HSDL-4261 इन्फ्रारेड एमिटर स्पेसिफिकेशन शीट - 870nm वेवलेंथ - 1.4V फॉरवर्ड वोल्टेज - 190mW पावर कंजम्पशन - हिंदी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

HSDL-4261 एक डिस्क्रीट इन्फ्रारेड एमिटर असेंबली है, जिसे उच्च गति वाले ऑप्टिकल डेटा ट्रांसमिशन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह AlGaAs (एल्यूमीनियम गैलियम आर्सेनाइड) LED तकनीक का उपयोग करता है, जो 870 नैनोमीटर की चरम तरंग दैर्ध्य वाला इन्फ्रारेड प्रकाश उत्पन्न करता है। यह उपकरण अपनी तीव्र स्विचिंग क्षमता की विशेषता के लिए जाना जाता है और डिजिटल संचार इंटरफेस के लिए उपयुक्त है।

1.1 मुख्य लाभ

• उच्च-गति संचालन:विशिष्ट ऑप्टिकल राइज़ और फॉल टाइम 15 नैनोसेकंड है, जो उच्च बैंडविड्थ अनुप्रयोगों में डेटा की उच्च गति ट्रांसमिशन का समर्थन करता है।
• उच्च प्रकाश शक्ति:उच्च विकिरण तीव्रता प्रदान करता है, जो विश्वसनीय अवरक्त संचार के लिए मजबूत सिग्नल सुनिश्चित करता है।
• RoHS अनुपालन:सीसा-मुक्त उत्पाद के रूप में निर्मित, पर्यावरणीय नियमों का अनुपालन करता है।
• पारदर्शी पैकेजिंग:पारदर्शी रंग की पैकेजिंग का उपयोग किया गया है, जो उत्सर्जित अवरक्त प्रकाश को फ़िल्टर नहीं करेगी।

1.2 लक्षित अनुप्रयोग

• औद्योगिक इन्फ्रारेड उपकरण
• इन्फ्रारेड पोर्टेबल उपकरण
• उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स (उदाहरण के लिए, ऑप्टिकल माउस)
• हाई-स्पीड इन्फ्रारेड संचार (उदाहरण के लिए, इन्फ्रारेड LAN, मॉडेम, डोंगल)

2. गहन तकनीकी मापदंड विश्लेषण

जब तक अन्यथा निर्दिष्ट न हो, सभी विशिष्टताएँ परिवेश तापमान (TA) 25°C पर परिभाषित हैं।

2.1 Absolute Maximum Ratings

ये रेटिंग्स उन सीमाओं को परिभाषित करती हैं जो डिवाइस को स्थायी क्षति पहुँचा सकती हैं। इन स्थितियों में संचालन की गारंटी नहीं दी जा सकती।

• निरंतर अग्र धारा (IFDC):अधिकतम 100 mA.
• पीक फॉरवर्ड करंट (IFPK):अधिकतम 500 mA, पल्स स्थितियों में (ड्यूटी साइकल = 20%, पल्स चौड़ाई = 100µs).
• पावर डिसिपेशन (PDISS):अधिकतम 190 mW। पर्यावरणीय तापमान बढ़ने के साथ, विशेषता वक्र के अनुसार डीरेटेड उपयोग करना आवश्यक है।
• रिवर्स वोल्टेज (VR):अधिकतम 5 V।
• भंडारण तापमान सीमा (TS):-40°C से +100°C।
• कार्य तापमान सीमा (TO):-40°C से +85°C।
• जंक्शन तापमान (TJ):अधिकतम 110°C।
• पिन सोल्डरिंग तापमान:अधिकतम 260°C, अधिकतम 5 सेकंड, सोल्डरिंग आयरन टिप पैकेज बॉडी से कम से कम 1.6mm दूर रखें।

2.2 विद्युत एवं प्रकाशिकी विशेषताएँ

ये निर्दिष्ट परीक्षण स्थितियों के तहत विशिष्ट प्रदर्शन पैरामीटर हैं।

• विकिरण प्रकाश शक्ति (Po):IF=20mA पर विशिष्ट मान 9 mW और IF=100mA पर विशिष्ट मान 45 mW है।
• अक्षीय विकिरण तीव्रता (IE):IF=20mA पर विशिष्ट मान 36 mW/sr और IF=100mA पर विशिष्ट मान 180 mW/sr है।
• शिखर उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य (λPeak):IF=20mA पर, विशिष्ट मान 870 nm (सीमा: 850 nm से 890 nm) है।
• स्पेक्ट्रल लाइन हाफ-विड्थ (Δλ):IF=20mA पर, लगभग 47 nm.
• फॉरवर्ड वोल्टेज (Vf):IF=20mA पर विशिष्ट मान 1.4 V और IF=100mA पर विशिष्ट मान 1.7 V है।
• फॉरवर्ड वोल्टेज तापमान गुणांक (△V/△T):IF=20mA पर, यह लगभग -1.5 mV/°C है।
• व्यूइंग एंगल (2θ1/2):विशिष्ट मान 26 डिग्री है, जो उत्सर्जित विकिरण के कोणीय परिसर को परिभाषित करता है।
• तीव्रता तापमान गुणांक (△IE/△T):IF=100mA पर, यह लगभग -0.22 %/°C है, जो दर्शाता है कि तापमान बढ़ने पर आउटपुट कम हो जाता है।
• तरंगदैर्ध्य तापमान गुणांक (△λ/△T):IF=20mA पर, लगभग +0.18 nm/°C।
• प्रकाशीय उदय/पतन समय (Tr/Tf):विशिष्ट मान 15 ns है, जो ऑप्टिकल आउटपुट के 10% से 90% तक मापा गया है।
• श्रृंखला प्रतिरोध (RS):IF=100mA पर, विशिष्ट मान 4.1 ओम है।
• डायोड धारिता (CO):0V बायस और 1 MHz पर, टाइपिकल वैल्यू 80 pF है।
• थर्मल रेजिस्टेंस (RθJA):जंक्शन से एनवायरनमेंट (पिन के माध्यम से) के लिए टाइपिकल वैल्यू 280 °C/W है।

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट प्रमुख संबंधों को स्पष्ट करने के लिए कई आरेख प्रदान करती है।

3.1 Relationship Between Forward Current and Relative Radiant Intensity

यह वक्र दर्शाता है कि ऑप्टिकल आउटपुट तीव्रता फॉरवर्ड करंट के साथ अतिरेखीय रूप से बढ़ती है, विशेष रूप से उच्च करंट पर। यह वांछित चमक प्राप्त करने के लिए करंट ड्राइव के महत्व को उजागर करता है।

3.2 Relationship Between Forward Voltage and Forward Current

यह IV विशेषता वक्र डायोड के विशिष्ट घातांकीय संबंध को प्रदर्शित करता है। फॉरवर्ड वोल्टेज करंट में वृद्धि के साथ बढ़ता है, और यह तापमान पर भी निर्भर करता है।

3.3 Forward Voltage and Ambient Temperature Relationship

यह ग्राफ फॉरवर्ड वोल्टेज के नकारात्मक तापमान गुणांक को दर्शाता है। एक स्थिर करंट पर, Vf तापमान बढ़ने के साथ घटता है, जो कि कॉन्स्टेंट वोल्टेज ड्राइव सर्किट के लिए एक महत्वपूर्ण विचार है।

3.4 DC Forward Current Derating vs. Ambient Temperature

यह विश्वसनीयता से संबंधित एक महत्वपूर्ण चार्ट है। यह पर्यावरणीय तापमान के फ़ंक्शन के रूप में अधिकतम अनुमेय निरंतर फॉरवर्ड करंट को परिभाषित करता है। तापमान बढ़ने के साथ, जंक्शन तापमान को उसकी 110°C सीमा से अधिक होने से रोकने के लिए अधिकतम अनुमेय धारा को कम करना होगा। उदाहरण के लिए, 85°C पर, अधिकतम DC करंट 25°C पर मान से काफी कम है।

3.5 Radiation Pattern Diagram

यह ध्रुवीय आरेख उत्सर्जित अवरक्त प्रकाश के स्थानिक वितरण को दर्शाता है। HSDL-4261 का विशिष्ट देखने का कोण 26 डिग्री (FWHM) है, जो एक मध्यम रूप से केंद्रित प्रकाश पुंज बनाता है, जो दिशात्मक संचार लिंक के लिए उपयुक्त है।

4. यांत्रिक और पैकेजिंग जानकारी

4.1 आयाम

यह डिवाइस एक मानक थ्रू-होल LED पैकेज में निर्मित है। मुख्य आयामों में पिन पिच, बॉडी व्यास और कुल ऊंचाई शामिल हैं। पिनों को लेंस बेस से कम से कम 3mm की दूरी पर मोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। फ्लैंज के नीचे रेजिन के न्यूनतम प्रोट्रूज़न को निर्दिष्ट किया गया है। जब तक अन्यथा न कहा गया हो, सभी आयामी सहनशीलताएं आम तौर पर ±0.25mm होती हैं।

4.2 ध्रुवीयता पहचान

यह घटक मानक LED ध्रुवीयता चिह्नों का उपयोग करता है। आमतौर पर, लंबा पिन एनोड (सकारात्मक कनेक्शन) को दर्शाता है, जबकि छोटा पिन कैथोड (नकारात्मक कनेक्शन) को दर्शाता है। सही संचालन सुनिश्चित करने के लिए असेंबली प्रक्रिया के दौरान सत्यापन आवश्यक है।

5. वेल्डिंग और असेंबली गाइड

5.1 भंडारण की शर्तें

दीर्घकालिक भंडारण के लिए, परिवेश का तापमान 30°C या 70% सापेक्ष आर्द्रता से अधिक नहीं होना चाहिए। यदि मूल नमी-रोधी बैग से निकाला जाता है, तो घटकों को तीन महीने के भीतर उपयोग किया जाना चाहिए। मूल पैकेजिंग के बाहर लंबे समय तक भंडारण के लिए, डिसिकेंट के साथ सीलबंद कंटेनर या नाइट्रोजन-भरे ड्रायर का उपयोग किया जाना चाहिए।

5.2 सफाई

यदि सफाई की आवश्यकता हो, तो केवल अल्कोहल-आधारित विलायकों का उपयोग करें, जैसे कि आइसोप्रोपिल अल्कोहल। संक्षारक रसायनों के उपयोग से बचना चाहिए।

5.3 पिन बनाना

झुकाव कमरे के तापमान पर और सोल्डरिंग से पहले किया जाना चाहिए। झुकाव बिंदु LED लेंस बेस से कम से कम 3mm दूर होना चाहिए। झुकाते समय पैकेज बॉडी को फुलक्रम के रूप में उपयोग नहीं करना चाहिए, ताकि आंतरिक चिप अटैचमेंट या वायर बॉन्डिंग को नुकसान न पहुंचे।

5.4 सोल्डरिंग पैरामीटर्स

हैंड सोल्डरिंग (सोल्डरिंग आयरन):अधिकतम तापमान 260°C, प्रत्येक पिन के लिए अधिकतम 5 सेकंड। सोल्डरिंग आयरन टिप एपॉक्सी लेंस बेस से कम से कम 1.6mm की दूरी पर होनी चाहिए।
वेव सोल्डरिंग:पूर्व-तापन अधिकतम 100°C तक, अधिकतम 60 सेकंड। सोल्डर वेव तापमान अधिकतम 260°C होना चाहिए, संपर्क समय 5 सेकंड। डिवाइस को एपॉक्सी बल्ब बेस से 2mm से कम गहराई में डुबोया नहीं जाना चाहिए।
महत्वपूर्ण सूचना:लेंस को सोल्डर में डुबोने से बचना चाहिए। इन्फ्रारेड रीफ्लो सोल्डरिंग इस थ्रू-होल पैकेज प्रकार के लिए उपयुक्त नहीं है। अत्यधिक तापमान या समय लेंस विरूपण या विनाशकारी विफलता का कारण बन सकता है।

6. एप्लिकेशन डिज़ाइन विचार

6.1 ड्राइवर सर्किट डिज़ाइन

LED एक करंट-संचालित डिवाइस है। एकाधिक LED को समानांतर में चलाते समय समान चमक सुनिश्चित करने के लिए, प्रत्येक LED के साथ श्रृंखला में एक अलग करंट-सीमित रोकनेवाला जोड़ने की दृढ़ता से सिफारिश की जाती है। अलग-अलग रोकनेवालों के बिना LED को सीधे समानांतर में जोड़ने की सलाह नहीं दी जाती है, क्योंकि उनके फॉरवर्ड वोल्टेज (Vf) गुणों में भिन्नता के कारण महत्वपूर्ण करंट असंतुलन और असमान चमक हो सकती है।

6.2 थर्मल मैनेजमेंट

280°C/W के थर्मल प्रतिरोध (RθJA) को ध्यान में रखते हुए, बिजली की खपत का सावधानीपूर्वक प्रबंधन करना आवश्यक है। अधिकतम निरंतर धारा (100mA) और 1.7V के विशिष्ट Vf पर संचालन से 170mW की बिजली की खपत होती है। इससे परिवेश के तापमान की तुलना में जंक्शन तापमान में लगभग 47.6°C (170mW * 280°C/W) की वृद्धि होगी। 85°C के परिवेश तापमान पर, जंक्शन तापमान 132.6°C तक पहुंच जाएगा, जो 110°C के अधिकतम रेटेड मूल्य से अधिक है। इसलिए, चित्र 6 में दिए गए डीरेटिंग कर्व का कड़ाई से पालन करना आवश्यक है।

6.3 इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ESD) सुरक्षा

यह घटक इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज क्षति के प्रति संवेदनशील है। अनुशंसित हैंडलिंग सावधानियों में शामिल हैं:
- ग्राउंडेड रिस्ट स्ट्रैप या एंटीस्टैटिक दस्ताने का उपयोग करें।
- सुनिश्चित करें कि सभी उपकरण, कार्य स्टेशन और भंडारण रैक उचित रूप से ग्राउंडेड हैं।
- प्रसंस्करण के दौरान प्लास्टिक लेंस पर जमा हो सकने वाले स्थिर विद्युत आवेश को बेअसर करने के लिए आयन जनरेटर का उपयोग करें।

6.4 ऑप्टिकल डिज़ाइन

26 डिग्री के व्यूइंग एंगल और 870nm की वेवलेंथ को उपयुक्त फोटोडिटेक्टर (जैसे, मिलान करने वाली स्पेक्ट्रल रिस्पॉन्स वाला PIN फोटोडायोड) के साथ मिलाना चाहिए। इष्टतम रेंज और सिग्नल इंटीग्रिटी के लिए, विशेष रूप से डायरेक्शनल कम्युनिकेशन लिंक में, बीम को कोलिमेट या फोकस करने के लिए लेंस या एपर्चर के उपयोग पर विचार किया जाना चाहिए। पारदर्शी एनकैप्सुलेशन आंतरिक फिल्टरिंग प्रभाव पैदा किए बिना बाहरी ऑप्टिकल घटकों के उपयोग की अनुमति देता है।

7. तकनीकी तुलना एवं विभेदीकरण

HSDL-4261 विशिष्ट पैरामीटर संयोजनों के माध्यम से इन्फ्रारेड एमिटर बाजार में अपनी स्थिति निर्धारित करता है:
गति और शक्ति:यह उच्च-गति स्विचिंग (15ns) और अपेक्षाकृत उच्च ऑप्टिकल पावर आउटपुट (100mA पर 45mW विशिष्ट) के बीच संतुलन प्रदान करता है। कुछ एमिटर अधिक तेज़ लेकिन कम शक्तिशाली, या अधिक शक्तिशाली लेकिन धीमी प्रतिक्रिया वाले हो सकते हैं।
तरंगदैर्ध्य:870nm की चरम तरंगदैर्ध्य कई अवरक्त डेटा लिंक और रिमोट कंट्रोल सिस्टम के लिए एक सामान्य मानक है, जो दृश्य या निकट-दृश्य तरंगदैर्ध्य की तुलना में सिलिकॉन फोटोडिटेक्टर संवेदनशीलता और कम परिवेश प्रकाश शोर के बीच एक अच्छा संतुलन प्रदान करती है।
पैकेजिंग:मानक थ्रू-होल पैकेजिंग इसे प्रोटोटाइपिंग और वेव सोल्डरिंग वाले अनुप्रयोगों दोनों के लिए उपयुक्त बनाती है, जो सरफेस माउंट विकल्पों से अलग है जिन्हें रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया की आवश्यकता होती है।

8. सामान्य प्रश्न (FAQ)

8.1 क्या मैं इस LED को कॉन्स्टेंट वोल्टेज स्रोत से चला सकता हूँ?

ऐसा करने की सिफारिश नहीं है। LED की घातीय I-V विशेषता का अर्थ है कि वोल्टेज में मामूली बदलाव से करंट में भारी बदलाव आता है। यदि सीधे वोल्टेज स्रोत द्वारा संचालित किया जाता है, तो अधिकतम रेटेड मूल्य को आसानी से पार किया जा सकता है। कार्य बिंदु निर्धारित करने के लिए हमेशा श्रृंखला प्रतिरोध या स्थिर धारा ड्राइवर का उपयोग करना चाहिए।

8.2 तापमान कम होने पर आउटपुट तीव्रता क्यों कम हो जाती है?

विकिरण तीव्रता का नकारात्मक तापमान गुणांक (-0.22%/°C) अर्धचालक सामग्री की एक मौलिक विशेषता है। तापमान बढ़ने के साथ, अर्धचालक के भीतर गैर-विकिरण पुनर्संयोजन प्रक्रियाएं अधिक प्रभावी हो जाती हैं, जिससे प्रकाश उत्सर्जन दक्षता कम हो जाती है।

8.3 डेरेटिंग कर्व का उद्देश्य क्या है?

दीर्घकालिक विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए डेरेटिंग वक्र (चित्र 6) महत्वपूर्ण है। यह शक्ति अपव्यय (और इस प्रकार अग्र धारा) को सीमित करके, परिवेश के तापमान में वृद्धि होने पर LED जंक्शन तापमान को उसके अधिकतम रेटेड मान (110°C) से अधिक होने से रोकता है। इस वक्र की उपेक्षा तेजी से अवक्रमण और विफलता का कारण बन सकती है।

8.4 क्या यह LED निरंतर संचालन के लिए उपयुक्त है?

हाँ, लेकिन यह पूर्ण अधिकतम रेटिंग और डीरेटिंग वक्र द्वारा परिभाषित सीमाओं के भीतर होना चाहिए। निरंतर DC संचालन के लिए, 25°C परिवेश तापमान पर अग्र धारा 100mA से अधिक नहीं होनी चाहिए, और उच्च परिवेश तापमान पर चित्र 6 के अनुसार धारा को कम किया जाना चाहिए। उच्च शिखर धारा वाले स्पंद संचालन के लिए, ड्यूटी साइकिल और स्पंद चौड़ाई विनिर्देशों का पालन करना होगा।

9. व्यावहारिक अनुप्रयोग उदाहरण

परिदृश्य: कम दूरी के सीरियल संचार के लिए एक सरल इन्फ्रारेड डेटा ट्रांसमीटर डिजाइन करना।
1. सर्किट डिजाइन:एलईडी को ड्राइव करने के लिए माइक्रोकंट्रोलर के जीपीआईओ पिन का उपयोग करें। एलईडी के एनोड के साथ श्रृंखला में एक करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर लगाएं। प्रतिरोध मान की गणना सूत्र R = (Vcc - Vf_LED) / I_desired का उपयोग करके करें। 3.3V पावर सप्लाई, 50mA की वांछित धारा और 1.5V के विशिष्ट Vf के लिए: R = (3.3V - 1.5V) / 0.05A = 36 ओम। अगले मानक मान (उदाहरण के लिए, 39 ओम) का उपयोग करें।
2. थर्मल चेक:LED में बिजली की खपत: P = Vf * I = 1.5V * 0.05A = 75mW। जंक्शन तापमान वृद्धि: ΔTj = P * RθJA = 0.075W * 280°C/W = 21°C। 85°C के अधिकतम परिवेश तापमान पर, Tj = 106°C, जो 110°C की सीमा से कम है।
3. सॉफ्टवेयर:आवश्यक डिजिटल मॉड्यूलेशन (उदाहरण के लिए, ऑन-ऑफ कीइंग) उत्पन्न करने के लिए माइक्रोकंट्रोलर को GPIO पिन पर कॉन्फ़िगर करें। LED का 15ns राइज/फॉल टाइम उच्च डेटा दर की अनुमति देता है।
4. लेआउट:LED और उसके श्रृंखला प्रतिरोध को ड्राइव पिन के निकट रखें, ताकि परजीवी प्रेरकत्व न्यूनतम हो। सुनिश्चित करें कि रिसीवर (फोटोडायोड) ट्रांसमीटर के 26-डिग्री दृश्य कोण के भीतर संरेखित है।

10. कार्य सिद्धांत

HSDL-4261 एक AlGaAs सामग्री पर आधारित अर्धचालक p-n जंक्शन डायोड है। जब फॉरवर्ड बायस वोल्टेज लगाया जाता है, तो n-क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन और p-क्षेत्र से होल जंक्शन के विपरीत क्षेत्र में इंजेक्ट किए जाते हैं। ये इंजेक्ट किए गए अल्पसंख्यक वाहक बहुसंख्यक वाहकों के साथ पुनर्संयोजन करते हैं। AlGaAs जैसे प्रत्यक्ष बैंडगैप अर्धचालकों में, इन पुनर्संयोजनों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा विकिरणात्मक होता है, जिसका अर्थ है कि वे फोटॉन के रूप में ऊर्जा मुक्त करते हैं। उपयोग किए गए AlGaAs मिश्र धातु की विशिष्ट बैंडगैप उत्सर्जित फोटॉन की तरंगदैर्ध्य निर्धारित करती है, इस मामले में, यह तरंगदैर्ध्य अवरक्त स्पेक्ट्रम में लगभग 870nm पर केंद्रित होती है। पारदर्शी एपॉक्सी एनकैप्सुलेशन अर्धचालक चिप की रक्षा करता है, यांत्रिक सुरक्षा प्रदान करता है, और आउटपुट बीम को आकार देने के लिए लेंस के रूप में कार्य करता है।

11. उद्योग रुझान

इन्फ्रारेड एमिटर HSDL-4261 जैसे घटकों से संबंधित कई महत्वपूर्ण क्षेत्रों में निरंतर विकास कर रहे हैं:
गति वृद्धि:ऑप्टिकल वायरलेस संचार (Li-Fi, हाई-स्पीड IRDA) में उच्च डेटा दरों की मांग, तेज राइज/फॉल टाइम वाले एमिटर के विकास को प्रेरित कर रही है।
दक्षता वृद्धि:एपिटैक्सियल विकास और चिप डिज़ाइन में सुधार का उद्देश्य प्रति इकाई विद्युत इनपुट शक्ति (वाट) अधिक प्रकाश शक्ति (लुमेन या विकिरण फ्लक्स) उत्पन्न करना है, जिससे ताप उत्पादन कम हो और प्रणाली दक्षता बढ़े।
एकीकरण:एकल पैकेज में एमिटर को ड्राइवर सर्किट और यहाँ तक कि फोटोडिटेक्टर के साथ एकीकृत करने की प्रवृत्ति है, ताकि संपूर्ण ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल बनाया जा सके और अंतिम उपयोगकर्ता के लिए डिज़ाइन सरल हो।
नई तरंगदैर्ध्य:हालांकि 870-940nm सिलिकॉन-आधारित रिसीवरों के लिए मानक बनी हुई है, विशिष्ट अनुप्रयोगों (जैसे गैस सेंसिंग या आंख-सुरक्षित लिडार) के लिए अन्य तरंगदैर्ध्यों पर भी शोध जारी है।