دیتاشیت فرستنده و گیرنده مادون قرمز LTE-C9501-E-T - طول موج اوج 940 نانومتر - زاویه دید 20 درجه - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تشریح مشخصات یک قطعه گسسته مادون قرمز (IR) طراحی شده برای کاربردهای نصب سطحی می‌پردازد. این قطعه عملکرد فرستنده و گیرنده مادون قرمز را یکپارچه کرده و هدف آن ارائه راه‌حل‌هایی است که نیازمند انتقال و دریافت قابل اعتماد سیگنال IR هستند. مزایای اصلی آن شامل سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار، رعایت استانداردهای RoHS و محصولات سبز، و مناسب بودن برای تولید انبوه از طریق لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز است. بازارهای هدف اصلی شامل لوازم الکترونیکی مصرفی برای سیستم‌های کنترل از راه دور، کاربردهای صنعتی برای انتقال داده بی‌سیم، و سیستم‌های امنیتی برای عملکردهای هشدار و حسگری می‌شود.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق مجاز

تمامی مقادیر در دمای محیط (TA) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. تجاوز از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• توان تلف شده (Pd):حداکثر 100 میلی‌وات.
• جریان مستقیم پیک (IFP):حداکثر 800 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (300 پالس بر ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه).
• جریان مستقیم DC (IF):حداکثر جریان پیوسته 60 میلی‌آمپر.
• ولتاژ معکوس (VR):حداکثر 5 ولت.
• محدوده دمای کاری (Topr):40- تا 85+ درجه سلسیوس.
• محدوده دمای نگهداری (Tstg):55- تا 100+ درجه سلسیوس.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:حداکثر دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

عملکرد معمول در TA=25°C اندازه‌گیری شده است مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.

• شدت تابشی (I_E):در جریان مستقیم (I_F) 20mA، از 1.0 تا 6.0 mW/sr متغیر است. مقدار دقیق توسط کد دسته‌بندی (بین) تعیین می‌شود.
• طول موج تابش اوج (λ_p):940 نانومتر (معمول). این طول موج در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد و برای چشم انسان نامرئی است، که آن را برای کنترل‌های از راه دور و پیوندهای داده ایده‌آل می‌سازد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):50 نانومتر (معمول). این پارامتر پهنای باند طیفی نور مادون قرمز ساطع شده را تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 1.2 ولت، با محدوده 1.1 تا 1.5 ولت در I_F=20mA.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت.
• زاویه دید (2θ_1/2):20 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت تابشی به نصف مقدار در محور مرکزی (0 درجه) می‌رسد. یک زاویه دید باریک‌تر منجر به تابش جهت‌دارتر می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

قطعات بر اساس شدت تابشی اندازه‌گیری شده در شرایط آزمایش استاندارد I_F=20mA در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی با خروجی نوری یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند.

• بین A:شدت تابشی از 1.0 mW/sr (حداقل) تا 2.0 mW/sr (حداکثر).
• بین B:شدت تابشی از 2.0 mW/sr (حداقل) تا 3.0 mW/sr (حداکثر).
• بین C:شدت تابشی از 3.0 mW/sr (حداقل) تا 6.0 mW/sr (حداکثر).

یک تلرانس +/-15% برای شدت تابشی در هر دسته اعمال می‌شود. در این دیتاشیت، دسته‌بندی جداگانه‌ای برای طول موج یا ولتاژ مستقیم نشان داده نشده است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار مشخصه ضروری برای طراحی مدار و درک رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهد.

4.1 توزیع طیفی

شکل 1 شدت تابشی نسبی در مقابل طول موج را نشان می‌دهد. منحنی بر روی 940 نانومتر متمرکز شده و نیم‌عرض معمول آن 50 نانومتر است که خلوص طیفی نور مادون قرمز ساطع شده را تأیید می‌کند.

4.2 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

شکل 2 کاهش (درریت) حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط را نشان می‌دهد. ریتینگ جریان به صورت خطی از حداکثر مقدار خود در دماهای پایین‌تر تا صفر در حداکثر دمای اتصال کاهش می‌یابد که با جلوگیری از اضافه‌بار حرارتی، عملکرد قابل اعتماد را تضمین می‌کند.

4.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

شکل 3 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (IV) را به تصویر می‌کشد. این نمودار رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد، که در آن ولتاژ مستقیم در محدوده وسیعی از جریان‌های کاری نسبتاً ثابت (حدود 1.2 ولت) است.

4.4 شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط و جریان مستقیم

شکل‌های 4 و 5 نشان می‌دهند که توان خروجی نوری چگونه با دما و جریان راه‌اندازی تغییر می‌کند. خروجی معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد (شکل 4) و به صورت فوق‌خطی با جریان مستقیم افزایش می‌یابد (شکل 5)، که اهمیت جریان راه‌اندازی پایدار و مدیریت حرارتی را برای عملکرد یکنواخت برجسته می‌سازد.

4.5 الگوی تابش

شکل 6 یک نمودار قطبی تابش است که توزیع فضایی نور ساطع شده را نشان می‌دهد. این الگو زاویه دید 20 درجه‌ای را تأیید می‌کند، که در آن شدت در +/-10 درجه از محور مرکزی به 50% کاهش می‌یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد کلی

قطعه در یک بسته‌بندی استاندارد EIA قرار دارد. ابعاد دقیق در نقشه‌های دیتاشیت ارائه شده است، با تلرانس کلی ±0.1 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. بسته‌بندی دارای یک لنز پلاستیکی شفاف با پیکربندی نمای از بالا است.

5.2 طرح‌پد لحیم‌کاری پیشنهادی

یک طرح لند پیشنهادی برای طراحی PCB ارائه شده است، با ابعاد 1.0mm x 1.8mm برای پدها. این طرح برای لحیم‌کاری قابل اعتماد و پایداری مکانیکی در طول فرآیند رفلو بهینه شده است.

5.3 شناسایی قطبیت

نشانه‌گذاری قطبیت استاندارد دیود اعمال می‌شود. کاتد معمولاً روی بسته‌بندی نشان داده می‌شود. طراحان باید برای اطمینان از جهت‌گیری صحیح در طول مونتاژ، به نقشه کلی دقیق برای طرح نشانه‌گذاری دقیق مراجعه کنند.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل رفلو مادون قرمز پیشنهادی برای فرآیندهای بدون سرب (Pb-free) گنجانده شده است. پارامترهای کلیدی شامل:

• پیش‌گرم:150-200 درجه سلسیوس.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر 120 ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان بالاتر از نقطه ذوب:حداکثر 10 ثانیه (برای حداکثر دو سیکل رفلو توصیه می‌شود).

این پروفیل بر اساس استانداردهای JEDEC است تا قابلیت اطمینان قطعه را تضمین کند. دیتاشیت تأکید می‌کند که پروفیل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و فر بستگی دارد، بنابراین توصیه می‌شود مشخصه‌یابی در سطح برد انجام شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، از یک هویه با حداکثر دمای 300 درجه سلسیوس برای حداکثر 3 ثانیه در هر اتصال استفاده کنید. از اعمال تنش مکانیکی بیش از حد به قطعه خودداری کنید.

6.3 شرایط نگهداری

نگهداری مناسب برای قابلیت لحیم‌کاری حیاتی است:

• بسته‌بندی مهر و موم شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شود. ظرف یک سال پس از باز کردن کیسه رطوبت‌گیر استفاده شود.
• بسته‌بندی باز شده:در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شود. قطعات باید ظرف یک هفته رفلو شوند. برای نگهداری طولانی‌تر، از یک ظرف دربسته با ماده رطوبت‌گیر یا اتمسفر نیتروژن استفاده کنید. قطعاتی که بیش از یک هفته خارج از کیسه اصلی نگهداری شده‌اند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای تقریبی 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 20 ساعت دارند.

6.4 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده کنید. از استفاده از پاک‌کننده‌های قوی یا آبی که ممکن است به بسته‌بندی پلاستیکی یا لنز آسیب برسانند، خودداری کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعه در نوار حامل 8 میلی‌متری روی قرقره‌های با قطر 7 اینچ عرضه می‌شود که با تجهیزات استاندارد Pick-and-Place خودکار سازگار است. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است. بسته‌بندی مطابق با استانداردهای ANSI/EIA 481-1-A-1994 است.

7.2 تجزیه شماره مدل

شماره قطعه LTE-C9501-E-T این واریانت خاص را شناسایی می‌کند. پسوندهای "E" و "T" احتمالاً نشان‌دهنده دسته‌بندی خاص (بینینگ)، بسته‌بندی (نوار و قرقره) یا سایر تغییرات محصول مطابق با سیستم کدگذاری داخلی سازنده هستند.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی متداول

فرستنده IR معمولاً توسط یک ترانزیستور یا یک آی‌سی درایور اختصاصی برای تأمین جریان پالسی لازم (مثلاً برای کدهای کنترل از راه دور) راه‌اندازی می‌شود. یک مقاومت سری محدودکننده جریان برای تنظیم جریان مستقیم (I_F) به مقدار مورد نظر الزامی است، که با استفاده از (ولتاژ تغذیه - V_F) / I_F محاسبه می‌شود. در سمت گیرنده، اگر یک فوتودیود یا فوتوترانزیستور یکپارچه شده باشد، در پیکربندی بایاس معکوس با یک مقاومت بار متصل می‌شود تا جریان نوری را به یک ولتاژ قابل اندازه‌گیری تبدیل کند.

8.2 ملاحظات طراحی

• راه‌اندازی جریان:در محدوده مقادیر حداکثر مطلق مجاز عمل کنید. برای کارکرد پیوسته، از 60mA DC تجاوز نکنید. برای کارکرد پالسی (مانند کنترل‌های از راه دور)، جریان‌های پیک بالاتر تا 800mA مجاز هستند، که به طور قابل توجهی خروجی تابشی لحظه‌ای و برد انتقال را افزایش می‌دهد.
• مدیریت حرارتی:مقدار ریتینگ توان تلف شده 100mW باید رعایت شود. روی PCB، اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس در اطراف پدها به عنوان هیت‌سینک وجود دارد، به ویژه هنگام کار نزدیک به مقادیر حداکثر مجاز.
• مسیر نوری:زاویه دید 20 درجه نسبتاً باریک است. فرستنده و گیرنده را دقیقاً هم‌راستا کنید. از موانع اجتناب کنید و در صورت نیاز به الگوی پرتو متفاوت، استفاده از لنزها یا لوله‌های نوری را در نظر بگیرید.
• حذف نور محیط:برای کاربردهای گیرنده، حساسیت اوج 940nm به رد کردن نویز نور مرئی کمک می‌کند. برای محیط‌های دارای منابع قوی IR (مانند نور خورشید یا لامپ‌های رشته‌ای)، ممکن است فیلترهای نوری اضافی یا تکنیک‌های تشخیص سیگنال مدوله‌شده (AC-coupled) برای بهبود نسبت سیگنال به نویز ضروری باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای IR عمومی، این قطعه مزایای خاصی ارائه می‌دهد: سازگاری آن با نصب خودکار و لحیم‌کاری رفلو IR، تولید انبوه را ساده‌سازی می‌کند. دسترسی به دسته‌های شدت تابشی (A, B, C) امکان ثبات طراحی را فراهم می‌کند. طول موج 940nm یک استاندارد رایج برای کنترل‌های از راه دور مصرفی است که سازگاری با طیف وسیعی از گیرنده‌ها را تضمین می‌کند. گنجاندن پروفیل‌های لحیم‌کاری دقیق و راهنمای نگهداری، تمرکز بر طراحی برای قابلیت تولید را نشان می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین شدت تابشی (mW/sr) و شدت نورانی (mcd) چیست؟

ج: شدت تابشی کل توان نوری ساطع شده در هر زاویه فضایی را اندازه‌گیری می‌کند که برای دستگاه‌های IR مرتبط است. شدت نورانی روشنایی درک شده توسط چشم انسان را اندازه‌گیری می‌کند که توسط منحنی پاسخ فوتوپیک وزن‌دهی شده و برای LEDهای مرئی استفاده می‌شود. برای این دستگاه IR، شدت تابشی معیار صحیح است.

س: آیا می‌توانم از این برای انتقال داده پیوسته استفاده کنم؟

ج: بله، اما باید در محدوده جریان مستقیم DC حداکثر 60mA عمل کنید. برای انتقال با سرعت بالاتر یا برد طولانی‌تر، کارکرد پالسی (در محدوده ریتینگ پیک 800mA) مؤثرتر است، زیرا اجازه می‌دهد توان نوری لحظه‌ای بالاتری داشته باشید.

س: چگونه دسته (بین) صحیح را انتخاب کنم؟

ج: بر اساس توان نوری مورد نیاز برای بودجه لینک خود انتخاب کنید. بین C (3-6 mW/sr) بالاترین خروجی و طولانی‌ترین برد را ارائه می‌دهد. بین A یا B ممکن است برای کاربردهای برد کوتاه کافی باشد و می‌تواند مقرون‌به‌صرفه‌تر باشد.

س: آیا به لنز خارجی نیاز است؟

ج: دستگاه دارای یک لنز یکپارچه نمای از بالا است که پرتویی با زاویه 20 درجه ارائه می‌دهد. معمولاً به لنز خارجی نیاز نیست مگر اینکه نیاز به موازی‌سازی پرتو (زاویه باریک‌تر) یا فوکوس داشته باشید.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک فرستنده ساده کنترل از راه دور IR برای یک لوازم خانگی.

مراحل طراحی:

1. انتخاب قطعه:این فرستنده IR را انتخاب کنید (مثلاً بین C برای برد خوب).

2. مدار راه‌انداز:از یک پین GPIO میکروکنترلر برای تولید سیگنال حامل مدوله‌شده (مثلاً 38kHz) استفاده کنید. این سیگنال یک ترانزیستور (مثلاً NPN) را در پیکربندی سوئیچ راه‌اندازی می‌کند. کلکتور ترانزیستور به آند فرستنده IR و کاتد به زمین متصل است. یک مقاومت سری با فرستنده جریان را تنظیم می‌کند: R = (Vcc - V_CE(sat)- V_F) / I_F. با فرض Vcc=3.3V، V_CE(sat)=0.2V، V_F=1.2V، و جریان مورد نظر I_F=100mA (پالسی)، R = (3.3 - 0.2 - 1.2) / 0.1 = 19Ω (از یک مقاومت استاندارد 20Ω استفاده کنید). اطمینان حاصل کنید که ترانزیستور می‌تواند جریان پیک را تحمل کند.

3. چیدمان PCB:فرستنده را در لبه PCB قرار دهید. از ابعاد پد لحیم‌کاری توصیه شده استفاده کنید. یک پور مس کوچک برای دفع حرارت فراهم کنید.

4. آزمایش:خروجی را با استفاده از یک ماژول گیرنده IR یا یک دوربین دیجیتال (که می‌تواند نور 940nm را به صورت درخشش بنفش کم‌رنگ ببیند) تأیید کنید.

12. اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس برای بخش فرستنده عمل می‌کند. هنگامی که یک جریان مستقیم به تراشه نیمه‌هادی (احتمالاً مبتنی بر GaAs برای تابش 940nm) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) در طول موجی متناسب با انرژی گپ ماده (940nm) آزاد می‌کنند. بخش گیرنده، در صورت وجود، بر اساس اصل اثر فوتوالکتریک عمل می‌کند. فوتون‌های مادون قرمز فرودی با انرژی کافی، جفت‌های الکترون-حفره را در نیمه‌هادی ایجاد می‌کنند و هنگامی که یک ولتاژ بایاس معکوس اعمال می‌شود، یک جریان نوری تولید می‌کنند. این جریان متناسب با شدت نور IR ورودی است.

13. روندهای صنعت

بازار قطعات گسسته IR تحت تأثیر کاربردهای ثابت شده‌ای مانند کنترل‌های از راه دور، حسگری مجاورتی و سوئیچ‌های نوری، پایدار باقی مانده است. روندها شامل یکپارچه‌سازی فرستنده‌ها و گیرنده‌های IR در ماژول‌های پیچیده‌تر با درایورها و منطق داخلی (مانند ماژول‌های سنسور مجاورتی با خروجی I2C) است. همچنین تلاش مداومی برای کارایی بالاتر (خروجی تابشی بیشتر در هر میلی‌آمپر جریان راه‌اندازی) و اندازه بسته‌بندی کوچک‌تر برای قرارگیری در دستگاه‌های مصرفی فشرده‌تر وجود دارد. تأکید بر انطباق با RoHS و تولید سبز، همانطور که در این دیتاشیت مشاهده می‌شود، یک استاندارد جهانی صنعت است.