دیتاشیت LED مادون قرمز LTE-1650 - پکیج شفاف - ولتاژ مستقیم 1.6V - توان 100mW - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTE-1650 یک فرستنده مادون قرمز (IR) مینیاتوری با طراحی رو به جلو است که برای کاربردهای نیازمند قابلیت درایو جریان بالا و مشخصه‌های ولتاژ مستقیم پایین طراحی شده است. عملکرد اصلی آن، انتشار نور مادون قرمز در طول موج اوج 940 نانومتر است. این قطعه در یک پکیج پلاستیکی شفاف و شیشه‌ای قرار دارد که یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه برای سیستم‌های مختلف اپتوالکترونیکی است. مزایای اصلی این قطعه شامل توانایی تحمل جریان‌های پالسی قابل توجه، عملکرد با ولتاژ پایین که مصرف برق در مدارهای درایور را کاهش می‌دهد، و زاویه دید گسترده‌ای است که تراز نوری را در کاربردهای نهایی ساده می‌کند. این قطعه عموماً برای بازارهای شامل سیستم‌های کنترل از راه دور، سنسورهای مجاورتی، تشخیص اشیاء و اتوماسیون صنعتی که نیاز به سیگنالینگ IR قابل اطمینان دارند، هدف‌گیری شده است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این قطعه برای عملکرد در محدوده‌های دقیق مشخص شده است تا اطمینان از قابلیت اطمینان و طول عمر آن فراهم شود. حداکثر اتلاف توان پیوسته در دمای محیط (T_A) 25 درجه سانتی‌گراد، 100 میلی‌وات است. این قطعه می‌تواند یک جریان مستقیم پیک 1 آمپر را در شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) تحمل کند. حداکثر جریان مستقیم پیوسته در 60 میلی‌آمپر ریت شده است. یک ولتاژ معکوس تا 5 ولت را می‌توان بدون آسیب به پیوندگاه اعمال کرد. محدوده دمای عملیاتی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است، در حالی که محدوده دمای نگهداری از 55- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد گسترش می‌یابد که نشان‌دهنده تحمل محیطی قوی است. پایه‌ها را می‌توان در دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه، هنگامی که در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه پکیج اندازه‌گیری می‌شود، لحیم کاری کرد.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

پارامترهای عملکرد کلیدی در T_A=25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری می‌شوند. خروجی هم با تابش روزنه‌ای (E_e، بر حسب mW/cm²) و هم با شدت تابشی (I_E، بر حسب mW/sr) مشخص می‌شود که هر دو در جریان مستقیم (I_F) 20mA آزمایش می‌شوند. این پارامترها دسته‌بندی شده‌اند (بخش 3 را ببینید). طول موج اوج انتشار (λ_P) به طور معمول 940 نانومتر است که در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد و برای بسیاری از کاربردهای سنجش و ارتباط ایده‌آل است زیرا برای چشم انسان نامرئی است. نیم‌عرض خط طیفی (Δλ) 50 نانومتر است که خلوص طیفی نور منتشر شده را تعریف می‌کند. ولتاژ مستقیم (V_F) به طور معمول در I_F=50mA، 1.6 ولت است، با حداکثر 1.8V که عملکرد کم‌ولتاژ آن را تأیید می‌کند. جریان معکوس (I_R) حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5V است. زاویه دید (2θ_1/2) 60 درجه است که یک الگوی تابش گسترده فراهم می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

LTE-1650 از یک سیستم دسته‌بندی عملکرد عمدتاً بر اساس شدت تابشی و تابش روزنه‌ای استفاده می‌کند. این سیستم قطعات را در درجات عملکردی مختلف (دسته‌های A، B، C، D) دسته‌بندی می‌کند تا ثبات را در یک بچ تولیدی تضمین کند. برای مثال، در I_F=20mA، قطعات دسته A دارای شدت تابشی در محدوده 1.383 تا 4.06 mW/sr هستند، در حالی که قطعات دسته D از 5.11 mW/sr شروع می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که با نیازهای حساسیت خاص آشکارسازشان یا قدرت سیگنال مورد نیاز برای کاربردشان مطابقت دارد. در این دیتاشیت هیچ دسته‌بندی صریحی برای ولتاژ مستقیم یا طول موج نشان داده نشده است؛ طول موج به عنوان یک مقدار معمول 940nm مشخص شده است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار ارائه می‌دهد که روابط کلیدی را نشان می‌دهند. شکل 1 توزیع طیفی را نشان می‌دهد که شدت تابشی نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند. این منحنی اوج در 940nm و عرض طیفی 50nm را تأیید می‌کند. شکل 2 رابطه بین جریان مستقیم و دمای محیط را به تصویر می‌کشد و نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط برای ماندن در محدوده‌های اتلاف توان کاهش می‌یابد. شکل 3 منحنی جریان مستقیم در برابر ولتاژ مستقیم (I-V) است که رابطه نمایی مشخصه دیود و V_F پایین آن را نشان می‌دهد. شکل 4 نشان می‌دهد که چگونه شدت تابشی نسبی با دمای محیط تغییر می‌کند، که معمولاً کاهش خروجی را با افزایش دما نشان می‌دهد. شکل 5 نشان می‌دهد که چگونه شدت تابشی نسبی با جریان مستقیم تغییر می‌کند و رابطه غیرخطی بین جریان درایو و خروجی نور را نشان می‌دهد. در نهایت، شکل 6 نمودار تابش است، یک نمودار قطبی که به صورت بصری زاویه دید 60 درجه را نشان می‌دهد و توزیع زاویه‌ای نور مادون قرمز منتشر شده را نمایش می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این قطعه از یک پکیج پلاستیکی مینیاتوری رو به جلو استفاده می‌کند. نکات ابعادی کلیدی شامل: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس کلی ±0.25mm مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. رزین زیر فلنج ممکن است حداکثر 1.5mm بیرون زدگی داشته باشد. فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای که پایه‌ها از بدنه پکیج خارج می‌شوند اندازه‌گیری می‌شود. پکیج شفاف و شیشه‌ای است که برای کاربردهایی که فرستنده ممکن است قابل مشاهده باشد یا موقعیت دقیق چیپ نیاز به شناسایی برای تراز نوری داشته باشد، مفید است. طراحی رو به جلو به این معنی است که انتشار نور اصلی از سطح بالایی پکیج است.

6. دستورالعمل‌های لحیم کاری و مونتاژ

مشخصات اصلی لحیم کاری ارائه شده برای دمای لحیم کاری پایه‌ها است. پایه‌ها می‌توانند دمای 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 5 ثانیه، هنگامی که در فاصله 1.6 میلی‌متری (0.063 اینچ) از بدنه پکیج اندازه‌گیری می‌شوند، تحمل کنند. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم کاری موجی یا دستی است. برای لحیم کاری ریفلو، پروفایل‌های ریفلو استاندارد مادون قرمز (IR) یا جابجایی برای قطعات با پکیج پلاستیکی عموماً قابل استفاده است، اما حداکثر دمای بدنه پکیج نباید برای مدت طولانی از حداکثر دمای نگهداری 100 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند. توصیه می‌شود از اعمال تنش مکانیکی بر پایه‌ها در حین و پس از مونتاژ اجتناب شود. شرایط نگهداری مناسب شامل نگهداری قطعات در یک محیط خشک و عاری از الکتریسیته ساکن در محدوده دمای نگهداری مشخص شده (55- تا 100+ درجه سانتی‌گراد) برای جلوگیری از جذب رطوبت یا سایر تخریب‌ها می‌شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

فرمت بسته‌بندی خاص (مثلاً نوار و قرقره، فله) در محتوای ارائه شده جزئیات داده نشده است. شماره قطعه به وضوح به عنوان LTE-1650 شناسایی شده است. خود دیتاشیت با شماره مشخصات: DS-50-95-0017، نسخه B ارجاع داده شده است. کد دسته‌بندی (A، B، C، D) بخش حیاطی از اطلاعات سفارش خواهد بود تا اطمینان حاصل شود که درجه عملکرد صحیح تأمین می‌شود. طراحان باید هنگام سفارش، دسته مورد نیاز را مشخص کنند تا مشخصه‌های شدت تابشی برای کاربردشان تضمین شود.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

LTE-1650 برای انواع کاربردها مناسب است. قابلیت جریان پالسی بالای آن، آن را برای فرستنده‌های کنترل از راه دور مادون قرمز ایده‌آل می‌کند، جایی که پالس‌های کوتاه و پرقدرت برای ارسال سیگنال‌ها استفاده می‌شوند. زاویه دید گسترده در سنجش مجاورتی و تشخیص اشیاء مزیت دارد، جایی که تراز دقیق بین فرستنده و آشکارساز ممکن است به طور کامل کنترل نشود. می‌توان از آن در اتوماسیون صنعتی برای شمارش، مرتب‌سازی یا سنجش موقعیت استفاده کرد. سایر کاربردهای بالقوه شامل انتقال داده در فواصل کوتاه، قطع پرتوهای سیستم امنیتی و سوئیچ‌های بدون تماس است.

8.2 ملاحظات طراحی

هنگام طراحی با LTE-1650، چندین عامل باید در نظر گرفته شود. مدار درایور باید جریان پیوسته را به 60mA یا کمتر محدود کند و منحنی کاهش ریت در دمای محیط بالاتر را رعایت کند. برای عملکرد پالسی، اطمینان حاصل کنید که عرض پالس و چرخه کاری باعث نمی‌شود اتلاف توان متوسط از 100mW تجاوز کند. ولتاژ مستقیم پایین به آن اجازه می‌دهد مستقیماً از منطق کم‌ولتاژ (مثلاً سیستم‌های 3.3V یا 5V) با یک مقاومت محدودکننده جریان سری ساده درایو شود. انتخاب دسته (A تا D) مستقیماً بر قدرت سیگنال دریافتی توسط آشکارساز تأثیر می‌گذارد؛ یک دسته بالاتر شدت بیشتری فراهم می‌کند که می‌تواند نسبت سیگنال به نویز را بهبود بخشد یا اجازه فاصله عملیاتی طولانی‌تر را بدهد. پکیج شفاف نور را فیلتر نمی‌کند، بنابراین اگر نیاز به مسدود کردن طول موج خاصی باشد، ممکن است فیلترهای نوری خارجی مورد نیاز باشند. معمولاً برای این پکیج در شرایط عملیاتی عادی نیاز به هیت سینک نیست، اما چیدمان برد باید اجازه مقداری اتلاف حرارت از طریق پایه‌ها را بدهد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فرستنده‌های IR استاندارد، مزایای تمایزدهنده کلیدی LTE-1650 ترکیبقابلیت جریان بالا(پالس 1A، پیوسته 60mA) وولتاژ مستقیم پایین(معمولاً 1.6V) است. بسیاری از فرستنده‌های IR یکی را فدای دیگری می‌کنند. این ترکیب آن را کارآمدتر و آسان‌تر برای درایو از منابع تغذیه رایج می‌کند.زاویه دید گسترده 60 درجهمزیت قابل توجه دیگری نسبت به فرستنده‌های با زاویه باریک‌تر است که نیاز به دقت تراز در مونتاژ و استفاده از محصول نهایی را کاهش می‌دهد.پکیج شفاف شیشه‌ایهیچ فیلتر طول موج ذاتی ارائه نمی‌دهد که بسته به کاربرد می‌تواند یک مزیت یا عیب باشد؛ خروجی طیفی کامل چیپ را فراهم می‌کند، در حالی که پکیج‌های رنگی ممکن است بخشی از IR مورد نظر یا نور قرمز مرئی که برخی چیپ‌ها منتشر می‌کنند را جذب کنند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پایه میکروکنترلر 5V درایو کنم؟

ج: بله، اما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_منبع- V_F) / I_Fمحاسبه کنید. برای مثال، با V_منبع=5V، V_F=1.6V، و I_Fمورد نظر =20mA، R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 اهم. از مقدار استاندارد بعدی، مثلاً 180 اهم استفاده کنید.

س: تفاوت بین تابش روزنه‌ای (E_e) و شدت تابشی (I_E) چیست؟

ج: شدت تابشی (I_E, mW/sr) توان نوری منتشر شده در هر واحد زاویه فضایی (استرادیان) را اندازه می‌گیرد و نشان می‌دهد که پرتو چقدر متمرکز است. تابش روزنه‌ای (E_e, mW/cm²) چگالی توان تابیده بر روی یک سطح (مانند یک آشکارساز) در یک فاصله مشخص است که به هر دو شدت و فاصله/هندسه بستگی دارد. I_Eیک ویژگی منبع است؛ E_eچیزی است که یک آشکارساز می‌بیند.

س: دما چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

ج: همانطور که در منحنی‌ها نشان داده شده است، افزایش دمای محیط، حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را کاهش می‌دهد (شکل 2) و معمولاً خروجی تابشی برای یک جریان معین را کاهش می‌دهد (شکل 4). ولتاژ مستقیم نیز یک ضریب دمایی منفی دارد (با افزایش دما کاهش می‌یابد) که باید در طراحی‌های درایو جریان ثابت در نظر گرفته شود.

س: چرا قطعه دسته‌بندی شده است؟

ج: تغییرات ساخت باعث تفاوت‌های جزئی در بازده خروجی نور بین LED‌های منفرد می‌شود. دسته‌بندی آن‌ها را در گروه‌های عملکردی (A، B، C، D) مرتب می‌کند تا طراحان بتوانند یک سطح عملکرد ثابت برای مدار خود انتخاب کنند و اطمینان حاصل کنند که رفتار سیستم قابل پیش‌بینی است.

11. مطالعه موردی کاربردی عملی

مورد: سنسور تشخیص ساده اشیاء.یک استفاده رایج در یک سیستم تشخیص مادون قرمز مدوله شده برای اجتناب از تداخل نور محیط است. LTE-1650 توسط یک موج مربعی 38kHz (یک فرکانس رایج برای گیرنده‌های IR) از طریق یک سوئیچ ترانزیستوری درایو می‌شود که اجازه جریان پالسی تا ریت 1A را برای انتقال سیگنال قوی می‌دهد. این قطعه با یک فوتودتکتور IR متناظر تنظیم شده بر 38kHz جفت می‌شود. زاویه دید گسترده 60 درجه LTE-1650 به فرستنده و آشکارساز اجازه می‌دهد تا در کنار هم روی یک PCB قرار گیرند، با میدان دید آن‌ها در جلوی سنسور همپوشانی داشته باشد. هنگامی که یک شیء وارد این منطقه همپوشانی می‌شود، نور IR مدوله شده از فرستنده را به آشکارساز منعکس می‌کند. الکترونیک سیستم سپس این سیگنال بازتابیده را تشخیص می‌دهد. خروجی بالای LED‌های دسته C یا D برای این حالت سنجش بازتابی انتخاب می‌شود تا اطمینان حاصل شود که سیگنال کافی به آشکارساز بازمی‌گردد. ولتاژ مستقیم پایین به کل مدار، از جمله درایور LED، اجازه می‌دهد از یک ریل واحد 3.3V یا 5V تغذیه شود.

12. اصل عملکرد

LTE-1650 یک دیود نورافشان نیمه‌هادی (LED) است. عملکرد آن بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوندگاه p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از منطقه نوع n و حفره‌ها از منطقه نوع p به منطقه پیوندگاه تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در این قطعه خاص، ماده نیمه‌هادی (معمولاً بر پایه آرسنید گالیم آلومینیوم، AlGaAs) به گونه‌ای طراحی شده است که این انرژی عمدتاً به عنوان فوتون‌های نور مادون قرمز با طول موج اوج حدود 940 نانومتر آزاد می‌شود. پکیج اپوکسی شفاف، چیپ نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و به عنوان یک لنز عمل می‌کند که نور منتشر شده را در الگوی زاویه دید مشخص شده 60 درجه شکل می‌دهد.

13. روندها و زمینه فناوری

فرستنده‌های مادون قرمز مانند LTE-1650 نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اطمینان هستند. روندهای فعلی در این زمینه بر افزایش بازده (خروجی نور بیشتر در هر واحد توان ورودی الکتریکی)، فعال کردن سرعت‌های مدولاسیون بالاتر برای انتقال داده سریع‌تر، و کوچک‌سازی بیشتر پکیج‌ها متمرکز است. همچنین روندی به سمت یکپارچه‌سازی فرستنده با یک مدار درایور یا حتی یک آشکارساز در یک ماژول واحد برای ساده‌سازی طراحی سیستم وجود دارد. طول موج 940nm همچنان بسیار محبوب است زیرا تعادل خوبی بین حساسیت آشکارساز سیلیکونی (که اوج آن حدود 900-1000nm است) و جذب کم در جو ارائه می‌دهد. در حالی که مواد جدیدتر ممکن است گزینه‌های طول موج کمی متفاوت یا بازده بالاتری ارائه دهند، اصول اساسی و حوزه‌های کاربردی برای قطعاتی مانند LTE-1650 پایدار و به طور گسترده در الکترونیک مصرفی، کنترل‌های صنعتی و سیستم‌های خودرو قابل استفاده باقی می‌ماند.