دیتاشیت فنی LED مادون قرمز LTE-R38386AS-ZF - طول موج 850 نانومتر - جریان مستقیم 1 آمپر - حداکثر ولتاژ 3.6 ولت - اتلاف توان 3.6 وات

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک قطعه گسسته مادون قرمز را ارائه می‌دهد که برای کاربردهای نیازمند توان بالا، سرعت بالا و زاویه دید گسترده طراحی شده است. این قطعه یک فرستنده مادون قرمز است که در طول موج اوج 850 نانومتر کار می‌کند و با استفاده از فناوری AlGaAs برای عملکرد پرسرعت ساخته شده است. این قطعه بخشی از یک خط تولید گسترده‌تر است که شامل انواع فرستنده‌ها و گیرنده‌های مادون قرمز مانند LEDهای مادون قرمز GaAs با طول موج 940 نانومتر، فوتودیودهای PIN و فوتوترانزیستورها می‌شود. این قطعه برای انطباق با RoHS طراحی شده و به عنوان یک محصول سبز طبقه‌بندی می‌شود.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این قطعه شامل منبع نور LED پرتوان، عملکرد بالا با طول عمر عملیاتی طولانی و قابلیت تحمل جریان‌های راه‌اندازی بالا است. این ویژگی‌ها آن را برای کاربردهای سخت مادون قرمز مناسب می‌سازد. بازارها و کاربردهای هدف عمدتاً در الکترونیک مصرفی و صنعتی هستند، به ویژه در جایی که سیگنال‌دهی مادون قرمز قابل اعتماد مورد نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی دستگاه را تحت شرایط آزمایش استاندارد (TA=25°C) ارائه می‌دهد.

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این دستگاه برای کار در محدوده‌های سخت‌گیرانه جهت اطمینان از قابلیت اطمینان و جلوگیری از آسیب طراحی شده است. حداکثر اتلاف توان 3.6 وات است. می‌تواند جریان مستقیم پیک 5 آمپر را تحت شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) و جریان مستقیم پیوسته DC معادل 1 آمپر را تحمل کند. حداکثر ولتاژ معکوس مجاز 5 ولت است. مقاومت حرارتی از پیوند در 9 کلوین بر وات مشخص شده است که برای طراحی مدیریت حرارتی حیاتی است. محدوده دمای عملیاتی از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس و محدوده دمای ذخیره‌سازی از 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس است. این قطعه می‌تواند لحیم‌کاری مادون قرمز در دمای 260 درجه سلسیوس را حداکثر به مدت 10 ثانیه تحمل کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

تحت شرایط آزمایش جریان مستقیم 1 آمپر (IF)، دستگاه شدت تابشی (IE) با مقدار معمول 320 میلی‌وات بر استرادیان و حداقل 200 میلی‌وات بر استرادیان را نشان می‌دهد. شار تابشی کل (Фe) معمولاً 1270 میلی‌وات است. طول موج اوج گسیل (λPeak) 850 نانومتر است، با نیم‌عرض خط طیفی (Δλ) معادل 50 نانومتر که پهنای باند نوری آن را تعریف می‌کند. ولتاژ مستقیم (VF) از 2.5 ولت (حداقل) تا 3.6 ولت (حداکثر) متغیر است، با مقدار معمول 3.1 ولت در جریان 1 آمپر. جریان معکوس (IR) حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (VR) معادل 5 ولت است. زمان‌های صعود و نزول سیگنال (Tr/Tf) معمولاً 30 نانوثانیه است (اندازه‌گیری از 10% تا 90%). زاویه دید (2θ1/2) 150 درجه است، که در آن θ1/2 زاویه خارج از محور است که در آن شدت تابشی نصف مقدار روی محور مرکزی است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه معمول است که برای طراحی مدار و پیش‌بینی عملکرد تحت شرایط مختلف ضروری هستند.

3.1 توزیع طیفی

شکل 1 شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد. منحنی در 850 نانومتر متمرکز است که طول موج اوج گسیل را تأیید می‌کند، با نیم‌عرض 50 نانومتر که گستره طیفی نور مادون قرمز گسیل‌شده را نشان می‌دهد.

3.2 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

شکل 2 رابطه بین جریان مستقیم مجاز و دمای محیط را نشان می‌دهد. این منحنی کاهش ریتینگ برای تعیین حداکثر جریان عملیاتی ایمن در دماهای بالا جهت جلوگیری از تجاوز از حد دمای پیوند حیاتی است.

3.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

شکل 3 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (IV) را ارائه می‌دهد. این منحنی رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد که برای دیودها معمول است و برای محاسبه اتلاف توان (Vf * If) و طراحی مدار محدودکننده جریان مناسب استفاده می‌شود.

3.4 شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط و جریان مستقیم

شکل‌های 4 و 5 به ترتیب نشان می‌دهند که توان خروجی نوری (نسبت به مقدار آن در IF=1A) چگونه با دمای محیط و جریان مستقیم تغییر می‌کند. این نمودارها به طراحان کمک می‌کنند تا تغییرات بازده و پایداری خروجی را تحت شرایط عملیاتی مختلف درک کنند.

3.5 الگوی تابش

شکل 6 یک نمودار قطبی تابش است که توزیع فضایی نور مادون قرمز گسیل‌شده را نشان می‌دهد. لوب گسترده و صاف، زاویه دید 150 درجه‌ای را تأیید می‌کند که برای کاربردهای نیازمند پوشش گسترده یا تلرانس هم‌ترازی مهم است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد کلی

سند یک نقشه مکانیکی دقیق از قطعه را ارائه می‌دهد. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر مشخص شده‌اند، با تلرانس استاندارد ±0.1 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. نقشه شامل ویژگی‌های کلیدی لازم برای طراحی جای پای PCB و یکپارچه‌سازی مکانیکی است.

4.2 ابعاد پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک الگوی زمین PCB توصیه‌شده (چیدمان پد لحیم‌کاری) ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که اتصال لحیم به درستی شکل می‌گیرد، پایداری مکانیکی و عملکرد حرارتی در طول فرآیند مونتاژ حفظ می‌شود. رعایت این ابعاد برای تولید قابل اطمینان توصیه می‌شود.

4.3 شناسایی قطبیت

کاتد به وضوح در نمودار ابعاد بسته‌بندی مشخص شده است. جهت‌دهی صحیح قطبیت در طول مونتاژ برای عملکرد دستگاه ضروری است.

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت و مونتاژ صحیح برای حفظ قابلیت اطمینان و عملکرد دستگاه حیاتی است.

5.1 شرایط نگهداری

برای بسته‌بندی‌های مهر و موم شده، نگهداری باید در دمای 30 درجه سلسیوس یا کمتر و رطوبت نسبی (RH) 90% یا کمتر باشد، با دوره توصیه‌شده استفاده ظرف یک سال. برای بسته‌بندی‌های باز شده، محیط نباید از 30 درجه سلسیوس یا 60% RH تجاوز کند. قطعاتی که از بسته‌بندی اصلی خود خارج شده‌اند باید ظرف یک هفته ریفلو لحیم شوند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از بسته اصلی، نگهداری در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک خشک‌کن نیتروژن توصیه می‌شود. قطعاتی که بیش از یک هفته خارج از بسته‌بندی نگهداری شده‌اند باید قبل از لحیم‌کاری در حدود 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 20 ساعت پخته شوند.

5.2 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده شود.

5.3 پارامترهای لحیم‌کاری

شرایط دقیق لحیم‌کاری برای هر دو فرآیند ریفلو و لحیم‌کاری دستی ارائه شده است. برای لحیم‌کاری ریفلو: پیش‌گرم در دمای 150 تا 200 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 120 ثانیه، با حداکثر دمای پیک که از 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه تجاوز نکند (حداکثر دو سیکل ریفلو مجاز است). برای استفاده از هویه: حداکثر دمای 300 درجه سلسیوس برای حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه. سند به پروفایل‌های استاندارد JEDEC به عنوان پایه‌ای برای تنظیم فرآیند اشاره می‌کند و بر نیاز به مشخصه‌سازی خاص برد به دلیل تغییرات در طراحی، خمیرها و تجهیزات تأکید می‌کند.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 ابعاد بسته‌بندی نوار و قرقره

قطعه بر روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود، با 600 قطعه در هر قرقره. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA 481-1-A-1994 است. ابعاد دقیق نوار حامل و قرقره ارائه شده است. یادداشت‌ها مشخص می‌کنند که جیب‌های خالی قطعه با نوار پوششی مهر و موم شده‌اند و حداکثر دو قطعه مفقود شده متوالی مجاز است.

7. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 کاربرد مورد نظر و احتیاط‌ها

این دستگاه برای تجهیزات الکترونیکی معمولی در کاربردهای اداری، ارتباطی و خانگی در نظر گرفته شده است. مشاوره قبل از استفاده در کاربردهایی که قابلیت اطمینان استثنایی نیاز است، ضروری است، به ویژه در جایی که خرابی می‌تواند زندگی یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، سیستم‌های پزشکی، دستگاه‌های ایمنی).

7.2 طراحی مدار راه‌انداز

از آنجایی که LED یک دستگاه جریان‌محور است، هنگامی که چندین دستگاه به صورت موازی متصل می‌شوند، باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر LED استفاده شود. این روش، که در دیتاشیت به عنوان "مدل مدار (الف)" نشان داده شده است، برای اطمینان از یکنواختی شدت در بین تمام LEDها ضروری است. مدار جایگزین بدون مقاومت‌های جداگانه ("مدل مدار (ب)") ممکن است به دلیل توزیع طبیعی ولتاژ مستقیم (Vf) بین LEDها، منجر به تغییرات روشنایی و عدم تعادل جریان شود.

7.3 مدیریت حرارتی

با توجه به ریتینگ اتلاف توان 3.6 وات و مقاومت حرارتی (Rθj) معادل 9 کلوین بر وات، مدیریت حرارتی مؤثر روی PCB ضروری است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مساحت کافی مس یا هیت‌سینک برای نگه داشتن دمای پیوند در محدوده ایمن وجود دارد، به ویژه هنگام کار با جریان‌های بالا یا در دمای محیط بالا، همانطور که توسط منحنی کاهش ریتینگ نشان داده شده است.

8. مقایسه و تمایز فنی

این LED مادون قرمز AlGaAs با طول موج 850 نانومتر برای کاربردهای پرسرعت موقعیت‌یابی شده است. در مقایسه با LEDهای مادون قرمز استاندارد GaAs با طول موج 940 نانومتر که اغلب در کنترل‌های از راه دور استفاده می‌شوند، طول موج 850 نانومتر می‌تواند عملکرد بهتری با گیرنده‌های مبتنی بر سیلیکون (که حساسیت بالاتری در محدوده 800-900 نانومتر دارند) ارائه دهد و معمولاً در سیستم‌های انتقال داده و نظارتی استفاده می‌شود. خروجی توان بالا (معمولاً 320 میلی‌وات بر استرادیان) و سرعت سوئیچینگ سریع (معمولاً 30 نانوثانیه) تمایزهای کلیدی برای کاربردهای نیازمند سیگنال‌های قوی یا نرخ داده بالا هستند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: تفاوت بین شدت تابشی (میلی‌وات بر استرادیان) و شار تابشی کل (میلی‌وات) چیست؟

ج: شدت تابشی توان نوری گسیل‌شده در هر واحد زاویه فضایی (استرادیان) در امتداد محور مرکزی را اندازه می‌گیرد که نشان می‌دهد پرتو چقدر متمرکز است. شار تابشی کل توان نوری یکپارچه‌شده گسیل‌شده در تمام جهات است. زاویه دید گسترده 150 درجه‌ای این دستگاه به این معنی است که شار کل آن به طور قابل توجهی بالاتر از شدت محوری یک فرستنده با زاویه باریک است.

س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟

ج: توصیه نمی‌شود. LEDها نیاز به کنترل جریان دارند. ولتاژ مستقیم (Vf) یک محدوده دارد (2.5 ولت تا 3.6 ولت). یک منبع ولتاژ ثابت تنظیم‌شده در این محدوده می‌تواند منجر به تغییرات جریان بیش از حد بین واحدها شود، به طور بالقوه برخی را بیش از حد راه‌اندازی کرده و باعث روشنایی ناسازگار یا آسیب شود. همیشه از یک مقاومت سری یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید.

س: چگونه زاویه دید 150 درجه (2θ1/2) را تفسیر کنم؟

ج: زاویه دید زاویه کامل‌ای است که در آن شدت حداقل نصف شدت پیک (روی محور) است. بنابراین، θ1/2 برابر 75 درجه از محور است. نور با شدت مفید در سراسر این مخروط بسیار گسترده 150 درجه‌ای گسیل می‌شود.

10. مثال‌های طراحی و موارد استفاده

مورد 1: سنسور مجاورت / تشخیص شیء:فرستنده می‌تواند با یک گیرنده فوتوترانزیستور یا فوتودیود جداگانه جفت شود. زاویه دید گسترده هم‌ترازی را ساده می‌کند. یک شیء که بین فرستنده و گیرنده عبور می‌کند پرتو را قطع می‌کند و یک سیگنال تشخیص را فعال می‌کند. توان بالا امکان فاصله‌های حسگری طولانی‌تر یا کار در محیط‌هایی با مقداری نویز مادون قرمز محیطی را فراهم می‌کند.

مورد 2: پیوند داده مادون قرمز ساده:زمان صعود/نزول سریع 30 نانوثانیه‌ای آن را قادر می‌سازد تا در فرکانس‌های بالا (تا محدوده مگاهرتز) مدوله شود که برای انتقال داده بی‌سیم برد کوتاه مناسب است. با راه‌اندازی آن توسط یک جریان مدوله‌شده از یک میکروکنترلر یا IC انکودر، و استفاده از یک مدار گیرنده تنظیم‌شده با یک فوتودیود، یک پیوند ارتباط سریال پایه می‌تواند برقرار شود.

مورد 3: آرایه چندفرستنده برای روشنایی:برای کاربردهای نیازمند روشنایی ناحیه‌ای در طیف مادون قرمز (مانند دوربین‌های مداربسته با دید در شب)، چندین واحد می‌توانند روی یک PCB چیده شوند. مدار راه‌انداز باید شامل مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه برای هر فرستنده باشد (مطابق مدار الف) تا اطمینان حاصل شود که خروجی یکنواخت در سراسر آرایه، علیرغم تغییرات Vf، حفظ می‌شود.

11. اصل عملکرد

این دستگاه یک دیود گسیل‌دهنده مادون قرمز (IRED) است. بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک جریان مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال (ساخته شده از AlGaAs) بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب مواد خاص (AlGaAs) و ساختار به گونه‌ای طراحی شده است که شکاف انرژی نوار مربوط به طول موج فوتون 850 نانومتر باشد، که در ناحیه نزدیک مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی قرار دارد، برای چشم انسان نامرئی اما توسط سنسورهای مبتنی بر سیلیکون قابل تشخیص است.

12. روندها و زمینه صنعت

قطعات مادون قرمز به سمت بازدهی بالاتر، سرعت بیشتر و یکپارچه‌سازی بیشتر در حال تکامل هستند. روندها شامل توسعه لیزرهای VCSEL (لیزرهای گسیل‌دهنده سطحی حفره عمودی) برای ارتباطات داده دقیق‌تر و پرسرعت‌تر (مانند در LiDAR و پیوندهای داده نوری) و یکپارچه‌سازی فرستنده‌ها با درایورها و گیرنده‌ها با تقویت‌کننده‌ها در ماژول‌های واحد است. با این حال، قطعات گسسته مانند این IRED به دلیل مقرون‌به‌صرفه بودن، انعطاف‌پذیری طراحی و قابلیت اطمینان در طیف وسیعی از کاربردهای ثابت و نوظهور، از الکترونیک مصرفی تا اتوماسیون صنعتی و سنسورهای اینترنت اشیا، حیاتی باقی می‌مانند. تمرکز بر انطباق با RoHS و محصول سبز، نشان‌دهنده تغییر صنعت به سمت تولید آگاه از محیط زیست است.