مشخص‌نامه فرستنده و آشکارساز مادون قرمز LTE-3273L - طول موج 940 نانومتر - توان بالا - زاویه دید گسترده - سند فنی

1. مرور کلی محصول

LTE-3273L یک المان مادون قرمز (IR) گسسته است که به‌طور خاص برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به انتشار و تشخیص قابل‌اعتماد نور مادون قرمز دارند. این قطعه متعلق به دسته‌ای از دستگاه‌های فوتوالکتریک است که برای عملکرد در محیط‌هایی طراحی شده‌اند که انتقال سیگنال مادون قرمز در آنها حیاتی است. عملکرد اصلی دستگاه، انتشار نور مادون قرمز با طول موج خاص تحت تحریک الکتریکی و/یا تشخیص تابش مادون قرمز فرودی و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی است.

این محصول به‌عنوان راه‌حلی برای سیستم‌هایی که نیاز به تعادل بین خروجی نوری بالا، ویژگی‌های الکتریکی کارآمد و الگوی انتشار/تشخیص گسترده دارند، موقعیت‌یابی شده است. طراحی آن نیاز به المان‌هایی را برآورده می‌کند که به‌طور مؤثر تحت شرایط پالس کار می‌کنند، امری که در پروتکل‌های ارتباطی دیجیتال رایج است و با هدف صرفه‌جویی در مصرف توان و بهبود وضوح سیگنال طراحی شده است.

مزایای اصلی:LTE-3273L با چند ویژگی کلیدی متمایز می‌شود. این دستگاه برای کار با جریان بالا طراحی شده است و در عین حال افت ولتاژ مستقیم نسبتاً پایینی را حفظ می‌کند که به بهبود بازده کلی الکتریکی و کاهش تنش حرارتی کمک می‌کند. این قطعه شدت تابش بالایی ارائه می‌دهد که امکان انتقال سیگنال قوی در فواصل دور یا هنگام نفوذ در موانع را فراهم می‌کند. زاویه دید گسترده آن، ناحیه پوشش وسیعی را تضمین می‌کند و باعث می‌شود نیاز به هم‌راستایی دقیق بین فرستنده و آشکارساز در طراحی سیستم کمتر سخت‌گیرانه باشد. در نهایت، بسته‌بندی شفاف آن امکان حداکثر انتقال نور را فراهم می‌کند و در عین حال جذب یا پراکندگی داخلی را به حداقل می‌رساند.

بازار و کاربردهای هدف:این مؤلفه عمدتاً برای کاربردهای الکترونیک مصرفی، اتوماسیون صنعتی و حوزه امنیتی طراحی شده است. کاربردهای معمول آن شامل، اما نه محدود به: ریموت کنترل مادون قرمز تلویزیون و سیستم‌های صوتی، پیوندهای انتقال داده بی‌سیم کوتاه‌برد، سنسورهای مجاورتی، شمارنده‌های اشیاء و سیستم‌های هشدار امنیتی که قطع پرتو را تشخیص می‌دهند، می‌باشد. قابلیت سرعت بالا آن را برای پروتکل‌های پایه ارتباط داده مادون قرمز نیز مناسب می‌سازد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی فهرست شده در برگه مشخصات ارائه می‌دهد و معنای آن‌ها را برای طراحی و کاربرد توضیح می‌دهد.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر نامی، محدوده‌های تنشی را تعریف می‌کنند که ممکن است منجر به آسیب دائمی قطعه شوند. کارکرد در شرایطی که به این محدوده‌ها نزدیک یا در آن‌ها قرار دارد، توصیه نمی‌شود تا عملکردی قابل اطمینان و بلندمدت تضمین گردد.

• توان تلف شده (Pd): 150 mW- این حداکثر توانی است که دستگاه می‌تواند در دمای محیط (TA) برابر با 25 درجه سانتی‌گراد به صورت گرما تلف کند. فراتر رفتن از این حد خطر آسیب ناشی از گرمای بیش از حد به پیوند نیمه‌هادی را دارد که منجر به تخریب تسریع‌شده یا خرابی فاجعه‌بار می‌شود. طراح باید اطمینان حاصل کند که توان اتلافی ناشی از شرایط کاری (جریان و ولتاژ مستقیم) (IF * VF) کمتر از این مقدار بوده و حاشیه ایمنی کافی در نظر گرفته شود.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):2 A- این حداکثر جریان مجاز برای عملکرد پالسی است که در شرایط 300 پالس در ثانیه (pps) و عرض پالس 10 میکروثانیه تعیین شده است. این مقدار نامی بالا به دستگاه اجازه می‌دهد تا در پالس‌های کوتاه، خروجی نوری لحظه‌ای بسیار بالایی ارائه دهد که برای کنترل از راه دور در مسافت‌های طولانی یا ارسال پالس‌های قوی در محیط‌های پرسر و صدا ایده‌آل است.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F): 100 mA- این حداکثر جریان DC است که می‌توان به طور مداوم اعمال کرد. برای اکثر کاربردهای روشنایی مداوم، جریان کاری باید در این سطح یا پایین‌تر حفظ شود. جریان کاری معمولی معمولاً بسیار کمتر است (مثلاً 20-50 mA) تا طول عمر تضمین شده و مدیریت حرارت انجام شود.
• ولتاژ معکوس (V_R): 5 V- حداکثر ولتاژ معکوسی که می‌توان به دو سر LED اعمال کرد. فراتر رفتن از این مقدار ممکن است منجر به شکست و آسیب به قطعه شود. معمولاً از اقدامات حفاظتی مدار مانند مقاومت سری یا دیود محافظ موازی برای جلوگیری از اسپایک‌های ولتاژ معکوس استفاده می‌شود.
• محدوده دمای کار و ذخیره‌سازی:محدوده دمای کاری این قطعه از ۴۰- درجه سانتی‌گراد تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری آن از ۵۵- درجه سانتی‌گراد تا ۱۰۰+ درجه سانتی‌گراد است. این محدوده‌های وسیع، آن را برای کاربردهایی مانند خودرو، صنعت و فضای باز که ممکن است با دماهای شدید مواجه شوند، مناسب می‌سازد.
• دمای لحیم‌کاری پایه: ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۵ ثانیه- این امر، تلرانس منحنی لحیم‌کاری بازجریانی را تعریف می‌کند. مشخصه فاصله ۱.۶ میلی‌متری از بدنه حیاتی است؛ اعمال حرارت در نقطه‌ای نزدیک‌تر به پکیج پلاستیکی ممکن است منجر به تغییر شکل یا آسیب داخلی شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمولی هستند که تحت شرایط آزمایش مشخص (TA=25°C) اندازه‌گیری شده‌اند. آنها رفتار دستگاه در مدار را تعریف می‌کنند.

• شدت تابش (I_E):
  • 5.6 - 8.0 mW/sr @ I_F= 20mAاین توان نوری ساطع‌شده در هر واحد زاویه جامد (استرادیان) است. این یک شاخص مستقیم برای سنجش «روشنایی» منبع نور IR از روبرو است. این محدوده نشان‌دهنده تغییرات معمول بین سلول‌ها است.
  • 28.0 - 40.0 mW/sr @ I_F= 100mA- نشان‌دهنده رابطه غیرخطی بین جریان و خروجی است. افزایش جریان به میزان 5 برابر، شدت تابش را تقریباً 5 برابر افزایش می‌دهد که نشان‌دهنده بازدهی خوب حتی در جریان‌های بالاتر است.
• طول موج اوج تابش (λ_Peak): 940 nm- طول موجی که دستگاه در آن حداکثر توان نوری را ساطع می‌کند. 940 نانومتر در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد و برای چشم انسان نامرئی است. این طول موجی رایج برای کنترل‌از راه‌دور است زیرا از نور قرمز مرئی اجتناب می‌کند و با ویژگی‌های حساسیت آشکارسازهای نوری سیلیکونی به خوبی مطابقت دارد.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ): 50 نانومتر- این پارامتر همچنین به عنوان عرض کامل در نیمه بیشینه (FWHM) شناخته می‌شود و نشان‌دهنده خلوص طیفی نور ساطع‌شده است. مقدار 50 نانومتر به این معنی است که نور ساطع‌شده یک باند طول موجی با عرض تقریبی 50 نانومتر را حول قله 940 نانومتر پوشش می‌دهد. این مقدار برای دیودهای ساطع‌کننده نور مادون قرمز استاندارد GaAs معمول است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):
  • 1.25 - 1.6 V @ I_F= 50mA- افت ولتاژ در دو سر قطعه هنگام عبور جریان 50mA. این V پایین_Fیک ویژگی کلیدی است که تلفات توان و تولید گرما را کاهش می‌دهد.
  • 1.85 - 2.3 V @ I_F= 500mA- V_F با افزایش جریان، به دلیل مقاومت داخلی دیود افزایش می‌یابد. این مقدار برای طراحی درایورهای پالس با جریان بالا حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R): حداکثر 100 µA @ V_R= 5V- جریان نشتی کوچکی که هنگام اعمال حداکثر ولتاژ معکوس جریان می‌یابد. در حالت ایده‌آل این مقدار باید کم باشد.
• زاویه دید (2θ_1/2): 40°- این زاویه‌ی کامل زمانی است که شدت تابش به نصف مقدار حداکثر خود (در محور) کاهش می‌یابد. زاویه‌ی 40° پرتو نسبتاً گسترده‌ای ارائه می‌دهد که برای کاربردهایی که تراز دقیق دشوار است مناسب می‌باشد.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

اگرچه به طور صریح در یک جدول جداگانه فهرست نشده است، اما رفتار حرارتی را می‌توان از چندین پارامتر استنباط کرد. ریت توان مصرفی (150mW) در اصل یک حد حرارتی است. منحنی‌های عملکرد (که بعداً بحث خواهند شد) نشان می‌دهند که چگونه خروجی و ولتاژ مستقیم با دمای محیط تغییر می‌کنند. مدیریت حرارتی مؤثر (از طریق مساحت فویل مسی PCB یا هیت‌سینک) برای حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان، به ویژه هنگام کار نزدیک به جریان پیوسته حداکثر، حیاتی است.

3. تحلیل منحنی عملکرد

منحنی‌های تیپیکال بینش بصری و کمّی از رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند که برای طراحی مدار قوی ضروری است.

3.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (شکل 3)

این منحنی IV رابطه نمایی معمول دیود را نشان می‌دهد. در جریان‌های پایین، ولتاژ پایین است. با افزایش جریان، ولتاژ بالا می‌رود. این منحنی به طراح اجازه می‌دهد تا برای یک ولتاژ منبع مشخص، مقاومت محدودکننده جریان مناسب را انتخاب کند. به عنوان مثال، برای راه‌اندازی یک LED با جریان 100mA از منبع 5V، مقدار مقاومت R = (V_supply- V_F) / I_F. با استفاده از V معمولی در 100mA_F تقریباً 1.6V (برون‌یابی)، R خواهد بود (5 - 1.6) / 0.1 = 34 اهم. توان در مقاومت I²R = 0.34W.

3.2 شدت تابش نسبی در مقابل جریان مستقیم (شکل 5)

این نمودار وابستگی خروجی نوری به جریان محرک را نشان می‌دهد. در جریان‌های پایین معمولاً خطی است، اما در جریان‌های بسیار بالا، ممکن است به دلیل اثرات حرارتی و کارایی کوانتومی داخلی، نشانه‌هایی از اشباع یا کاهش بازده را نشان دهد. این منحنی تأیید می‌کند که عملکرد پالسی در 2A (مطابق با مقادیر حداکثر مطلق) خروجی لحظه‌ای بسیار بالاتری نسبت به عملکرد پیوسته در 100mA تولید می‌کند که کاربرد آن را در سیگنالینگ برد بلند اثبات می‌نماید.

3.3 شدت تابش نسبی در مقابل دمای محیط (شکل 4)

این منحنی کلیدی برای درک تأثیرات محیطی است. نشان می‌دهد که با افزایش دمای محیط، شدت تابش کاهش می‌یابد. این یک ویژگی LED است؛ دمای پیوند بالاتر باعث کاهش بازده کوانتومی داخلی می‌شود. به عنوان مثال، خروجی در دمای +85°C ممکن است تنها 60-70% خروجی در دمای +25°C باشد. طراحان باید این کاهش ظرفیت را در سیستم‌هایی که باید در کل محدوده دمایی به طور قابل اطمینان کار کنند، در نظر بگیرند. این ممکن است نیاز به راه‌اندازی LED با جریان کمی بالاتر در دماهای بالا برای جبران خروجی نوری از دست رفته داشته باشد، مشروط بر اینکه از محدودیت‌های توان تجاوز نشود.

3.4 توزیع طیفی (شکل 1)

این نمودار طیف انتشار را با مرکزیت ۹۴۰ نانومتر و پهنای نیم‌ارتفاع ۵۰ نانومتر به تصویر می‌کشد. این نمودار تأیید می‌کند که دستگاه در ناحیه فروسرخ نزدیک منتشر می‌کند و به انتخاب فیلتر نوری سازگار یا ارزیابی تداخل احتمالی از منابع نور محیطی (مانند نور خورشید با طیف گسترده یا لامپ‌های رشته‌ای) کمک می‌کند.

3.5 الگوی تابش (شکل 6)

این نمودار قطبی نمای دقیقی از توزیع زاویه‌ای نور منتشرشده ارائه می‌دهد. این نمودار به صورت گرافیکی زاویه دید ۴۰ درجه (۲θ) را نشان می‌دهد._1/2شکل منحنی برای طراحی عدسی یا بازتاب‌دهنده‌ها به منظور موازی‌سازی یا گسترش بیشتر پرتو نور برای تطبیق با کاربردهای خاص بسیار مهم است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد و تلرانس‌های خارجی

این قطعه در یک بسته‌بندی استاندارد سوراخ‌دار (through-hole) با فلنج ارائه می‌شود تا پایداری مکانیکی و عملکرد بالقوه دفع حرارت را فراهم کند. ابعاد کلیدی شامل قطر بدنه، فاصله پایه‌ها و طول کلی است. تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر مشخص شده‌اند. تلرانس استاندارد ±0.25mm است، مگر اینکه برای ویژگی خاصی مقدار متفاوتی ذکر شده باشد. فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه بسته‌بندی خارج می‌شوند و این مرجع استانداردی برای قرارگیری سوراخ‌های PCB است. حداکثر بیرون‌زدگی رزین در زیر فلنج 1.5mm است که برای فاصله قطعه از سطح PCB و عملیات تمیزکاری مهم می‌باشد.

4.2 شناسایی قطبیت

برای فرستنده‌های مادون قرمز (LED)، پایه بلندتر معمولاً آند (قطب مثبت) و پایه کوتاه‌تر کاتد (قطب منفی) است. نقشه‌ی شکل‌بندی در برگه مشخصات باید این موضوع را به وضوح نشان دهد که معمولاً با یک سطح صاف روی بدنه یا یک فرورفتگی در نزدیکی پایه کاتد مشخص می‌شود. قطب‌بندی صحیح حیاتی است؛ بایاس معکوس بیش از 5V می‌تواند به قطعه آسیب برساند.

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

لحیم‌کاری بازجریانی:پارامتر مشخص‌شده ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر ۵ ثانیه است که در نقطه‌ای در فاصله ۱.۶ میلی‌متری از بدنه پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این با پروفیل رایج لحیم‌کاری مجدد بدون سرب (دمای اوج ۲۴۰-۲۶۰ درجه سانتی‌گراد) مطابقت دارد. فاصله ۱.۶ میلی‌متری برای جلوگیری از فراتر رفتن دمای پکیج پلاستیکی از دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) و تغییر شکل آن حیاتی است.

لحیم‌کاری دستی (Hand Soldering):در صورت لزوم انجام لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل‌شده دما استفاده شود. زمان تماس برای هر پایه باید به حداقل برسد، در حالت ایده‌آل کمتر از ۳ ثانیه، و از یک گیره حرارتی روی پایه بین هویه و بدنه پکیج استفاده شود.

تمیز کردن:پس از جوشکاری، می‌توان از فرآیند استاندارد تمیز کردن PCB استفاده کرد، اما باید سازگاری ماده تمیزکننده با پوشش رزین شفاف تأیید شود.

شرایط نگهداری:برای جلوگیری از جذب رطوبت (که ممکن است منجر به پدیده "پاپ کورن" در لحیم‌کاری بازجریانی شود)، قطعات باید در محیط خشک نگهداری شوند، معمولاً با رطوبت نسبی کمتر از 40٪ در دمای اتاق، یا در صورت نگهداری طولانی‌مدت، در کیسه‌های رطوبت‌گیر مهر و موم شده همراه با ماده خشک‌کن.

6. توصیه‌های کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 مدار کاربردی معمول

مدار درایور فرستنده:ساده‌ترین مدار، مقاومت سری محدودکننده جریان است. برای عملکرد پالسی، از ترانزیستور (BJT یا MOSFET) برای کلیدزنی جریان بالا استفاده می‌شود. درایور باید قادر به تأمین جریان پیک (تا 2A) با افت ولتاژ اشباع پایین باشد تا ولتاژ دو سر LED به حداکثر برسد. برای انتقال داده، به زمان‌های افزایش/کاهش سریع نیاز است.

مدار آشکارساز:هنگامی که به عنوان فوتودیود استفاده می‌شود (در صورت قابلیت بر اساس مدل)، معمولاً در حالت بایاس معکوس یا فتوولتائیک (بایاس صفر) کار می‌کند و به یک تقویت‌کننده ترانس‌امپدانس متصل می‌شود تا جریان نوری کوچک را به ولتاژ قابل استفاده تبدیل کند.

6.2 ملاحظات طراحی کلیدی

• محدودیت جریان:همیشه از مقاومت سری یا درایور جریان ثابت فعال استفاده کنید. هرگز مستقیماً به منبع ولتاژ متصل نکنید.
• عملکرد پالسی:برای درایو پالسی، اطمینان حاصل کنید که عرض پالس و چرخه وظیفه، تلفات توان متوسط را در محدوده مجاز نگه می‌دارد. جریان متوسط = جریان پیک * چرخه وظیفه. برای یک پالس 2 آمپری با عرض 10 میکروثانیه و 300 پالس در ثانیه، چرخه وظیفه = (10e-6 * 300) = 0.003 (0.3%). جریان متوسط = 2A * 0.003 = 6mA که به وضوح در محدوده ریتینگ پیوسته قرار دارد.
• مسیر نوری:زاویه دید 40 درجه را در نظر بگیرید. برای پرتو متمرکز، ممکن است به لنز نیاز باشد. برای تشخیص گسترده، این زاویه ممکن است کافی باشد. مسیر نور را بدون مانع و تمیز نگه دارید.
• مقاومت در برابر تداخل نور محیط:در کاربردهای آشکارساز، نور مادون قرمز محیطی (از خورشید، چراغ‌ها) منبع اصلی نویز است. استفاده از سیگنال مادون قرمز مدوله‌شده (مثلاً 38kHz) و مدار گیرنده تنظیم‌شده متناظر، روش استاندارد برای سرکوب این نویز DC و پایین‌باند است.
• چیدمان PCB:برای فرستنده، اطمینان حاصل کنید که عرض ترک کافی برای مدیریت جریان پالسی اوج بدون ایجاد افت ولتاژ بیش‌ازحد باشد. برای مدیریت حرارتی، فلنج (در صورت ایزوله بودن الکتریکی یا متصل به پایه) را به یک ناحیه فویل مسی روی PCB به عنوان هیت‌سینک متصل کنید.

7. مقایسه فنی و تمایز

اگرچه هیچ مدل رقیب مشخصی ذکر نشده است، اما ترکیب پارامترهای LTE-3273L جایگاه آن را تعریف می‌کند:

• در مقایسه با دیود ساطع‌کننده مادون قرمز استاندارد 940nm:رتبه‌بندی جریان پیک بالا (2A) و شدت تابش بالا در 100mA آن، آن را از مدل‌های کم‌توان مورد استفاده در ریموت کنترل‌های ساده متمایز می‌کند. این ویژگی آن را برای کاربردهایی با فاصله بیشتر یا نیازمند ایمنی نویز بالاتر مناسب می‌سازد.
• در مقایسه با دیود ساطع‌کننده مادون‌قرمز پرسرعت 850 نانومتری:LTE-3273L از ماده GaAs در طول موج 940 نانومتر استفاده می‌کند، در حالی که مدل‌های پرسرعت معمولاً از ماده AlGaAs در طول موج 850 نانومتری بهره می‌برند. قطعات 850 نانومتری معمولاً زمان‌های صعود/سقوط سریع‌تری برای داده‌های پرسرعت دارند، اما ممکن است نور قرمز ضعیفی از خود نشان دهند. قطعات 940 نانومتری کاملاً نامرئی هستند که برای کاربردهای مخفی مطلوب‌تر است و عرض نیم‌ارتفاع کامل 50 نانومتری آن مقدار استاندارد است.
• در مقایسه با فتوترانزیستور/فتودیود هم‌بسته‌بندی:عنوان برگه مشخصات نشان می‌دهد که این سری شامل فرستنده‌ها و آشکارسازها می‌شود. نسخه‌های اختصاصی آشکارساز نوری دارای ویژگی‌های متفاوتی (حساسیت، جریان تاریک، سرعت) خواهند بود. مزیت کلیدی جفت‌های همسان از یک سری، امکان دستیابی به تطابق طیفی بهینه است.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

Q1: آیا می‌توانم این LED را با جریان 500mA به طور پیوسته راه‌اندازی کنم؟
A: خیر. حداکثر مقدار مجاز جریان مستقیم پیوسته 100 میلی‌آمپر است. شرط 500 میلی‌آمپر ذکر شده در جدول مشخصات الکتریکی برای اندازه‌گیری V در جریان بالا است._F شرایط آزمایش ممکن است با مقادیر نامی عملکرد پالسی مرتبط باشد. کارکرد مداوم نباید از ۱۰۰ میلی‌آمپر تجاوز کند.

Q2: چرا ریموت کنترل مادون قرمز من در ماشین داغ، فاصله کمتری دارد؟
A: لطفاً به شکل 4 (شدت تابش نسبی در مقابل دمای محیط) مراجعه کنید. خروجی LED با افزایش دما کاهش می‌یابد. در دمای +85°C، خروجی ممکن است 30-40٪ کمتر از دمای اتاق باشد که مستقیماً برد مؤثر را کاهش می‌دهد.

Q3: هنگام استفاده از منبع تغذیه 3.3 ولت، برای دستیابی به خروجی معمول، باید از مقاومت با اندازه چقدر استفاده کنم؟
A: برای هدف I_F 20mA (تولید 5.6-8.0 mW/sr)، و در 50mA، V معمول_F 1.6V است (برای 20mA، با تقریب 1.5V استفاده کنید)، R = (3.3V - 1.5V) / 0.02A = 90 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد 91 اهم است. توان در مقاومت: (0.02^2)*91 = 0.0364W، بنابراین یک مقاومت 1/8W یا 1/10W کافی است.

Q4: آیا زاویه دید فرستنده و گیرنده یکسان است؟
A: برای فرستنده مادون قرمز (LED)، زاویه 40° الگوی تابش را مشخص می‌کند. برای آشکارساز فوتودیود یا فوتوترانزیستور، یک پارامتر مشابه اما مستقل به نام "زاویه دید" یا "زاویه حساسیت" محدوده زاویه‌ای پذیرش آن را تعریف می‌کند. این زوایا معمولاً مشابه هستند اما لزوماً کاملاً یکسان نیستند. لطفاً به برگه مشخصات (datasheet) آشکارساز خاص مراجعه کنید.

9. نمونه‌های عملی طراحی و کاربرد

مورد: طراحی یک فرستنده بازکن درب گاراژ با برد زیاد.
هدف طراحی، دستیابی به برد قابل اطمینان 50 متر در شرایط نور روز است. LTE-3273L به دلیل توان خروجی پالسی بالای آن انتخاب شد.
مراحل طراحی:
1. مدار درایو:از یک MOSFET کنترل‌شده توسط میکروکنترلر برای پالس‌دهی به LED استفاده کنید. مقاومت سری را بر اساس ولتاژ باتری (مثلاً 12V) و جریان پیک مورد نیاز محاسبه کنید. برای حداکثر کردن فاصله، LED را نزدیک به مقدار نامی پیک خود راه‌اندازی کنید: I را انتخاب کنید._FP= 1.5A (در محدوده حداکثر 2A). V در 1.5A_F(با برون‌یابی منحنی) تقریباً 2.5V. مقاومت R = (12V - 2.5V) / 1.5A = 6.33 اهم. از مقاومت 6.2 اهم، 5W برای مدیریت توان پالسی استفاده می‌شود (P = I²R = 1.5^2 * 6.2 ≈ 14W پیک، اما توان متوسط بسیار پایین است).
2. مدولاسیون پالسی:کدگذاری دستورات با استفاده از حامل 38 کیلوهرتز که توسط بیت‌های داده مدوله شده است. عرض پالس هر بسته پالس 38 کیلوهرتز در 10 میکروثانیه یا کمتر نگه داشته می‌شود تا در محدوده مقادیر نامی باقی بماند. چرخه وظیفه بسیار پایین است.
3. نوری:با افزودن یک لنز پلاستیکی ساده در جلوی LED، پرتوی طبیعی 40 درجه به یک پرتو باریک‌تر و متمرکزتر هم‌راستا می‌شود تا برد بیشتری فراهم شود.
4. مدیریت حرارتی:به دلیل چرخه کاری پایین، توان متوسط و تولید حرارت بسیار ناچیز است. به جز فویل مسی PCB متصل به فلنج، نیازی به هیت‌سینک ویژه‌ای نیست.
این طراحی از ویژگی‌های کلیدی LTE-3273L بهره می‌برد: جریان پیک بالا، شدت تابش بالا و مناسب بودن برای کارکرد پالسی.

10. مقدمه‌ای بر نحوه عملکرد

فرستنده مادون قرمز (IRED):LTE-3273L در نقش فرستنده، یک دیود نور‌افشان (LED) مبتنی بر ماده نیمه‌هادی آرسنید گالیم (GaAs) است. هنگامی که ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال پیوند نیمه‌هادی تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی خود را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. انرژی گاف نواری خاص ماده GaAs طول موج این فوتون‌ها را تعیین می‌کند که در ناحیه مادون‌قرمز 940 نانومتر است. پکیج شفاف اجازه می‌دهد این نور با حداقل تلفات خارج شود.

آشکارساز مادون‌قرمز (فتودیود):اگر به عنوان آشکارساز پیکربندی شود، این قطعه شامل یک پیوند نیمه‌هادی PIN است. هنگامی که فوتون‌های دارای انرژی بیشتر از گاف نواری نیمه‌هادی (یعنی نور مادون‌قرمز) به ناحیه تخلیه برخورد می‌کنند، جفت‌های الکترون-حفره تولید می‌کنند. این حامل‌های بار سپس توسط میدان الکتریکی داخلی (یا بایاس معکوس اعمال‌شده) از هم جدا شده و یک جریان نوری متناسب با شدت نور فرودی ایجاد می‌کنند. این جریان کوچک می‌تواند توسط مدار خارجی تقویت و پردازش شود.

11. روندها و زمینه‌های فنی

قطعات مجزای مادون قرمز مانند LTE-3273L نمایانگر فناوری بالغ و پایداری هستند. مواد اصلی (GaAs، AlGaAs) و انواع بسته‌بندی طی دهه‌ها برای دستیابی به قابلیت اطمینان و مقرون‌به‌صرفه بودن بهینه شده‌اند. روند جاری در این حوزه نه در تغییرات انقلابی خود قطعات مجزا، بلکه در زمینه یکپارچه‌سازی و کاربرد آنهاست:

• یکپارچه‌سازی:روندی به سمت توسعه ماژول‌های مجتمع جهت‌دار وجود دارد که فرستنده، آشکارساز، درایور، تقویت‌کننده و منطق دیجیتال (مانند رمزگشای پروتکل‌های خاص) را در یک بسته‌بندی نصب‌سطحی واحد ترکیب می‌کنند. این امر طراحی را ساده می‌کند، اما برای کاربردهای تخصصی ممکن است سطح یکسان سفارشی‌سازی یا بهینه‌سازی عملکرد را در مقایسه با قطعات مجزا ارائه ندهد.
• کوچک‌سازی:اگرچه بسته‌بندی‌های تورفتگی (Through-hole) به دلیل استحکام همچنان محبوب هستند، اما تقاضا برای نسخه‌های کوچک‌تر دستگاه‌های نصب‌سطحی (SMD) برای صرفه‌جویی در فضا روی PCBهای مدرن در حال افزایش است.
• افزایش عملکرد:برای کاربردهای جدید مانند LiDAR الکترونیک مصرفی یا تشخیص پیشرفته حرکات دست، فرستنده‌های مادون قرمز سریع‌تر و کارآمدتر (مانند فناوری VCSEL) و همچنین آشکارسازهای با حساسیت بالاتر و نویز کمتر در حال تحقیق هستند. با این حال، برای کاربردهای کلاسیک مانند کنترل از راه دور، حسگر مجاورت و پیوندهای داده پایه، قطعات سنتی مانند LTE-3273L بهترین تعادل را بین عملکرد، قابلیت اطمینان و هزینه ارائه می‌دهند.
• گسترش کاربرد:اصول اولیه آن برای دستگاه‌های نوظهور اینترنت اشیا (IoT) همچنان مرتبط است که نیاز به ارتباط یا سنجش بی‌سیم ساده و کم‌مصرف دارند، بدون پیچیدگی سیستم‌های فرکانس رادیویی (RF).

در مجموع، LTE-3273L یک قطعه مبتنی بر فناوری بالغ، با مشخصات شفاف و بادوام است. ارزش آن در برگه مشخصات واضح و دقیق آن نهفته است که به مهندسان امکان می‌دهد رفتار آن را به دقت پیش‌بینی کرده و آن را به طور مؤثر در سیستم‌هایی طراحی کنند که به عملکرد مادون قرمز قابل اعتماد برای کنترل، حس‌گری یا ارتباطات اولیه نیاز دارند.