دیتاشیت فرستنده و گیرنده مادون قرمز LTE-C9501 - طول موج 940 نانومتر - جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر - ولتاژ مستقیم معمولی 1.2 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTE-C9501 یک قطعه گسسته مادون قرمز است که برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای نیازمند تابش و آشکارسازی قابل اطمینان مادون قرمز طراحی شده است. این قطعه بخشی از یک خط تولید جامع است که نیازهای سیستم‌های الکترونیکی مدرن را برآورده می‌کند؛ جایی که عملکرد بالا، بسته‌بندی فشرده و سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار حیاتی هستند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این قطعه شامل انطباق با استانداردهای RoHS و محصولات سبز، که دوستدار محیط زیست هستند، می‌شود. این قطعه در نوار حامل 12 میلی‌متری روی قرقره‌های 7 اینچی عرضه می‌شود که آن را کاملاً با تجهیزات نصب خودکار پرسرعت مورد استفاده در خطوط مونتاژ PCB مدرن سازگار می‌کند. بسته‌بندی همچنین برای سازگاری با فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز طراحی شده است که استاندارد صنعتی برای فناوری نصب سطحی (SMT) است. بسته‌بندی استاندارد EIA آن، سازگاری مکانیکی با سایر قطعات و کتابخانه‌های طراحی را تضمین می‌کند. این قطعه برای بازارهایی مانند لوازم الکترونیکی مصرفی برای کنترل از راه دور، سیستم‌های صنعتی و تجاری برای انتقال داده بی‌سیم مادون قرمز و سیستم‌های امنیتی برای عملکردهای هشدار و حسگری هدف‌گیری شده است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

عملکرد LTE-C9501 توسط مجموعه‌ای از حداکثر مقادیر مجاز مطلق و مشخصات الکتریکی/نوری دقیق تعریف می‌شود. درک این پارامترها برای طراحی مدار قابل اطمینان ضروری است.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند. محدودیت‌های کلیدی شامل اتلاف توان 100 میلی‌وات، جریان مستقیم پیک 800 میلی‌آمپر در شرایط پالسی (300 پالس بر ثانیه، پالس 10 میکروثانیه) و جریان مستقیم DC پیوسته 60 میلی‌آمپر است. قطعه می‌تواند ولتاژ معکوس تا 5 ولت را تحمل کند، اگرچه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است. محدوده دمای کاری از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس مشخص شده است، با محدوده دمای ذخیره‌سازی وسیع‌تر از 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. قطعه می‌تواند لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز با دمای پیک 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه را تحمل کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها که در دمای محیط استاندارد 25 درجه سلسیوس اندازه‌گیری شده‌اند، عملکرد قطعه را در شرایط کاری معمول تعریف می‌کنند. شدت تابشی (I_E) از حداقل 1.0 میلی‌وات بر استرادیان تا حداکثر 6.0 میلی‌وات بر استرادیان متغیر است، زمانی که با جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی شود. طول موج تابش پیک (λ_p) 940 نانومتر است که در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد و برای چشم انسان نامرئی است. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) معمولاً 50 نانومتر است. ولتاژ مستقیم (V_F) معمولاً 1.2 ولت است، با محدوده‌ای از 1.1 ولت تا 1.5 ولت در I_F=20 میلی‌آمپر. جریان معکوس (I_R) حداکثر 10 میکروآمپر است زمانی که ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت اعمال شود. زاویه دید (2θ_1/2) 20 درجه است که گستره زاویه‌ای تابش مادون قرمز ساطع شده را تعریف می‌کند، جایی که شدت به نصف مقدار خود در محور مرکزی کاهش می‌یابد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از عملکرد یکنواخت در تولید، LTE-C9501 بر اساس شدت تابشی آن به دسته‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خروجی خاص کاربردشان را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شدت تابشی

فهرست کد دسته‌بندی، قطعات را بر اساس حداقل و حداکثر شدت تابشی اندازه‌گیری شده در I_F=20 میلی‌آمپر به سه گروه تقسیم می‌کند. دسته A قطعاتی با شدت 1.0 تا 2.0 میلی‌وات بر استرادیان را پوشش می‌دهد. دسته B قطعات 2.0 تا 3.0 میلی‌وات بر استرادیان را پوشش می‌دهد. دسته C قطعات 3.0 تا 6.0 میلی‌وات بر استرادیان را پوشش می‌دهد. یک تلرانس 15%± به شدت درون هر دسته اعمال می‌شود. این سیستم دسته‌بندی در کاربردهایی که قدرت سیگنال یکنواخت حیاتی است، مانند پیوندهای انتقال داده یا حسگرهای مجاورتی، کمک می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری در مورد رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند که برای طراحی سیستم مقاوم حیاتی است.

4.1 توزیع طیفی

منحنی توزیع طیفی (شکل 1) شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد. این منحنی پیک در 940 نانومتر و پهنای نیمه طیفی 50 نانومتر را تأیید می‌کند که نشان‌دهنده پهنای باند نور مادون قرمز ساطع شده است. این اطلاعات برای تطابق با حساسیت طیفی آشکارسازهای نوری متناظر و برای فیلتر کردن نویز نور محیطی مهم است.

4.2 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

این منحنی (شکل 2) رابطه بین جریان مستقیم مجاز و دمای محیط را نشان می‌دهد. با افزایش دما، حداکثر جریان مستقیم مجاز به دلیل محدودیت‌های حرارتی اتصال نیمه‌هادی کاهش می‌یابد. این منحنی کاهش رتبه (دریتینگ) برای اطمینان از عملکرد قطعه در محدوده عملیاتی ایمن (SOA) تحت تمام شرایط محیطی حیاتی است.

4.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

منحنی مشخصه IV (شکل 3) رابطه غیرخطی بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. این منحنی در طراحی مدار محدودکننده جریان برای LED کمک می‌کند. شکل منحنی برای یک دیود معمولی است، با ولتاژ روشن‌شدن حدود 1 ولت.

4.4 شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط و جریان مستقیم

شکل‌های 4 و 5 نشان می‌دهند که چگونه توان خروجی نوری با دما و جریان راه‌اندازی تغییر می‌کند. خروجی عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد (شکل 4) و با جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد (شکل 5)، اگرچه لزوماً به صورت خطی نیست. این منحنی‌ها برای جبران خروجی در محیط‌های با دمای متغیر یا برای طراحی مدارهای با روشنایی ثابت ضروری هستند.

4.5 الگوی تابش

نمودار قطبی تابش (شکل 6) به صورت بصری زاویه دید را نشان می‌دهد. شدت در امتداد محور مرکزی (0 درجه) بیشترین است و به طور متقارن در زوایای 10± درجه از محور به نصف مقدار خود کاهش می‌یابد که مشخصه زاویه دید کل 20 درجه را تأیید می‌کند. این الگو برای هم‌ترازی نوری در سیستم‌هایی مانند کنترل از راه دور یا پیوندهای داده مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد کلی

دیتاشیت نقشه‌های مکانیکی دقیق قطعه را ارائه می‌دهد. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر مشخص شده‌اند، با تلرانس استاندارد 0.1± میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. بسته‌بندی یک فرم فاکتور استاندارد EIA با لنز پلاستیکی شفاف برای تابش از بالا است.

5.2 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک الگوی لند پیشنهادی (طرح پد لحیم) برای چیدمان PCB ارائه شده است. رعایت این ابعاد، تشکیل صحیح اتصال لحیم در حین رفلو، استحکام مکانیکی خوب و هم‌ترازی صحیح قطعه را تضمین می‌کند.

5.3 ابعاد بسته‌بندی نوار و قرقره

نقشه‌های دقیق، ابعاد نوار حامل و قرقره 7 اینچی مورد استفاده برای جابجایی خودکار را نشان می‌دهند. جیب‌های نوار برای نگهداری ایمن قطعه طراحی شده‌اند و یک نوار پوشش بالا آن‌ها را می‌بندد. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA 481-1-A-1994 است که سازگاری با تجهیزات استاندارد Pick-and-Place را تضمین می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل رفلو مادون قرمز پیشنهادی برای فرآیندهای بدون سرب (Pb-free) گنجانده شده است. پارامترهای کلیدی شامل ناحیه پیش‌گرمایش 150-200 درجه سلسیوس، زمان پیش‌گرمایش حداکثر تا 120 ثانیه، دمای پیک حداکثر 260 درجه سلسیوس و زمان بالای این پیک حداکثر 10 ثانیه است. این پروفیل بر اساس استانداردهای JEDEC است تا لحیم‌کاری قابل اطمینان بدون آسیب به قطعه را تضمین کند. تأکید شده است که پروفیل بهینه ممکن است بسته به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر مورد استفاده متفاوت باشد.

6.2 شرایط نگهداری

برای بسته‌بندی‌های ضد رطوبت بازنشده همراه با ماده خشک‌کن، قطعات باید در دمای 30 درجه سلسیوس یا کمتر و رطوبت نسبی 90% یا کمتر نگهداری شوند، با دوره توصیه شده استفاده در عرض یک سال. پس از باز شدن بسته‌بندی اصلی، محیط نگهداری نباید از 30 درجه سلسیوس یا 60% رطوبت نسبی تجاوز کند. قطعات خارج شده از بسته‌بندی اصلی ایده‌آل است که در عرض یک هفته لحیم‌کاری رفلو شوند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از کیسه اصلی، باید در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شوند. قطعاتی که بیش از یک هفته خارج از بسته‌بندی اصلی نگهداری شده‌اند، باید قبل از مونتاژ در حدود 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 20 ساعت پخته شوند تا رطوبت جذب شده حذف شده و از "پاپ کورن شدن" در حین رفلو جلوگیری شود.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل توصیه می‌شود.

6.4 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی با هویه، دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان تماس باید به حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال لحیم محدود شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

LTE-C9501 برای استفاده به عنوان فرستنده مادون قرمز در واحدهای کنترل از راه دور برای لوازم الکترونیکی مصرفی (تلویزیون، سیستم‌های صوتی) مناسب است. همچنین در سیستم‌های انتقال داده بی‌سیم مادون قرمز برد کوتاه، مانند برخی پیوندهای داده قدیمی یا تله‌متری حسگر ساده کاربرد دارد. علاوه بر این، می‌تواند در سیستم‌های هشدار امنیتی به عنوان بخشی از یک حسگر شکست پرتو مادون قرمز یا در کاربردهای حسگری مجاورتی استفاده شود.

7.2 ملاحظات طراحی

راه‌اندازی جریان:همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری یا یک درایور جریان ثابت برای تنظیم جریان مستقیم (I_F) استفاده کنید. از تجاوز از حداکثر مقادیر مجاز مطلق برای جریان DC یا پالسی خودداری کنید. برای کار در دمای بالا به منحنی کاهش رتبه مراجعه کنید.
طراحی نوری:هنگام طراحی لنزها یا بازتابنده‌ها برای موازی‌سازی یا متمرکز کردن پرتو IR، زاویه دید 20 درجه را در نظر بگیرید. برای دریافت، اطمینان حاصل کنید که آشکارساز نوری جفت شده (فتودیود یا فتوترانزیستور) حساسیت طیفی مناسبی در حدود 940 نانومتر دارد.
طراحی الکتریکی:اگرچه قطعه می‌تواند ولتاژ معکوس 5 ولت را تحمل کند، برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است. اطمینان حاصل کنید که طراحی‌های مدار از اعمال ولتاژ معکوس قابل توجه در حین کار عادی یا گذرا جلوگیری می‌کنند.
مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که چیدمان PCB تخلیه حرارتی کافی را فراهم می‌کند، به ویژه اگر در نزدیکی حداکثر مقادیر جریان مجاز کار می‌کند، تا از گرمای بیش از حد و تخریب زودرس جلوگیری شود.

7.3 احتیاط‌ها و قابلیت اطمینان

این قطعه برای تجهیزات الکترونیکی استاندارد در نظر گرفته شده است. برای کاربردهایی که نیازمند قابلیت اطمینان استثنایی هستند که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، دستگاه‌های پزشکی، سیستم‌های ایمنی)، مشاوره و صلاحیت‌یابی خاص ضروری است. همیشه به شرایط مشخص شده نگهداری، جابجایی و لحیم‌کاری پایبند باشید تا قابلیت اطمینان و عملکرد قطعه حفظ شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در حالی که دیتاشیت بر روی یک قطعه واحد تمرکز دارد، تمایزهای کلیدی LTE-C9501 در دسته خود شامل طول موج خاص 940 نانومتری آن است که تعادل خوبی بین توان خروجی و سازگاری با فتودیودهای سیلیکونی ارائه می‌دهد در حالی که نسبت به منابع 850 نانومتری کمتر قابل مشاهده است. لنز شفاف (برخلاف رنگی) خروجی نور را به حداکثر می‌رساند. بسته‌بندی و سازگاری آن با فرآیندهای SMT خودکار، آن را برای تولید انبوه مناسب می‌سازد. در دسترس بودن دسته‌های شدت تابشی، انعطاف‌پذیری طراحی و بهینه‌سازی هزینه بر اساس قدرت سیگنال مورد نیاز را امکان‌پذیر می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: هدف طول موج 940 نانومتر چیست؟
ج: نور مادون قرمز 940 نانومتر برای چشم انسان نامرئی است و آن را برای عملکرد محتاطانه در کنترل‌های از راه دور و سیستم‌های امنیتی ایده‌آل می‌سازد. همچنین توسط فتودیودها و فتوترانزیستورهای سیلیکونی رایج به طور کارآمد آشکار می‌شود.

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پین میکروکنترلر 3.3 ولت یا 5 ولت راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از قانون اهم محاسبه کنید: R = (V_منبع- V_F) / I_F. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 3.3 ولت، V_F=1.2 ولت و I_F=20 میلی‌آمپر: R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105 اهم. از مقدار استاندارد بعدی، مانند 100 اهم استفاده کنید.

س: تفاوت بین شدت تابشی (میلی‌وات بر استرادیان) و شدت نورانی چیست؟
ج: شدت تابشی توان نوری (بر حسب وات) در هر زاویه فضایی را اندازه‌گیری می‌کند و برای تمام طول‌موج‌ها مرتبط است. شدت نورانی با حساسیت چشم انسان وزن‌دهی می‌شود و برای نور مرئی استفاده می‌شود. از آنجایی که این یک دستگاه IR است، شدت تابشی معیار صحیح است.

س: چرا حساسیت رطوبت در نگهداری مهم است؟
ج: قطعات SMD پوشش داده شده با پلاستیک می‌توانند رطوبت را از هوا جذب کنند. در حین گرمای زیاد لحیم‌کاری رفلو، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک خوردگی ("پاپ کورن شدن") شود که می‌تواند دستگاه را از بین ببرد. نگهداری و پخت مناسب از این امر جلوگیری می‌کند.

10. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: فرستنده IR ساده برای کنترل از راه دور:LTE-C9501 را با یک IC مدولاسیون 38 کیلوهرتز (یا یک میکروکنترلر تولیدکننده سیگنال PWM 38 کیلوهرتز) و یک سوئیچ ترانزیستوری جفت کنید. مقاومت محدودکننده جریان I_Fرا برای برد خوب روی 20-40 میلی‌آمپر تنظیم می‌کند. پرتو 20 درجه، منطقه پوشش معقولی برای نشانه‌گیری کنترل از راه دور به سمت یک دستگاه فراهم می‌کند.

مثال 2: حسگر مجاورتی IR:یک فرستنده LTE-C9501 و یک فتوترانزیستور متناظر را در کنار هم قرار دهید، هر دو به یک جهت نگاه کنند. یک شیء عبوری از جلو، نور IR را به سمت آشکارساز بازتاب می‌دهد. از عملکرد پالسی فرستنده و آشکارسازی همزمان در مدار گیرنده برای حذف نور محیطی استفاده کنید. سیستم دسته‌بندی امکان انتخاب فرستنده‌ای با خروجی کافی برای فاصله حسگری مورد نیاز را فراهم می‌کند.

مثال 3: پیوند داده:برای انتقال داده سریال ساده در فواصل کوتاه، LED را با سیگنال داده از طریق یک مدار تقویت جریان راه‌اندازی کنید. قابلیت سرعت بالای ماده نیمه‌هادی زیربنایی (که از توصیف خط محصول استنباط می‌شود) از مدولاسیون برای داده پشتیبانی می‌کند. در سمت گیرنده از یک فتودیود متناظر با یک تقویت‌کننده ترانسیمپدانس استفاده می‌شود.

11. معرفی اصل عملکرد

LTE-C9501، به عنوان یک فرستنده مادون قرمز، یک دیود نورافشان (LED) است. هسته آن یک تراشه نیمه‌هادی است که معمولاً از آرسنید گالیم (GaAs) برای تابش 940 نانومتر ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال P-N اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب ماده خاص (شکاف باند) نیمه‌هادی طول موج نور ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد 940 نانومتر، در ناحیه مادون قرمز است. بسته‌بندی اپوکسی شفاف، تراشه را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و یک لنز را در بر می‌گیرد که نور ساطع شده را به الگوی زاویه دید مشخص شده 20 درجه شکل می‌دهد.

12. روندها و زمینه فناوری

قطعات گسسته مادون قرمز مانند LTE-C9501 همچنان بلوک‌های سازنده اساسی در الکترونیک هستند. روندهای کلیدی تأثیرگذار بر این حوزه شامل تقاضای مداوم برای کوچک‌سازی و یکپارچه‌سازی بالاتر است که منجر به بسته‌بندی‌های ترکیبی می‌شود که ممکن است هم فرستنده و هم گیرنده را در یک محفظه واحد شامل شوند. همچنین تلاشی برای کارایی بالاتر (خروجی نوری بیشتر به ازای هر ورودی الکتریکی) و سرعت بالاتر برای انتقال داده سریع‌تر وجود دارد. پذیرش فرآیندهای تولید بدون سرب (Pb-free) و مطابق با RoHS، همانطور که در این قطعه مشاهده می‌شود، اکنون یک استاندارد جهانی است. علاوه بر این، سازگاری با Pick-and-Place خودکار و لحیم‌کاری رفلو برای تولید انبوه مقرون به صرفه ضروری است. در حالی که مدارهای مجتمع خاص کاربرد (ASIC) و ماژول‌ها رایج‌تر می‌شوند، قطعات گسسته انعطاف‌پذیری طراحی، مزایای هزینه در مقیاس را ارائه می‌دهند و اغلب راه‌حل ترجیحی برای طراحی‌های نوری سفارشی یا بهینه‌شده هستند.