دیتاشیت فرستنده مادون قرمز LTE-302 - بسته‌بندی دید جانبی - طول موج اوج ۹۴۰ نانومتر - ولتاژ مستقیم ۱.۶ ولت - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTE-302 یک فرستنده مادون قرمز (IR) کم‌هزینه و مینیاتوری است که برای کاربردهای نیازمند حس‌گری نوری قابل اعتماد طراحی شده است. مزیت اصلی آن در بسته‌بندی پلاستیکی دید جانبی آن نهفته است که امکان فرم‌فاکتور فشرده و مناسب برای طراحی‌های با محدودیت فضا را فراهم می‌کند. این قطعه از نظر مکانیکی و طیفی با سری فوتوترانزیستورهای LTR-301 تطابق دارد که طراحی قطع‌کننده‌های نوری، سنسورهای تشخیص شیء و سیستم‌های حس‌گری مجاورتی را ساده می‌کند. بازار هدف شامل الکترونیک مصرفی، اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های امنیتی و کاربردهای مختلف حس‌گری تعبیه‌شده است که در آن‌ها به تابش مادون قرمز مقرون‌به‌صرفه و قابل اعتماد نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات الکتریکی و نوری

عملکرد الکتریکی و نوری در دمای محیط (T_A) ۲۵ درجه سلسیوس مشخص شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر می‌شود:

• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً ۱.۶ ولت در جریان مستقیم (I_F) ۲۰ میلی‌آمپر، با حداکثر مقدار ۱.۶ ولت. این پارامتر برای طراحی مدار درایور حیاتی است.
• طول موج تابش اوج (λ_اوج):۹۴۰ نانومتر (nm). این طول موج برای کاربردهایی که از آشکارسازهای نوری مبتنی بر سیلیکون استفاده می‌کنند ایده‌آل است، زیرا این آشکارسازها در ناحیه مادون قرمز نزدیک حساسیت خوبی دارند و در مقایسه با طول‌موج‌های کوتاه‌تر، برای چشم انسان کمتر قابل مشاهده است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):۵۰ نانومتر. این نشان‌دهنده پهنای باند طیفی نور ساطع شده است که حول طول موج اوج متمرکز است.
• زاویه دید (2θ_1/2):۴۰ درجه. این، گسترش زاویه‌ای تابش ساطع شده را تعریف می‌کند که در آن شدت حداقل نصف شدت اوج است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر ۱۰۰ میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) ۵ ولت. این پارامتر نشان‌دهنده جریان نشتی هنگامی است که قطعه در بایاس معکوس قرار دارد.

2.2 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر برای کارکرد مداوم نیستند.

• توان تلف شده (P_D):۷۵ میلی‌وات.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):۵۰ میلی‌آمپر.
• جریان مستقیم اوج:۱ آمپر در شرایط پالسی (۳۰۰ پالس در ثانیه، عرض پالس ۱۰ میکروثانیه).
• ولتاژ معکوس:۵ ولت.
• محدوده دمای کارکرد:۴۰- درجه سلسیوس تا ۸۵+ درجه سلسیوس.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:۵۵- درجه سلسیوس تا ۱۰۰+ درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:۲۶۰ درجه سلسیوس به مدت ۵ ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله ۱.۶ میلی‌متر از بدنه بسته‌بندی.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

LTE-302 از یک سیستم دسته‌بندی بر اساس شدت تابشی و تابش دریافتی روزنه استفاده می‌کند. این سیستم قطعات با توان خروجی نوری مشابه را گروه‌بندی می‌کند تا یکنواختی در عملکرد کاربرد را تضمین کند. دسته‌ها در جریان مستقیم ۲۰ میلی‌آمپر آزمایش می‌شوند.

• شدت تابشی (I_E):بر حسب میلی‌وات بر استرادیان (mW/sr) اندازه‌گیری می‌شود و نشان‌دهنده توان نوری ساطع شده در هر واحد زاویه فضایی است. دسته‌ها از B (۰.۶۶۲-۱.۲۶۳ mW/sr) تا F (حداقل ۱.۴۴۴ mW/sr) متغیر هستند.
• تابش دریافتی روزنه (E_e):بر حسب میلی‌وات بر سانتیمتر مربع (mW/cm²) اندازه‌گیری می‌شود و نشان‌دهنده چگالی توان در روزنه فرستنده است. دسته‌ها مطابق با دسته‌های شدت تابشی، از B (۰.۰۸۸-۰.۱۶۸ mW/cm²) تا F (حداقل ۰.۱۹۲ mW/cm²) هستند.

این دسته‌بندی به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعات با توان خروجی نوری مورد نیاز برای فاصله حس‌گری خاص و حساسیت گیرنده خود را انتخاب کنند و عملکرد قابل اعتماد سیستم را تضمین نمایند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه می‌دهد که رفتار قطعه را در شرایط مختلف نشان می‌دهد.

4.1 توزیع طیفی (شکل ۱)

این منحنی شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد. تابش اوج در ۹۴۰ نانومتر و نیم‌عرض طیفی تقریباً ۵۰ نانومتر را تأیید می‌کند. شکل آن برای یک LED مادون قرمز AlGaAs معمولی است.

4.2 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (شکل ۳)

این منحنی مشخصه IV (جریان-ولتاژ) برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است. رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. این منحنی امکان تخمین افت ولتاژ در جریان‌های غیر از شرایط آزمایش ۲۰ میلی‌آمپر را فراهم می‌کند.

4.3 شدت تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم (شکل ۵)

این نمودار نشان می‌دهد که توان خروجی نوری در محدوده کارکرد توصیه شده تقریباً با جریان مستقیم رابطه خطی دارد. راه‌اندازی LED فراتر از مقادیر حداکثر آن، افزایش متناسبی در خروجی ایجاد نخواهد کرد و خطر آسیب را به همراه دارد.

4.4 شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط (شکل ۴)

این منحنی وابستگی دمایی خروجی نوری را نشان می‌دهد. شدت تابشی با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. این کاهش ظرفیت باید در کاربردهایی که در دمای بالا کار می‌کنند در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که سیستم حس‌گری قدرت سیگنال کافی را حفظ می‌کند.

4.5 نمودار تابش (شکل ۶)

این نمودار قطبی، زاویه دید (2θ_1/2= ۴۰ درجه) را به صورت بصری نشان می‌دهد. توزیع زاویه‌ای تابش ساطع شده را نشان می‌دهد که برای هم‌تراز کردن فرستنده با آشکارساز و درک میدان حس‌گری مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

این قطعه از یک بسته‌بندی پلاستیکی مینیاتوری دید جانبی استفاده می‌کند. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند و اینچ در پرانتز ذکر شده است.
• مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد، تلرانس عمومی ±۰.۲۵ میلی‌متر (±۰.۰۱۰ اینچ) اعمال می‌شود.
• فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه بسته‌بندی خارج می‌شوند.
• جهت‌گیری دید جانبی به این معنی است که محور نوری اصلی موازی با سطح PCB است که برای حس‌گری بازتابی یا قطعی در عرض یک برد ایده‌آل است.

برای ابعاد دقیق، از جمله اندازه بدنه، طول پایه و محل روزنه، به نقشه دقیق بسته‌بندی در دیتاشیت اصلی مراجعه کنید.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی است.

• لحیم‌کاری:پایه‌ها می‌توانند دمای لحیم‌کاری ۲۶۰ درجه سلسیوس را به مدت ۵ ثانیه تحمل کنند، مشروط بر اینکه حرارت حداقل در فاصله ۱.۶ میلی‌متر (۰.۰۶۳ اینچ) از بدنه بسته‌بندی پلاستیکی اعمال شود. این از آسیب حرارتی به پوشش اپوکسی و تراشه نیمه‌هادی جلوگیری می‌کند.
• اقدامات احتیاطی ESD:اگرچه به صراحت برای این قطعه ذکر نشده است، اما LEDهای مادون قرمز عموماً به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. در طول مونتاژ، رعایت رویه‌های استاندارد مدیریت ESD (استفاده از مچ‌بندهای زمین‌شده، فوم رسانا) توصیه می‌شود.
• تمیزکاری:در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، از روش‌ها و حلال‌های سازگار با قطعات الکترونیکی پوشش‌دار پلاستیکی استفاده کنید تا از ترک‌خوردگی ناشی از تنش یا تخریب مواد جلوگیری شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

• قطع‌کننده‌های نوری/سوئیچ‌های شیاردار:در جفت با یک فوتوترانزیستور تطبیق‌یافته (مانند LTR-301)، فرستنده یک پرتو ایجاد می‌کند. عبور یک شیء از شکاف، پرتو را قطع کرده و یک سیگنال تشخیص را فعال می‌کند. در پرینترها، دستگاه‌های فروش خودکار و شمارنده‌های صنعتی استفاده می‌شود.
• حس‌گری شیء بازتابی:فرستنده و یک آشکارساز در کنار هم قرار می‌گیرند. فرستنده یک سطح را روشن می‌کند و آشکارساز نور بازتابیده را حس می‌کند. برای تشخیص کاغذ، حس‌گری سطح مایع و تشخیص مجاورت استفاده می‌شود.
• کنترل صنعتی و امنیت:در پرده‌های ایمنی، سنسورهای در و تشخیص دستکاری استفاده می‌شود.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای محدود کردن جریان مستقیم به مقدار مورد نظر (مثلاً ۲۰ میلی‌آمپر) استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_منبع- V_F) / I_F.
• محاسبه کنید. هم‌ترازی نوری:هم‌ترازی مکانیکی دقیق بین فرستنده و آشکارساز برای حداکثر قدرت سیگنال حیاتی است، به ویژه با زاویه دید ۴۰ درجه.
• مصونیت در برابر نور محیط:برای عملکرد قابل اعتماد در محیط‌های با نور محیط متغیر (مانند نور خورشید، نور اتاق)، مدولاسیون جریان درایو فرستنده و استفاده از مدار تشخیص همگام‌سازی شده در گیرنده را برای فیلتر کردن سیگنال‌های نور محیط DC در نظر بگیرید.
• مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که قطعه در محدوده دمای مشخص شده خود کار می‌کند. اگر دمای محیط به حد بالایی ۸۵ درجه سلسیوس نزدیک می‌شود، حداکثر جریان مستقیم را کاهش دهید.

8. مقایسه و تمایز فنی

تمایز اصلی LTE-302 در ترکیب خاص ویژگی‌های آن نهفته است:

• بسته‌بندی دید جانبی در مقابل دید از بالا:فرم‌فاکتور دید جانبی یک مزیت کلیدی برای کاربردهایی است که مسیر حس‌گری موازی با PCB است و در مقایسه با فرستنده‌های دید از بالا، فضای عمودی را ذخیره می‌کند.
• تطابق با سری LTR-301:این تطابق تضمین‌شده مکانیکی و طیفی، طراحی و تأمین ماژول‌های قطع‌کننده نوری را ساده می‌کند و عملکرد بهینه را بدون نیاز به هم‌ترازی نوری سفارشی یا فیلترگذاری طیفی تضمین می‌نماید.
• طراحی مینیاتوری مقرون‌به‌صرفه:این قطعه تعادلی از عملکرد و اندازه را با هزینه کم ارائه می‌دهد و آن را برای کاربردهای مصرفی با حجم بالا مناسب می‌سازد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف از کدهای دسته‌بندی (B, C, D, E, F) چیست؟

پ: آن‌ها قطعات را بر اساس توان خروجی نوری (شدت تابشی) دسته‌بندی می‌کنند. شما یک دسته را انتخاب می‌کنید تا اطمینان حاصل کنید که سیستم سنسور شما قدرت سیگنال یکنواخت و کافی دارد. برای فاصله‌های حس‌گری طولانی‌تر یا آشکارسازهای با حساسیت پایین‌تر، ممکن است یک دسته بالاتر (مانند E یا F) ضروری باشد.

س: آیا می‌توانم این LED مادون قرمز را مستقیماً با منبع تغذیه ۵ ولت راه‌اندازی کنم؟

پ: خیر. ولتاژ مستقیم معمولی آن ۱.۶ ولت است. اتصال مستقیم آن به ۵ ولت باعث جریان بیش از حد شده و قطعه را از بین می‌برد. شما همیشه باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید.

س: چرا طول موج اوج ۹۴۰ نانومتر است؟

پ: ۹۴۰ نانومتر در طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد. این یک طول موج رایج است زیرا آشکارسازهای نوری سیلیکونی (فوتوترانزیستورها، فوتودیودها) در این ناحیه حساسیت خوبی دارند و عمدتاً نامرئی است که آن را برای کاربردهای حس‌گری محتاطانه مناسب می‌سازد.

س: دما چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

پ: همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است، شدت تابشی با افزایش دما کاهش می‌یابد. در یک محیط گرم، سیگنال خروجی ضعیف‌تر خواهد بود. مدار خود را با حاشیه کافی طراحی کنید یا اگر در محدوده وسیعی کار می‌کنید، جبران دمایی را در نظر بگیرید.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک سنسور تشخیص کاغذ برای یک پرینتر.

یک مهندس نیاز به تشخیص وجود کاغذ در سینی تغذیه دارد. آن‌ها یک فرستنده IR LTE-302 و یک فوتوترانزیستور LTR-301 را در دو طرف مسیر کاغذ قرار می‌دهند و یک پرتو ایجاد می‌کنند. هنگامی که کاغذ وجود دارد، پرتو را مسدود می‌کند و خروجی فوتوترانزیستور پایین می‌رود. زاویه دید ۴۰ درجه نیاز به هم‌ترازی دقیق قطعات روی PCB دارد تا اطمینان حاصل شود که پرتو برای تشخیص دقیق به اندازه کافی باریک است اما برای تلرانس به اندازه کافی پهن است. مهندس قطعاتی از دسته D را انتخاب می‌کند تا حتی اگر با گذشت زمان گرد و غبار جمع شود، قدرت سیگنال قوی را تضمین کند. یک مدار ساده با یک مقاومت ۱۵۰ اهمی جریان را از یک منبع تغذیه ۵ ولت به حدود ۲۰ میلی‌آمپر محدود می‌کند (۵V - ۱.۶V / ۲۰mA ≈ ۱۷۰Ω، با استفاده از ۱۵۰Ω برای حاشیه کمی بیشتر). خروجی فوتوترانزیستور به یک مقایسه‌گر یا ورودی میکروکنترلر متصل می‌شود تا سیگنال تشخیص دیجیتالی شود.

11. اصل عملکرد

یک فرستنده مادون قرمز یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که در بایاس مستقیم قرار دارد (ولتاژ مثبت به آند نسبت به کاتد اعمال می‌شود)، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال ماده نیمه‌هادی (معمولاً آلومینیوم گالیم آرسناید - AlGaAs) بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص لایه‌های نیمه‌هادی طول موج فوتون‌های ساطع شده را تعیین می‌کند که برای LTE-302 در ۹۴۰ نانومتر متمرکز است. بسته‌بندی پلاستیکی شامل یک لنز اپوکسی است که نور ساطع شده را در الگوی زاویه دید مشخص شده شکل می‌دهد.

12. روندهای فناوری

فرستنده‌های مادون قرمز مانند LTE-302 قطعات بالغ و قابل اعتمادی هستند. روندهای کلی در این زمینه شامل موارد زیر است:

• افزایش یکپارچگی:حرکت به سمت ماژول‌هایی که فرستنده، آشکارساز و مدارهای تنظیم سیگنال را ترکیب می‌کنند (مانند ICهای با مدولاسیون/دمدولاسیون داخلی) برای ساده‌سازی طراحی و بهبود مصونیت در برابر نویز.
• مینیاتوری‌سازی:کاهش مداوم اندازه بسته‌بندی (مانند بسته‌بندی‌های در مقیاس تراشه) برای جای‌گیری در الکترونیک مصرفی روزافزون کوچک مانند پوشیدنی‌ها و گوشی‌های هوشمند فوق‌نازک.
• توسعه مواد و ساختارها برای دستیابی به شدت تابشی بالاتر برای یک جریان درایو معین، بهبود عمر باتری در دستگاه‌های قابل حمل.چند طول‌موجی و VCSELها:
• برای حس‌گری پیشرفته مانند زمان پرواز (ToF) و LiDAR، لیزرهای گسیل از سطح حفره عمودی (VCSEL) و آرایه‌ها رایج‌تر می‌شوند که توان بالاتر و قابلیت‌های مدولاسیون سریع‌تری نسبت به LEDهای مادون قرمز سنتی ارائه می‌دهند.For advanced sensing like time-of-flight (ToF) and LiDAR, vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) and arrays are becoming more common, offering higher power and faster modulation capabilities than traditional IR LEDs.