ال ای دی قرمز 3.1 میلی‌متری با شدت نور 180-400 میلی‌کاندلا - ولتاژ 2.4 ولت - توان 75 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک ال ای دی قرمز با بازدهی بالا و مصرف توان پایین را که در یک پکیج ترو-هول با قطر 3.1 میلی‌متر قرار گرفته است، به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه از یک چیپ آلین‌گپ (فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم) به عنوان منبع نور استفاده می‌کند که درون یک لنز شفاف محصور شده است. این قطعه برای نصب همه‌کاره روی بردهای مدار چاپی (PCB) یا پنل‌ها طراحی شده و به دلیل نیاز به جریان پایین، با مدارهای مجتمع سازگاری دارد. کاربردهای اصلی آن شامل چراغ‌های نشانگر عمومی در تجهیزات الکترونیکی مختلف است که در آن‌ها سیگنال‌دهی قابل‌اعتماد و قابل مشاهده مورد نیاز است.

1.1 مزایای اصلی

• شدت نور بالا:خروجی معمول 400 میلی‌کاندلا (mcd) در جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر را ارائه می‌دهد که دید بالا را تضمین می‌کند.
• بازده انرژی:دارای اتلاف توان پایین بوده و در جریان‌های راه‌اندازی استاندارد به طور کارآمد عمل می‌کند.
• فشرده و همه‌کاره:پکیج 3.1 میلی‌متری امکان ادغام انعطاف‌پذیر در طراحی‌های با محدودیت فضا را فراهم می‌کند.
• سازگاری با درایور:برای راه‌اندازی مستقیم از مدارهای منطقی با جریان پایین مناسب است و طراحی سیستم را ساده می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات حداکثر مطلق

این مشخصات محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان (P_D):حداکثر 75 میلی‌وات. این کل توانی است که پکیج ال ای دی می‌تواند تحمل کند و به صورت ولتاژ مستقیم (V_F) × جریان مستقیم (I_F) محاسبه می‌شود.
• جریان مستقیم:یک جریان مستقیم DC (I_F) معادل 30 میلی‌آمپر نباید تجاوز کند. یک جریان مستقیم پیک بالاتر معادل 90 میلی‌آمپر تنها تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است.
• کاهش توان حرارتی:حداکثر جریان مستقیم DC مجاز باید به ازای هر درجه سانتی‌گراد افزایش دمای محیط (T_A) بالاتر از 50 درجه سانتی‌گراد، به صورت خطی 0.4 میلی‌آمپر کاهش یابد.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• محدوده‌های دمایی:قطعه می‌تواند از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد کار کند و از 55- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد نگهداری شود.
• دمای لحیم‌کاری:پایه‌ها می‌توانند 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 5 ثانیه، هنگامی که در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه ال ای دی اندازه‌گیری می‌شوند، تحمل کنند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها در دمای محیط (T_A) معادل 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول قطعه را تعریف می‌کنند.

• شدت نور (I_V):از حداقل 180 میلی‌کاندلا تا معمولاً 400 میلی‌کاندلا در I_F= 20 میلی‌آمپر متغیر است. اندازه‌گیری از منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE پیروی می‌کند.
• زاویه دید (2θ_1/2):45 درجه. این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری پیک خود کاهش می‌یابد.
• طول موج:طول موج تابش پیک (λ_P) معمولاً 632 نانومتر است. طول موج غالب (λ_d) که رنگ درک شده را تعریف می‌کند، معمولاً 624 نانومتر است. پهنای باند طیفی (Δλ) 20 نانومتر است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 2.4 ولت، با حداکثر 2.4 ولت در I_F= 20 میلی‌آمپر.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که یک ولتاژ معکوس (V_R) معادل 5 ولت اعمال شود.
• ظرفیت خازنی (C):معمولاً 40 پیکوفاراد که در بایاس صفر و فرکانس 1 مگاهرتز اندازه‌گیری شده است.

3. توضیح سیستم باینینگ

ال ای دی‌ها بر اساس پارامترهای نوری کلیدی به سطل‌هایی (بین) دسته‌بندی می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود. شماره قطعه LTL1CHJETNN حاوی کدهای بین است.

3.1 باینینگ شدت نور

واحدها بر حسب میلی‌کاندلا اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر است. تلرانس برای هر حد بین ±15% است.

• بین HJ:180 میلی‌کاندلا (حداقل) تا 310 میلی‌کاندلا (حداکثر). شماره قطعه نشان می‌دهد این ال ای دی از بین HJ است.
• بین KL: 310 میلی‌کاندلا تا 520 میلی‌کاندلا.
• بین MN: 520 میلی‌کاندلا تا 880 میلی‌کاندلا.

3.2 باینینگ طول موج غالب

واحدها بر حسب نانومتر اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر است. تلرانس برای هر حد بین ±1 نانومتر است. شماره قطعه یک بین طول موج را مشخص نمی‌کند، بنابراین قطعه از مقدار معمول 624 نانومتر استفاده می‌کند.

• بین H27: 613.5 نانومتر تا 617.0 نانومتر
• بین H28: 617.0 نانومتر تا 621.0 نانومتر
• بین H29: 621.0 نانومتر تا 625.0 نانومتر
• بین H30: 625.0 نانومتر تا 629.0 نانومتر
• بین H31: 629.0 نانومتر تا 633.0 نانومتر

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمولی اشاره می‌کند که رابطه بین پارامترهای کلیدی را به صورت گرافیکی نشان می‌دهند. این منحنی‌ها برای طراحی ضروری هستند.

• منحنی I-V (جریان در مقابل ولتاژ):رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم و جریان را نشان می‌دهد. V_Fمعمول 2.4 ولت در 20 میلی‌آمپر یک نقطه روی این منحنی است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده کاری یک رابطه تقریباً خطی است.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای پیوندگاه را نشان می‌دهد و اهمیت مدیریت حرارتی را برجسته می‌کند.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک در حدود 632 نانومتر و پهنای نیم‌حداکثر 20 نانومتر را نشان می‌دهد و رنگ قرمز خالص را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج

ال ای دی در یک پکیج استوانه‌ای با قطر 3.1 میلی‌متر قرار گرفته است. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است:

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

5.2 شناسایی قطبیت

برای ال ای دی‌های ترو-هول، پایه بلندتر معمولاً نشان‌دهنده آند (مثبت) است. کاتد (منفی) اغلب توسط یک لبه صاف روی لنز ال ای دی یا یک پایه کوتاه‌تر نشان داده می‌شود. برای علامت‌گذاری قطبیت خاص این قطعه باید به نمودار دیتاشیت مراجعه کرد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 شکل‌دهی پایه‌ها

• خم‌کردن باید حداقل در فاصله 3 میلی‌متری از پایه لنز ال ای دی انجام شود.
• پایه فریم سیم نباید به عنوان تکیه‌گاه استفاده شود.
• شکل‌دهی باید در دمای اتاق وقبل ازفرآیند لحیم‌کاری انجام شود.
• در حین مونتاژ PCB باید از حداقل نیروی گیره استفاده شود تا از تنش مکانیکی جلوگیری شود.

6.2 فرآیند لحیم‌کاری

• حداقل فاصله 2 میلی‌متر از پایه لنز تا نقطه لحیم را حفظ کنید.
• از غوطه‌ور کردن لنز در قلع لحیم خودداری کنید.
• در حالی که ال ای دی به دلیل لحیم‌کاری داغ است، به پایه‌ها فشار وارد نکنید.
• شرایط توصیه شده لحیم‌کاری:
  • هویه لحیم:حداکثر دما 300 درجه سانتی‌گراد، حداکثر زمان 3 ثانیه (فقط یک بار).
  • لحیم‌کاری موجی:پیش‌گرم تا حداکثر 100 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 60 ثانیه؛ موج لحیم در حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 10 ثانیه.
• هشدار:دمای بیش از حد یا زمان طولانی می‌تواند لنز را تغییر شکل دهد یا باعث خرابی فاجعه‌بار شود.

6.3 نگهداری و جابجایی

• نگهداری:محیط توصیه شده نباید از 30 درجه سانتی‌گراد و 70% رطوبت نسبی تجاوز کند.
• عمر قفسه:ال ای دی‌هایی که از بسته‌بندی اصلی خارج شده‌اند باید ظرف سه ماه استفاده شوند. برای نگهداری طولانی‌تر، از یک ظرف درب‌دار با ماده رطوبت‌گیر یا محیط نیتروژن استفاده کنید.
• تمیز کردن:در صورت لزوم از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

ال ای دی‌ها در کیسه‌های ضد استاتیک بسته‌بندی شده‌اند تا از آسیب ESD جلوگیری شود.

• کیسه بسته‌بندی: 1000، 500 یا 250 قطعه در هر کیسه.
• کارتن داخلی: 10 کیسه بسته‌بندی، در مجموع 10,000 قطعه.
• کارتن خارجی: 8 کارتن داخلی، در مجموع 80,000 قطعه در هر محموله ارسالی. آخرین بسته در یک محموله ممکن است کامل نباشد.

8. توصیه‌های طراحی کاربردی

8.1 طراحی مدار راه‌انداز

ال ای دی‌ها قطعاتی با عملکرد جریانی هستند. برای اطمینان از یکنواختی روشنایی، به ویژه هنگام اتصال چندین ال ای دی به صورت موازی، باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر ال ای دی استفاده کرد.

• مدار توصیه شده (مدل A):هر ال ای دی مقاومت سری مخصوص به خود را دارد. این امر تغییرات در ولتاژ مستقیم (V_F) بین ال ای دی‌های منفرد را جبران می‌کند و اطمینان می‌دهد که هر کدام جریان یکسانی دریافت کرده و در نتیجه روشنایی یکسانی ساطع می‌کنند.
• مدار غیر توصیه شده (مدل B):اتصال چندین ال ای دی به صورت موازی با یک مقاومت مشترک واحد توصیه نمی‌شود. تفاوت‌های کوچک در V_Fمی‌تواند باعث عدم تعادل قابل توجه جریان شود که منجر به روشنایی ناهموار می‌گردد.

مقدار مقاومت سری (R_S) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R_S= (V_منبع- V_F) / I_F. با استفاده از V_Fمعمول 2.4 ولت و I_Fمورد نظر 20 میلی‌آمپر با منبع تغذیه 5 ولت: R_S= (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 Ω. یک مقاومت استاندارد 130Ω یا 150Ω مناسب خواهد بود.

8.2 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

ال ای دی به تخلیه الکترواستاتیک حساس است. اقدامات پیشگیرانه اجباری هستند:

• پرسنل باید از مچ‌بندهای زمین‌شده یا دستکش‌های ضد استاتیک استفاده کنند.
• تمامی تجهیزات، میزهای کار و قفسه‌های نگهداری باید به درستی زمین شده باشند.
• از یونایزر برای خنثی کردن بار استاتیکی که ممکن است روی لنز پلاستیکی جمع شود، استفاده کنید.
• یک چک‌لیست برای گواهی ESD پرسنل و علائم مناسب در مناطق کاری پیاده‌سازی کنید.

8.3 محدوده کاربرد و احتیاط‌ها

این ال ای دی برای تجهیزات الکترونیکی معمولی (اداری، ارتباطی، خانگی) در نظر گرفته شده است. برای کاربردهایی که خرابی می‌تواند زندگی یا سلامتی را به خطر بیندازد (هوانوردی، پزشکی، سیستم‌های ایمنی)، مشاوره و تأیید خاصی قبل از استفاده مورد نیاز است. این موضوع نشان‌دهنده مناسب بودن قطعه برای نشانگرهای عمومی است، اما نه برای نقش‌های بحرانی ایمنی بدون صلاحیت‌دهی بیشتر.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند ال ای دی‌های قرمز گالیوم آرسنید فسفید (GaAsP)، این قطعه آلین‌گپ بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر در جریان یکسان می‌شود. پکیج 3.1 میلی‌متری یک استاندارد رایج صنعتی است که سازگاری گسترده با طرح‌های PCB موجود و برش‌های پنل را تضمین می‌کند. سیستم باینینگ دقیق، پارامترهای عملکرد قابل پیش‌بینی را در اختیار طراحان قرار می‌دهد که نسبت به قطعات بدون باینینگ یا با مشخصات سست، یک مزیت محسوب می‌شود. مجموعه جامع احتیاط‌های کاربردی (ESD، لحیم‌کاری، روش راه‌اندازی) موجود در این دیتاشیت، نشانه یک قطعه مستندسازی شده خوب است که هدف آن تضمین قابلیت اطمینان در میدان است.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

10.1 با منبع تغذیه 5 ولت از چه مقاومتی باید استفاده کنم؟

برای جریان مستقیم معمول 20 میلی‌آمپر و ولتاژ مستقیم 2.4 ولت، از یک مقاومت 130Ω استفاده کنید. همیشه بر اساس ولتاژ منبع خاص و جریان مورد نظر خود محاسبه کنید.

10.2 آیا می‌توانم چندین ال ای دی را با یک مقاومت راه‌اندازی کنم؟

توصیه نمی‌شود. هنگام اتصال موازی، همیشه برای هر ال ای دی یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه استفاده کنید تا یکنواختی روشنایی تضمین شود.

10.3 چرا زاویه دید مهم است؟

زاویه دید 45 درجه نشان‌دهنده یک پرتو نسبتاً متمرکز است. برای روشنایی زاویه باز، یک لنز پخش‌کننده یا یک ال ای دی با زاویه دید بازتر (مثلاً 120 درجه) مناسب‌تر خواهد بود. این ال ای دی برای نشانگر جهت‌دار ایده‌آل است.

10.4 دما چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

شدت نور با افزایش دما کاهش می‌یابد. برای روشنایی ثابت، در صورتی که ال ای دی در دمای محیط بالا یا در جریان‌های بالا کار می‌کند، مدیریت حرارتی را در نظر بگیرید. ضریب کاهش توان 0.4 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد بالاتر از 50 درجه سانتی‌گراد باید اعمال شود.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک پنل نشانگر وضعیت با ده ال ای دی قرمز یکسان که نشان می‌دهد "سیستم فعال است."

مراحل طراحی:

1. منبع تغذیه:یک ریل DC تنظیم‌شده 5 ولت در دسترس است.
2. انتخاب جریان:I_F= 20 میلی‌آمپر را برای روشنایی خوب در محدوده حداکثر 30 میلی‌آمپر انتخاب کنید.
3. توپولوژی مدار:هر ده ال ای دی را به صورت موازی به ریل 5 ولت وصل کنید.
4. محدودیت جریان:یک مقاومت 130Ω را به صورت سری با آند هر ال ای دی منفرد قرار دهید.
5. محاسبه توان:توان هر ال ای دی: P = V_F× I_F≈ 2.4V × 0.02A = 48mW، که به طور قابل توجهی کمتر از حداکثر 75mW است. جریان کل از منبع: 10 × 20mA = 200mA.
6. چیدمان:در طراحی PCB، شعاع خم پایه 3 میلی‌متر و فاصله لحیم 2 میلی‌متر را تضمین کنید. یک صفحه زمین مشترک و قوی فراهم کنید.
7. مونتاژ:پروفایل لحیم‌کاری موجی مشخص شده را دنبال کنید تا از آسیب حرارتی جلوگیری شود.

این رویکرد، روشنایی یکنواخت در تمام نشانگرها و عملکرد قابل اطمینان بلندمدت را تضمین می‌کند.

12. اصل عملکرد

یک ال ای دی یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل پیوندگاه آن (تقریباً 2.4 ولت برای این قطعه آلین‌گپ) اعمال شود، الکترون‌ها و حفره‌ها درون ناحیه فعال چیپ نیمه‌هادی بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب ماده خاص نیمه‌هادی (آلین‌گپ) طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد در طیف قرمز (~624 نانومتر طول موج غالب) است. لنز اپوکسی شفاف برای محافظت از دی نیمه‌هادی، شکل‌دهی به پرتو خروجی نور (زاویه دید 45 درجه) و افزایش استخراج نور از چیپ عمل می‌کند.

13. روندهای فناوری

استفاده از ماده آلین‌گپ نشان‌دهنده پیشرفتی نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر ال ای دی است که بازدهی بالاتر و پایداری دمایی بهتری ارائه می‌دهد. روند صنعت همچنان به سمت مواد و پکیج‌های با بازدهی حتی بالاتر ادامه دارد. در حالی که قطعات ترو-هول مانند این ال ای دی 3.1 میلی‌متری برای نمونه‌سازی اولیه، تعمیر و برخی کاربردهای خاص که نیاز به نصب مکانیکی قوی دارند، حیاتی باقی می‌مانند، بازار گسترده‌تر به طور قابل توجهی به سمت پکیج‌های قطعات نصب سطحی (SMD) (مانند 0603، 0805، 3528) تغییر جهت داده است. ال ای دی‌های SMD مزایایی در مونتاژ خودکار، صرفه‌جویی در فضای برد و مدیریت حرارتی ارائه می‌دهند. با این حال، ال ای دی‌های ترو-هول در محیط‌های آموزشی، پروژه‌های آماتوری و کاربردهایی که لحیم‌کاری دستی یا استحکام پیوند مکانیکی بالا ترجیح داده می‌شود، همچنان مرتبط هستند.