فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز
- 2.2 مشخصات الکتریکی و نوری
- 3. تحلیل منحنیهای عملکرد
- 3.1 جریان تاریک در مقابل ولتاژ معکوس (شکل 1)
- 3.2 ظرفیت در مقابل ولتاژ معکوس (شکل 2)
- 3.3 جریان نوری و جریان تاریک در مقابل دمای محیط (شکل 3 و شکل 4)
- 3.4 حساسیت طیفی نسبی (شکل 5)
- 3.5 جریان نوری در مقابل تابندگی (شکل 6)
- 3.6 اتلاف توان کل در مقابل دمای محیط (شکل 8)
- 4. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 4.1 ابعاد بسته
- 5. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
- 6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی
- 6.1 مدارهای کاربردی متداول
- 6.2 ملاحظات طراحی حیاتی
- 7. مقایسه و تمایز فنی
- 8. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
- 8.1 آیا میتوانم از این قطعه با یک LED قرمز (650 نانومتر) استفاده کنم؟
- 8.2 چرا سیگنال خروجی من در محیط گرم نویزدار است؟
- 8.3 چگونه مقدار مقاومت بار (RL) را انتخاب کنم؟
- 9. مثال موردی عملی
- 10. معرفی اصل عملکرد
- 11. روندهای فناوری
1. مرور کلی محصول
LTR-536AD یک فوتوترانزیستور سیلیکونی NPN با عملکرد بالا است که به طور خاص برای کاربردهای تشخیص مادون قرمز (IR) طراحی شده است. عملکرد اصلی آن تبدیل تابش مادون قرمز فرودی به جریان الکتریکی است. یک ویژگی تعیینکننده این قطعه، بستهبندی اپوکسی پلاستیکی سبز تیره مخصوص آن است. این ماده به گونهای فرموله شده است که طولموجهای نور مرئی را تضعیف یا "قطع" میکند و به طور مشخص حساسیت و نسبت سیگنال به نویز آن را در طیف مادون قرمز، معمولاً حول 940 نانومتر، به طور قابل توجهی افزایش میدهد. این امر آن را به انتخابی ایدهآل برای کاربردهایی تبدیل میکند که تشخیص و تفکیک از نور مرئی محیطی امری حیاتی است.
مزایای اصلی:
- حساسیت نوری بالا:برای یک سطح معین از تابندگی مادون قرمز، سیگنال الکتریکی خروجی قوی ارائه میدهد.
- بهینهشده برای مادون قرمز:بستهبندی سبز تیره به عنوان یک فیلتر نور مرئی عمل میکند و دستگاه را به طور ویژه برای حسگری خالص IR مناسب میسازد.
- ظرفیت پیوندی پایین:این پارامتر برای عملکرد فرکانس بالا حیاتی است و امکان زمانهای پاسخ سریعتر را فراهم میآورد.
- ویژگیهای سوئیچینگ سریع:دارای زمانهای صعود و نزول سریع است و برای سیستمهای IR پالسی و ارتباطات داده مناسب میباشد.
- فرکانس قطع بالا:از عملکرد در مدارهای با فرکانس بالاتر پشتیبانی میکند.
بازار هدف:این فوتوترانزیستور هدف طراحان و مهندسانی است که بر روی سیستمهای مبتنی بر مادون قرمز کار میکنند. کاربردهای متداول شامل سنسورهای مجاورتی، تشخیص شیء، کلیدهای غیرتماسی، پیوندهای انتقال داده IR (مانند کنترلهای از راه دور)، اتوماسیون صنعتی و هر سیستمی است که نیازمند تشخیص قابل اطمینان سیگنالهای مادون قرمز در عین رد کردن تداخل از منابع نور مرئی است.
2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
تمامی پارامترها در دمای محیط (TA) 25 درجه سلسیوس مشخص شدهاند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. درک این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و اطمینان از عملکرد قابل اطمینان در محدوده مجاز دستگاه ضروری است.
2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز
اینها محدودیتهای تنش هستند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد همیشه باید در این محدودیتها حفظ شود.
- اتلاف توان (PD):150 میلیوات. این حداکثر توان مجازی است که دستگاه میتواند به صورت گرما تلف کند.
- ولتاژ معکوس (VR):30 ولت. حداکثر ولتاژی که میتوان به صورت بایاس معکوس در سراسر پیوند کلکتور-امیتر اعمال کرد.
- محدوده دمای عملیاتی (Toper):40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیط برای عملکرد عادی دستگاه.
- محدوده دمای انبارش (Tstg):55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. محدوده دمایی برای انبارش در حالت غیرفعال.
- دمای لحیمکاری پایهها:260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه، اندازهگیری شده در فاصله 1.6 میلیمتری از بدنه بسته. این محدودیتهای پروفیل لحیمکاری ریفلو را تعریف میکند.
2.2 مشخصات الکتریکی و نوری
این پارامترها عملکرد دستگاه را تحت شرایط آزمایش مشخص شده تعریف میکنند.
- ولتاژ شکست معکوس (V(BR)R):30 ولت (حداقل). ولتاژی که در آن جریان معکوس (IR) به شدت افزایش مییابد (آزمایش شده در 100 میکروآمپر). این با حداکثر مقدار مطلق مجاز مرتبط است.
- جریان تاریک معکوس (ID(R)):30 نانوآمپر (حداکثر). جریان نشتی که زمانی جاری میشود که دستگاه در بایاس معکوس (VR=10V) و در تاریکی کامل (Ee=0) قرار دارد. مقدار پایینتر نشاندهنده عملکرد بهتر در شرایط نور کم است.
- ولتاژ مدار باز (VOC):350 میلیولت (مقدار معمول). ولتاژ تولید شده در سراسر دستگاه تحت تابش (λ=940nm, Ee=0.5mW/cm²) بدون بار خارجی (مدار باز).
- جریان اتصال کوتاه (IS):1.7 میکروآمپر (حداقل)، 2 میکروآمپر (مقدار معمول). جریانی که زمانی جاری میشود که دستگاه تحت تابش (λ=940nm, Ee=0.1mW/cm²) قرار گرفته و خروجی اتصال کوتاه شده است (VR=5V). این یک معیار کلیدی حساسیت است.
- زمان صعود (Tr) و زمان نزول (Tf):50 نانوثانیه (مقدار معمول). زمان مورد نیاز برای اینکه جریان خروجی در پاسخ به یک تغییر پلهای در تابش، از 10% به 90% (صعود) یا از 90% به 10% (نزول) مقدار نهایی خود برسد. برای کاربردهای پرسرعت حیاتی است.
- ظرفیت کل (CT):25 پیکوفاراد (مقدار معمول). ظرفیت پیوندی اندازهگیری شده در VR=3V و f=1MHz در تاریکی. ظرفیت پایینتر امکان سرعتهای سوئیچینگ سریعتر را فراهم میآورد.
- طولموج حداکثر حساسیت (λSMAX):900 نانومتر (مقدار معمول). طولموج اوج نور مادون قرمزی که فوتوترانزیستور بیشترین پاسخدهی را به آن دارد. برای تابندههای حول 940 نانومتر بهینهسازی شده است.
3. تحلیل منحنیهای عملکرد
دیتاشیت چندین نمودار ارائه میدهد که رفتار دستگاه را تحت شرایط مختلف نشان میدهد. این نمودارها برای کار طراحی دقیق فراتر از اعداد معمول/حداقل/حداکثر بسیار ارزشمند هستند.
3.1 جریان تاریک در مقابل ولتاژ معکوس (شکل 1)
این منحنی نشان میدهد که چگونه جریان تاریک معکوس (ID) با ولتاژ معکوس اعمال شده (VR) افزایش مییابد. معمولاً یک جریان بسیار کم و نسبتاً ثابت در ولتاژهای پایین نشان میدهد، با افزایش تدریجی با افزایش ولتاژ، که در نهایت به افزایش شدید در ولتاژ شکست میرسد. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که ولتاژ عملیاتی VRبه اندازه کافی زیر زانوی این منحنی است تا نویز ناشی از جریان نشتی به حداقل برسد.
3.2 ظرفیت در مقابل ولتاژ معکوس (شکل 2)
این نمودار رابطه بین ظرفیت پیوندی (CT) و ولتاژ بایاس معکوس را به تصویر میکشد. ظرفیت با افزایش ولتاژ معکوس کاهش مییابد. برای طراحی مدار پرسرعت، عملکرد در ولتاژ معکوس بالاتر (در محدوده مجاز) میتواند CTرا کاهش داده و پهنای باند را بهبود بخشد، اما این باید در برابر افزایش جریان تاریک (از شکل 1) متعادل شود.
3.3 جریان نوری و جریان تاریک در مقابل دمای محیط (شکل 3 و شکل 4)
شکل 3 نشان میدهد که چگونه جریان نوری (IP) با دمای محیط تغییر میکند. حساسیت فوتوترانزیستور عموماً با افزایش دما کاهش مییابد. شکل 4 افزایش نمایی جریان تاریک (ID) را با افزایش دما نشان میدهد. این دو منحنی برای طراحی سیستمهایی که باید در محدوده دمایی وسیعی (مثلاً 40- تا 85+ درجه سلسیوس) به طور قابل اطمینان عمل کنند حیاتی هستند. در دماهای بالا، جریان تاریک افزایش یافته میتواند یک سیگنال نوری ضعیف را تحت الشعاع قرار داده و نسبت سیگنال به نویز را کاهش دهد.
3.4 حساسیت طیفی نسبی (شکل 5)
این شاید مهمترین منحنی برای تطبیق کاربرد باشد. پاسخدهی نرمالشده فوتوترانزیستور را در محدودهای از طولموجها (معمولاً ~800 نانومتر تا 1100 نانومتر) ترسیم میکند. LTR-536AD حساسیت اوجی حول 900 نانومتر و تضعیف قابل توجهی در طیف نور مرئی (<800 نانومتر) نشان میدهد که نتیجه مستقیم بستهبندی سبز تیره آن است. این منحنی باید با طیف انتشار LED مادون قرمز یا منبع نور مورد نظر مقایسه شود تا اطمینان حاصل شود که کوپلینگ بهینه است.
3.5 جریان نوری در مقابل تابندگی (شکل 6)
این نمودار رابطه خطی بین توان نور مادون قرمز فرودی (تابندگی Ee) و جریان نوری حاصل (IP) را نشان میدهد. شیب این خط نشاندهنده پاسخدهی دستگاه است. تأیید میکند که دستگاه در یک ناحیه خطی برای محدوده تابندگی آزمایش شده عمل میکند، که برای کاربردهای حسگری آنالوگ مطلوب است.
3.6 اتلاف توان کل در مقابل دمای محیط (شکل 8)
این منحنی کاهش رتبه، حداکثر اتلاف توان مجاز (PD) را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان میدهد. حداکثر مقدار مطلق مجاز 150 میلیوات فقط تا یک دمای مشخص (احتمالاً 25 درجه سلسیوس) اعمال میشود. با افزایش دمای محیط، توانایی دستگاه در دفع گرما کاهش مییابد، بنابراین حداکثر توان مجاز باید به صورت خطی کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود. این برای محاسبات قابلیت اطمینان حیاتی است.
4. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
4.1 ابعاد بسته
LTR-536AD در یک بسته استاندارد 3 میلیمتری (T-1) از نوع ترو-هول عرضه میشود. نکات ابعادی کلیدی از دیتاشیت شامل موارد زیر است:
- تمامی ابعاد بر حسب میلیمتر است (اینچ در پرانتز ارائه شده است).
- تلرانس استاندارد ±0.25 میلیمتر (0.010 اینچ) اعمال میشود مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
- حداکثر بیرونزدگی رزین زیر فلنج 1.5 میلیمتر (0.059 اینچ) است.
- فاصله پایهها در نقطهای اندازهگیری میشود که پایهها از بدنه بسته خارج میشوند.
شناسایی قطبیت:دستگاه یک طرف صاف روی لنز دارد که معمولاً نشاندهنده پایه کلکتور است. پایه بلندتر معمولاً امیتر است. با این حال، طراحان همیشه باید قبل از نصب، قطبیت را با یک مولتیمتر در حالت آزمایش دیود تأیید کنند.
5. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
برای اطمینان از یکپارچگی دستگاه در حین مونتاژ، شرایط زیر باید رعایت شود:
- لحیمکاری ریفلو:پایهها میتوانند دمای 260 درجه سلسیوس را حداکثر به مدت 5 ثانیه تحمل کنند. این اندازهگیری در فاصله 1.6 میلیمتری (0.063 اینچ) از بدنه بسته انجام میشود. پروفیلهای استاندارد لحیمکاری موجی یا ریفلو باید برای رعایت این محدودیت تنظیم شوند تا از آسیب به تراشه نیمههادی داخلی یا بسته اپوکسی جلوگیری شود.
- لحیمکاری دستی:در صورت نیاز به لحیمکاری دستی، از هویه کنترل دمایی استفاده کنید و زمان تماس را به کمتر از 3 ثانیه برای هر پایه محدود کنید. در صورت امکان از یک کلیپ هیتسینک روی پایه بین اتصال و بدنه بسته استفاده کنید.
- تمیزکاری:فقط از حلالهای تمیزکننده تأیید شدهای استفاده کنید که با ماده اپوکسی سبز تیره سازگار هستند. از تمیزکاری اولتراسونیک خودداری کنید مگر اینکه سازگاری و تنظیمات توان/زمان آن تأیید شده باشد، زیرا میتواند به بسته یا اتصالات داخلی آسیب برساند.
- شرایط انبارش:در یک محیط خشک و ضد استاتیک در محدوده دمای انبارش مشخص شده 55- تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری کنید. در صورت پیشبینی انبارش طولانیمدت، باید از کیسه رطوبتگیر اصلی استفاده شود.
6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی
6.1 مدارهای کاربردی متداول
LTR-536AD میتواند در دو پیکربندی اصلی استفاده شود:
- حالت سوئیچ (خروجی دیجیتال):فوتوترانزیستور به صورت سری با یک مقاومت پولآپ بین ولتاژ تغذیه (VCC) و زمین متصل میشود. خروجی از نود کلکتور گرفته میشود. هنگامی که نور IR بر روی سنسور میتابد، روشن میشود و ولتاژ خروجی را پایین میکشد. در تاریکی، خاموش میشود و مقاومت پولآپ ولتاژ خروجی را بالا میکشد. مقدار مقاومت پولآپ سرعت سوئیچینگ و مصرف جریان را تعیین میکند (مقاومت کوچکتر سوئیچینگ سریعتر اما توان بالاتر میدهد).
- حالت خطی (خروجی آنالوگ):پیکربندی مشابه، اما فوتوترانزیستور با استفاده از یک جریان بیس ثابت (اغلب صفر، فقط متکی به جریان نوری) و یک مقاومت کلکتور در ناحیه فعال خود بایاس میشود. ولتاژ در کلکتور به صورت خطی با شدت نور IR فرودی تغییر میکند. این حالت برای حسگری آنالوگ، مانند اندازهگیری فاصله یا تشخیص سطح نور استفاده میشود.
6.2 ملاحظات طراحی حیاتی
- تطبیق منبع:همیشه LTR-536AD را با یک تابنده IR (LED) جفت کنید که طولموج اوج آن نزدیک به 940 نانومتر باشد و با اوج حساسیت طیفی فوتوترانزیستور (900 نانومتر) همراستا باشد تا حداکثر بازدهی حاصل شود.
- رد نور محیط:در حالی که بسته سبز تیره کمک میکند، برای عملکرد در محیطهای روشن، ممکن است فیلترگذاری نوری اضافی (یک فیلتر عبور IR اختصاصی) یا تکنیکهای مدولاسیون/دمدولاسیون (پالسدهی به منبع IR و تشخیص همزمان سیگنال) برای رد نویز نور محیط ضروری باشد.
- بایاس برای سرعت:برای دستیابی به سریعترین زمان پاسخ ممکن (معمولاً 50 نانوثانیه)، دستگاه را با یک ولتاژ معکوس (VCE) حدود 10 ولت به کار بگیرید و از یک مقاومت بار کوچک استفاده کنید (مثلاً 1 کیلواهم مانند شرایط آزمایش). این ثابت زمانی RC تشکیل شده توسط ظرفیت پیوندی (CT) و مقاومت بار (RL) را به حداقل میرساند.
- جبران دما:برای کاربردهای دقیق در محدوده دمایی وسیع، تکنیکهای مداری را برای جبران تغییرات جریان تاریک و حساسیت در نظر بگیرید. این میتواند شامل استفاده از یک فوتوترانزیستور همسان در یک کانال مرجع تاریک یا پیادهسازی تنظیم بهره وابسته به دما در مدار شرطسازی سیگنال باشد.
7. مقایسه و تمایز فنی
LTR-536AD خود را در بازار فوتوترانزیستورها از طریق بستهبندی تخصصی خود متمایز میکند. در مقایسه با فوتوترانزیستورهای اپوکسی شفاف یا آبشفاف استاندارد، مزیت کلیدی آن قطعکننده نور مرئی داخلی است. این امر نیاز به فیلتر IR خارجی را در بسیاری از کاربردها حذف میکند و تعداد قطعات، هزینه و پیچیدگی مونتاژ را کاهش میدهد. ترکیب سرعت سوئیچینگ نسبتاً سریع (50 نانوثانیه)، ظرفیت پایین (25 پیکوفاراد) و حساسیت خوب (معمولاً 2 میکروآمپر در 0.1 میلیوات بر سانتیمتر مربع) آن را به انتخابی متعادل برای هر دو حسگری آنالوگ و پیوندهای ارتباطی دیجیتال IR با سرعت متوسط تبدیل میکند.
8. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
8.1 آیا میتوانم از این قطعه با یک LED قرمز (650 نانومتر) استفاده کنم؟
پاسخ:خیر، توصیه نمیشود. منحنی حساسیت طیفی نسبی (شکل 5) پاسخدهی بسیار پایینی در 650 نانومتر (قرمز مرئی) نشان میدهد. بسته سبز تیره به طور فعال این طولموج را مسدود میکند. برای تشخیص نور قرمز، باید یک فوتوترانزیستور با بسته شفاف و حساسیت اوج در محدوده مرئی انتخاب شود.
8.2 چرا سیگنال خروجی من در محیط گرم نویزدار است؟
پاسخ:به شکل 4 (جریان تاریک در مقابل دما) مراجعه کنید. جریان تاریک به صورت نمایی با دما افزایش مییابد. اگر مدار شما برای تشخیص یک سیگنال IR ضعیف طراحی شده است، جریان تاریک تولید شده حرارتی میتواند در دماهای بالا قابل توجه شده و به صورت نویز یا یک افست DC ظاهر شود. راهحلها شامل خنککردن سنسور، استفاده از یک منبع نور مدوله شده با تشخیص همزمان، یا انتخاب یک توپولوژی مدار که جریان تاریک را کم میکند، میشود.
8.3 چگونه مقدار مقاومت بار (RL) را انتخاب کنم؟
پاسخ:این شامل یک مصالحه بین سرعت، حساسیت و توان است.
برای سرعت (سوئیچینگ دیجیتال):یک RLکوچک انتخاب کنید (مثلاً 1 کیلواهم تا 4.7 کیلواهم). این یک ثابت زمانی RC کوچک (CT* RL) برای لبههای سریع میدهد اما جریان بیشتری میکشد.
برای نوسان ولتاژ بالا (حسگری آنالوگ):یک RLبزرگتر انتخاب کنید (مثلاً 10 کیلواهم تا 100 کیلواهم). این تغییر ولتاژ خروجی بزرگتری برای یک تغییر معین در نور فراهم میکند اما زمان پاسخ را کند میکند.
همیشه اطمینان حاصل کنید که افت ولتاژ در سراسر RLزمانی که فوتوترانزیستور کاملاً روشن است، باعث نشود که ولتاژ کلکتور-امیتر به زیر سطح اشباع افت کند، و اینکه اتلاف توان در فوتوترانزیستور زیر حد کاهشیافته برای دمای عملیاتی شما باقی بماند.
9. مثال موردی عملی
کاربرد:تشخیص شیء غیرتماسی در یک شمارنده صنعتی.
پیادهسازی:یک LED مادون قرمز (940 نانومتر) و LTR-536AD در دو طرف مقابل یک نوار نقاله (پیکربندی بیم-عبوری) نصب میشوند. LED با استفاده از یک مدار درایور با فرکانس 10 کیلوهرتز پالسدهی میشود. فوتوترانزیستور در حالت سوئیچ با یک مقاومت پولآپ 4.7 کیلواهم به 5 ولت متصل میشود. خروجی آن به یک پین ورودی کپچر میکروکنترلر تغذیه میشود. در شرایط عادی (بدون شیء)، نور IR پالسی به سنسور میرسد و باعث میشود خروجی با فرکانس 10 کیلوهرتز پالس بزند. فریمور میکروکنترلر این فرکانس را تشخیص میدهد. هنگامی که یک شیء از بیم عبور میکند، نور را مسدود میکند و خروجی فوتوترانزیستور بالا (یا پایین، بسته به منطق) رفته و میماند. میکروکنترلر عدم وجود سیگنال 10 کیلوهرتزی را تشخیص داده و یک شمارنده را افزایش میدهد. بسته سبز تیره LTR-536AD از نور فلورسنت یا رشتهای محیط در کارخانه جلوگیری میکند تا به اشتباه شمارنده را فعال نکند.
10. معرفی اصل عملکرد
یک فوتوترانزیستور اساساً یک ترانزیستور پیوندی دوقطبی (BJT) است که جریان بیس آن توسط نور تولید میشود به جای اینکه به صورت الکتریکی تأمین شود. در LTR-536AD (نوع NPN)، فوتونهای فرودی با انرژی بیشتر از گاف باند سیلیکون (متناظر با طولموجهای کوتاهتر از ~1100 نانومتر) در ناحیه پیوند بیس-کلکتور جذب میشوند. این جذب جفتهای الکترون-حفره ایجاد میکند. میدان الکتریکی در پیوند کلکتور-بیس با بایاس معکوس، این حاملها را جارو کرده و یک جریان نوری تولید میکند. این جریان نوری دقیقاً مانند یک جریان بیس تزریق شده به ترانزیستور عمل میکند. به دلیل بهره جریان ترانزیستور (بتا، β)، جریان کلکتور بسیار بزرگتر از جریان نوری اولیه است (IC= β * Iphoto). این تقویت داخلی چیزی است که به فوتوترانزیستورها در مقایسه با فوتودیودها حساسیت بالایشان را میدهد. اپوکسی سبز تیره بیشتر فوتونهای نور مرئی را جذب میکند و عمدتاً به فوتونهای مادون قرمز اجازه میدهد تا به تراشه سیلیکونی برسند، بنابراین دستگاه را به طور انتخابی به IR حساس میسازد.
11. روندهای فناوری
حوزه اپتوالکترونیک همچنان در حال تکامل است. در حالی که فوتوترانزیستورهای گسسته ترو-هول مانند LTR-536AD برای بسیاری از کاربردها حیاتی باقی میمانند، روندها شامل موارد زیر است:
یکپارچهسازی:افزایش یکپارچهسازی آشکارساز نوری با مدارهای فرانتاند آنالوگ (تقویتکنندهها، فیلترها) و منطق دیجیتال (مقایسهگرها، خروجیهای منطقی) در راهحلهای تکتراشه یا ماژولها.
فناوری نصب سطحی (SMT):گرایش قوی به سمت بستههای SMT کوچکتر برای مونتاژ خودکار و کاهش فضای برد، اگرچه اغلب به قیمت مصالحه با حساسیت به دلیل نواحی فعال کوچکتر.
تخصصیسازی:توسعه دستگاههایی با پاسخهای طیفی حتی خاصتر، سرعتهای بالاتر برای ارتباطات داده نوری و مقاومت بهبودیافته در برابر محیطهای خشن (دمای بالاتر، رطوبت).
اصل اصلی فوتوترانزیستور بدون تغییر باقی میماند، اما پیادهسازیهای آن در حال تبدیل شدن به کاربرد-محورتر و یکپارچهتر هستند.
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد نوربرقی
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| بازده نوری | لومن/وات | خروجی نور در هر وات برق، بالاتر به معنای صرفهجویی بیشتر انرژی است. | مستقیماً درجه بازده انرژی و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری | لومن | کل نور ساطع شده از منبع، معمولاً "روشنی" نامیده میشود. | تعیین میکند که نور به اندازه کافی روشن است یا نه. |
| زاویه دید | درجه، مثل 120 درجه | زاویهای که شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده روشنایی و یکنواختی تأثیر میگذارد. |
| دمای رنگ | کلوین، مثل 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایین زرد/گرم، مقادیر بالا سفید/سرد. | جو روشنایی و سناریوهای مناسب را تعیین میکند. |
| شاخص نمود رنگ | بدون واحد، 100-0 | توانایی ارائه دقیق رنگهای جسم، Ra≥80 خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید، موزهها استفاده میشود. |
| تلرانس رنگ | مراحل بیضی مکآدام، مثل "5 مرحله" | متریک سازگاری رنگ، مراحل کوچکتر به معنای رنگ سازگارتر است. | رنگ یکنواخت را در سراسر همان دسته LEDها تضمین میکند. |
| طول موج غالب | نانومتر، مثل 620 نانومتر (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | فام قرمز، زرد، سبز LEDهای تکرنگ را تعیین میکند. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت در طول موجها را نشان میدهد. | بر نمود رنگ و کیفیت رنگ تأثیر میگذارد. |
پارامترهای الکتریکی
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| جریان مستقیم | If | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | معمولاً درایو جریان ثابت، جریان روشنایی و طول عمر را تعیین میکند. |
| حداکثر جریان پالس | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، برای تاریکی یا فلاش استفاده میشود. | عرض پالس و چرخه وظیفه باید به شدت کنترل شود تا از آسیب جلوگیری شود. |
| ولتاژ معکوس | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا جهش ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از تراشه به لحیم، پایینتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به اتلاف حرارت قویتر دارد. |
| مقاومت ESD | V (HBM)، مثل 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، بالاتر به معنای کمتر آسیبپذیر است. | اقدامات ضد استاتیک در تولید لازم است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
| اصطلاح | متریک کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| دمای اتصال | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی داخل تراشه LED. | هر کاهش 10°C ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ خیلی زیاد باعث افت نور، تغییر رنگ میشود. |
| افت لومن | L70 / L80 (ساعت) | زمانی که روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه کاهش یابد. | مستقیماً "عمر خدمت" LED را تعریف میکند. |
| نگهداری لومن | % (مثل 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است. |
| تغییر رنگ | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | درجه تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای روشنایی تأثیر میگذارد. |
| پیری حرارتی | تخریب ماده | تخریب ناشی از دمای بالا در بلندمدت. | ممکن است باعث افت روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
بسته بندی و مواد
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC، PPA، سرامیک | ماده محفظه محافظ تراشه، ارائه رابط نوری/حرارتی. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| ساختار تراشه | جلو، تراشه معکوس | چینش الکترود تراشه. | تراشه معکوس: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا. |
| پوشش فسفر | YAG، سیلیکات، نیترید | تراشه آبی را میپوشاند، مقداری را به زرد/قرمز تبدیل میکند، به سفید مخلوط میکند. | فسفرهای مختلف بر کارایی، CCT و CRI تأثیر میگذارند. |
| عدسی/اپتیک | مسطح، میکروعدسی، TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
کنترل کیفیت و دسته بندی
| اصطلاح | محتوای دستهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دسته لومن | کد مثل 2G، 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه مقادیر حداقل/حداکثر لومن دارد. | روشنایی یکنواخت را در همان دسته تضمین میکند. |
| دسته ولتاژ | کد مثل 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تسهیل تطبیق درایور، بهبود بازده سیستم. |
| دسته رنگ | بیضی مکآدام 5 مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از محدوده باریک. | یکنواختی رنگ را تضمین میکند، از رنگ ناهموار در داخل وسایل جلوگیری میکند. |
| دسته CCT | 2700K، 3000K و غیره | گروهبندی بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه را دارد. | الزامات CCT صحنه مختلف را برآورده میکند. |
آزمون و گواهینامه
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون نگهداری لومن | روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت افت روشنایی. | برای تخمین عمر LED استفاده میشود (با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80 تخمین میزند. | پیشبینی علمی عمر ارائه میدهد. |
| IESNA | انجمن مهندسی روشنایی | روشهای آزمون نوری، الکتریکی، حرارتی را پوشش میدهد. | پایه آزمون شناخته شده صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهی محیط زیست | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | شرط دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بازده انرژی | گواهی بازده انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | در خریدهای دولتی، برنامههای یارانه استفاده میشود، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |