دیتاشیت LED مادون قرمز LTE-3271B - طول موج 940 نانومتر - جریان بالا و ولتاژ مستقیم پایین - اتلاف توان 150 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTE-3271B یک دیود نورافشان (LED) مادون قرمز (IR) با عملکرد بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند روشنایی مادون قرمز قوی و کارآمد هستند. فلسفه طراحی هسته آن بر ارائه خروجی توان نوری بالا در عین حفظ ولتاژ مستقیم نسبتاً پایین متمرکز است، که به بهبود بازده انرژی در سیستم کمک می‌کند. این قطعه برای تحمل جریان‌های پالسی بالا مهندسی شده و آن را برای کاربردهای پرتقاضا مانند کنترل‌های از راه دور، سنسورهای مجاورتی، کلیدهای نوری و سیستم‌های اتوماسیون صنعتی مناسب می‌سازد که در آن‌ها پالس‌های کوتاه و شدید نور مادون قرمز ضروری است. فرستنده در طول موج اوج 940 نانومتر کار می‌کند که در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد و در مقایسه با طول‌موج‌های کوتاه‌تر، برای چشم انسان کمتر قابل مشاهده است و آلودگی نوری درک‌شده در محیط‌های حساس را کاهش می‌دهد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن‌ها برای دوره‌های طولانی توصیه نمی‌شود. محدودیت‌های کلیدی شامل جریان مستقیم پیوسته (I_F) 100 میلی‌آمپر و جریان مستقیم اوج 2 آمپر در شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) است. حداکثر اتلاف توان 150 میلی‌وات است که برای مدیریت حرارتی حیاتی می‌باشد. این قطعه می‌تواند در محدوده دمای محیطی 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد کار کند و در دمای 55- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد نگهداری شود.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد و جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. عملکرد در درجه‌های مختلف بسته‌بندی (A تا E) دسته‌بندی می‌شود که یک روش رایج برای دسته‌بندی LEDها بر اساس ویژگی‌های خروجی آن‌ها است.

• شدت تابشی (I_E):این پارامتر توان نوری منتشر شده در واحد زاویه فضایی (استرادیان) را اندازه می‌گیرد. برای درجه A، مقدار معمول 11.32 میلی‌وات بر استرادیان است، در حالی که درجه E خروجی معمول بالاتری معادل 12.37 میلی‌وات بر استرادیان ارائه می‌دهد. این پارامتر برای تعیین شدت پرتو مادون قرمز حیاتی است.
• تابش روزنه‌ای (E_e):این پارامتر توان تابشی فرودی بر واحد سطح را اندازه می‌گیرد. مقادیر از 0.8 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع (حداقل، درجه A) تا 1.65 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع (معمول، درجه E) متغیر است.
• طول موج اوج تابش (λ_P):طول موج اوج اسمی 940 نانومتر است، با عرض نیم‌عرض طیفی (Δλ) 50 نانومتر که پهنای باند نور مادون قرمز منتشر شده را تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (V_F):افت ولتاژ دو سر LED در یک جریان معین. در 50 میلی‌آمپر،V_Fمعمولاً 1.6 ولت (حداکثر 1.85 ولت) است. در جریان راه‌اندازی بالاتر 500 میلی‌آمپر،V_Fبه مقدار معمول 2.3 ولت (حداکثر 2.3 ولت) افزایش می‌یابد. ولتاژ مستقیم پایین در جریان‌های متوسط، یک ویژگی کلیدی است که به بازده سیستم کمک می‌کند.
• زاویه دید (2θ_1/2):به عنوان زاویه کامل‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت تابشی نصف شدت حداکثر (روی محور) است. این قطعه دارای زاویه دید گسترده 50 درجه است که روشنایی پخش‌شده وسیع را به جای یک پرتو باریک فراهم می‌کند.

3. توضیح سیستم درجه‌بندی

LTE-3271B از یک سیستم درجه‌بندی استفاده می‌کند که عمدتاً بر اساس شدت تابشی (I_E) و تابش روزنه‌ای (E_e) است. درجه‌ها از A تا E متغیر هستند، که درجه‌های با حرف بالاتر عموماً نشان‌دهنده توان خروجی نوری بالاتر هستند. برای مثال، درجه A دارای مقدار معمولI_E 11.32 میلی‌وات بر استرادیان است، در حالی که درجه E دارای 12.37 میلی‌وات بر استرادیان است. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاص کاربردشان را برآورده می‌کنند و ثبات را در دسته‌های تولید تضمین می‌نمایند. هنگام سفارش، تعیین درجه مورد نیاز برای تضمین سطح عملکرد مطلوب مهم است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین نمودار مشخصه است که رفتار قطعه را در شرایط مختلف نشان می‌دهد.

4.1 توزیع طیفی (شکل 1)

این منحنی شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد. این نمودار تابش اوج در 940 نانومتر و عرض نیم‌عرض طیفی تقریبی 50 نانومتر را تأیید می‌کند، که نشان می‌دهد LED در باندی از طول‌موج‌های مادون قرمز با مرکزیت 940 نانومتر نور منتشر می‌کند.

4.2 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (شکل 3)

این منحنی جریان-ولتاژ غیرخطی است که برای دیودها معمول است. این نمودار نشان می‌دهد که چگونه ولتاژ مستقیم با افزایش جریان مستقیم افزایش می‌یابد. این منحنی برای طراحی مدار محدودکننده جریان به منظور اطمینان از عملکرد پایدار بدون تجاوز از مقادیر حداکثر ضروری است.

4.3 شدت تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم (شکل 5)

این نمودار نشان می‌دهد که خروجی نور (شدت تابشی نسبی) با جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد. با این حال، این رابطه به ویژه در جریان‌های بالاتر، به دلیل افت بازده و اثرات حرارتی، کاملاً خطی نیست.

4.4 شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط (شکل 4)

این منحنی ضریب دمایی منفی خروجی LED را نشان می‌دهد. با افزایش دمای محیط، شدت تابشی کاهش می‌یابد. این کاهش حرارتی یک عامل حیاتی برای کاربردهایی است که در محیط‌های با دمای بالا عمل می‌کنند.

4.5 نمودار تابش (شکل 6)

این نمودار قطبی، توزیع فضایی نور را به صورت بصری نشان می‌دهد و زاویه دید 50 درجه را تأیید می‌کند. شدت در 0 درجه (روی محور) در حداکثر است و به طور متقارن تا نصف توان در ±25 درجه کاهش می‌یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

این قطعه از یک بسته‌بندی سوراخ‌دار استاندارد استفاده می‌کند. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس عمومی ±0.25 میلی‌متر. پایه‌ها در جایی که از بدنه بسته خارج می‌شوند فاصله دارند. یک برآمدگی کوچک رزین زیر فلنج مجاز است، با حداکثر ارتفاع 1.5 میلی‌متر. ابعاد فیزیکی برای چیدمان PCB حیاتی هستند و اطمینان از تناسب و تراز مناسب در کاربرد هدف را تضمین می‌کنند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مقادیر حداکثر مطلق مشخص می‌کنند که پایه‌ها می‌توانند در دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه لحیم شوند، که در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه بسته اندازه‌گیری می‌شود. این یک رتبه‌بندی استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی است. رعایت این محدودیت برای جلوگیری از آسیب حرارتی به تراشه نیمه‌هادی داخلی و ماده لنز اپوکسی ضروری است. در طول لحیم‌کاری بازجریانی (در صورت قابل اجرا برای نوع نصب سطحی، اگرچه این قطعه سوراخ‌دار است)، یک پروفایل که از تجاوز از این دما در اتصال پایه جلوگیری کند، لازم است. در طول مونتاژ همیشه باید روش‌های صحیح رسیدگی به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) رعایت شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

قطعات در کیسه‌ها بسته‌بندی می‌شوند. هر کیسه حاوی 1000 قطعه است. این کیسه‌ها سپس در کارتن‌های داخلی بسته‌بندی می‌شوند، با 8 کیسه در هر کارتن داخلی. در نهایت، 8 کارتن داخلی در یک کارتن خارجی بسته‌بندی می‌شوند. بنابراین، مقدار کل در هر کارتن حمل‌ونقل خارجی 64,000 قطعه است (1000 قطعه/کیسه * 8 کیسه/کارتن * 8 کارتن/خارجی = 64,000 قطعه). شماره قطعه LTE-3271B است. درجه بسته‌بندی خاص (A، B، C، D یا E) باید به عنوان بخشی از کد سفارش مشخص شود تا سطح عملکرد مطلوب دریافت گردد.

8. پیشنهادات کاربرد

8.1 سناریوهای کاربرد معمول

• کنترل‌های از راه دور مادون قرمز:قابلیت جریان پالسی بالا و طول موج 940 نانومتر، آن را برای ارسال سیگنال‌های کدگذاری شده به تلویزیون‌ها، سیستم‌های صوتی و سایر لوازم خانگی ایده‌آل می‌سازد.
• سنجش مجاورتی و حضور:در جفت با یک آشکارساز نوری، می‌تواند در شیرهای آب خودکار، خشک‌کن‌های دست، سیستم‌های امنیتی و تشخیص اشیاء استفاده شود.
• کلیدها و رمزگذارهای نوری:برای ایجاد سنسورهای قطع‌شونده یا بازتابی برای شمارش، سنجش موقعیت و اندازه‌گیری سرعت استفاده می‌شود.
• اتوماسیون صنعتی:برای نورپردازی بینایی ماشین، اسکن بارکد و سیستم‌های تراز در تولید.
• روشنایی دید در شب:ارائه روشنایی پنهان برای دوربین‌های امنیتی مجهز به سنسورهای حساس به مادون قرمز.

8.2 ملاحظات طراحی

• راه‌اندازی جریان:همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری یا یک مدار درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار باید بر اساس ولتاژ تغذیه، جریان مستقیم مورد نظر (I_F) و ولتاژ مستقیم (V_F) از دیتاشیت، با در نظر گرفتن تغییرات آن با جریان و دما محاسبه شود.
• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان حداکثر 150 میلی‌وات است، اطمینان از هیت‌سینک یا جریان هوای کافی مهم است، به ویژه هنگام کار در جریان‌های پیوسته بالا یا در دمای محیطی بالا، برای حفظ عملکرد و طول عمر.
• طراحی نوری:زاویه دید گسترده 50 درجه، نور پخش‌شده فراهم می‌کند. برای کاربردهایی که نیازمند پرتو متمرکزتر هستند، اپتیک ثانویه (عدسی‌ها) ممکن است ضروری باشد.
• انتخاب درجه:درجه شدت مناسب را برای برآوردن نیازهای توان نوری مدار گیرنده خود انتخاب کنید و حاشیه‌ای را برای اثرات دما و پیری در نظر بگیرید.

9. مقایسه و تمایز فنی

LTE-3271B خود را در بازار از طریق ترکیبقابلیت جریان بالا(2 آمپر پالسی، 100 میلی‌آمپر پیوسته) و ویژگی‌هایولتاژ مستقیم پایینمتمایز می‌سازد. این ترکیب به آن اجازه می‌دهد تا پالس‌های توان نوری بالا را تحویل دهد در حالی که اتلاف توان و تولید حرارت در مدار راه‌اندازی را در مقایسه با فرستنده‌های دارایV_F بالاتر به حداقل می‌رساند. زاویه دید گسترده یک تمایزدهنده کلیدی دیگر است که آن را برای کاربردهایی که نیازمند روشنایی منطقه‌ای به جای پرتو نقطه‌ای هستند مناسب می‌سازد. طول موج 940 نانومتر آن یک استاندارد برای الکترونیک مصرفی است که تعادل خوبی بین حساسیت آشکارساز سیلیکونی و دید کم ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین شدت تابشی و تابش روزنه‌ای چیست؟
ج: شدت تابشی (I_E) توان در واحد زاویه فضایی (جهت‌داری) را اندازه می‌گیرد. تابش روزنه‌ای (E_e) توان در واحد سطح در یک فاصله/موقعیت خاص را اندازه می‌گیرد.I_Eبرای مشخص‌سازی خود منبع مرتبط‌تر است، در حالی کهE_eبرای محاسبه تابندگی روی یک سطح هدف مفید است.

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از خروجی منطقی 5 ولت راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. برای مثال، با منبع تغذیه 5 ولت، مقدار معمولV_F 1.6 ولت در 20 میلی‌آمپر، مقاومت مورد نیاز R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170 اهم خواهد بود. یک مقاومت استاندارد 180 اهم مناسب خواهد بود.

س: چرا توان خروجی با دما کاهش می‌یابد؟
ج: این به دلیل چندین اثر فیزیک نیمه‌هادی، از جمله افزایش بازترکیب غیرتابشی و تغییرات در بازده کوانتومی داخلی است. طراحی حرارتی مناسب برای حفظ عملکرد ثابت ضروری است.

س: سیستم \"درجه‌بندی\" برای طراحی من چه معنایی دارد؟
ج: درجه‌بندی تضمین می‌کند که LEDهایی با توان نوری ثابت دریافت می‌کنید. اگر مدار شما برای یک سطح نور خاص کالیبره شده است، مشخص کردن یک درجه (مثلاً درجه C) تضمین می‌کند که هر LED که استفاده می‌کنید خروجی در محدوده حداقل/حداکثر آن درجه خواهد داشت و تغییرات واحد به واحد در محصول نهایی شما را کاهش می‌دهد.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک کنترل از راه دور مادون قرمز برد بلند.هدف دستیابی به فاصله عملیاتی قابل اطمینان 15 متر است. طراح LTE-3271B را در درجه E برای حداکثر شدت تابشی انتخاب می‌کند. مدار راه‌اندازی از یک میکروکنترلر برای تولید پالس‌های داده مدوله‌شده استفاده می‌کند. برای دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالا برای برد بلند، LED با پالس‌های کوتاه و با جریان بالا (مثلاً پالس‌های 1 آمپر با عرض 10 میکروثانیه، در محدوده رتبه‌بندی 2 آمپر) راه‌اندازی می‌شود، نه با یک جریان پیوسته پایین‌تر. یک کلید ترانزیستوری برای مدیریت جریان پالسی بالا استفاده می‌شود. زاویه دید گسترده LED به جبران عدم تراز جزئی بین کنترل از راه دور و گیرنده کمک می‌کند. ویژگی ولتاژ مستقیم پایین به حفظ عمر باتری در واحد کنترل از راه دور دستی کمک می‌کند.

12. اصل عملکرد

یک LED مادون قرمز یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌شود. در این قطعه خاص، ماده نیمه‌هادی (معمولاً مبتنی بر آرسنید گالیم آلومینیوم - AlGaAs) به گونه‌ای مهندسی شده است که این انرژی عمدتاً به عنوان فوتون‌های نور در طیف مادون قرمز، با طول موج اوج 940 نانومتر آزاد می‌شود. شدت نور منتشر شده مستقیماً با نرخ بازترکیب حامل‌ها متناسب است، که توسط جریان مستقیم جاری در دیود کنترل می‌شود.

13. روندهای فناوری

روند کلی در فناوری فرستنده‌های مادون قرمز به سمت بازده بالاتر (خروجی توان نوری بیشتر در هر وات الکتریکی ورودی)، چگالی توان بالاتر و قابلیت اطمینان افزایش یافته است. این امر توسط پیشرفت‌ها در تکنیک‌های رشد اپیتاکسیال، بهبود بازده کوانتومی داخلی و مدیریت حرارتی بهتر در داخل بسته‌بندی هدایت می‌شود. همچنین توسعه مداوم در منابع مادون قرمز چند طول‌موجی و گسترده‌طیف برای کاربردهای سنجش پیشرفته مانند طیف‌سنجی و تشخیص گاز وجود دارد. علاوه بر این، ادغام درایورها و منطق کنترل مستقیماً با تراشه فرستنده (LEDهای هوشمند) یک روند نوظهور برای ساده‌سازی طراحی سیستم است. LTE-3271B، با تمرکز بر جریان بالا و ولتاژ پایین، با روند بازده برای کاربردهای مبتنی بر باتری و با آگاهی انرژی همسو است.