دیتاشیت LED مادون قرمز LTE-306 - بسته‌بندی جانبی - طول موج اوج 940 نانومتر - ولتاژ مستقیم 1.6 ولت - زاویه دید 30 درجه - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTE-306 یک فرستنده مادون قرمز (IR) مینیاتوری با نگاه جانبی است که برای استفاده در سیستم‌های حس‌گری و تشخیص نوری طراحی شده است. عملکرد اصلی آن انتشار نور مادون قرمز در طول موج اوج 940 نانومتر (nm) می‌باشد. این قطعه به گونه‌ای مهندسی شده که از نظر مکانیکی و طیفی با فتوترانزیستورهای متناظر سری LTR-306 هماهنگ است و عملکرد بهینه را در جفت‌های فرستنده-گیرنده برای کاربردهایی مانند تشخیص شیء، حس‌گری موقعیت و انتقال داده تضمین می‌کند. مزیت اصلی این قطعه، ساختار کم‌هزینه آن در یک بسته‌بندی پلاستیکی فشرده، همراه با در دسترس بودن دسته‌های از پیش انتخاب‌شده برای خروجی شدت تابشی یکنواخت است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

محدودیت‌های عملیاتی دستگاه در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. مقادیر کلیدی شامل جریان مستقیم پیوسته (I_F) 50 میلی‌آمپر و جریان مستقیم اوج 1 آمپر برای کار پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) می‌باشد. حداکثر اتلاف توان 75 میلی‌وات است. ولتاژ معکوس مجاز 5 ولت است که نشان می‌دهد LED نباید در بایاس معکوس فراتر از این مقدار قرار گیرد. محدوده دمای کاری از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس و محدوده دمای نگهداری از 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس است. دمای لحیم‌کاری پایه‌ها در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه بسته‌بندی، 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه مشخص شده است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

تمامی مشخصات در دمای T_A=25 درجه سلسیوس اندازه‌گیری شده‌اند. پارامترهای نوری اصلی، تابندگی روزنه (E_e) و شدت تابشی (I_E) هستند که هر دو در جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر آزمایش می‌شوند. این پارامترها در دسته‌هایی (A تا H) گروه‌بندی شده‌اند که محدوده‌ای از مقادیر حداقل و معمولی/حداکثر را برای انتخاب بر اساس نیازهای کاربرد ارائه می‌دهند. به عنوان مثال، دسته A مقادیر E_e از 0.088 تا 0.168 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع و I_E از 0.662 تا 1.263 میلی‌وات بر استرادیان ارائه می‌دهد، در حالی که دسته H خروجی بالاتری دارد. طول موج اوج انتشار (λ_اوج) به طور معمول 940 نانومتر با پهنای نیمه طیفی (Δλ) 50 نانومتر است. ولتاژ مستقیم (V_F) در 20 میلی‌آمپر به طور معمول 1.6 ولت است. جریان معکوس (I_R) در ولتاژ معکوس 5 ولت حداکثر 100 میکروآمپر است. زاویه دید (2θ_1/2) 30 درجه می‌باشد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

محصول از یک سیستم دسته‌بندی شدت تابشی استفاده می‌کند. قطعات بر اساس شدت تابشی اندازه‌گیری شده (I_E) و تابندگی روزنه (E_e) در جریان راه‌اندازی استاندارد 20 میلی‌آمپر آزمایش و در گروه‌هایی (دسته‌های A تا H) دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی با سطوح حداقل تضمین‌شده خروجی نور را انتخاب کنند که ثبات در عملکرد سیستم را تضمین می‌کند، به ویژه در کاربردهایی که آستانه تشخیص یا قدرت سیگنال حیاتی است. دسته‌ها یک مقیاس درجه‌بندی‌شده از توان خروجی ارائه می‌دهند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به چندین منحنی مشخصه معمولی اشاره می‌کند. شکل 1 توزیع طیفی را نشان می‌دهد که خروجی نور متمرکز حول 940 نانومتر را نشان می‌دهد. شکل 2 رابطه بین جریان مستقیم و دمای محیط را به تصویر می‌کشد که برای درک کاهش رتبه مهم است. شکل 3 منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I-V) است که مشخصات روشن شدن دیود را نشان می‌دهد. شکل 4 نشان می‌دهد که شدت تابشی نسبی چگونه با دمای محیط تغییر می‌کند و کاهش خروجی با افزایش دما را نشان می‌دهد. شکل 5 شدت تابشی نسبی را در مقابل جریان مستقیم ترسیم می‌کند و رابطه غیرخطی بین جریان راه‌اندازی و خروجی نور را نشان می‌دهد. شکل 6 نمودار تابش است که یک نمودار قطبی برای تجسم زاویه دید 30 درجه و توزیع فضایی نور مادون قرمز منتشر شده است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه از یک بسته‌بندی پلاستیکی جانبی مینیاتوری استفاده می‌کند. ابعاد در یک نقشه ارائه شده است (که در متن به آن ارجاع داده شده اما به طور کامل جزئیات آن ذکر نشده). نکات کلیدی مشخص می‌کنند که تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند و تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بسته‌بندی خارج می‌شوند. جهت‌گیری جانبی به این معنی است که جهت انتشار اصلی عمود بر محور پایه‌ها است که یک تفاوت کلیدی با LEDهای انتشار از بالا محسوب می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی ارائه شده برای لحیم‌کاری پایه‌ها است: دمای نقطه‌ای در فاصله 1.6 میلی‌متر (0.063 اینچ) از بدنه بسته‌بندی نباید به مدت 5 ثانیه از 260 درجه سلسیوس تجاوز کند. این امر برای جلوگیری از آسیب به تراشه نیمه‌هادی داخلی و بسته‌بندی پلاستیکی حیاتی است. برای مونتاژ مدرن، این امر مستلزم کنترل دقیق پارامترهای لحیم‌کاری موجی یا استفاده از تکنیک‌های لحیم‌کاری انتخابی است. لحیم‌کاری دستی باید به سرعت و با هویه کنترل دمایی انجام شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

LTE-306 برای کاربردهایی که نیاز به انتشار نور نامرئی برای حس‌گری دارند ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل تشخیص و شمارش اشیاء (مانند در دستگاه‌های فروش خودکار، پرینترها)، حس‌گری موقعیت (مانند تشخیص لبه کاغذ)، سنسورهای شکافی و سوئیچ‌های مجاورتی می‌شود. هماهنگی طیفی آن با فتوترانزیستور LTR-306 آن را برای ساخت قطع‌کننده‌های نوری فشرده یا سنسورهای اشیاء بازتابی عالی می‌کند.

7.2 ملاحظات طراحی

طراحان باید چندین عامل را در نظر بگیرند: اول، همیشه هنگام راه‌اندازی از یک منبع ولتاژ، از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با LED استفاده کنند تا از تجاوز از حداکثر جریان مستقیم پیوسته (50 میلی‌آمپر) جلوگیری شود. دوم، دسته شدت مناسب (A-H) را بر اساس فاصله حس‌گری مورد نیاز و حساسیت آشکارساز جفت شده انتخاب کنند. سوم، هنگام هم‌ترازی فرستنده و آشکارساز در یک سیستم، زاویه دید 30 درجه را در نظر بگیرند؛ عدم هم‌ترازی قدرت سیگنال را کاهش می‌دهد. چهارم، اثرات دمای محیط بر خروجی تابشی را (همانطور که در شکل 4 نشان داده شده) به ویژه در محیط‌های خشن در نظر بگیرند. پنجم، اطمینان حاصل کنند که ولتاژ معکوس روی LED هرگز از 5 ولت تجاوز نمی‌کند که ممکن است در برخی پیکربندی‌های مدار نیاز به مدار حفاظتی داشته باشد.

8. مقایسه فنی

مزایای تفکیک‌کننده کلیدی این قطعه، بسته‌بندی جانبی و شدت از پیش دسته‌بندی شده آن است. در مقایسه با LEDهای مادون قرمز استاندارد انتشار از بالا، فاکتور فرم جانبی امکان چیدمان PCB انعطاف‌پذیرتر و طراحی محصولات باریک‌تر را فراهم می‌کند. در دسترس بودن چندین دسته شدت، سطحی از درجه‌بندی عملکرد را ارائه می‌دهد که همیشه در فرستنده‌های مادون قرمز کم‌هزینه موجود نیست و به طراحان این توانایی را می‌دهد که عملکرد سیستم را تنظیم دقیق کنند و با عدم بیش‌مشخصه‌دهی، به طور بالقوه هزینه‌ها را کاهش دهند. هماهنگی صریح مکانیکی و طیفی با یک سری فتوترانزیستور خاص، طراحی جفت‌های نوری قابل اعتماد را ساده می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف سیستم دسته‌بندی چیست؟

پ: دسته‌بندی (A-H) حداقل سطحی از شدت تابشی را تضمین می‌کند. این امر ثبات در تولید را تضمین می‌کند. شما می‌توانید یک دسته پایین‌تر برای کاربردهای کم‌تقاضا/برد کوتاه یا یک دسته بالاتر برای برد بلندتر یا تشخیص قابل اعتمادتر انتخاب کنید.

س: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

پ: بله، اما باید از یک مقاومت سری استفاده کنید. با V_F معمولی 1.6 ولت در 20 میلی‌آمپر، مقدار مقاومت (3.3V - 1.6V) / 0.02A = 85 اهم خواهد بود. همیشه مقاومت را بر اساس جریان مورد نظر و ولتاژ منبع واقعی خود محاسبه کنید.

س: چرا زاویه دید مهم است؟

پ: زاویه دید 30 درجه مخروطی را تعریف می‌کند که بیشتر نور در آن منتشر می‌شود. در یک سیستم سنسور جفت شده، هم فرستنده و هم آشکارساز زاویه دید دارند. همپوشانی آن‌ها منطقه حس‌گری مؤثر را تعریف می‌کند. یک زاویه باریک‌تر می‌تواند امکان تشخیص دقیق‌تر را فراهم کند.

س: دما چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

پ: با افزایش دمای محیط، شدت تابشی معمولاً کاهش می‌یابد (شکل 4 را ببینید). ولتاژ مستقیم نیز برای یک جریان معین کمی کاهش می‌یابد. در کاربردهای حیاتی، ممکن است جبران‌سازی دما در مدار راه‌اندازی یا دریافت ضروری باشد.

10. مورد استفاده عملی

مورد: طراحی یک سنسور وجود کاغذ در پرینتر.یک فرستنده مادون قرمز LTE-306 با یک فتوترانزیستور LTR-306 در طول مسیر کاغذ جفت می‌شود تا یک سنسور عبوری تشکیل دهد. وقتی کاغذ وجود ندارد، نور از فرستنده به آشکارساز می‌رسد. وقتی کاغذ وجود دارد، نور را مسدود می‌کند. بسته‌بندی جانبی اجازه می‌دهد هر دو قطعه به صورت تخت روی PCB اصلی نصب شوند و محورهای نوری آن‌ها در طول شکاف هم‌تراز شوند. طراح فرستنده‌های دسته D را انتخاب می‌کند تا اطمینان حاصل کند که قدرت سیگنال کافی پس از آلودگی احتمالی (گرد و غبار) در طول عمر محصول به آشکارساز می‌رسد. یک میکروکنترلر خروجی فتوترانزیستور را نظارت می‌کند تا وجود کاغذ را تعیین کند.

11. اصل عملکرد

یک LED فرستنده مادون قرمز یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که در بایاس مستقیم قرار می‌گیرد (ولتاژ مثبت به آند نسبت به کاتد اعمال می‌شود)، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال ماده نیمه‌هادی (معمولاً بر پایه آرسنید گالیم) بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (ذرات نور) آزاد می‌کند. ترکیب ماده خاص و ساختار نیمه‌هادی، طول موج نور منتشر شده را تعیین می‌کند. برای LTE-306، این امر منجر به فوتون‌هایی عمدتاً در طیف مادون قرمز حول 940 نانومتر می‌شود که برای چشم انسان نامرئی اما توسط آشکارسازهای نوری سیلیکونی قابل تشخیص است.

12. روندهای فناوری

روند در چنین قطعات نوری گسسته به سمت مینیاتوری‌سازی بیشتر، بازدهی بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان ورودی الکتریکی) و یکپارچه‌سازی افزایش یافته است. در حالی که جفت‌های فرستنده-آشکارساز گسسته همچنان رایج هستند، حرکت به سمت ماژول‌های یکپارچه‌ای است که شامل LED، آشکارساز نوری و گاهی مدارهای شکل‌دهی سیگنال در یک بسته‌بندی واحد می‌شوند. این امر طراحی را ساده کرده و قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، توسعه مداومی برای دستیابی به انتشار طول موج دقیق‌تر و پایدارتر و کنترل زاویه دید تنگ‌تر برای کاربردهای حس‌گری تخصصی در جریان است. تقاضا برای قطعات کم‌مصرف برای دستگاه‌های اینترنت اشیاء با باتری نیز بهبودهای بازدهی را هدایت می‌کند.