دیتاشیت فنی LTR-S951-TB - فرستنده و گیرنده مادون قرمز با پکیج نمای جانبی - ولتاژ کلکتور-امیتر 30 ولت

1. مرور کلی محصول

LTR-S951-TB یک قطعه گسسته مادون قرمز (IR) است که یک فرستنده و یک گیرنده را در یک پکیج فشرده نمای جانبی یکپارچه کرده است. این دستگاه برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند سنجش یا تشخیص بدون تماس از طریق نور مادون قرمز هستند. عملکرد اصلی شامل تولید تابش مادون قرمز توسط فرستنده و پاسخ‌دهی گیرنده (که در اینجا یک فتوترانزیستور است) به نور IR تابیده شده با مدوله کردن جریان کلکتور آن می‌باشد. مزایای اصلی آن شامل فرم‌فاکتور نمای جانبی صرفه‌جویانه در فضا، سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار و طراحی مناسب برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز است که آن را برای تولید انبوه PCB ایده‌آل می‌کند. بازارهای هدف شامل الکترونیک مصرفی، اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های امنیتی و هر کاربرد دیگری است که از اصول کنترل از راه دور یا سنجش مجاورت استفاده می‌کند.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

حداکثر اتلاف توان مجاز برای این دستگاه در دمای محیط (TA) 25 درجه سلسیوس، 100 میلی‌وات است. ولتاژ کلکتور-امیتر (V_CE) نباید از 30 ولت تجاوز کند و ولتاژ امیتر-کلکتور (V_EC) نباید از 5 ولت بیشتر شود. این مقادیر، حدود مطلق را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. محدوده دمای کاری از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس مشخص شده است و محدوده دمای ذخیره‌سازی وسیع‌تری از 55- درجه تا 100+ درجه سلسیوس دارد که قابلیت اطمینان در شرایط محیطی مختلف را تضمین می‌کند. این قطعه همچنین برای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز با حداکثر دمای پیک 260 درجه سلسیوس به مدت حداکثر 10 ثانیه درجه‌بندی شده است.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

پارامترهای الکتریکی کلیدی در دمای TA=25°C تعریف شده‌اند. ولتاژ شکست کلکتور-امیتر (V_(BR)CEO) حداقل 30 ولت است که با جریان معکوس (I_R) 100 میکروآمپر و بدون تابش (E_e=0) اندازه‌گیری می‌شود. جریان تاریک کلکتور (I_CEO) که جریان نشتی در هنگام عدم وجود نور است، در ولتاژ V_CE=20 ولت حداکثر مقدار 100 نانوآمپر را دارد. این جریان تاریک پایین برای دستیابی به نسبت سیگنال به نویز بالا در کاربردهای سنجشی بسیار حیاتی است. جریان کلکتور در حالت روشن (I_C(ON)) که نشان‌دهنده پاسخ فتوترانزیستور به نور IR است، در شرایطی که V_CE=5 ولت و با تابش 0.5 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع از یک منبع 940 نانومتری روشن می‌شود، مقدار معمول 5.5 میلی‌آمپر دارد. سرعت سوئیچینگ با زمان‌های افزایش و کاهش (t_r, t_f) معمولاً 15 میکروثانیه، تحت شرایط تست مشخص شده V_CE=5 ولت، I_C=1 میلی‌آمپر و R_L=1 کیلواهم مشخص می‌شود. این سرعت برای بسیاری از پروتکل‌های کنترل از راه دور و انتقال داده کافی است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل منحنی‌های مشخصه معمول است که برای طراحی مدار ضروری هستند. این منحنی‌ها به صورت گرافیکی رابطه بین پارامترهای کلیدی را در شرایط مختلف نشان می‌دهند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، چنین منحنی‌هایی معمولاً شامل جریان کلکتور (I_C) در مقابل ولتاژ کلکتور-امیتر (V_CE) برای سطوح مختلف تابش هستند که مشخصه‌های خروجی فتوترانزیستور را نشان می‌دهند. یک منحنی رایج دیگر، جریان کلکتور در مقابل تابش (E_e) در یک ولتاژ V_CE ثابت است که حساسیت دستگاه را نشان می‌دهد. این نمودارها به طراحان اجازه می‌دهد تا رفتار قطعه را در کاربرد خاص خود پیش‌بینی کنند و اطمینان حاصل کنند که مدار در مناطق خطی و ایمن عملکرد فتوترانزیستور کار می‌کند.

4. اطلاعات مکانیکی و پکیج

LTR-S951-TB دارای یک پکیج نمای جانبی با لنز گنبدی مشکی است. ابعاد کلی دقیق در دیتاشیت ارائه شده است و تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر می‌باشد. تلرانس‌ها معمولاً ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. طراحی نمای جانبی اجازه می‌دهد تا پرتو IR موازی با سطح PCB باشد که برای کاربردهای سنجش لبه یا زمانی که فضای عمودی محدود است مفید می‌باشد. پکیج به گونه‌ای طراحی شده که با تجهیزات قرارگیری خودکار سازگار است و مونتاژ کارآمد را تسهیل می‌کند. بخش‌های جداگانه ابعاد پیشنهادی پد لحیم‌کاری برای طراحی PCB و ابعاد پکیج برای فرمت نوار و قرقره مورد استفاده در پردازش خودکار را ارائه می‌دهند.

5. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 شرایط نگهداری

برای بسته‌بندی رطوبت‌گیر نشده و دارای جاذب رطوبت، دستگاه باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی (RH) ≤90% نگهداری و ظرف یک سال استفاده شود. پس از باز شدن بسته‌بندی اصلی، محیط نگهداری نباید از 30°C یا 60% RH تجاوز کند. قطعاتی که از بسته‌بندی اصلی خارج شده‌اند، توصیه می‌شود ظرف یک هفته تحت عملیات لحیم‌کاری ریفلو IR قرار گیرند. برای نگهداری طولانی‌تر خارج از کیسه اصلی، باید در یک ظرف دربسته با جاذب رطوبت یا در محیط نیتروژن نگهداری شوند. اگر قطعات بیش از یک هفته بدون بسته‌بندی نگهداری شوند، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت در دمای تقریبی 60°C به مدت حداقل 20 ساعت برای حذف رطوبت جذب شده و جلوگیری از "ترکیدن" در حین ریفلو دارند.

5.2 فرآیند لحیم‌کاری

این دستگاه با فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز سازگار است. شرایط توصیه شده شامل ناحیه پیش‌گرم 150 تا 200 درجه سلسیوس، زمان پیش‌گرم حداکثر 120 ثانیه، حداکثر دمای پیک 260 درجه سلسیوس و زمان بالای 260 درجه محدود به حداکثر 10 ثانیه می‌باشد. ریفلو حداکثر باید دو بار انجام شود. برای لحیم‌کاری دستی با هویه، دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان لحیم‌کاری برای هر پایه باید به 3 ثانیه محدود شود. دیتاشیت به پروفایل‌های استاندارد JEDEC به عنوان پایه‌ای برای تنظیم فرآیند اشاره می‌کند و بر نیاز به پیروی از مشخصات سازنده خمیر لحیم و انجام مشخصه‌یابی خاص برای برد تأکید دارد.

5.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده شود. باید از تمیزکننده‌های شیمیایی خشن یا مهاجم اجتناب کرد تا از آسیب به پکیج یا مواد لنز جلوگیری شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

قطعه بر روی نوار 8 میلی‌متری و قرقره‌هایی با قطر 13 اینچ عرضه می‌شود که مطابق با استانداردهای EIA است. هر قرقره حاوی 9000 قطعه می‌باشد. مشخصات نوار و قرقره از استاندارد ANSI/EIA 481-1-A-1994 پیروی می‌کند. بسته‌بندی سازگاری با ماشین‌های پیک و پلیس خودکار پرسرعت را تضمین می‌کند. یادداشت‌ها مشخص می‌کنند که جیب‌های خالی قطعات با نوار پوششی مهر و موم شده‌اند و حداکثر دو قطعه مفقوده متوالی در یک قرقره مجاز است.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

LTR-S951-TB برای کاربردهایی مانند گیرنده‌های مادون قرمز در سیستم‌های کنترل از راه دور، سنسورهای تشخیص مجاورت یا شیء نصب شده روی PCB و پیوندهای پایه انتقال داده بی‌سیم IR مناسب است. پکیج نمای جانبی آن را به ویژه برای سنجش اشیاء در امتداد لبه یک دستگاه یا در شکاف‌ها مفید می‌سازد.

7.2 طراحی مدار درایو

گیرنده فتوترانزیستور یک دستگاه خروجی جریان است. یک مدار کاربردی معمول شامل اتصال یک مقاومت بار (R_L) بین کلکتور و ولتاژ تغذیه (V_CC) است که امیتر آن به زمین متصل می‌شود. سیگنال خروجی از نود کلکتور گرفته می‌شود. مقدار R_Lبر بهره، پهنای باند و نوسان ولتاژ خروجی تأثیر می‌گذارد. دیتاشیت شرایط تست با استفاده از R_L=1 کیلواهم را ارائه می‌دهد. برای فرستنده IR (در صورت درایو فعال)، استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان سری برای هر LED برای اطمینان از شدت یکنواخت و جلوگیری از جریان‌کشی غیریکنواخت بسیار مهم است، زیرا ولتاژ مستقیم (V_f) می‌تواند بین دستگاه‌ها متفاوت باشد. درایو کردن LEDها به صورت موازی بدون مقاومت‌های جداگانه توصیه نمی‌شود.

7.3 ملاحظات طراحی

طراحان باید زاویه دید دستگاه (که توسط لنز گنبدی القا می‌شود)، حساسیت به طول موج 940 نانومتر و سرعت سوئیچینگ نسبت به نرخ داده کاربرد خود را در نظر بگیرند. مصونیت در برابر نور محیط می‌تواند یک نگرانی باشد؛ در حالی که لنز مشکی کمک می‌کند، ممکن است در محیط‌های با نور محیطی بالا، فیلتراسیون نوری یا مدولاسیون منبع IR ضروری باشد. قرارگیری روی PCB باید با طرح کلی مکانیکی و ابعاد پد پیشنهادی هماهنگ باشد تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری و تراز مناسب برای سنجش انجام شده است.

8. احتیاط‌ها و یادداشت‌های قابلیت اطمینان

این محصول برای تجهیزات الکترونیکی استاندارد در نظر گرفته شده است. برای کاربردهایی که نیازمند قابلیت اطمینان استثنایی هستند که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند پزشکی، هوانوردی، حمل و نقل)، مشاوره و صلاحیت‌یابی خاص ضروری است. مشخصات و ظاهر محصول ممکن است بدون اطلاع قبلی برای بهبود محصول تغییر کند.

9. اصل عملکرد

این دستگاه بر اساس اصل اثر فوتوالکتریک در نیمه‌هادی‌ها عمل می‌کند. فرستنده مادون قرمز معمولاً یک دیود نورافشان (LED) از جنس گالیم آرسناید (GaAs) یا مواد مشابه است که در هنگام بایاس مستقیم، فوتون‌هایی با طول موج پیک حدود 940 نانومتر ساطع می‌کند. گیرنده یک فتوترانزیستور سیلیکونی است. هنگامی که فوتون‌های ناشی از فرستنده (یا منبع IR دیگر) به ناحیه بیس فتوترانزیستور برخورد می‌کنند، جفت‌های الکترون-حفره تولید می‌کنند. این جریان فوتوژنریک شده به عنوان جریان بیس عمل می‌کند که سپس توسط بهره جریان ترانزیستور (β) تقویت می‌شود و منجر به جریان کلکتور بسیار بزرگتری می‌گردد. این تغییر در جریان کلکتور در پاسخ به نور IR، مکانیسم سنجشی بنیادی است. پکیج یکپارچه، فرستنده و گیرنده را از نظر نوری برای حالت‌های سنجش بازتابی تراز می‌کند، جایی که یک شیء نور ساطع شده را به سمت گیرنده بازمی‌تاباند.