دیتاشیت فرستنده مادون قرمز LTE-3220L-032A - طول موج 850 نانومتر - زاویه دید 30 درجه - توان 150 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTE-3220L-032A یک قطعه گسسته فرستنده مادون قرمز است که برای کاربردهای متنوع اپتوالکترونیک طراحی شده است. این قطعه بخشی از یک خط تولید گسترده است که شامل قطعات برای سیستم‌های کنترل از راه دور، انتقال بی‌سیم داده مادون قرمز، آلارم‌های امنیتی و کاربردهای مشابه می‌شود. این دستگاه با استفاده از فناوری نیمه‌هادی ساخته شده تا نور را در طیف مادون قرمز ساطع کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این قطعه شامل مطابقت با مقررات زیست‌محیطی، سرعت عملیاتی بالا و زاویه تابش باریک است که امکان سیگنال‌دهی مادون قرمز جهت‌دار را فراهم می‌کند. این قطعه برای کار پالسی مناسب است و آن را برای پروتکل‌های ارتباط دیجیتال ایده‌آل می‌سازد. بازار هدف شامل تولیدکنندگان لوازم الکترونیکی مصرفی، اتوماسیون صنعتی، مجریان سیستم‌های امنیتی و توسعه‌دهندگان پیوندهای داده بی‌سیم است که در آن‌ها به انتقال نور غیرقابل مشاهده و قابل اطمینان نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. حداکثر اتلاف توان 150 میلی‌وات است. این قطعه می‌تواند جریان مستقیم پیک 1 آمپر را در شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) تحمل کند، در حالی که حداکثر جریان مستقیم پیوسته 100 میلی‌آمپر است. دستگاه 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 با دمای 55- تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری شود. پایه‌ها را می‌توان در دمای 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه لحیم کاری کرد، مشروط بر اینکه نقطه لحیم کاری حداقل 4.0 میلی‌متر از بدنه قطعه فاصله داشته باشد.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها در دمای محیط (TA) برابر با 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. معیارهای کلیدی عملکرد عبارتند از:

• شدت تابشی (Ie):این پارامتر توان نوری ساطع شده در واحد زاویه فضایی را اندازه‌گیری می‌کند. معمولاً در جریان مستقیم (IF) برابر با 20mA، مقدار آن 24 mW/sr و در IF=50mA، مقدار آن 60 mW/sr است.
• طول موج تابش پیک (λPeak):طول موجی که در آن دستگاه بیشترین توان نوری را ساطع می‌کند، معمولاً 850 نانومتر (nm).
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):پهنای باند نور ساطع شده، معمولاً 50 نانومتر، که گستردگی طول‌موج‌ها حول نقطه پیک را نشان می‌دهد.
• ولتاژ مستقیم (Vf):افت ولتاژ دو سر دستگاه هنگام هدایت، معمولاً در IF=50mA برابر با 2.0 ولت است.
• جریان معکوس (IR):جریان نشتی کوچک هنگام اعمال ولتاژ معکوس، حداکثر 100 میکروآمپر در VR=5V.
• زاویه دید (2θ1/2):گستره زاویه‌ای که در آن شدت تابشی حداقل نصف حداکثر مقدار خود است. این دستگاه دارای زاویه دید نسبتاً باریک 30 درجه است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار ارائه می‌دهد که رفتار دستگاه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد.

3.1 توزیع طیفی

شکل 1 شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد. منحنی حول 850 نانومتر متمرکز است و شکلی مشخصه دارد که توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی و سایر خواص فیزیکی تعریف می‌شود. نیم‌عرض به عنوان عرض منحنی در نصف ارتفاع بیشینه آن قابل مشاهده است.

3.2 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط

شکل 2 نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. این منحنی کاهش رتبه برای مدیریت حرارتی در طراحی کاربرد، جهت جلوگیری از تجاوز از حداکثر دمای پیوند، حیاتی است.

3.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم

شکل 3 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (I-V) است. این منحنی رابطه نمایی معمول یک دیود نیمه‌هادی را نشان می‌دهد. این منحنی در طراحی مدار درایو، به ویژه برای تعیین ولتاژ مورد نیاز برای جریان کاری مطلوب، کمک می‌کند.

3.4 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 درایو تغییر می‌کند. شکل 4 نشان می‌دهد که توان خروجی عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد. شکل 5 نشان می‌دهد که توان خروجی با جریان درایو افزایش می‌یابد، اما لزوماً به صورت کاملاً خطی نیست، به ویژه در جریان‌های بالاتر که ممکن است بازده کاهش یابد.

3.5 الگوی تابش

شکل 6 یک نمودار قطبی است که توزیع فضایی نور مادون قرمز ساطع شده را نشان می‌دهد. زاویه دید باریک 30 درجه به وضوح نشان داده شده است، که در آن شدت به سرعت خارج از این مخروط کاهش می‌یابد. این الگو برای هم‌تراز کردن فرستنده با آشکارساز در یک سیستم مهم است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد کلی

قطعه دارای یک فرم فاکتور بسته‌بندی استاندارد است. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر است، با تلرانس کلی ±0.25mm مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. رزین زیر فلنج ممکن است حداکثر تا 1.5mm بیرون زدگی داشته باشد. فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه بسته خارج می‌شوند.

4.2 شناسایی قطبیت

اگرچه در متن ارائه شده به صراحت جزئیات داده نشده است، اما فرستنده‌های مادون قرمز دیود هستند و بنابراین دارای قطبیت (آند و کاتد) می‌باشند. پایه بلندتر معمولاً آند است. نقشه ابعادی دیتاشیت معمولاً این را نشان می‌دهد و قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ مدار رعایت شود.

5. بسته‌بندی برای مونتاژ خودکار

دستگاه روی نوار حامل برجسته‌دار برای استفاده با ماشین‌های Pick-and-Place خودکار عرضه می‌شود. بخش 6 مشخصات دقیق نوار و قرقره را ارائه می‌دهد، شامل:

• عرض نوار (W3): 17.5 تا 19.0 میلی‌متر
• فاصله حفره قطعه (P): 12.5 تا 12.9 میلی‌متر
• عمق/ارتفاع حفره قطعه (H): 10.5 تا 11.5 میلی‌متر از کاغذ پایه نوار
• فاصله پایه‌ها درون حفره (F): 2.3 تا 3.0 میلی‌متر

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل کلیدی ارائه شده، دمای لحیم‌کاری پایه است: 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 5 ثانیه، با این شرط که نقطه لحیم‌کاری باید حداقل 4.0 میلی‌متر از بدنه پلاستیکی قطعه فاصله داشته باشد. این امر برای جلوگیری از آسیب حرارتی به بسته اپوکسی است. برای لحیم‌کاری رفلو، پروفیل استاندارد رفلو مادون قرمز یا جابجایی با حداکثر دمای پیک نه بیشتر از 260 درجه سلسیوس قابل اعمال است. قطعات باید مطابق با محدوده دمای نگهداری، در یک محیط خشک و محیطی نگهداری شوند.

7. پیشنهادات کاربرد

7.1 سناریوهای کاربرد معمول

LTE-3220L-032A برای موارد زیر بسیار مناسب است:

• کنترل‌های از راه دور مادون قرمز:برای تلویزیون‌ها، سیستم‌های صوتی و سایر لوازم خانگی مصرفی.
• پیوندهای داده کوتاه‌برد:برای ارتباط بی‌سیم بین دستگاه‌هایی مانند تلفن‌های هوشمند، کامپیوترها یا سنسورهای صنعتی که در آن‌ها استفاده از کابل عملی نیست.
• تشخیص مجاورت و شیء:در سیستم‌های امنیتی، درهای اتوماتیک یا سیستم‌های شمارش صنعتی، که اغلب با یک آشکارساز نوری جفت می‌شود.
• سوئیچ‌ها و انکودرهای نوری:جایی که قطع یا انعکاس یک پرتو IR موقعیت یا حرکت را نشان می‌دهد.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو:یک مقاومت محدودکننده جریان هنگام درایو از یک منبع ولتاژ برای تنظیم جریان مستقیم مطلوب (IF) ضروری است. مدار باید حداکثر مقادیر مجاز مطلق برای جریان پیوسته و پالسی را رعایت کند.
• مدیریت حرارتی:در صورت کار نزدیک به حداکثر مقادیر مجاز یا در دمای محیط بالا، با استفاده از منحنی کاهش رتبه به عنوان راهنما، از هیت‌سینک کافی یا مساحت مسی PCB اطمینان حاصل کنید.
• هم‌ترازی نوری:زاویه دید باریک 30 درجه نیاز به هم‌ترازی مکانیکی دقیق بین فرستنده و آشکارساز گیرنده برای حداکثر قدرت سیگنال دارد.
• مصونیت در برابر نور محیط:در محیط‌هایی با نور مادون قرمز محیطی قوی (مانند نور خورشید)، مدولاسیون سیگنال ساطع شده (پالس‌زنی) و دمودولاسیون متناظر در گیرنده برای عملکرد قابل اطمینان ضروری است.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فرستنده‌های مادون قرمز با زاویه بازتر، زاویه دید 30 درجه‌ای LTE-3220L-032A شدت بالاتری را در یک پرتو متمرکزتر فراهم می‌کند. این امر منجر به فواصل انتقال ممکن طولانی‌تر یا جریان درایو مورد نیاز کمتر برای یک برد مشخص می‌شود و بازده توان را بهبود می‌بخشد. طول موج 850 نانومتری آن یک استاندارد رایج است که سازگاری خوبی با آشکارسازهای نوری سیلیکونی که در این ناحیه حساسیت بالایی دارند، ارائه می‌دهد. قابلیت کار پالسی آن را برای پروتکل‌های ارتباط دیجیتال همه‌کاره می‌سازد.

9. پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی

س: تفاوت بین شدت تابشی (mW/sr) و توان خروجی کل (mW) چیست؟

ج: شدت تابشی توان در واحد زاویه فضایی است که نشان می‌دهد پرتو چقدر متمرکز است. توان کل نیازمند انتگرال‌گیری شدت روی کل الگوی تابش است. برای یک دستگاه با زاویه باریک، حتی با توان کل متوسط می‌توان به شدت تابشی بالا دست یافت.

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً با منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. ولتاژ مستقیم معمول در 50mA برابر با 2.0 ولت است. اتصال مستقیم آن به 5 ولت باعث جریان بیش از حد و تخریب دستگاه می‌شود. شما باید از یک مقاومت سری (یا یک درایور جریان ثابت) برای محدود کردن جریان به مقدار مطلوب (مثلاً 20mA یا 50mA) استفاده کنید.

س: چرا طول موج پیک 850 نانومتر است اگر یک دستگاه مادون قرمز است؟

ج: 850 نانومتر در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد، درست فراتر از نور قرمز مرئی. این یک انتخاب محبوب است زیرا آشکارسازهای نوری سیلیکونی در این طول موج بسیار حساس هستند و در مقایسه با طول‌موج‌های مادون قرمز بلندتر، کمتر در معرض تداخل نور مرئی قرار دارد.

س: چگونه رتبه "300 پالس در ثانیه، پالس 10 میکروثانیه" را برای جریان پیک تفسیر کنم؟

ج: این به این معنی است که دستگاه می‌تواند پالس‌های کوتاه با جریان بالا را تحمل کند. جریان پیک 1 آمپر تنها در صورتی مجاز است که عرض پالس 10 میکروثانیه یا کمتر و نرخ تکرار پالس 300 پالس در ثانیه یا کمتر باشد. این امر امکان پالس‌های با روشنایی بالا در سیستم‌های ارتباطی را فراهم می‌کند.

10. مثال موردی عملی

طراحی یک سنسور مجاورت ساده:LTE-3220L-032A می‌تواند به عنوان فرستنده در یک سنسور شیء بازتابی استفاده شود. این قطعه با یک فوتوترانزیستور که در مجاورت آن قرار گرفته است، جفت می‌شود. فرستنده با یک جریان پالسی (مثلاً پالس‌های 50mA) راه‌اندازی می‌شود. هنگامی که یک شیء نزدیک می‌شود، بخشی از نور مادون قرمز را به فوتوترانزیستور بازمی‌تاباند. مدار متصل به فوتوترانزیستور این افزایش جریان را تشخیص می‌دهد. کار پالسی به تمایز سیگنال از نور محیط کمک می‌کند. زاویه دید باریک فرستنده به تعریف یک میدان حسگری دقیق‌تر کمک می‌کند.

11. معرفی اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. در این سیستم ماده خاص، انرژی آزاد شده در طول بازترکیب به صورت فوتون‌هایی با طول‌موج متناظر با گاف انرژی نیمه‌هادی ساطع می‌شود، که برای حدود 850 نانومتر (مادون قرمز) مهندسی شده است. بسته اپوکسی شفاف و شفاف امکان خروج کارآمد این نور را فراهم می‌کند.

12. روندها و تحولات صنعت

روند در قطعات مادون قرمز به سمت بازدهی بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)، سرعت بالاتر برای انتقال داده سریع‌تر و اندازه بسته کوچک‌تر برای ادغام در دستگاه‌های فشرده ادامه دارد. همچنین توسعه مستمر در محدوده‌های طول موج خاص برای کاربردهایی مانند حس‌گری گاز یا ارتباطات نوری در جریان است. حرکت به سمت تولید بدون سرب و مطابق با RoHS، همانطور که در این قطعه مشاهده می‌شود، یک الزام استاندارد صنعتی است که توسط مقررات زیست‌محیطی هدایت می‌شود. ادغام فرستنده‌ها با درایورها یا آشکارسازها در ماژول‌های چند تراشه، حوزه دیگری از پیشرفت است.