Dokumen Teknikal HIR7393C - LED Inframerah 5mm - Diameter 5.0mm - Voltan Hadapan 1.45V - Panjang Gelombang 850nm - Penyerakan Kuasa 150mW

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Peranti ini ialah diod pancaran inframerah (IRED) berkeamatan tinggi yang dibungkus dalam pakej standard T-1 3/4 (5.0mm) dengan kanta plastik jernih. Ia direka untuk memancarkan cahaya pada panjang gelombang puncak 850nm, menjadikannya sepadan secara spektrum dengan fototransistor silikon biasa, fotodiod, dan modul penerima inframerah untuk operasi yang boleh dipercayai dalam sistem penderiaan dan komunikasi.

1.1 Ciri Utama dan Kelebihan Teras

• Keamatan Sinaran Tinggi:Memberikan keamatan sinaran tipikal 15 mW/sr pada arus hadapan 20mA, membolehkan penghantaran isyarat yang kuat.
• Voltan Hadapan Rendah:Mempunyai voltan hadapan tipikal (V_F) 1.45V pada 20mA, menyumbang kepada penggunaan kuasa yang lebih rendah dalam litar.
• Kebolehpercayaan Tinggi:Dibina dengan bahan dan proses yang kukuh sesuai untuk aplikasi industri.
• Bebas Plumbum & Mematuhi RoHS:Dikeluarkan untuk mematuhi peraturan alam sekitar.
• Jarak Kaki Standard:Jarak pin 2.54mm (0.1 inci) untuk keserasian dengan papan roti dan PCB standard.

1.2 Pasaran Sasaran dan Aplikasi

LED inframerah ini terutama disasarkan kepada pereka dan jurutera yang bekerja pada sistem elektronik yang memerlukan sumber cahaya tidak kelihatan. Aplikasi utamanya ialah dalamsistem aplikasi inframerah, yang secara luas merangkumi:

• Pengesanan objek dan penderiaan kedekatan
• Penghantaran data inframerah (cth., alat kawalan jauh, komunikasi jarak dekat)
• Pengekod optik dan penderiaan kedudukan
• Sistem halangan dan sensor keselamatan
• Pencahayaan automasi industri dan penglihatan mesin

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah keadaan ini tidak dijamin.

• Arus Hadapan Berterusan (I_F):100 mA
• Arus Hadapan Puncak (I_FP):1.0 A (Lebar Denyut ≤100μs, Kitar Tugas ≤1%)
• Voltan Songsang (V_R):5 V
• Suhu Operasi (T_opr):-40°C hingga +85°C
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-40°C hingga +100°C
• Penyerakan Kuasa (P_d):150 mW (pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C)
• Suhu Pateri (T_sol):260°C untuk ≤5 saat

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik (Ta=25°C)

Ini ialah parameter prestasi tipikal di bawah keadaan ujian yang ditentukan.

• Keamatan Sinaran (I_e):Min. 7.8, Tip. 15 mW/sr @ I_F=20mA. Boleh mencapai ~50 mW/sr @ I_F=100mA di bawah keadaan berdenyut.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_p):850 nm (Tipikal) @ I_F=20mA. Ini adalah berhampiran kepekaan puncak pengesan silikon.
• Lebar Jalur Spektrum (Δλ):45 nm (Tipikal) @ I_F=20mA. Mentakrifkan lebar spektrum pada separuh keamatan maksimum.
• Voltan Hadapan (V_F):Tip. 1.45V, Maks. 1.65V @ I_F=20mA. Tip. 1.80V, Maks. 2.40V @ I_F=100mA (berdenyut).
• Arus Songsang (I_R):Maks. 10 μA @ V_R=5V.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2):45 darjah (Tipikal) @ I_F=20mA. Ini ialah sudut penuh pada separuh keamatan.

2.3 Ciri-Ciri Terma

Penarafan penyerakan kuasa 150mW ditentukan pada atau di bawah suhu persekitaran 25°C. Apabila suhu persekitaran meningkat, penyerakan kuasa maksimum yang dibenarkan berkurangan. Pereka mesti merujuk kepada keluk pengurangan (yang tersirat dalam datasheet) untuk memastikan suhu simpang tidak melebihi had selamat, yang penting untuk kebolehpercayaan jangka panjang. Julat suhu operasi -40°C hingga +85°C menjadikannya sesuai untuk persekitaran yang sukar.

3. Penjelasan Sistem Pengelasan (Binning)

HIR7393C boleh didapati dalam gred prestasi yang berbeza, atau "bin," berdasarkan keamatan sinaran yang diukur pada I_F= 20mA. Ini membolehkan pemilihan peranti yang memenuhi keperluan kecerahan tertentu.

Pengelasan Keamatan Sinaran (Unit: mW/sr):

• Bin M:Min 7.8, Maks 12.5
• Bin N:Min 11.0, Maks 17.6
• Bin P:Min 15.0, Maks 24.0
• Bin Q:Min 21.0, Maks 34.0

Pemilihan bin yang lebih tinggi (cth., Q) memastikan keamatan sinaran minimum yang lebih tinggi, yang boleh menjadi penting untuk memaksimumkan nisbah isyarat-ke-hingar dalam aplikasi penderiaan atau meningkatkan jarak penghantaran IR.

4. Analisis Keluk Prestasi

4.1 Arus Hadapan vs. Suhu Persekitaran

Keluk pengurangan menunjukkan hubungan antara arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan dan suhu persekitaran. Apabila suhu meningkat, arus maksimum mesti dikurangkan untuk mengelakkan kepanasan berlebihan dan memastikan suhu simpang kekal dalam had selamat. Keluk ini penting untuk mereka bentuk litar yang boleh dipercayai, terutamanya dalam persekitaran suhu tinggi.

4.2 Taburan Spektrum

Keluk taburan spektrum memplot keamatan sinaran relatif terhadap panjang gelombang. Ia mengesahkan pancaran puncak pada 850nm dan lebar jalur spektrum kira-kira 45nm. Keluk ini agak simetri dan berpusat pada 850nm, yang sesuai untuk dipadankan dengan pengesan berasaskan silikon yang mempunyai kepekaan puncak sekitar 800-900nm.

4.3 Keamatan Sinaran vs. Arus Hadapan

Keluk ini menunjukkan bahawa keamatan sinaran meningkat dengan arus hadapan, tetapi hubungannya tidak linear sempurna, terutamanya pada arus yang lebih tinggi disebabkan pemanasan dan penurunan kecekapan. Beroperasi dalam mod berdenyut (seperti yang ditentukan untuk ujian 100mA) membolehkan keamatan puncak yang lebih tinggi tanpa penumpukan haba yang dikaitkan dengan operasi berterusan.

4.4 Keamatan Sinaran Relatif vs. Sesaran Sudut

Plot kutub ini menggambarkan corak pancaran spatial LED. Sudut pandangan 45 darjah (lebar penuh pada separuh maksimum) menunjukkan pancaran yang agak luas. Keamatan adalah tertinggi pada 0 darjah (paksi) dan berkurangan dengan lancar ke arah tepi. Corak ini penting untuk mereka bentuk sistem optik untuk memastikan liputan atau fokus yang mencukupi.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Pakej

Peranti menggunakan pakej bulat standard T-1 3/4 (diameter 5.0mm). Dimensi utama termasuk:

• Diameter keseluruhan: 5.0mm.
• Jarak kaki: 2.54mm (standard).
• Diameter kaki: Biasanya 0.45mm.
• Ketinggian pakej: Kira-kira 8.6mm dari satah dudukan ke atas kubah.
• Toleransi: ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya pada lukisan dimensi terperinci.

Lukisan mekanikal yang tepat harus dirujuk untuk penempatan kritikal dan reka bentuk tapak kaki pada PCB.

5.2 Pengenalpastian Kutub

LED mempunyai titik rata atau takuk pada pinggir kanta plastik, yang biasanya menunjukkan sisi katod (negatif). Kaki katod juga biasanya lebih pendek, walaupun ini boleh dipotong semasa pemasangan. Sentiasa sahkan kekutuban sebelum memateri untuk mengelakkan kerosakan bias songsang.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

6.1 Pembentukan Kaki

• Bengkokkan kaki pada titik sekurang-kurangnya 3mm dari pangkal mentol epoksi.
• Lakukan pembentukan kakisebelum soldering.
• Elakkan menggunakan tekanan pada pakej LED semasa membengkok.
• Potong kaki pada suhu bilik.
• Pastikan lubang PCB sejajar sempurna dengan kaki LED untuk mengelakkan tekanan pemasangan.

6.2 Penyimpanan

• Penyimpanan yang disyorkan: ≤30°C dan ≤70% Kelembapan Relatif (RH).
• Jangka hayat simpanan di bawah keadaan ini: 3 bulan dari penghantaran.
• Untuk penyimpanan lebih lama (sehingga 1 tahun): Gunakan bekas tertutup dengan atmosfera nitrogen dan penyerap lembapan.
• Elakkan peralihan suhu pantas dalam persekitaran lembap untuk mengelakkan kondensasi.

6.3 Proses Pateri

Peraturan Umum:Kekalkan jarak minimum 3mm dari sambungan pateri ke mentol epoksi.

Pateri Tangan:

• Suhu hujung besi: Maks 300°C (untuk besi maks 30W).
• Masa pateri per kaki: Maks 3 saat.

Pateri Celup/Gelombang:

• Suhu pemanasan awal: Maks 100°C (untuk maks 60 saat).
• Suhu mandian pateri: Maks 260°C.
• Masa rendaman dalam pateri: Maks 5 saat.

Nota Kritikal:

• Elakkan tekanan pada kaki semasa fasa suhu tinggi.
• Jangan lakukan pateri celup/tangan lebih daripada sekali.
• Lindungi LED daripada kejutan/getaran mekanikal sehingga ia menyejuk ke suhu bilik selepas pateri.
• Elakkan proses penyejukan pantas.
• Gunakan suhu serendah mungkin yang mencapai sambungan pateri yang boleh dipercayai.

6.4 Pembersihan

• Jika perlu, bersihkan hanya dengan alkohol isopropil pada suhu bilik untuk ≤1 minit.
• Keringkan pada suhu bilik sebelum digunakan.
• Elakkan pembersihan ultrasonikmelainkan benar-benar perlu dan telah diperakui terlebih dahulu, kerana ia boleh menyebabkan kerosakan mekanikal.

6.5 Pengurusan Haba

Pengurusan haba mesti dipertimbangkan semasa fasa reka bentuk litar. Arus mesti dikurangkan dengan sewajarnya berdasarkan suhu persekitaran, seperti yang ditunjukkan dalam keluk pengurangan. Kawasan kuprum PCB yang mencukupi (pelepasan haba) di sekeliling kaki LED boleh membantu menyerakkan haba. Untuk operasi berdenyut arus tinggi atau kitar tugas tinggi, langkah penyejukan tambahan mungkin diperlukan.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

7.1 Spesifikasi Pembungkusan

• Pakej Utama:500 keping per beg anti-statik.
• Karton Dalam:5 beg (2500 keping) per karton dalam.
• Karton Induk/Luar:10 karton dalam (25,000 keping) per karton luar.

7.2 Maklumat Label

Label produk mengandungi beberapa pengenal utama:

• CPN:Nombor Produk Pelanggan.
• P/N:Nombor Produk Pengilang (cth., HIR7393C).
• QTQ:Kuantiti Pembungkusan dalam beg.
• CAT:Pangkat Keamatan Cahaya (Kod bin, cth., M, N, P, Q).
• HUE:Pangkat Panjang Gelombang Dominan.
• REF:Pangkat Voltan Hadapan.
• No LOT:Nombor Lot Pembuatan untuk kebolehjejakan.

8. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

8.1 Litar Aplikasi Biasa

Litar yang paling biasa ialah sambungan siri mudah dengan perintang had arus. Nilai perintang dikira menggunakan Hukum Ohm: R = (V_bekalan- V_F) / I_F. Contohnya, dengan bekalan 5V, V_F=1.45V, dan I_Fyang dikehendaki =20mA: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω. Perintang standard 180Ω akan sesuai. Untuk operasi berdenyut untuk keamatan yang lebih tinggi, suis transistor atau MOSFET yang dikawal oleh mikropengawal adalah tipikal.

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pemacu Arus:Sentiasa pacu LED dengan arus malar atau sumber voltan terhad arus untuk mengelakkan pelarian haba.
• Perlindungan Voltan Songsang:Voltan songsang maksimum hanya 5V. Dalam litar di mana bias songsang mungkin (cth., gandingan AC, beban induktif), sertakan diod perlindungan selari dengan LED (katod ke anod).
• Reka Bentuk Optik:Pertimbangkan sudut pandangan 45 darjah apabila mereka bentuk kanta, pemantul, atau apertur untuk sistem anda. Kanta jernih sesuai untuk digunakan dengan elemen optik luaran.
• Pemadanan Pengesan:Pastikan pengesan foto berpasangan (fototransistor, fotodiod, IC penerima) sensitif dalam kawasan 850nm untuk prestasi optimum.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan LED boleh lihat standard atau LED inframerah lain, HIR7393C menawarkan kelebihan khusus:

• vs. LED Boleh Lihat:Memancar dalam spektrum inframerah dekat, tidak kelihatan oleh mata manusia, menjadikannya sesuai untuk penderiaan dan komunikasi yang tidak ketara.
• vs. LED IR 940nm:Cahaya 850nm lebih mudah dikesan oleh pengesan silikon standard (yang lebih sensitif sekitar 800-900nm) dan selalunya kelihatan sebagai cahaya merah samar dengan beberapa kamera digital, membantu dalam penjajaran semasa prototaip.
• vs. LED IR Kuasa Rendah:Bin keamatan sinaran yang lebih tinggi (P, Q) memberikan output yang lebih kuat, membolehkan jarak lebih jauh atau integriti isyarat yang lebih baik dalam persekitaran bising.
• vs. Pakej Bukan Standard:Pakej T-1 3/4 terdapat di mana-mana, menjadikannya mudah diperoleh, dijadikan prototaip, dan diganti.

10. Soalan Lazim (FAQ)

Q1: Bolehkah saya pacu LED ini terus dari pin mikropengawal?

A: Ia bergantung pada keupayaan pin mikropengawal untuk membekalkan arus. Banyak pin MCU boleh membekalkan 20mA, tetapi ia sering berada pada had atas. Secara umumnya lebih selamat dan disyorkan untuk menggunakan transistor mudah (cth., NPN seperti 2N3904) sebagai suis untuk memacu LED, dikawal oleh pin MCU.

Q2: Mengapakah arus berdenyut maksimum (1A) jauh lebih tinggi daripada arus berterusan (100mA)?

A: Penjanaan haba adalah berkadar dengan kuasa dua arus (I²R). Denyut yang sangat pendek (≤100μs) dengan kitar tugas rendah (≤1%) tidak memberikan masa yang cukup untuk haba ketara terkumpul dalam cip LED, mengelakkan kerosakan haba. Operasi berterusan pada arus tinggi akan menyebabkan kepanasan berlebihan.

Q3: Apakah maksud "sepadan secara spektrum"?

A: Ia bermaksud panjang gelombang pancaran puncak LED ini (850nm) sejajar dengan baik dengan kepekaan spektrum puncak pengesan foto berasaskan silikon biasa. Pemadanan ini memaksimumkan isyarat elektrik yang dijana dalam pengesan untuk jumlah cahaya IR yang diberikan, meningkatkan kecekapan sistem dan nisbah isyarat-ke-hingar.

Q4: Bagaimanakah saya memilih bin yang betul (M, N, P, Q)?

A: Pilih berdasarkan keperluan kepekaan sistem anda. Jika anda memerlukan output yang konsisten dan tinggi (cth., untuk jarak lebih jauh atau melalui bahan pengecil), tentukan Bin P atau Q. Untuk aplikasi sensitif kos di mana kecerahan minimum kurang kritikal, Bin M atau N mungkin mencukupi. Rujuk jadual pengelasan untuk nilai min/maks yang tepat.

11. Contoh Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

11.1 Sensor Kedekatan Objek Mudah

Aplikasi klasik ialah sensor objek reflektif. HIR7393C diletakkan bersebelahan dengan fototransistor. LED menerangi kawasan di hadapan sensor. Apabila objek menghampiri, ia memantulkan cahaya IR kembali ke fototransistor, menyebabkan arus pengumpulnya meningkat. Perubahan ini boleh dikesan oleh pembanding atau ADC mikropengawal untuk mencetuskan tindakan. Pancaran 45 darjah LED memberikan keseimbangan yang baik antara saiz titik dan keamatan untuk penderiaan sedemikian.

11.2 Pautan Data Inframerah

Untuk penghantaran data bersiri mudah (seperti alat kawalan jauh TV), LED boleh didenyut pada arus tinggi (cth., denyut 100mA) mengikut isyarat digital termodulat (cth., pembawa 38kHz). Keamatan sinaran tinggi dalam mod berdenyut membolehkan jarak yang munasabah. Modul penerima IR yang sepadan (dengan demodulator terbina dalam) yang ditala kepada frekuensi yang sama akan digunakan di hujung penerima.

12. Prinsip Operasi

Diod Pemancar Cahaya Inframerah (IRED) ialah diod simpang p-n semikonduktor. Apabila dibias hadapan, elektron dari kawasan-n dan lubang dari kawasan-p disuntik ke kawasan aktif. Apabila pembawa cas ini bergabung semula, mereka membebaskan tenaga. Dalam IRED yang diperbuat daripada Gallium Aluminum Arsenide (GaAlAs), tenaga ini dibebaskan terutamanya sebagai foton dalam spektrum inframerah (sekitar 850nm dalam kes ini). Pakej epoksi jernih bertindak sebagai kanta, membentuk cahaya yang dipancarkan menjadi corak pancaran ciri. Kecekapan proses elektroluminesen ini menentukan keamatan sinaran untuk arus pacuan yang diberikan.

13. Trend Teknologi

Walaupun pakej T-1 3/4 asas dan teknologi 850nm telah matang, trend dalam LED IR termasuk:

• Kecekapan Lebih Tinggi:Penambahbaikan sains bahan yang berterusan bertujuan untuk menghasilkan lebih banyak kuasa optik (keamatan sinaran) per unit kuasa input elektrik, mengurangkan penjanaan haba dan penggunaan tenaga.
• Spektrum Lebih Sempit:Beberapa aplikasi, seperti penderiaan gas atau komunikasi berkelajuan tinggi, mendapat manfaat daripada LED dengan panjang gelombang pancaran yang sangat spesifik dan sempit.
• Peranti Bersepadu:Trend termasuk menggabungkan LED IR dan pengesan foto dalam satu pakej (gaya pengganding optik) atau dengan litar pemacu untuk integrasi sistem yang lebih mudah.
• Pengecilan:Walaupun 5mm kekal popular, pakej peranti permukaan-pasang (SMD) semakin biasa untuk pemasangan automatik dan reka bentuk padat.
• Keselamatan Mata:Tumpuan meningkat untuk memastikan pancaran IR, terutamanya dari peranti kuasa tinggi, mematuhi piawaian keselamatan mata antarabangsa (IEC 62471).

HIR7393C mewakili komponen yang boleh dipercayai dan difahami dengan baik yang terus berfungsi sebagai blok binaan asas dalam pelbagai sistem penderiaan dan kawalan elektronik.