Spesifikasi Teknikal LED Inframerah 5mm HIR333/H0 - Diameter 5mm - Voltan Hadapan 1.45V - Panjang Gelombang 850nm - Penyerakan Kuasa 150mW - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

HIR333/H0 ialah diod pancaran inframerah berkeamatan tinggi yang dibungkus dalam pakej T-1 3/4 (5mm) standard dengan kanta plastik kuning. Peranti ini direka untuk memberikan prestasi yang boleh dipercayai dalam sistem penderiaan dan komunikasi inframerah. Fungsi utamanya ialah memancarkan cahaya inframerah pada panjang gelombang puncak 850nm, yang dioptimumkan secara spektrum untuk keserasian dengan pengesan foto berasaskan silikon biasa seperti fototransistor, fotodiod dan modul penerima inframerah bersepadu. Produk ini direka dengan fokus kepada kebolehpercayaan tinggi dan output yang konsisten.

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Kelebihan utama komponen ini termasuk keamatan sinaran tingginya, yang membolehkan penghantaran isyarat yang kuat, dan voltan hadapannya yang rendah, menyumbang kepada operasi cekap tenaga. Ia dibina menggunakan bahan bebas plumbum dan mematuhi arahan alam sekitar dan keselamatan utama termasuk RoHS, EU REACH dan piawaian bebas halogen (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Ciri-ciri ini menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi inframerah komersial dan perindustrian di mana pematuhan peraturan dan kebolehpercayaan jangka panjang adalah kritikal. Sasaran pasaran termasuk pengeluar sistem keselamatan, alat kawalan jauh, suis optik, sensor pengesanan objek dan pelbagai elektronik pengguna yang memerlukan sumber cahaya tidak kelihatan.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Bahagian ini memberikan pecahan terperinci bagi spesifikasi elektrik, optik dan terma yang menentukan batas operasi dan prestasi LED.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan Maksimum Mutlak menentukan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Penarafan ini tidak boleh dilampaui, walaupun seketika. Operasi harus dikekalkan dalam keadaan operasi yang disyorkan untuk prestasi yang boleh dipercayai.

• Arus Hadapan Berterusan (I_F): 100 mA. Ini ialah arus DC maksimum yang boleh dikenakan secara berterusan pada LED.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP): 1.0 A. Arus tinggi ini hanya dibenarkan di bawah keadaan denyut dengan lebar denyut ≤ 100μs dan kitar tugas ≤ 1% untuk mengelakkan pemanasan berlebihan.
• Voltan Songsang (V_R): 5 V. Melebihi voltan pincang songsang ini boleh menyebabkan kerosakan simpang.
• Penyerakan Kuasa (P_d): 150 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C. Penarafan ini berkurangan dengan peningkatan suhu ambien.
• Julat Suhu: Operasi: -40°C hingga +85°C; Penyimpanan: -40°C hingga +100°C.
• Suhu Paterian (T_sol): 260°C untuk maksimum 5 saat, menentukan had untuk proses paterian gelombang atau reflow.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Ciri-ciri Elektro-Optik ditentukan pada keadaan ujian piawai suhu ambien (T_a) 25°C. Parameter ini menentukan prestasi tipikal peranti.

• Keamatan Sinaran (I_e): Ini ialah kuasa optik yang dipancarkan per unit sudut pepejal, diukur dalam miliwatt per steradian (mW/sr). Nilai tipikal ialah 15 mW/sr pada arus hadapan (I_F) 20mA. Di bawah arus denyut 100mA, keamatan sinaran boleh mencapai 80 mW/sr.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_p): 850 nm (tipikal). Ini ialah panjang gelombang di mana kuasa output optik berada pada tahap maksimum. Panjang gelombang ini tidak kelihatan oleh mata manusia tetapi dikesan dengan cekap oleh sensor silikon.
• Lebar Jalur Spektrum (Δλ): 45 nm (tipikal). Ini menunjukkan julat panjang gelombang yang dipancarkan oleh LED, diukur pada separuh keamatan maksimum (Lebar Penuh pada Separuh Maksimum - FWHM).
• Voltan Hadapan (V_F): 1.45V (tipikal) pada I_F=20mA, dengan maksimum 1.65V. Pada I_F=100mA (denyut), V tipikal_Fnaik kepada 1.80V dengan maksimum 2.40V.
• Arus Songsang (I_R): Maksimum 10 μA pada V_R=5V, menunjukkan kebocoran yang sangat rendah dalam keadaan mati.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2): 30 darjah (tipikal). Ini ialah sudut penuh di mana keamatan sinaran turun kepada separuh nilainya di tengah (0°). Sudut 30° memberikan pancaran yang agak fokus.

3. Penjelasan Sistem Binning

Keamatan sinaran LED disusun ke dalam bin atau pangkat yang berbeza untuk memastikan konsistensi untuk pengguna akhir. Binning dilakukan di bawah keadaan ujian piawai I_F= 20mA. Bin yang tersedia ditakrifkan oleh kod huruf (M, N, P, Q, R) dengan nilai keamatan sinaran minimum dan maksimum yang sepadan. Ini membolehkan pereka memilih komponen yang memenuhi keperluan kepekaan atau julat khusus mereka. Sebagai contoh, memilih bin 'P' menjamin keamatan sinaran minimum 15.0 mW/sr dan maksimum 24.0 mW/sr. Spesifikasi teknikal tidak menunjukkan binning berasingan untuk panjang gelombang (Hue) atau voltan hadapan (REF) untuk nombor bahagian khusus ini, tetapi spesifikasi label mencadangkan parameter ini dijejaki semasa pembuatan.

4. Analisis Keluk Prestasi

Keluk prestasi tipikal memberikan pandangan visual tentang tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan, yang penting untuk reka bentuk litar dan pengurusan haba.

4.1 Arus Hadapan vs. Suhu Ambien

Keluk penyahkadaratan ini menunjukkan bagaimana arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu ambien meningkat melebihi 25°C. Untuk memastikan suhu simpang kekal dalam had selamat dan mengekalkan kebolehpercayaan jangka panjang, arus operasi mesti dikurangkan dalam persekitaran suhu tinggi. Pereka mesti merujuk keluk ini apabila mengendalikan LED dalam selungkup atau pada suhu ambien yang tinggi.

4.2 Taburan Spektrum

Graf taburan spektrum memplotkan keamatan sinaran relatif terhadap panjang gelombang. Ia mengesahkan secara visual panjang gelombang puncak pada 850nm dan lebar jalur spektrum kira-kira 45nm. Keluk ini adalah ciri bahan semikonduktor GaAlAs (Gallium Aluminum Arsenide). Puncak yang sempit dan jelas memastikan pertindihan minimum dengan cahaya tampak dan gandingan optimum dengan pengesan silikon, yang mempunyai kepekaan puncak sekitar 800-900nm.

4.3 Keamatan Sinaran vs. Arus Hadapan

Keluk ini menggambarkan hubungan antara arus pacuan dan output optik. Keamatan sinaran meningkat secara super-linear dengan arus pada tahap yang lebih rendah dan cenderung menjadi lebih linear pada arus yang lebih tinggi, akhirnya mencapai tepu kerana kecekapan dalaman menurun akibat kesan pemanasan. Keluk untuk keadaan denyut (100mA) menunjukkan output yang jauh lebih tinggi daripada keadaan DC, menonjolkan manfaat operasi denyut untuk mencapai keamatan puncak tinggi tanpa kerosakan haba.

4.4 Keamatan Sinaran Relatif vs. Anjakan Sudut

Plot kutub ini menggambarkan corak pancaran spatial LED. Ia menunjukkan bagaimana keamatan cahaya berkurangan apabila sudut pandangan bergerak menjauhi paksi tengah (0°). Corak ini adalah kira-kira Lambertian untuk jenis pakej ini, dengan keamatan pada titik separuh sudut (kira-kira ±15°) adalah 50% daripada keamatan pada paksi, mentakrifkan sudut pandangan 30°.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

Peranti menggunakan pakej berwayar radial 5mm (T-1 3/4) standard. Wayar mempunyai jarak standard 2.54mm (0.1 inci), serasi dengan papan prototaip berlubang biasa dan susun atur PCB. Lukisan dimensi pakej memberikan ukuran kritikal termasuk diameter keseluruhan, ketinggian kanta, panjang wayar dan diameter wayar. Badan dibentuk daripada plastik kuning, yang telus kepada cahaya inframerah 850nm tetapi kelihatan berwarna untuk membantu pengenalpastian visual dan pembezaan daripada LED cahaya tampak. Katod biasanya dikenal pasti oleh titik rata pada pinggir kanta dan/atau wayar yang lebih pendek. Semua dimensi mempunyai toleransi standard ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya.

6. Garis Panduan Paterian dan Pemasangan

Pengendalian yang betul semasa pemasangan adalah penting untuk mengelakkan kerosakan mekanikal atau haba pada LED.

6.1 Pembentukan Wayar

Jika wayar perlu dibengkokkan, ia mesti dilakukan pada titik sekurang-kurangnya 3mm dari pangkal mentol epoksi. Pembentukan harus sentiasa dilakukan sebelum paterian, pada suhu bilik, dan dengan berhati-hati untuk mengelakkan tekanan terus pada badan epoksi, yang boleh meretakkan pakej atau merosakkan ikatan wayar dalaman. Lubang PCB mesti sejajar dengan tepat dengan wayar LED untuk mengelakkan tekanan pemasangan.

6.2 Penyimpanan

LED harus disimpan dalam persekitaran yang sejuk dan kering (≤30°C, ≤70% Kelembapan Relatif). Jangka hayat penyimpanan yang disyorkan selepas penghantaran ialah 3 bulan. Untuk penyimpanan yang lebih lama (sehingga satu tahun), komponen harus disimpan dalam beg penghalang lembapan yang tertutup dengan bahan pengering, sebaik-baiknya dalam atmosfera nitrogen, untuk mengelakkan penyerapan lembapan dan potensi "popcorning" semasa paterian.

6.3 Proses Paterian

Jarak minimum 3mm mesti dikekalkan antara sambungan pateri dan mentol epoksi. Parameter paterian yang disyorkan ialah:
Paterian Tangan: Suhu hujung besi ≤300°C (untuk besi maks 30W), masa paterian ≤3 saat per wayar.
Paterian Gelombang/Celup: Suhu pemanasan awal ≤100°C untuk ≤60 saat; suhu mandian pateri ≤260°C untuk ≤5 saat.
Graf profil paterian yang disediakan mengesyorkan peningkatan suhu yang cepat, zon dataran tinggi (rendam), puncak singkat pada 260°C, dan penyejukan terkawal. Penyejukan cepat atau kejutan haba harus dielakkan. Paterian semula (lebih daripada satu kitaran celup atau paterian tangan) tidak disyorkan.

6.4 Pembersihan

Jika pembersihan diperlukan selepas paterian, gunakan alkohol isopropil pada suhu bilik tidak lebih daripada satu minit. Jangan gunakan pembersihan ultrasonik melainkan kesannya (kuasa, kekerapan, tempoh) telah diperakui sepenuhnya pada pemasangan sampel, kerana tenaga ultrasonik boleh memecahkan struktur semikonduktor dalaman yang halus.

5.5 Pengurusan Haba

Pengurusan haba yang berkesan adalah pertimbangan reka bentuk kritikal. Penarafan penyerakan kuasa 150mW ditentukan pada 25°C. Dalam aplikasi sebenar, kuasa sebenar yang diserakkan (V_F* I_F) mesti dikurangkan apabila suhu ambien meningkat, seperti yang ditunjukkan dalam keluk penyahkadaratan. Untuk operasi berterusan pada arus tinggi atau dalam suhu ambien yang tinggi, pertimbangkan untuk menggunakan penyerap haba, meningkatkan aliran udara, atau melaksanakan pacuan denyut untuk mengurangkan suhu simpang purata dan memastikan kebolehpercayaan jangka panjang.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

LED dibungkus dalam beg anti-statik untuk melindunginya daripada nyahcas elektrostatik (ESD). Beg ini diletakkan di dalam kotak dalaman, yang kemudiannya dibungkus ke dalam kotak luar yang lebih besar untuk penghantaran. Kuantiti pembungkusan tipikal ialah 200-500 keping per beg, dengan 5 beg per kotak dalaman, dan 10 kotak dalaman per kotak luar utama. Label pada beg mengandungi maklumat utama untuk kebolehjejakan dan pengenalpastian, termasuk Nombor Produk Pelanggan (CPN), Nombor Produk pengeluar (P/N), Kuantiti Pembungkusan (QTY) dan Pangkat Keamatan Cahaya (CAT). Kod lain mungkin menunjukkan Pangkat Panjang Gelombang Dominan (HUE), Pangkat Voltan Hadapan (REF), Nombor Lot dan Kod Tarikh.

8. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

8.1 Senario Aplikasi Tipikal

• Alat Kawalan Jauh Inframerah: Digunakan sebagai pemancar dalam alat kawalan jauh TV, audio dan set-top box.
• Pengesanan Kedekatan dan Objek: Dipasangkan dengan fototransistor untuk mengesan kehadiran, ketiadaan atau kedudukan objek.
• Suis Optik: Digunakan dalam sensor slot (cth. pengesanan kertas dalam pencetak) atau sensor pantulan.
• Sistem Keselamatan: Untuk pencahayaan penglihatan malam dalam kamera CCTV atau sebagai sebahagian daripada pancaran pengesanan pencerobohan inframerah.
• Automasi Perindustrian: Untuk penderiaan tanpa sentuh dalam aplikasi pengiraan, penjajaran dan pengesanan aras.

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Had Arus: Sentiasa gunakan perintang siri atau pemacu arus malar untuk menghadkan arus hadapan kepada nilai yang dikehendaki, dikira berdasarkan voltan bekalan dan voltan hadapan LED.
• Operasi Denyut: Untuk aplikasi yang memerlukan keamatan puncak tinggi (seperti penderiaan jarak jauh), gunakan pacuan denyut dengan kitar tugas yang sesuai untuk kekal dalam penarafan arus puncak dan kuasa purata.
• Reka Bentuk Optik: Pertimbangkan sudut pandangan 30° apabila mereka bentuk kanta, apertur atau laluan optik. Untuk julat yang lebih panjang, kanta luaran boleh digunakan untuk meluruskan pancaran.
• Pemadanan Pengesan: Pastikan pengesan foto yang dipilih (fototransistor, fotodiod atau IC penerima) mempunyai kepekaan tinggi dalam kawasan 850nm.
• Kekebalan Cahaya Ambien: Dalam persekitaran dengan cahaya ambien yang kuat (terutamanya cahaya matahari yang mengandungi IR), gunakan isyarat IR termodulat (denyut) dan pengesanan segerak dalam penerima untuk membezakan isyarat daripada bunyi latar belakang.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan LED cahaya tampak standard, LED IR ini dioptimumkan untuk output dalam spektrum inframerah dengan bahan (GaAlAs) yang memberikan kecekapan tinggi pada 850nm. Pembeza utama dalam kategori LED IR ialah gabungan keamatan sinaran yang agak tinggi (15 mW/sr tipikal) dan voltan hadapan rendah (1.45V tipikal), yang boleh membawa kepada penggunaan kuasa yang lebih rendah dalam peranti beroperasi bateri. Sudut pandangan 30° menawarkan keseimbangan yang baik antara kepekatan pancaran dan kawasan liputan. Pematuhan dengan piawaian alam sekitar moden (RoHS, REACH, Bebas Halogen) adalah kelebihan penting untuk produk yang ditujukan untuk pasaran global, menghapuskan kebimbangan pematuhan bahan.

10. Soalan Lazim Berdasarkan Parameter Teknikal

Q: Bolehkah saya memacu LED ini terus dari bekalan 5V?
A: Tidak. Anda mesti menggunakan perintang penghad arus. Sebagai contoh, dengan bekalan 5V dan arus sasaran 20mA, dan mengandaikan V tipikal_F1.45V, nilai perintang akan menjadi R = (5V - 1.45V) / 0.02A = 177.5Ω. Perintang standard 180Ω akan sesuai.

Q: Apakah perbezaan antara penarafan keamatan sinaran DC dan denyut?
A: Penarafan DC (15 mW/sr pada 20mA) adalah untuk operasi berterusan di mana kesan haba menghadkan output. Penarafan denyut (80 mW/sr pada 100mA) boleh dicapai kerana denyutan singkat tidak membenarkan simpang memanas dengan ketara, membenarkan arus serta-merta yang lebih tinggi dan seterusnya output cahaya yang lebih tinggi.

Q: Bagaimanakah saya mengenal pasti katod?
A: Dalam pakej 5mm standard, katod biasanya ditunjukkan oleh dua ciri: 1) Tepi rata pada pinggir kanta plastik bulat. 2) Wayar katod biasanya lebih pendek daripada wayar anod. Sentiasa sahkan kekutuban sebelum paterian.

Q: Adakah LED ini sensitif kepada ESD?
A: Seperti semua peranti semikonduktor, ia boleh rosak oleh nyahcas elektrostatik. Ia dibekalkan dalam pembungkusan anti-statik dan harus dikendalikan dengan langkah berjaga-jaga ESD yang sesuai semasa pemasangan.

11. Kes Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

Kes: Mereka Bentuk Sensor Pengesanan Objek Mudah
Aplikasi biasa ialah sensor pancaran putus. LED IR HIR333/H0 diletakkan di satu sisi laluan, dan fototransistor diletakkan bertentangan secara langsung. Apabila objek melintasi antara mereka, ia mengganggu pancaran inframerah, menyebabkan output fototransistor berubah. Untuk reka bentuk ini:
1. Pacu LED dengan arus malar 20mA menggunakan suis transistor mudah atau pin GPIO mikropengawal (dengan perintang siri).
2. Untuk peningkatan kekebalan bunyi dan julat, denyutkan LED pada frekuensi (cth. 38kHz) dan gunakan modul fototransistor dengan penapis 38kHz terbina dalam.
3. Sejajarkan LED dan pengesan dengan teliti, dengan mempertimbangkan kon pancaran 30°. Untuk jurang yang lebih panjang, pertimbangkan untuk menambah tiub atau kanta pelurus di hadapan LED untuk mengecilkan pancaran.
4. Letakkan sensor jauh dari cahaya matahari langsung atau sumber cahaya inframerah kuat lain untuk mengelakkan pencetus palsu.

12. Pengenalan Prinsip Operasi

Diod Pemancar Cahaya Inframerah (IR LED) ialah diod simpang p-n semikonduktor. Apabila voltan hadapan dikenakan, elektron dari kawasan-n dan lubang dari kawasan-p disuntik merentasi simpang. Apabila pembawa cas ini bergabung semula dalam kawasan aktif, tenaga dibebaskan dalam bentuk foton (cahaya). Panjang gelombang (warna) cahaya yang dipancarkan ditentukan oleh tenaga jurang jalur bahan semikonduktor. HIR333/H0 menggunakan Gallium Aluminum Arsenide (GaAlAs), yang mempunyai jurang jalur sepadan dengan foton dalam spektrum inframerah dekat, khususnya sekitar 850 nanometer. Pakej plastik kuning didop untuk telus kepada panjang gelombang ini sambil menyekat cahaya tampak, dan ia juga bertindak sebagai kanta utama untuk membentuk pancaran output.

13. Trend dan Perkembangan Teknologi

Trend dalam teknologi LED inframerah terus ke arah kecekapan yang lebih tinggi (lebih banyak output cahaya per watt elektrik input) dan ketumpatan kuasa yang lebih tinggi. Ini membolehkan sama ada sumber yang lebih terang atau reka bentuk yang lebih cekap tenaga. Terdapat juga perkembangan dalam pelbagai panjang gelombang puncak; manakala 850nm dan 940nm adalah biasa, panjang gelombang lain sedang dioptimumkan untuk aplikasi khusus seperti penderiaan gas atau diagnostik perubatan. Pembungkusan berkembang untuk menyokong teknologi permukaan-pasang (SMD) untuk pemasangan automatik, walaupun pakej melalui-lubang seperti 5mm kekal popular untuk prototaip, pembaikan dan aplikasi kebolehpercayaan tinggi tertentu. Integrasi adalah trend lain, dengan LED IR digabungkan dengan pemacu, modulator dan juga pengesan ke dalam modul tunggal untuk memudahkan reka bentuk sistem untuk pengguna akhir.