دیتاشیت قطعه LED مادون قرمز - طول موج اوج 940 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات فنی یک قطعه دیود نورافشان مادون قرمز (IR LED) را ارائه می‌دهد. کاربرد اصلی این قطعات در سیستم‌هایی است که به منابع نور نامرئی نیاز دارند، مانند کنترل‌های از راه دور، سنسورهای مجاورتی، نورپردازی دید در شب و انتقال داده نوری. مزیت اصلی این قطعه خاص، انتشار نور در طول موج اوج 940 نانومتر است که برای کاربردهایی که حداقل نور مرئی مطلوب است، ایده‌آل می‌باشد، زیرا این نور برای چشم انسان تقریباً نامرئی است. بازار هدف شامل الکترونیک مصرفی، اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های امنیتی و کاربردهای خودرویی می‌شود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

محتوای ارائه شده یک پارامتر نورسنجی کلیدی را مشخص می‌کند: طول موج اوج (λp). این یک مشخصه حیاتی برای LEDهای مادون قرمز است.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی

طول موج اوج (λp):940 نانومتر (nm). این پارامتر طول موجی را تعریف می‌کند که در آن LED حداکثر توان نوری خود را ساطع می‌کند. طول موج 940 نانومتر در محدوده طیف مادون قرمز نزدیک قرار دارد. این طول موج معمولاً استفاده می‌شود زیرا فوتودیودهای سیلیکونی، که گیرنده‌های متداول در سیستم‌های IR هستند، حساسیت بالایی در اطراف این محدوده دارند. علاوه بر این، نور 940 نانومتر در مقایسه با طول‌موج‌های کوتاه‌تر IR مانند 850 نانومتر، به عنوان درخشش قرمز کم‌رنگ کمتری قابل درک است و آن را برای نورپردازی پنهان ترجیح‌پذیر می‌سازد.

تحلیل:انتخاب 940 نانومتر نشان می‌دهد که این قطعه برای کارایی در سیستم‌های تشخیصی با استفاده از سنسورهای سیلیکونی استاندارد و برای کاربردهایی که آلودگی نوری مرئی کم نیاز دارند، بهینه‌سازی شده است. شدت تابشی و زاویه دید، که مشخصات مکمل متداول هستند، ارائه نشده‌اند اما برای محاسبه برد مؤثر و منطقه پوشش در یک طراحی حیاتی می‌باشند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

در حالی که مقادیر خاص ولتاژ مستقیم (Vf)، جریان مستقیم (If) و ولتاژ معکوس (Vr) در این گزیده فهرست نشده‌اند، اینها برای هر LED اساسی هستند. طراحان باید برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد و طول عمر، دیتاشیت کامل را برای حداکثر مقادیر مجاز و شرایط کاری معمول مشورت کنند. تجاوز از حداکثر جریان مستقیم، به دلیل تولید گرمای بیش از حد، علت اصلی خرابی LED است.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

مدیریت حرارتی برای عملکرد و طول عمر LED بسیار مهم است. پارامترهای کلیدی شامل مقاومت حرارتی از پیوند به هوای محیط (RθJA) و حداکثر دمای پیوند (Tj max) می‌شود. تخلیه حرارتی کارآمد از طریق بسته‌بندی LED و برد مدار چاپی (PCB) برای حفظ Tj در محدوده ایمن، به ویژه هنگام کار در جریان‌های بالا یا دمای محیط بالا، ضروری است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

تولید LED شامل تغییرات طبیعی است. یک سیستم دسته‌بندی، قطعات را بر اساس پارامترهای کلیدی دسته‌بندی می‌کند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی را تضمین کند.

3.1 دسته‌بندی طول موج

برای یک LED مادون قرمز، طول موج اوج پارامتر اصلی دسته‌بندی است. قطعات ممکن است در دسته‌هایی با تلرانس محدود حول مقدار اسمی 940 نانومتر (مثلاً 935 نانومتر تا 945 نانومتر) مرتب شوند. این اطمینان می‌دهد که تمام LEDهای یک سیستم ویژگی‌های انتشار تقریباً یکسانی دارند، که برای عملکرد فیلترهای نوری و تنظیم سنسور در گیرنده حیاتی است.

3.2 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

LEDها همچنین بر اساس ولتاژ مستقیم (Vf) در یک جریان تست مشخص دسته‌بندی می‌شوند. گروه‌بندی LEDها با مقادیر Vf مشابه به طراحی مدارهای درایور کمک می‌کند، به ویژه زمانی که چندین LED به صورت سری متصل شده‌اند، تا توزیع جریان و روشنایی یکنواخت را تضمین کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی برای درک رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ضروری هستند.

4.1 منحنی جریان بر حسب ولتاژ (I-V)

منحنی I-V رابطه بین ولتاژ مستقیم و جریان عبوری از LED را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است. ولتاژ "زانو" نقطه تقریبی است که LED شروع به هدایت قابل توجه و انتشار نور می‌کند. شیب منحنی در ناحیه کاری به تعیین مقاومت دینامیکی LED کمک می‌کند.

4.2 ویژگی‌های دمایی

عملکرد LED وابسته به دما است. معمولاً ولتاژ مستقیم (Vf) با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. برعکس، شدت نور یا توان تابشی نیز با افزایش دما کاهش می‌یابد. نمودارهای نشان‌دهنده شدت نسبی بر حسب دمای پیوند و ولتاژ مستقیم بر حسب دما برای طراحی مدارهایی که اثرات حرارتی را جبران می‌کنند، حیاتی هستند.

3.3 توزیع طیفی

یک نمودار توزیع طیفی، توان تابشی را بر حسب طول موج ترسیم می‌کند. برای یک LED با طول موج 940 نانومتر، این نمودار یک قله غالب در یا نزدیک 940 نانومتر با پهنای باند طیفی مشخص (مثلاً عرض در نصف بیشینه - FWHM) نشان می‌دهد. FWHM باریک‌تر نشان‌دهنده یک منبع نور تک‌رنگ‌تر است که می‌تواند برای کاربردهای استفاده‌کننده از فیلترهای نوری مهم باشد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

گزیده به انواع بسته‌بندی اشاره می‌کند اما بسته‌بندی خاص LED (مثلاً 5mm، 3mm، قطعه نصب سطحی مانند 0805 یا 1206) را ذکر نمی‌کند. یک دیتاشیت کامل شامل یک نقشه مکانیکی دقیق خواهد بود.

5.1 نقشه ابعاد

یک نمودار ابعادی مورد نیاز است که طول، عرض، ارتفاع، فاصله پایه‌ها (برای نوع سوراخ‌دار) یا ابعاد پد (برای SMD) را نشان دهد. تلرانس تمام ابعاد باید مشخص شود.

5.2 طراحی چیدمان پد (برای SMD)

برای بسته‌بندی‌های نصب سطحی، یک الگوی زمین PCB توصیه شده (فوت‌پرینت) ارائه می‌شود. این شامل اندازه، شکل و فاصله پدهای مسی برای اطمینان از لحیم‌کاری صحیح و پایداری مکانیکی است.

5.3 شناسایی قطبیت

روش شناسایی آند و کاتد باید به وضوح مشخص شود. برای LEDهای سوراخ‌دار، کاتد معمولاً پایه کوتاه‌تر یا پایه کنار نقطه صاف روی لنز است. برای LEDهای SMD، یک علامت مانند نقطه، شکاف یا گوشه سایه‌دار روی بسته‌بندی نشان‌دهنده کاتد است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

برای قطعات SMD، یک پروفیل رفلو دقیق ضروری است. این شامل دمای و زمان پیش‌گرم، زمان خیساندن، دمای اوج، زمان بالای مایع (TAL) و نرخ خنک‌سازی است. رعایت این پروفیل از شوک حرارتی جلوگیری کرده و اتصالات لحیم قابل اعتماد را تضمین می‌کند.

6.2 ملاحظات احتیاطی

ملاحظات عمومی شامل موارد زیر است: جلوگیری از تنش مکانیکی روی لنز LED، استفاده از محافظ ESD در طول جابجایی (زیرا LEDها به تخلیه الکترواستاتیک حساس هستند) و اطمینان از عدم آلودگی روی سطح نوری. برای قطعات سوراخ‌دار، خم کردن پایه‌ها باید در فاصله کافی از بدنه بسته‌بندی انجام شود.

6.3 شرایط نگهداری

LEDها باید در محیطی خنک و خشک نگهداری شوند، معمولاً در محدوده دمایی و رطوبتی مشخص. آنها اغلب در بسته‌بندی‌های حساس به رطوبت همراه با ماده خشک‌کن عرضه می‌شوند و در صورت باز بودن بسته‌بندی برای مدت طولانی، ممکن است قبل از استفاده نیاز به پخت داشته باشند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

گزیده PDF صراحتاً عناصر بسته‌بندی را فهرست می‌کند، که بخش کلیدی محتوای ارائه شده است.

7.1 مشخصات بسته‌بندی

سلسله مراتب بسته‌بندی به صورت زیر تعریف شده است:

• کیسه ضد الکتریسیته ساکن:ظرف اولیه، طراحی شده برای محافظت از قطعات در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) و رطوبت.
• کارتن داخلی:یک جعبه یا سینی که چندین کیسه ESD یا ریل قطعات را نگه می‌دارد.
• کارتن خارجی:کارتن حمل و نقل اصلی که شامل چندین کارتن داخلی است.

7.2 تعداد در بسته

تعداد خاص قطعات LED در هر کیسه ESD، هر کارتن داخلی و هر کارتن خارجی باید مشخص شود. مقادیر متداول برای قطعات SMD روی ریل مضربی از 1000، 2000 یا 5000 عدد است، یا تعداد مشخصی برای بسته‌بندی فله.

7.3 اطلاعات برچسب‌گذاری

هر سطح بسته‌بندی باید دارای برچسبی باشد که شماره قطعه، تعداد، کد تاریخ، شماره دسته و سطح حساسیت ESD/رطوبت (MSL) را نشان دهد.

7.4 قوانین نام‌گذاری مدل

شماره قطعه کامل معمولاً ویژگی‌های کلیدی را کدگذاری می‌کند. به عنوان مثال، یک شماره مدل ممکن است اندازه بسته‌بندی، طول موج اوج، زاویه دید و دسته شار نوری را نشان دهد. یک کد مانند "IR940-45D" می‌تواند به معنای یک LED مادون قرمز، 940 نانومتر، زاویه دید 45 درجه و یک دسته شدت تابشی خاص 'D' باشد.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

این LED مادون قرمز 940 نانومتر برای موارد زیر مناسب است:

• کنترل‌های از راه دور مادون قرمز:برای تلویزیون‌ها، سیستم‌های صوتی و گیرنده‌های دیجیتال.
• سنسورهای مجاورتی و حضور:در تلفن‌های هوشمند، لوازم خانگی و شیرهای آب اتوماتیک.
• نورپردازی دید در شب:جفت شده با دوربین‌های حساس به IR در سیستم‌های امنیتی و نظارتی.
• سوئیچ‌ها و انکودرهای نوری:برای تشخیص موقعیت یا چرخش.
• انتقال داده:در دستگاه‌های سازگار با IrDA برای ارتباط بی‌سیم برد کوتاه.

8.2 ملاحظات طراحی

مدار درایور:یک منبع جریان ثابت نسبت به یک منبع ولتاژ با مقاومت سری برای خروجی پایدار، به ویژه در تغییرات دما، توصیه می‌شود. درایور باید برای جریان مستقیم LED درجه‌بندی شده باشد.
طراحی نوری:ماده لنز یا پوشش بین LED و هدف باید برای نور 940 نانومتر شفاف باشد. بسیاری از پلاستیک‌ها مناسب هستند، اما برخی انواع شیشه یا مواد رنگی ممکن است سیگنال را تضعیف کنند.
هیت سینک:در صورت کار در جریان‌های پیوسته بالا، از مساحت کافی مس PCB یا یک هیت سینک خارجی اطمینان حاصل کنید.
هماهنگی گیرنده:فتودی‌تکتور (مثلاً فتوترانزیستور، فوتودیود) باید حساسیت اوجی در اطراف 940 نانومتر داشته باشد. یک فیلتر نوری منطبق بر طیف LED می‌تواند نسبت سیگنال به نویز را با مسدود کردن نور محیط بهبود بخشد.

9. مقایسه فنی

در مقایسه با سایر LEDهای مادون قرمز، یک قطعه 940 نانومتر مزایا و معاوضه‌های خاصی ارائه می‌دهد.

در مقابل LEDهای مادون قرمز 850 نانومتر:LEDهای 850 نانومتر اغلب به دلیل کارایی بهتر مواد در آن طول موج، خروجی تابشی کمی بالاتری برای همان ورودی الکتریکی ارائه می‌دهند. با این حال، 850 نانومتر یک درخشش قرمز کم‌رنگ ساطع می‌کند که در شرایط تاریک قابل مشاهده است و ممکن است برای کاربردهای پنهان نامطلوب باشد. 940 نانومتر تقریباً نامرئی است و آن را برای نورپردازی محتاطانه برتر می‌سازد.

در مقابل LEDهای مرئی:متمایزکننده اصلی طول موج است. LEDهای مادون قرمز قابلیت‌هایی را که برای کاربران نامرئی هستند، امکان‌پذیر می‌سازند و ویژگی‌هایی مانند عملکرد خودکار (سنسورها) یا کنترل (کنترل‌های از راه دور) بدون انتشار نور مزاحم را فراهم می‌کنند.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

س: چرا طول موج اوج 940 نانومتر مهم است؟
ج: زیرا با محدوده حساسیت بالای فوتودی‌تکتورهای سیلیکونی متداول مطابقت دارد در حالی که انتشار نور مرئی را به حداقل می‌رساند و آن را برای کاربردهای سنسوری و نورپردازی پنهان ایده‌آل می‌سازد.

س: چگونه این LED را راه‌اندازی کنم؟
ج: از یک مدار درایور جریان ثابت استفاده کنید. یک پیاده‌سازی ساده یک منبع ولتاژ با یک مقاومت محدودکننده جریان است که با استفاده از ولتاژ مستقیم معمولی LED (Vf) و جریان مستقیم مورد نظر (If) از دیتاشیت کامل محاسبه می‌شود: R = (Vsource - Vf) / If.

س: آیا می‌توانم نور این LED را ببینم؟
ج: طول موج 940 نانومتر خارج از طیف مرئی برای اکثر انسان‌ها است. برخی افراد ممکن است تحت شرایط بسیار تاریک یک درخشش قرمز بسیار عمیق را درک کنند، اما عمدتاً نامرئی است. با این حال، دوربین تلفن همراه معمولاً می‌تواند آن را به وضوح ببیند، زیرا سنسورهای دوربین به مادون قرمز نزدیک حساس هستند.

س: هدف کیسه ضد الکتریسیته ساکن چیست؟
ج: از LED در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) محافظت می‌کند، که می‌تواند پیوند نیمه‌هادی را آسیب برساند حتی اگر تخلیه توسط فرد احساس نشود.

11. موارد استفاده عملی

مطالعه موردی 1: دوزنده صابون اتوماتیک.یک LED مادون قرمز 940 نانومتر با یک فتوترانزیستور جفت می‌شود تا یک سنسور مجاورتی ایجاد کند. LED به طور مداوم یک پرتو نامرئی ساطع می‌کند. هنگامی که یک دست پرتو را قطع می‌کند، تغییر در نور تشخیص داده شده موتور پمپ را فعال می‌کند. طول موج 940 نانومتر اطمینان می‌دهد که عملیات بدون وقفه و بدون هیچ نشانه نور مرئی انجام شود.

مطالعه موردی 2: کنترل از راه دور تلویزیون برد بلند.یک آرایه از LEDهای 940 نانومتر در یک کنترل از راه دور جهانی استفاده می‌شود. شدت تابشی بالا (تضمین شده توسط دسته‌بندی مناسب و جریان درایور) به سیگنال اجازه می‌دهد تا از زوایای وسیع و فواصل طولانی‌تر به سنسور تلویزیون برسد. عدم وجود نور مرئی از حواس‌پرتی در یک سینمای خانگی تاریک جلوگیری می‌کند.

12. معرفی اصول کار

یک دیود نورافشان مادون قرمز (IR LED) یک دیود پیوند نیمه‌هادی p-n است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n با حفره‌های ناحیه p در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص فوتون‌های ساطع شده توسط انرژی گاف نواری مواد نیمه‌هادی مورد استفاده در ساخت LED تعیین می‌شود (معمولاً آلومینیوم گالیم آرسناید - AlGaAs برای 940 نانومتر). یک گاف نواری بزرگ‌تر منجر به طول موج کوتاه‌تر (نور آبی‌تر) و یک گاف نواری کوچک‌تر منجر به طول موج بلندتر (نور قرمزتر یا مادون قرمز) می‌شود. خروجی 940 نانومتر نتیجه مستقیم مهندسی ترکیب نیمه‌هادی برای دستیابی به این انرژی گاف نواری خاص است.

13. روندهای توسعه

حوزه LEDهای مادون قرمز توسط تقاضا برای کارایی بالاتر، بسته‌بندی‌های کوچک‌تر و یکپارچه‌سازی بیشتر هدایت می‌شود.

افزایش کارایی:تحقیقات بر بهبود کارایی کوانتومی داخلی (درصد بازترکیب‌های الکترون-حفره که فوتون تولید می‌کنند) و کارایی استخراج نور (خارج کردن فوتون‌های تولید شده از ماده نیمه‌هادی) متمرکز است. این منجر به خروجی تابشی بالاتر برای همان ورودی الکتریکی می‌شود و عمر باتری طولانی‌تر در دستگاه‌های قابل حمل را امکان‌پذیر می‌سازد.

کوچک‌سازی:روند به سمت الکترونیک مصرفی کوچک‌تر، توسعه LEDهای مادون قرمز را در بسته‌بندی‌های نصب سطحی حتی کوچک‌تر (مانند اندازه‌های متریک 0402، 0201) در حالی که عملکرد حفظ یا بهبود می‌یابد، هدایت می‌کند.

راه‌حل‌های یکپارچه:حرکتی به سمت ترکیب LED مادون قرمز، فوتودی‌تکتور و منطق کنترل در یک ماژول یا تراشه واحد وجود دارد. این طراحی را برای کاربران نهایی ساده می‌کند، فوت‌پرینت PCB را کاهش می‌دهد و با تضمین ویژگی‌های نوری منطبق، قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می‌بخشد.

طول‌موج‌های جدید:در حالی که 850 نانومتر و 940 نانومتر غالب هستند، طول‌موج‌های دیگری برای کاربردهای تخصصی، مانند طیف‌سنجی، حس‌گری گاز و ارتباطات نوری با استفاده از فیبرهای نوری پلاستیکی در حال توسعه هستند.