مشخصات فنی لامپ LED قرمز 5 میلی‌متری T-1 با پایه‌های عبوری - 639 نانومتر - 2.4 ولت 30 میلی‌آمپر - 72 میلی‌وات

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک لامپ LED استاندارد با قطر T-1 (5 میلی‌متر) و پایه‌های عبوری را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای نشانگر وضعیت و روشنایی در طیف گسترده‌ای از کاربردهای الکترونیکی طراحی شده است. مزایای اصلی آن شامل مصرف توان پایین، بازده نوری بالا و ساختار بدون سرب و مطابق با استاندارد RoHS است. این قطعه دارای لنز پخش‌کننده نور قرمز با استفاده از فناوری AlInGaP است که یک فرم فاکتور محبوب و مناسب برای نمونه‌سازی اولیه و تولید انبوه ارائه می‌دهد.

بازارهای هدف این LED متنوع هستند و شامل تجهیزات ارتباطی، لوازم جانبی کامپیوتر، الکترونیک مصرفی، لوازم خانگی و سیستم‌های کنترل صنعتی می‌شوند. انعطاف‌پذیری طراحی آن با در دسترس بودن در دسته‌های مختلف شدت نور و زاویه دید استاندارد پشتیبانی می‌شود که به مهندسان اجازه می‌دهد سطح روشنایی مناسب را برای نیازهای خاص کاربرد خود انتخاب کنند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق مجاز

قطعه نباید فراتر از این محدودیت‌ها کار کند تا از آسیب دائمی جلوگیری شود. مقادیر کلیدی شامل حداکثر اتلاف توان 72 میلی‌وات در دمای محیط (TA) 25 درجه سانتی‌گراد است. جریان مستقیم رو به جلو به 30 میلی‌آمپر محدود می‌شود، در حالی که جریان پیک رو به جلو بالاتر 90 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است. محدوده دمای کاری از 30- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد مشخص شده است. یک پارامتر حیاتی، ضریب کاهش جریان رو به جلو است که به صورت خطی از 50 درجه سانتی‌گراد به بالا 0.57 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد است. این بدان معناست که جریان مجاز پیوسته با افزایش دمای محیط بالای 50 درجه سانتی‌گراد برای مدیریت دمای اتصال و اطمینان از قابلیت اطمینان کاهش می‌یابد.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

در دمای محیط TA=25°C و جریان آزمایش استاندارد (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده، عملکرد اصلی LED تعریف می‌شود. شدت نور (Iv) مقدار معمول 180 میلی‌کاندلا (mcd) دارد، با حداقل 110 mcd و حداکثر تا 400 mcd بسته به کد دسته‌بندی. زاویه دید (2θ1/2)، جایی که شدت نصف مقدار محوری است، 50 درجه است که یک پرتو نسبتاً گسترده ارائه می‌دهد. طول موج اوج تابش (λP) 639 نانومتر است و طول موج غالب (λd) از 621 نانومتر تا 642 نانومتر متغیر است که رنگ قرمز درک شده را تعریف می‌کند. ولتاژ رو به جلو (VF) معمولاً 2.4 ولت با حداکثر 2.4 ولت در 20 میلی‌آمپر است. جریان معکوس (IR) در ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت به 100 میکروآمپر محدود می‌شود، اگرچه قطعه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است.

3. مشخصات سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها در دسته‌های مختلف دسته‌بندی می‌شوند. دو بعد اصلی دسته‌بندی استفاده می‌شود:

3.1 دسته‌بندی شدت نور

LEDها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر طبقه‌بندی می‌شوند. کدهای دسته از F (110-140 mcd) تا K (310-400 mcd) متغیر است. یک تلرانس ±15٪ به هر حد دسته اعمال می‌شود.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

برای ثبات رنگ، LEDها بر اساس طول موج غالب دسته‌بندی می‌شوند. کدهای H29 تا H33 محدوده 621.0 نانومتر تا 642.0 نانومتر را در گام‌های تقریباً 4 نانومتری پوشش می‌دهند. تلرانس برای هر حد دسته ±1 نانومتر است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که داده‌های گرافیکی خاص در برگه اطلاعات (شکل 1-6) ارجاع داده شده‌اند، منحنی‌های معمول برای این کلاس از قطعات روابط کلیدی را نشان می‌دهند. منحنی جریان رو به جلو در مقابل ولتاژ رو به جلو (I-V) رابطه نمایی مشخصه یک دیود را نشان می‌دهد. منحنی شدت نور نسبی در مقابل جریان رو به جلو نشان می‌دهد که خروجی نور به صورت خطی با جریان در محدوده کاری افزایش می‌یابد. منحنی شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط معمولاً کاهش خروجی را با افزایش دما نشان می‌دهد که اهمیت مدیریت حرارتی را برجسته می‌کند. منحنی توزیع طیفی حول طول موج اوج 639 نانومتر با عرض نیمه طیفی تقریباً 20 نانومتر متمرکز است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد کلی

LED مطابق با بسته‌بندی استاندارد T-1 (5 میلی‌متر) با پایه‌های شعاعی است. ابعاد کلیدی شامل قطر لنز، ارتفاع کلی و فاصله پایه‌ها می‌شود. پایه‌ها از بسته با فاصله مشخصی خارج می‌شوند و یک تلرانس ±0.25 میلی‌متر برای اکثر ابعاد اعمال می‌شود. حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج 1.0 میلی‌متر تعریف شده است. پایه آند (مثبت) معمولاً به عنوان پایه بلندتر شناسایی می‌شود.

5.2 مشخصات بسته‌بندی

LEDها برای جابجایی و حمل‌ونقل فله بسته‌بندی می‌شوند. جریان بسته‌بندی استاندارد به این صورت است: 1000 قطعه در هر کیسه بسته‌بندی ضد استاتیک؛ 10 کیسه (10000 قطعه) در هر کارتن داخلی؛ 8 کارتن داخلی (80000 قطعه) در هر کارتن بیرونی اصلی. بسته‌های غیر کامل فقط برای آخرین بسته در یک محموله حمل مجاز هستند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 نگهداری و جابجایی

LEDها باید در محیطی با دمای حداکثر 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 70٪ نگهداری شوند. اگر از بسته‌بندی اصلی خارج شوند، باید ظرف سه ماه استفاده شوند. برای نگهداری طولانی‌تر، از یک ظرف درب‌دار با ماده جاذب رطوبت استفاده کنید. با احتیاط‌های ESD جابجا کنید: از بندهای مچ دست زمین‌شده، میزهای کار و یونیزه‌کننده‌ها برای خنثی کردن الکتریسیته ساکن روی لنز پلاستیکی استفاده کنید.

6.2 فرم‌دهی پایه‌ها

خم کردن پایه‌ها باید در نقطه‌ای حداقل 3 میلی‌متر از پایه لنز LED، در دمای اتاق و قبل از فرآیند لحیم‌کاری انجام شود. پایه قاب پایه نباید به عنوان تکیه‌گاه استفاده شود. در هنگام قرارگیری روی PCB، از حداقل نیروی گیره استفاده کنید.

6.3 فرآیند لحیم‌کاری

حداقل فاصله 3 میلی‌متر باید بین نقطه لحیم و پایه لنز حفظ شود. لنز نباید در لحیم غوطه‌ور شود. شرایط توصیه شده عبارتند از:
هویه لحیم‌کاری:حداکثر 350 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 3 ثانیه، با نوک هویه حداقل 2 میلی‌متر از پایه لنز فاصله داشته باشد.
لحیم‌کاری موجی:پیش‌گرم تا حداکثر 100 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 60 ثانیه، موج لحیم در حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 5 ثانیه، با سطح لحیم حداکثر 2 میلی‌متر از پایه لنز فاصله داشته باشد.
لحیم‌کاری بازجریانی مادون قرمز (IR) برای این بسته‌بندی عبوری مناسب نیست. حرارت یا زمان بیش از حد می‌تواند لنز را تغییر شکل دهد یا باعث خرابی شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی متداول

LEDها قطعات جریان‌محور هستند. برای روشنایی یکنواخت، به ویژه هنگام اتصال چندین LED به صورت موازی،توصیه اکید می‌شودکه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری برای هر LED استفاده شود (مدار A). راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی مستقیماً از یک منبع ولتاژ (مدار B) به دلیل تغییرات در ولتاژ رو به جلو (VF) هر LED به طور جداگانه، توصیه نمی‌شود، زیرا باعث توزیع نابرابر جریان و در نتیجه روشنایی ناهموار می‌شود.

7.2 ملاحظات طراحی

افت ولتاژ رو به جلو و جریان مورد نظر را برای محاسبه مقدار مقاومت سری مناسب با استفاده از قانون اهم در نظر بگیرید: R = (Vcc - VF) / IF. اگر محیط کار گرم است، کاهش جریان رو به جلو با دمای محیط را در نظر بگیرید. اطمینان حاصل کنید که چیدمان PCB فاصله حداقل توصیه شده بین اتصال لحیم و بدنه LED را فراهم می‌کند. این LED هم برای تابلوهای نشانگر داخلی و هم خارجی و همچنین تجهیزات الکترونیکی عمومی مناسب است، اما طراحی باید در صورت استفاده در فضای باز، آب‌بندی محیطی را در نظر بگیرد.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر، این LED قرمز مبتنی بر AlInGaP بازده نوری بالاتر و عملکرد بهتری در دما ارائه می‌دهد. بسته‌بندی استاندارد T-1 سازگاری گسترده با جای پای PCB و سوکت‌های موجود را تضمین می‌کند. در دسترس بودن دسته‌های شدت نور متعدد امکان بهینه‌سازی هزینه را فراهم می‌کند - انتخاب یک دسته پایین‌تر برای نشانگرهای غیرحساس و یک دسته بالاتر برای کاربردهایی که نیاز به دید بیشتر دارند. مطابقت با RoHS یک تمایز کلیدی برای محصولاتی است که بازارهای جهانی با مقررات سخت زیست‌محیطی را هدف قرار می‌دهند.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم این LED را بدون مقاومت سری راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. راه‌اندازی مستقیم یک LED از یک منبع ولتاژ به احتمال زیاد از حداکثر جریان مجاز آن فراتر می‌رود و منجر به خرابی فوری یا سریع می‌شود. یک مقاومت سری برای تنظیم جریان الزامی است.

س: تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟
ج: طول موج اوج (λP) طول موجی است که در آن توان نوری تابشی حداکثر است (639 نانومتر). طول موج غالب (λd) از مختصات رنگ مشتق می‌شود و نشان‌دهنده طول موج تک نور تک‌رنگی است که برای چشم انسان همان رنگ را دارد (642-621 نانومتر). طول موج غالب برای درک رنگ مرتبط‌تر است.

س: آیا می‌توانم از این LED برای نشان دادن ولتاژ معکوس استفاده کنم؟
ج: خیر. این قطعه دارای حداکثر ولتاژ معکوس مجاز 5 ولت فقط برای آزمایش جریان نشتی است. برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است. اعمال ولتاژ معکوس در مدار می‌تواند به آن آسیب برساند.

س: چگونه کد دسته روی کیسه را تفسیر کنم؟
ج: برچسب کیسه شامل کدهایی برای شدت نور (مثلاً G, H) و طول موج غالب (مثلاً H31) است. این کدها را با جداول دسته در بخش 3 مطابقت دهید تا مقادیر حداقل و حداکثر تضمین شده برای LEDهای آن کیسه را بدانید.

10. نمونه کاربردی عملی

سناریو:طراحی یک نشانگر برق برای آداپتور DC 12 ولت.
مراحل طراحی:
1. یک جریان رو به جلو هدف (IF) انتخاب کنید. استفاده از مقدار معمول 20 میلی‌آمپر استاندارد است.
2. از ولتاژ رو به جلو معمول (VF) 2.4 ولت برای محاسبه استفاده کنید.
3. مقاومت سری را محاسبه کنید: R = (12V - 2.4V) / 0.020A = 480 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد E24، 470 اهم است.
4. جریان واقعی را مجدداً محاسبه کنید: I = (12V - 2.4V) / 470Ω ≈ 20.4 میلی‌آمپر (ایمن).
5. توان مقاومت را محاسبه کنید: P = I² * R = (0.0204)² * 470 ≈ 0.195 وات. یک مقاومت استاندارد 1/4 وات (0.25 وات) با حاشیه کافی است.
6. یک دسته شدت نور مناسب انتخاب کنید. برای یک نشانگر برق ساده، یک دسته پایین‌تر (مثلاً F یا G) اغلب کافی و مقرون به صرفه است.
7. اطمینان حاصل کنید که فاصله سوراخ‌های PCB با فاصله پایه‌های LED مطابقت دارد و پد لحیم‌کاری فاصله لازم 3 میلی‌متر از بدنه LED را حفظ می‌کند.

11. اصل عملکرد

دیود نورافشان (LED) یک دیود پیوند نیمه‌هادی p-n است. هنگامی که یک ولتاژ رو به جلو بیشتر از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به داخل پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند، انرژی به صورت فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج خاص (رنگ) نور تابیده شده توسط انرژی شکاف باند مواد نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود - در این مورد، فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای تابش نور قرمز. لنز پخش‌کننده تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند و برای محافظت از آن، شکل‌دهی پرتو (زاویه دید) و پخش نور برای ظاهری یکنواخت‌تر عمل می‌کند.

12. روندهای فناوری

در حالی که LEDهای عبوری برای نمونه‌سازی اولیه، تعمیر و برخی کاربردهای خاص که نیاز به اتصالات مکانیکی قوی دارند حیاتی باقی مانده‌اند، روند صنعت به شدت به سمت LEDهای نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار با حجم بالا تغییر کرده است. بسته‌بندی‌های SMD جای پای کوچک‌تر، پروفایل پایین‌تر و سازگاری بهتر با لحیم‌کاری بازجریانی ارائه می‌دهند. با این حال، قطعات عبوری مانند این LED T-1 همچنان در محیط‌های آموزشی، پروژه‌های آماتوری و کاربردهایی که انتظار مونتاژ یا تعویض دستی می‌رود، مرتبط هستند. پیشرفت‌ها در موادی مانند AlInGaP به طور قابل توجهی بازده و روشنایی LEDهای قرمز را در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP بهبود بخشیده است که امکان کار با جریان پایین‌تر یا خروجی نور بالاتر را فراهم می‌کند. توسعه‌های آینده در این فرم فاکتور ممکن است بر کسب بازده بیشتر و گسترش طیف رنگ‌ها در همان بسته مکانیکی متمرکز شود.