دیتاشیت کامل لامپ LED مادون قرمز LTL-E7939Q2K - بسته‌بندی ترو-هول - طول موج 850 نانومتر - شدت تابش 20 میلی‌وات بر استرادیان - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک دیود نورافشان (LED) مادون قرمز (IR) با عملکرد بالا و نصب ترو-هول را ارائه می‌دهد. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده که به یک منبع قابل اعتماد و قدرتمند نور مادون قرمز در طول موج معمول 850 نانومتر نیاز دارند. این قطعه دارای لنز شفاف آبی است و با استفاده از فناوری نیمه‌هادی آلگاآس (آلومینیوم گالیم آرسناید) ساخته شده است که برای تابش کارآمد مادون قرمز مناسب است. محصول مطابق با دستورالعمل‌های RoHS است که نشان می‌دهد عاری از مواد خطرناکی مانند سرب (Pb) می‌باشد. مزایای اصلی آن شامل عملکرد پرسرعت، خروجی توان تابشی بالا و سازگاری با مدارهای مجتمع استاندارد به دلیل نیاز جریانی پایین است. این قطعه برای نصب همه‌کاره روی بردهای مدار چاپی (PCB) یا پنل‌ها در بخش‌های مختلف تجهیزات الکترونیکی در نظر گرفته شده است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

محدودیت‌های عملیاتی دستگاه در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• اتلاف توان:حداکثر 120 میلی‌وات.
• جریان مستقیم پیک:حداکثر 1 آمپر در شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه).
• جریان مستقیم DC:حداکثر 60 میلی‌آمپر برای کار مداوم.
• ولتاژ معکوس:حداکثر 5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس بالاتر می‌تواند باعث شکست پیوند LED شود.
• محدوده دمای کاری:30- درجه تا 85+ درجه سلسیوس.
• محدوده دمای نگهداری:40- درجه تا 100+ درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:260 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 2.0 میلی‌متری از بدنه LED.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده و نمایانگر عملکرد معمول دستگاه هستند.

• شدت تابش (Ie):حداقل 20.0 میلی‌وات بر استرادیان هنگامی که با جریان مستقیم (IF) 20mA راه‌اندازی می‌شود. مقدار واقعی باید با تلرانس ±15% در نظر گرفته شود. کد طبقه‌بندی خاص روی کیسه بسته‌بندی محصول درج شده است.
• زاویه دید (2θ1/2):معمولاً 25 درجه، با حداقل 18 درجه. این زاویه کامل است که در آن شدت تابش به نصف مقدار محوری پیک خود کاهش می‌یابد.
• طول موج پیک (λP):معمولاً 850 نانومتر، که آن را در طیف مادون قرمز نزدیک قرار می‌دهد.
• عرض نیم‌خط طیفی (Δλ):معمولاً 40 نانومتر. این پهنای باند طیفی نور ساطع شده را تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم (VF):معمولاً 1.3 ولت، با حداکثر 1.65 ولت در IF = 20mA.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال شود.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین منحنی مشخصه معمول است که بینش عمیق‌تری از رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهد. این منحنی‌ها برای طراحی مدار و مدیریت حرارتی بسیار ارزشمند هستند.

3.1 طیف

منحنی توزیع طیفی شدت نور ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد که حول پیک 850 نانومتر متمرکز است. عرض نیمه 40 نانومتر نشان‌دهنده گستردگی تابش است.

3.2 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم

این منحنی IV رابطه بین ولتاژ دو سر LED و جریان عبوری از آن را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی و مشخصه یک دیود است. طراحان از این منحنی برای تعیین ولتاژ راه‌اندازی لازم برای یک جریان کاری هدف استفاده می‌کنند.

3.3 توان تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم DC

این منحنی نشان می‌دهد که چگونه توان خروجی نور با افزایش جریان راه‌اندازی DC افزایش می‌یابد. این به انتخاب نقطه کاری مناسب برای دستیابی به روشنایی مطلوب در حین مدیریت اتلاف توان کمک می‌کند.

3.4 توان تابشی نسبی در مقابل جریان پیک

برای کار پالسی، این منحنی رابطه بین جریان پیک در یک پالس و توان تابشی حاصل را نشان می‌دهد که برای کاربردهایی مانند انتقال داده مادون قرمز حیاتی است.

3.5 توان تابشی نسبی در مقابل دما

این یک منحنی عملکرد حرارتی حیاتی است. نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای محیط (یا پیوند) کاهش می‌یابد. درک این کاهش رتبه برای طراحی سیستم‌هایی که عملکرد یکنواختی را در محدوده دمایی مشخص شده حفظ می‌کنند، ضروری است.

3.6 جهت‌دهی

منحنی جهت‌دهی یا الگوی تابش، زاویه دید را به صورت بصری نشان می‌دهد و نحوه توزیع شدت در فضای اطراف محور مرکزی LED را نمایش می‌دهد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته

دستگاه یک بسته LED ترو-هول استاندارد است. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر است (اینچ در پرانتز ارائه شده است).
• تلرانس عمومی ±0.25mm (±0.010") اعمال می‌شود مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج 1.0mm (0.04") است.
• فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه بسته خارج می‌شوند.

نقشه ابعادی خاص در دیتاشیت ارجاع داده شده است که جزئیات قطر بدنه، طول پایه و فاصله را شرح می‌دهد.

4.2 شناسایی قطبیت

برای LEDهای ترو-هول، قطبیت معمولاً با طول پایه‌ها (پایه بلندتر معمولاً آند است) یا با یک نقطه صاف روی لبه لنز LED نشان داده می‌شود. نقشه مکانیکی دیتاشیت روش شناسایی دقیق را مشخص خواهد کرد.

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای اطمینان از قابلیت اطمینان و جلوگیری از آسیب ضروری است.

5.1 شکل‌دهی پایه‌ها

• خم‌کردن باید در نقطه‌ای حداقل 3 میلی‌متر از پایه لنز LED انجام شود.
• پایه فریم سیم نباید به عنوان تکیه‌گاه در حین خم‌کردن استفاده شود.
• شکل‌دهی پایه‌ها باید در دمای اتاق معمولی وقبل ازفرآیند لحیم‌کاری انجام شود.
• در حین قرارگیری روی PCB، از حداقل نیروی گیره لازم استفاده کنید تا از اعمال تنش مکانیکی بیش از حد به بدنه LED جلوگیری شود.

5.2 فرآیند لحیم‌کاری

• حداقل فاصله 2 میلی‌متر از پایه لنز تا نقطه لحیم‌کاری را حفظ کنید.
• از غوطه‌ور کردن لنز در قلع لحیم خودداری کنید.
• در حالی که LED به دلیل لحیم‌کاری در دمای بالا است، تنش خارجی به پایه‌ها اعمال نکنید.

شرایط لحیم‌کاری توصیه شده:

• هویه لحیم:حداکثر دما 350 درجه سلسیوس، حداکثر زمان 3 ثانیه (فقط لحیم‌کاری یکباره).
• لحیم‌کاری موجی:
  • پیش‌گرم: حداکثر 100 درجه سلسیوس تا 60 ثانیه.
  • موج قلع: حداکثر 260 درجه سلسیوس تا 5 ثانیه.

نکته مهم:دمای یا زمان بیش از حد لحیم‌کاری می‌تواند لنز را تغییر شکل دهد یا باعث خرابی فاجعه‌بار LED شود. لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز (IR)برایاین نوع LED ترو-هول مناسب نیست.

5.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری، از حلال‌های الکلی مانند ایزوپروپیل الکل استفاده کنید.

5.4 نگهداری

برای عمر مفید بهینه:

• محیط نگهداری نباید از 30 درجه سلسیوس و 70% رطوبت نسبی تجاوز کند.
• LEDهایی که از بسته‌بندی محافظتی اصلی خود خارج شده‌اند، باید ظرف سه ماه استفاده شوند.
• برای نگهداری طولانی‌مدت خارج از بسته‌بندی اصلی، در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کن یا در یک خشک‌کن پاک‌شده با نیتروژن نگهداری کنید.

6. روش راه‌اندازی و طراحی مدار

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از خروجی نور یکنواخت، به ویژه هنگام راه‌اندازی چندین LED، تنظیم جریان مناسب ضروری است.

• مدار توصیه شده (مدار A):یک مقاومت محدودکننده جریان را به صورت سری باهرLED قرار دهید. این روش ترجیحی است زیرا تغییرات جزئی در مشخصه ولتاژ مستقیم (Vf) بین LEDهای منفرد را جبران می‌کند و روشنایی یکنواخت در تمام دستگاه‌های یک آرایه را تضمین می‌کند.
• مدار غیرتوصیه شده (مدار B):اتصال مستقیم چندین LED به صورت موازی با یک مقاومت محدودکننده جریان مشترک توصیه نمی‌شود. به دلیل تفاوت‌های طبیعی در منحنی I-V هر LED، جریان (و در نتیجه روشنایی) به طور مساوی توزیع نخواهد شد و منجر به روشن‌تر شدن برخی LEDها نسبت به بقیه می‌شود.

7. محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

این قطعه به تخلیه الکترواستاتیک حساس است. ESD می‌تواند باعث آسیب فوری یا نهفته شود که به صورت جریان نشتی معکوس بالا، ولتاژ مستقیم به طور غیرعادی کم، یا عدم روشنایی در جریان‌های پایین ظاهر می‌شود.

اقدامات پیشگیرانه:

• پرسنل هنگام کار با LEDها باید از مچ‌بندهای رسانا یا دستکش‌های ضداستاتیک استفاده کنند.
• تمامی تجهیزات، ایستگاه‌های کاری و ماشین‌آلات باید به درستی زمین شده باشند.
• از یونیزه‌کننده‌ها برای خنثی کردن بار استاتیکی که ممکن است به دلیل اصطکاک دستکاری روی سطح لنز پلاستیکی جمع شود، استفاده کنید.

بررسی آسیب ESD:LEDهای مشکوک را با آزمایش روشنایی و اندازه‌گیری ولتاژ مستقیم (Vf) در یک جریان آزمایشی پایین بررسی کنید.

8. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

8.1 مشخصات بسته‌بندی

محصول در یک سیستم بسته‌بندی چندسطحی عرضه می‌شود:

• واحد پایه:1000 قطعه در هر کیسه بسته‌بندی ضداستاتیک.
• کارتن داخلی:شامل 6 کیسه بسته‌بندی، در مجموع 6000 قطعه.
• کارتن خارجی:شامل 8 کارتن داخلی، در مجموع 48000 قطعه.

8.2 ساختار شماره قطعه

شماره قطعه LTL-E7939Q2K ویژگی‌های کلیدی را کدگذاری می‌کند:

• LTL:شناسه خانواده محصول.
• E7939:مدل/سری دستگاه خاص.
• Q2K:احتمالاً نشان‌دهنده باینینگ خاص برای شدت تابش و/یا زاویه دید مطابق با کد طبقه‌بندی درج شده روی کیسه است (به عنوان مثال، شدت در محدوده حداقل 18-21.5 میلی‌وات بر استرادیان، زاویه دید معمولاً 20-29 درجه).

9. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

9.1 سناریوهای کاربردی معمول

این LED مادون قرمز پرتوان 850 نانومتر برای طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله، اما نه محدود به موارد زیر مناسب است:

• نورپردازی مادون قرمز:برای دوربین‌های امنیتی، سیستم‌های دید در شب و بینایی ماشین در شرایط کم‌نور.
• سنجش نوری:سنسورهای مجاورتی، تشخیص اشیاء و ربات‌های دنبال‌کننده خط.
• انتقال داده:پیوندهای داده مادون قرمز (IrDA)، کنترل‌های از راه دور (جایی که توان بالا برد را افزایش می‌دهد) و انکودرهای نوری.
• اتوماسیون صنعتی:سنجش موقعیت، شمارش و سنسورهای شکست پرتو.

9.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارت:در حالی که دستگاه می‌تواند 120 میلی‌وات را تحمل کند، کار در یا نزدیک حداکثر جریان DC (60 میلی‌آمپر) گرما تولید می‌کند. در محیط‌های با دمای محیط بالا، اطمینان از مساحت کافی مس PCB یا هیت‌سینک برای جلوگیری از کاهش عملکرد و افزایش طول عمر ضروری است.
• طراحی نوری:زاویه دید معمول 25 درجه یک پرتو نسبتاً متمرکز ارائه می‌دهد. برای پوشش گسترده‌تر، ممکن است به اپتیک ثانویه (پخش‌کننده‌ها) نیاز باشد. برای برد بیشتر، می‌توان از یک لنز برای موازی کردن پرتو استفاده کرد.
• مدار درایور:همیشه از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت سری استفاده کنید. مقدار مقاومت را بر اساس ولتاژ تغذیه (Vs)، ولتاژ مستقیم معمول LED (Vf) و جریان کاری مطلوب (If) محاسبه کنید: R = (Vs - Vf) / If. تلرانس Vf و تغییرات ولتاژ تغذیه را در نظر بگیرید.
• محافظت ESD در مدار:در محیط‌های مستعد ESD، در نظر بگیرید که دیودهای سرکوب ولتاژ گذرا (TVS) یا سایر اجزای محافظتی را روی خطوط متصل به LED اضافه کنید.

10. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مرئی استاندارد یا LEDهای مادون قرمز کم‌توان، این دستگاه مزایای متمایزی ارائه می‌دهد:

• شدت تابش بالا:حداقل 20 میلی‌وات بر استرادیان قدرت سیگنال قوی برای سنجش و نورپردازی فراهم می‌کند که امکان فواصل کاری طولانی‌تر یا نیازمندی‌های حساسیت گیرنده پایین‌تر را فراهم می‌کند.
• قابلیت سرعت بالا:توانایی تحمل جریان پیک 1 آمپر در پالس‌های کوتاه (10 میکروثانیه) آن را برای کاربردهای انتقال داده مدوله‌شده مناسب می‌سازد.
• مطابقت با RoHS:با مقررات زیست‌محیطی مدرن برای ساخت بدون سرب مطابقت دارد.
• قابلیت اطمینان ترو-هول:بسته ترو-هول در مقایسه با برخی جایگزین‌های نصب سطحی، اتصال مکانیکی محکم و هدایت حرارتی عالی به PCB ارائه می‌دهد که برای کار پرتوان مفید است.

11. پرسش‌های متداول (FAQs)

11.1 تفاوت بین شدت تابش (mW/sr) و شدت نور (mcd) چیست؟

شدت تابش توان نوری واقعی ساطع شده در هر زاویه جامد (استرادیان) را اندازه‌گیری می‌کند، مستقل از حساسیت چشم انسان. این برای دستگاه‌های مادون قرمز و فرابنفش استفاده می‌شود. شدت نور با پاسخ فوتوپیک (سازگار با نور روز) چشم انسان وزن‌دهی می‌شود و بر حسب کاندلا (cd) یا میلی‌کاندلا (mcd) اندازه‌گیری می‌شود. این فقط برای نور مرئی معنادار است. این LED مادون قرمز به درستی بر حسب mW/sr مشخص شده است.

11.2 آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پین میکروکنترلر 3.3 ولت یا 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

No.پین‌های میکروکنترلر قابلیت تأمین/جذب جریان محدودی دارند (معمولاً حداکثر 20-50 میلی‌آمپر) و برای راه‌اندازی جریان ثابت طراحی نشده‌اند. اتصال مستقیم LED احتمالاً پین را بیش از حد بارگذاری می‌کند، به میکروکنترلر آسیب می‌زند و جریان کنترل‌نشده‌ای به LED می‌دهد. همیشه از یک مدار درایور با مقاومت سری یا یک IC درایور LED اختصاصی استفاده کنید.

11.3 چرا تلرانس ±15% روی شدت تابش وجود دارد؟

این یک تغییر طبیعی ذاتی در فرآیندهای ساخت نیمه‌هادی است. LEDها بر اساس شدت اندازه‌گیری شده باین (دسته‌بندی) می‌شوند. "کد طبقه‌بندی" خاص روی کیسه بسته‌بندی نشان می‌دهد که LEDها متعلق به کدام باین شدت هستند و به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با عملکرد یکنواخت را برای کاربرد خود انتخاب کنند.

11.4 آیا برای گیرنده به فیلتر IR نیاز است؟

در بسیاری از کاربردها، بله. استفاده از یک فیلتر عبور باند 850 نانومتر روی گیرنده (فتودیود یا سنسور) می‌تواند با مسدود کردن نور مرئی محیط و سایر منابع ناخواسته IR (مانند نور خورشید یا لامپ‌های رشته‌ای)، نسبت سیگنال به نویز را به طور چشمگیری بهبود بخشد و سیستم را به ویژه در شرایط نور روز قابل اطمینان‌تر کند.

12. مثال کاربردی عملی

مطالعه موردی طراحی: سنسور مجاورتی IR ساده

هدف:تشخیص یک شیء در فاصله 10 سانتی‌متری.

طراحی: 1. مدار فرستنده:LED LTL-E7939Q2K را با جریان ثابت 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنید. با استفاده از منبع تغذیه 5 ولت و Vf معمول 1.3 ولت، مقاومت سری را محاسبه کنید: R = (5V - 1.3V) / 0.020A = 185 اهم. از مقاومت استاندارد 180 یا 200 اهم استفاده کنید. 2.مدار گیرنده:یک فوتوترانزیستور سیلیکونی یا فتودیود حساس به نور 850 نانومتر را چند سانتی‌متر دورتر از LED، در همان محور قرار دهید. از یک فتودیود با بایاس معکوس همراه با یک تقویت‌کننده ترانس‌امپدانس یا یک فوتوترانزیستور در پیکربندی ساده کلید استفاده کنید. 3.عملکرد:LED به طور مداوم نور IR ساطع می‌کند. هنگامی که یک شیء وارد منطقه تشخیص می‌شود، مقداری از این نور را به گیرنده بازتاب می‌دهد. سیگنال خروجی گیرنده افزایش می‌یابد که می‌تواند توسط یک مقایسه‌گر یا ADC میکروکنترلر خوانده شود تا یک عمل را آغاز کند. 4.ملاحظات:گیرنده را از قرارگیری مستقیم در معرض فرستنده محافظت کنید تا از اشباع جلوگیری شود. از نور مدوله‌شده (پالس‌زنی LED) و یک مدار تشخیص همزمان در گیرنده استفاده کنید تا سیستم در برابر نوسانات نور محیط مقاوم شود.

13. اصل عملکرد

این دستگاه یک دیود نورافشان بر اساس یک پیوند نیمه‌هادی آلگاآس است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه پیوند (تقریباً 1.3 ولت) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در سراسر پیوند تزریق می‌شوند. بازترکیب آن‌ها انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص ماده نیمه‌هادی آلومینیوم گالیم آرسناید (AlGaAs) انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج فوتون‌های ساطع شده مطابقت دارد - در این مورد، تقریباً 850 نانومتر، که در منطقه مادون قرمز نزدیک طیف الکترومغناطیسی قرار دارد و برای چشم انسان نامرئی است.

14. روندهای فناوری

فناوری LED مادون قرمز همچنان در حال تکامل است. روندهای کلی در صنعت شامل موارد زیر است:

• افزایش بازده:توسعه مواد نیمه‌هادی جدید و ساختارهای اپیتاکسیال (مانند چاه‌های کوانتومی چندگانه) برای دستیابی به بازده دیوار-پریز بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات الکتریکی ورودی)، کاهش تولید گرما و مصرف انرژی.
• چگالی توان بالاتر:پیشرفت‌ها در بسته‌بندی و مدیریت حرارتی امکان تحمل جریان‌های راه‌اندازی بالاتر توسط دستگاه‌های کوچکتر را فراهم می‌کند و سیستم‌های نورپردازی IR فشرده‌تر و قدرتمندتری را ممکن می‌سازد.
• تنوع طول موج:در حالی که 850 نانومتر و 940 نانومتر رایج هستند، توسعه برای کاربردهای خاص، مانند 810 نانومتر برای درمان پزشکی یا طول‌موج‌های خاص بهینه‌شده برای حساسیت‌های سنسور خاص در حال انجام است.
• یکپارچه‌سازی:روندهایی به سمت یکپارچه‌سازی مدار درایور LED، اجزای محافظتی و گاهی حتی سنسور در ماژول‌های فشرده‌تر یا راه‌حل‌های سیستم در بسته (SiP) برای ساده‌سازی طراحی کاربر نهایی.

این روندها هدف ارائه راه‌حل‌های قابل اطمینان‌تر، کارآمدتر و خاص‌کاربردی برای بازارهای در حال رشد بینایی ماشین، سنجش بیومتریک، LiDAR و ارتباطات نوری را دنبال می‌کنند.