Spesifikasi Teknikal LED Inframerah 5mm IR323 - Pakej 5.0mm - Panjang Gelombang 940nm - Voltan Hadapan 1.5V - Penyerakan Kuasa 150mW - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini menyediakan spesifikasi teknikal lengkap untuk diod pemancar cahaya (LED) inframerah berkeamatan tinggi 5mm. Peranti ini dibungkus dalam pakej plastik lutsinar biru dan direka untuk memancarkan cahaya pada panjang gelombang puncak 940 nanometer (nm), meletakkannya dengan kukuh dalam spektrum inframerah-dekat. Panjang gelombang ini dipilih secara strategik untuk prestasi optimum dalam aplikasi penderiaan dan kawalan jauh, kerana ia sepadan dengan kepekaan spektrum fototransistor silikon biasa, fotodiod, dan modul penerima inframerah. Matlamat reka bentuk utama untuk komponen ini adalah kebolehpercayaan tinggi, output sinaran tinggi, dan operasi voltan hadapan rendah, menjadikannya sesuai untuk pelbagai sistem elektronik berasaskan inframerah.

1.1 Ciri dan Kelebihan Teras

LED ini menawarkan beberapa kelebihan utama yang menyumbang kepada prestasi dan kemudahan penyepaduan:

• Keamatan Sinaran Tinggi:Memberikan keamatan sinaran tipikal 6.4 mW/sr pada arus pacuan piawai 20mA, memastikan penghantaran isyarat yang kuat.
• Voltan Hadapan Rendah:Mempunyai voltan hadapan (Vf) tipikal 1.2V pada 20mA, menyumbang kepada penggunaan kuasa yang lebih rendah dalam sistem keseluruhan.
• Pakej Piawai:Menggunakan pakej berunjur radial 5mm biasa dengan jarak kaki 2.54mm (0.1 inci), serasi dengan susun atur PCB piawai dan papan roti.
• Pematuhan Alam Sekitar:Produk ini dikilangkan tanpa Plumbum, mematuhi peraturan EU RoHS dan REACH, dan memenuhi piawaian bebas halogen (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm).
• Sudut Pandangan Ditakrif:Menawarkan sudut pandangan separuh keamatan tipikal (2θ1/2) 30 darjah, memberikan pancaran fokus yang sesuai untuk aplikasi terarah.

2. Analisis Parameter Teknikal

Bahagian ini memberikan tafsiran objektif terperinci tentang had dan ciri elektrik, optik, dan terma peranti.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

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

• Arus Hadapan Berterusan (I_F):100 mA. Arus DC maksimum yang boleh dilalui melalui LED secara berterusan pada suhu ambien 25°C.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP):1.0 A. Arus denyut tinggi ini hanya dibenarkan di bawah keadaan ketat: lebar denyut ≤ 100μs dan kitar tugas ≤ 1%. Ini berguna untuk isyarat intensiti tinggi yang singkat.
• Voltan Songsang (V_R):5 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan dalam arah pincang songsang. Melebihi ini boleh menyebabkan kerosakan simpang.
• Penyerakan Kuasa (P_d):150 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C. Ini adalah kuasa maksimum yang boleh diserakkan oleh pakej sebagai haba. Penarafan ini berkurangan dengan peningkatan suhu ambien.
• Julat Suhu:Operasi (T_opr): -40°C hingga +85°C; Penyimpanan (T_stg): -40°C hingga +100°C.
• Suhu Pematerian (T_sol):260°C maksimum untuk tempoh tidak melebihi 5 saat, mentakrifkan tetingkap proses untuk pematerian gelombang atau tangan.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter ini, diukur pada Ta=25°C, mentakrifkan prestasi tipikal peranti di bawah keadaan operasi biasa.

• Keamatan Sinaran (I_e):Ukuran utama output optik. Minimum 4.0 mW/sr, Tipikal 6.4 mW/sr pada I_F=20mA. Pada arus berterusan maksimum 100mA, keamatan tipikal meningkat kepada 30 mW/sr.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_p):940 nm (tipikal). Ini adalah panjang gelombang di mana kuasa optik yang dipancarkan adalah maksimum.
• Lebar Jalur Spektrum (Δλ):45 nm (tipikal). Ini mentakrifkan julat panjang gelombang yang dipancarkan, biasanya diukur pada separuh kuasa puncak (Lebar Penuh pada Separuh Maksimum - FWHM).
• Voltan Hadapan (V_F):1.2V (tipikal), 1.5V (maksimum) pada 20mA. Meningkat kepada 1.4V (tipikal), 1.8V (maksimum) pada 100mA disebabkan rintangan siri diod.
• Arus Songsang (I_R):Maksimum 10 μA apabila pincang songsang 5V dikenakan.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2):30 darjah (tipikal). Sebaran sudut antara titik di mana keamatan sinaran adalah separuh daripada nilai pada 0 darjah (paksi).

3. Penjelasan Sistem Pembin

Peranti disusun (dibin) berdasarkan keamatan sinaran yang diukur pada keadaan ujian piawai I_F= 20mA. Ini membolehkan pereka memilih bahagian dengan tahap output minimum dan maksimum yang dijamin untuk prestasi sistem yang konsisten.

Sebagai contoh, bahagian yang ditanda dengan Bin "L" dijamin mempunyai keamatan sinaran antara 5.6 dan 8.9 mW/sr. Huruf bin yang lebih tinggi (cth., P) sepadan dengan peranti output yang lebih tinggi. Spesifikasi ini tidak menunjukkan pembin untuk parameter lain seperti voltan hadapan atau panjang gelombang puncak untuk produk khusus ini, mencadangkan kawalan pembuatan yang ketat pada ciri tersebut.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Lengkung ciri yang disediakan menawarkan pandangan berharga tentang tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan.

4.1 Arus Hadapan vs. Suhu Ambien

Graf ini menunjukkan pengurangan arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan apabila suhu ambien meningkat. Pada 25°C, keseluruhan 100mA dibenarkan. Apabila suhu meningkat, arus maksimum mesti dikurangkan untuk mengelakkan melebihi had penyerakan kuasa 150mW dan untuk memastikan kebolehpercayaan jangka panjang. Lengkung ini adalah kritikal untuk mereka bentuk sistem yang beroperasi dalam persekitaran suhu tinggi.

4.2 Keamatan Sinaran vs. Arus Hadapan

Plot ini menggambarkan hubungan antara arus pacuan (I_F) dan output optik (I_e). Keamatan sinaran meningkat secara super-linear dengan arus pada tahap yang lebih rendah dan cenderung menjadi lebih linear pada arus yang lebih tinggi, walaupun ia akhirnya akan tepu. Lengkung mengesahkan nilai tipikal yang dinyatakan dalam jadual (cth., ~6.4 mW/sr pada 20mA, ~30 mW/sr pada 100mA).

4.3 Taburan Spektrum

Graf spektrum memplot keamatan sinaran relatif terhadap panjang gelombang. Ia mengesahkan secara visual panjang gelombang puncak (λ_p) 940nm dan lebar jalur spektrum (Δλ) kira-kira 45nm pada titik FWHM. Lengkung adalah ciri sistem bahan semikonduktor GaAlAs (Gallium Aluminum Arsenide).

4.4 Keamatan Sinaran Relatif vs. Anjakan Sudut

Plot kutub ini menggambarkan corak sinaran LED. Ia menunjukkan bagaimana keamatan berkurangan apabila sudut dari paksi pusat (0°) meningkat. Sudut di mana keamatan jatuh kepada 50% daripada nilai pada paksi mentakrifkan sudut pandangan separuh keamatan, ditunjukkan di sini sebagai kira-kira 30 darjah, menghasilkan pancaran yang sederhana fokus.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Pakej

Peranti menggunakan pakej berunjur radial 5mm piawai. Lukisan dimensi menentukan ukuran utama: diameter keseluruhan (5.0mm tipikal), diameter dawai kaki, jarak dari dasar kanta ke selekoh dalam kaki, dan jarak kaki (2.54mm). Lukisan termasuk nota bahawa toleransi adalah ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Kaki yang lebih panjang biasanya menunjukkan sambungan anod (positif).

6. Panduan Pematerian dan Pemasangan

Pengendalian yang betul adalah penting untuk mengekalkan integriti dan prestasi peranti.

6.1 Pembentukan Kaki

• Lenturan mesti berlaku pada titik sekurang-kurangnya 3mm dari dasar kanta epoksi untuk mengelakkan tekanan pada meterai.
• Pembentukan harus diselesaikan sebelum sebarang operasi pematerian.
• Pemotongan kaki harus dilakukan pada suhu bilik untuk mengelakkan kejutan terma.
• Lubang PCB mesti sejajar tepat dengan kaki LED untuk mengelakkan tekanan pemasangan.

6.2 Penyimpanan

• Syarat penyimpanan yang disyorkan adalah ≤30°C dan ≤70% Kelembapan Relatif (RH) sehingga 3 bulan dari penghantaran.
• Untuk penyimpanan yang lebih lama (sehingga satu tahun), gunakan bekas tertutup dengan atmosfera nitrogen dan bahan pengering.
• Elakkan perubahan suhu yang cepat dalam persekitaran lembap untuk mengelakkan kondensasi.

6.3 Proses Pematerian

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

• Pematerian Tangan:Suhu hujung besi ≤300°C (untuk besi maks 30W), masa pematerian ≤3 saat setiap kaki.
• Pematerian Gelombang/Celup:Pemanasan awal ≤100°C untuk ≤60 saat. Suhu mandian pateri ≤260°C untuk masa rendaman ≤5 saat.
• Elakkan tekanan pada kaki semasa fasa suhu tinggi.
• Pematerian celup atau tangan tidak boleh dilakukan lebih daripada sekali.
• Biarkan LED menyejuk ke suhu bilik secara beransur-ansur selepas pematerian; elakkan penyejukan cepat.

6.4 Pembersihan

• Jika perlu, bersihkan hanya dengan alkohol isopropil pada suhu bilik tidak lebih daripada satu minit.
• Jangan gunakan pembersihan ultrasonik melainkan benar-benar perlu dan hanya selepas ujian pra-kelayakan menyeluruh, kerana ia boleh menyebabkan kerosakan mekanikal.

7. Pembungkusan dan Maklumat Pesanan

7.1 Spesifikasi Label

Label pada pembungkusan mengandungi beberapa kod: Nombor Produk Pelanggan (CPN), Nombor Produk Pengilang (P/N), Kuantiti Pembungkusan (QTY), dan pangkat prestasi untuk Keamatan Bercahaya (CAT), Panjang Gelombang Dominan (HUE), dan Voltan Hadapan (REF). Ia juga termasuk Nombor Lot dan kod tarikh (Bulan).

7.2 Spesifikasi Pembungkusan

• LED dibungkus dalam beg anti-statik.
• Pembungkusan tipikal: 200-500 keping setiap beg, 5 beg setiap kotak dalaman, 10 kotak dalaman setiap kotak utama (luar).

8. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

8.1 Senario Aplikasi Tipikal

• Kawalan Jauh Inframerah:Untuk TV, sistem audio dan elektronik pengguna lain. Panjang gelombang 940nm adalah ideal kerana ia tidak kelihatan oleh mata manusia tetapi dikesan dengan cekap oleh penerima silikon.
• Penderia Kedekatan dan Pengesanan Objek:Digunakan dalam paip automatik, pengering tangan, sistem keselamatan, dan peralatan pengiraan industri. LED IR yang dipasangkan dengan fotopengesan boleh mengesan gangguan atau pantulan pancarannya.
• Suis dan Pengekod Optik:Untuk mengesan gerakan atau kedudukan dalam pencetak, kawalan motor, dan pengekod putar.
• Pencahayaan Penglihatan Malam:Menyediakan pencahayaan tersembunyi untuk kamera keselamatan yang dilengkapi dengan penderia sensitif IR.
• Penghantaran Data:Dalam pautan data optik jarak dekat, garis penglihatan (cth., sistem warisan IrDA).

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Had Arus:Sentiasa gunakan perintang had arus siri apabila memacu LED dari sumber voltan. Kira nilai perintang menggunakan R = (V_bekalan- V_F) / I_F. Jangan sambungkan terus ke sumber voltan.
• Pengurusan Haba:Apabila beroperasi berhampiran arus maksimum atau dalam suhu ambien tinggi, pertimbangkan lengkung pengurangan. Pastikan pengudaraan atau penyejukan haba yang mencukupi jika perlu, terutamanya untuk tatasusunan padat.
• Reka Bentuk Optik:Sudut pandangan 30 darjah memberikan pancaran fokus. Untuk liputan yang lebih luas, gunakan pelbagai LED atau optik sekunder seperti penyebar. Untuk jarak yang lebih jauh, kanta boleh digunakan untuk mengkolimat pancaran lebih lanjut.
• Kekebalan Bunyi Elektrik:Dalam aplikasi penderiaan, modulatkan isyarat IR (cth., dengan pembawa 38kHz) untuk membezakannya dari cahaya inframerah ambien (cahaya matahari, mentol pijar). Ini sangat meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi.
• Pemadanan Penerima:Pastikan fotopengesan atau modul penerima yang dipilih (cth., penerima bersepadu 38kHz) sensitif secara spektrum sekitar 940nm untuk prestasi optimum.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Walaupun banyak LED IR 5mm wujud, gabungan parameter peranti ini menawarkan kelebihan khusus:

• berbanding LED IR Panjang Gelombang Lebih Tinggi (cth., 850nm):Pancaran 940nm kurang kelihatan sebagai cahaya merah samar, menjadikannya lebih sesuai untuk aplikasi tersembunyi. Walau bagaimanapun, fotopengesan silikon sedikit kurang sensitif pada 940nm berbanding 850nm, yang diimbangi oleh keamatan sinaran tinggi LED ini.
• berbanding LED IR Kecerahan Piawai:Ketersediaan bin output yang lebih tinggi (cth., Bin N, P) membolehkan reka bentuk yang memerlukan jarak lebih jauh atau arus pacuan lebih rendah untuk kekuatan isyarat yang sama, meningkatkan kecekapan kuasa.
• berbanding LED IR Permukaan-Pasang:Pakej lubang-lalui lebih mudah untuk prototaip, penggunaan penggemar, dan aplikasi di mana keteguhan mekanikal sambungan diutamakan berbanding ruang papan.
• Pembeza Utama:Struktur pembin untuk keamatan yang jelas ditakrif dan agak ketat, digabungkan dengan pematuhan alam sekitar yang komprehensif (RoHS, REACH, Bebas Halogen), menjadikan bahagian ini sesuai untuk produk elektronik moden dan terkawal.

10. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

10.1 Apakah perbezaan antara "keamatan sinaran" dan "keamatan bercahaya"?

Keamatan sinaran (diukur dalam mW/sr) adalah kuasa optik yang dipancarkan per sudut pepejal, relevan untuk semua panjang gelombang. Keamatan bercahaya (diukur dalam candela, mcd) memberatkan kuasa optik oleh kepekaan mata manusia (lengkung fotopik). Oleh kerana mata manusia hampir tidak sensitif kepada cahaya inframerah 940nm, keamatan bercahaya pada dasarnya adalah sifar untuk LED ini. Keamatan sinaran adalah metrik yang betul untuk komponen IR yang digunakan dengan penderia elektronik.

10.2 Bolehkah saya memacu LED ini pada 100mA secara berterusan?

Ya, tetapi hanya jika suhu ambien (Ta) pada atau di bawah 25°C, mengikut Penarafan Maksimum Mutlak. Jika suhu ambien lebih tinggi, anda mesti merujuk kepada lengkung pengurangan "Arus Hadapan vs. Suhu Ambien" untuk mencari arus berterusan maksimum baharu yang dibenarkan. Sebagai contoh, pada 85°C, arus berterusan maksimum akan jauh lebih rendah daripada 100mA.

10.3 Mengapakah arus hadapan puncak (1A) jauh lebih tinggi daripada arus berterusan (100mA)?

Penarafan 1A adalah untuk denyut yang sangat singkat (≤100μs) dengan kitar tugas rendah (≤1%). Semasa denyut singkat sedemikian, simpang semikonduktor tidak mempunyai masa untuk memanas dengan ketara. Penarafan berterusan 100mA adalah terhad oleh keupayaan penyerakan haba keadaan mantap pakej. Arus denyut tinggi membolehkan aplikasi seperti isyarat letupan singkat jarak jauh.

10.4 Bagaimanakah saya mengenal pasti anod dan katod?

Dalam pakej LED radial piawai, kaki yang lebih panjang biasanya adalah anod (positif). Selain itu, melihat LED dari bawah, kaki di sisi dengan titik rata pada pinggir kanta plastik biasanya adalah katod (negatif). Sentiasa sahkan dengan multimeter dalam mod ujian diod jika tidak pasti.

11. Contoh Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

11.1 Litar Penderia Kedekatan Mudah

Penderia pantulan asas boleh dibina dengan meletakkan LED IR ini dan fototransistor bersebelahan, menghala ke arah yang sama. LED dipacu oleh pin mikropengawal melalui perintang 20-30Ω (untuk ~50mA dari bekalan 3.3V: R = (3.3V - 1.2V)/0.05A ≈ 42Ω). Pengumpul fototransistor disambungkan ke bekalan melalui perintang tarik-atas (cth., 10kΩ), dan pemancar dibumikan. Nod pengumpul disambungkan ke ADC mikropengawal atau input digital. Apabila objek menghampiri, ia memantulkan cahaya IR ke fototransistor, menyebabkan voltan pengumpulnya turun, yang dikesan oleh mikropengawal.

11.2 Memacu Modul Penerima IR

Untuk aplikasi kawalan jauh, pasangkan LED ini dengan modul penerima IR 3-pin (cth., ditala kepada 38kHz). LED disambung secara siri dengan perintang had arus dan transistor NPN. Tapak transistor dipacu oleh isyarat termodulat dari mikropengawal, yang mengekod arahan kawalan jauh menggunakan protokol seperti NEC atau RC5. Frekuensi pembawa 38kHz berada dalam lebar jalur masa naik/turun LED. Modul penerima menyahmodulat isyarat ini dan mengeluarkan aliran data digital bersih ke mikropengawal.

12. Prinsip Operasi

Diod Pemancar Cahaya Inframerah (IR LED) adalah diod simpang p-n semikonduktor. Apabila dipincang hadapan (voltan positif dikenakan pada anod relatif kepada katod), elektron dari rantau jenis-n dan lubang dari rantau jenis-p disuntik merentasi simpang. Apabila pembawa cas ini bergabung semula dalam rantau aktif simpang, mereka membebaskan tenaga. Dalam peranti khusus ini, bahan semikonduktor adalah Gallium Aluminum Arsenide (GaAlAs). Jurang jalur tenaga bahan ini menentukan panjang gelombang foton yang dipancarkan. Untuk GaAlAs yang ditala untuk memancar pada 940nm, tenaga penggabungan semula sepadan dengan foton dalam bahagian inframerah-dekat spektrum elektromagnet. Pakej epoksi lutsinar biru bertindak sebagai kanta, membentuk cahaya yang dipancarkan ke sudut pandangan yang ditentukan, dan lutsinar kepada panjang gelombang inframerah.

13. Trend Teknologi

Walaupun komponen lubang-lalui seperti LED 5mm ini kekal popular untuk prototaip, pendidikan, dan aplikasi industri tertentu, trend industri yang lebih luas adalah ke arah pakej peranti permukaan-pasang (SMD) (cth., 0805, 1206, atau pakej skala cip). SMD menawarkan saiz lebih kecil, kesesuaian lebih baik untuk pemasangan automatik pick-and-place, dan selalunya prestasi terma yang lebih baik disebabkan sambungan pad terma yang lebih besar ke PCB. Untuk LED inframerah khususnya, trend termasuk membangunkan peranti dengan kecekapan dinding-palam yang lebih tinggi (lebih banyak output cahaya per watt elektrik input), toleransi panjang gelombang yang lebih ketat untuk aplikasi penderiaan khusus (seperti penderiaan gas), dan penyepaduan dengan pemacu atau penderia ke dalam modul multi-cip. Fizik asas dan sains bahan di sebalik pemancar IR semikonduktor GaAlAs dan III-V yang serupa terus diperhalusi untuk prestasi dan kos.