافت شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه LTE-4238R است. دیتاشیت به یک شماره مشخصه (DS-50-98-0043) و یک نسخه (C) ارجاع می‌دهد. جزئیات خاص بسته‌بندی (مانند ابعاد نوار و قرقره، تعداد در هر قرقره) در این بخش ارائه نشده است. کدهای "BNS-OD-C131/A4" و "BNS-OD-FC001/A4" احتمالاً به شماره‌های کنترل داخلی اسناد اشاره دارند. برای سفارش، از شماره قطعه پایه LTE-4238R استفاده می‌شود و هر کد باینینگ یا انتخاب ویژه مطابق با سیستم سازنده به آن اضافه می‌شود.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

LTE-4238R برای کاربردهایی که به یک منبع IR تطبیق‌یافته نیاز دارند ایده‌آل است. کاربرد اصلی آن در ترکیب با یک فتوترانزیستور تطبیق‌یافته طیفی (مانند سری LTR-3208) برای تشکیل یک قطع‌کننده نوری یا سنسور شیء بازتابی است. کاربردهای رایج شامل تشخیص کاغذ در پرینترها و کپی‌برها، سنجش شکاف یا لبه، شمارش اشیاء، تشخیص مجاورت در لوازم خانگی و کلیدهای غیرتماسی ساده است. پکیج شفاف آن را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که فرستنده ممکن است قابل مشاهده باشد، اگرچه نور 880 نانومتر عمدتاً برای چشم انسان نامرئی است.

8.2 ملاحظات طراحی

1. محدود کردن جریان:یک LED مادون قرمز یک قطعه جریان‌محور است. همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده کنید که بر اساس ولتاژ تغذیه (V_CC)، ولتاژ مستقیم LED (V_F~1.8V حداکثر) و جریان مستقیم مورد نظر (I_F) محاسبه شده است. از رتبه جریان پیوسته 100 میلی‌آمپر تجاوز نکنید. برای کار پالسی، اطمینان حاصل کنید که عرض پالس و چرخه وظیفه در محدوده‌های مشخص شده باقی می‌مانند تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
2. مدیریت حرارتی:رتبه تلفات توان 150 میلی‌وات نباید تجاوز کند. در دماهای محیط بالاتر، حداکثر جریان مستقیم مجاز را مطابق منحنی‌های مشخصه کاهش دهید.
3. هم‌راستایی نوری:برای بهترین عملکرد در یک سیستم سنسور جفت‌شده، اطمینان حاصل کنید که هم‌راستایی مکانیکی دقیقی بین فرستنده و آشکارساز برقرار است. زاویه دید باریک 20 درجه به جهت‌داری کمک می‌کند اما نیازمند قرارگیری دقیق است.
4. مصونیت در برابر نور محیط:در حالی که آشکارساز نوری تطبیق‌یافته کمک می‌کند، طراحی بافل‌های نوری یا استفاده از سیگنال‌های IR مدوله‌شده می‌تواند مصونیت در برابر تداخل نور محیط را در کاربردهای سنجشی بهبود بخشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

ویژگی متمایزکننده کلیدی LTE-4238R تطابق صریح مکانیکی و طیفی آن با یک سری خاص فتوترانزیستور است. این امر کارایی کوپلینگ بهینه را تضمین کرده و فرآیند طراحی برای سنسورهای نوری را ساده می‌سازد، زیرا این جفت برای کار با هم مشخصه‌یابی شده‌اند. در مقایسه با فرستنده‌های IR عمومی، این تطابق می‌تواند منجر به حساسیت بالاتر، برد بیشتر یا عملکرد یکنواخت‌تر در کاربرد نهایی شود. پکیج شفاف در مقایسه با پکیج‌های رنگی کارایی انتقال کمی بالاتری ارائه می‌دهد و خروجی نور را به حداکثر می‌رساند. اندازه مینیاتوری آن برای طراحی‌های با محدودیت فضا مناسب است.

10. پرسش‌های متداول (سوالات پرتکرار)

س: هدف از طول موج اوج 880 نانومتر چیست؟
ج: 880 نانومتر در محدوده مادون قرمز نزدیک قرار دارد. این نور برای چشم انسان نامرئی است و آن را برای کاربردهای سنجشی محتاطانه می‌سازد. همچنین به خوبی با حساسیت اوج آشکارسازهای نوری سیلیکونی (مانند فتوترانزیستورها) هم‌راستا است و تشخیص کارآمد را تضمین می‌کند.

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پایه میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟
ج: این به قابلیت تأمین جریان پایه بستگی دارد. یک پایه معمولی MCU می‌تواند 20-25 میلی‌آمپر تأمین کند که در محدوده کاری است. با این حال، شما حتماً باید یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری قرار دهید. هرگز یک LED را مستقیماً به یک منبع ولتاژ یا یک پایه بدون کنترل جریان وصل نکنید.

س: چگونه "زاویه دید" 20 درجه را تفسیر کنم؟
ج: این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور تابیده شده حداقل نصف مقدار حداکثر خود (روی محور) است. زاویه 20 درجه نسبتاً باریک است و در مقایسه با فرستنده‌های زاویه‌باز، پرتوی متمرکزتری تولید می‌کند. این برای کاربردهای برد بلند یا هم‌راستایی دقیق مفید است.

س: "تطبیق طیفی" به چه معناست؟
ج: به این معنی است که طیف تابشی LTE-4238R (متمرکز بر 880 نانومتر) به گونه‌ای طراحی شده است که به طور بهینه با منحنی پاسخ طیفی فتوترانزیستور مشخص شده همپوشانی داشته باشد. این امر مقدار نور تابیده‌شده‌ای را که آشکارساز واقعاً می‌تواند "ببیند" و به سیگنال الکتریکی تبدیل کند، به حداکثر می‌رساند.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: سنسور تشخیص شیء:LTE-4238R و فتوترانزیستور تطبیق‌یافته آن را روبروی هم در دو طرف یک شکاف قرار دهید. هنگامی که یک شیء از شکاف عبور می‌کند، پرتو IR را قطع می‌کند و باعث تغییر خروجی فتوترانزیستور می‌شود. این مدار ساده می‌تواند برای شمارش اشیاء روی نوار نقاله یا تشخیص وجود کاغذ در سینی پرینتر استفاده شود. جریان عبوری از LED را می‌توان با استفاده از یک مقاومت روی 20 میلی‌آمپر تنظیم کرد: R = (V_CC- V_F) / I_F. برای تغذیه 5 ولت و V_F برابر 1.6 ولت، R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 اهم (از مقاومت استاندارد 180 اهم استفاده کنید).

مثال 2: سنسور بازتابی:فرستنده و آشکارساز را کنار هم نصب کنید و به یک نقطه مشترک هدف بگیرید. نور IR از فرستنده از یک سطح (مانند یک شیء سفید یا نوار بازتابنده) منعکس می‌شود و توسط فتوترانزیستور تشخیص داده می‌شود. این تنظیم می‌تواند مجاورت یک شیء را تشخیص دهد یا الگوهای کدگذاری شده را بخواند. زاویه دید باریک در این پیکربندی نزدیک به حداقل رساندن تداخل بین فرستنده و آشکارساز کمک می‌کند.

12. معرفی اصل عملکرد

یک فرستنده مادون قرمز مانند LTE-4238R یک دیود نیم‌هادی است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال شود (ولتاژ مثبت به آند نسبت به کاتد اعمال شود)، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال ماده نیم‌هادی (معمولاً بر پایه آرسنید گالیم، GaAs) بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (ذرات نور) آزاد می‌کند. ترکیب ماده خاص و ساختار نیم‌هادی طول‌موج فوتون‌های تابیده شده را تعیین می‌کند که در این مورد در 880 نانومتر در طیف مادون قرمز متمرکز است. پکیج اپوکسی شفاف، دی نیم‌هادی را محصور و محافظت می‌کند در حالی که به نور تولید شده اجازه می‌دهد به طور کارآمد خارج شود.

13. روندها و زمینه فناوری

فرستنده‌های مادون قرمز همچنان اجزای اساسی در اپتوالکترونیک هستند. روندها در این زمینه شامل توسعه فرستنده‌هایی با شدت تابشی و کارایی بالاتر از پکیج‌های کوچکتر است که امکان سنسورهای قدرتمندتر یا با برد بیشتر را فراهم می‌کند. همچنین حرکت به سمت پکیج‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار وجود دارد، اگرچه پکیج‌های سوراخ‌دار مانند این هنوز به طور گسترده برای نمونه‌سازی اولیه و کاربردهای خاص استفاده می‌شوند. یکپارچه‌سازی روند دیگری است، با رایج‌تر شدن ماژول‌های ترکیبی فرستنده-آشکارساز که طراحی سیستم را بیشتر ساده می‌کند. اصل زمینه‌ای الکترولومینسانس در نیم‌هادی‌ها به خوبی تثبیت شده است، اما پیشرفت‌های علم مواد همچنان به بهبود عملکرد، قابلیت اطمینان و مقرون‌به‌صرفه بودن ادامه می‌دهد.