Dokumen Teknikal HIR323C - LED Inframerah 5mm - Voltan Hadapan 1.45V - Panjang Gelombang 850nm - Penyerakan Kuasa 150mW

1. Gambaran Keseluruhan Produk

HIR323C ialah diod pancaran inframerah berintensiti tinggi yang dibungkus dalam pakej standard T-1 (5mm) dengan kanta plastik jernih. Peranti ini direka untuk memberikan prestasi yang boleh dipercayai dalam sistem penderiaan dan komunikasi inframerah. Output spektrumnya dipadankan khusus untuk serasi dengan fototransistor silikon biasa, fotodiod, dan modul penerima inframerah, memastikan kecekapan sistem yang optimum. Domain aplikasi utama komponen ini adalah dalam sistem aplikasi inframerah, yang boleh merangkumi alat kawalan jauh, pengesanan objek, penderiaan jarak dekat, dan suis optik.

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Kelebihan utama LED inframerah ini berasal daripada reka bentuk dan pemilihan bahan. Ia menggunakan bahan cip GaAlAs (Gallium Aluminum Arsenide), yang terkenal dengan pancaran inframerah yang cekap. Pakej ini menawarkan intensiti sinaran yang tinggi, membolehkan penghantaran isyarat yang kuat. Ciri pentingnya ialah voltan hadapannya yang rendah, yang menyumbang kepada penggunaan kuasa yang lebih rendah dalam aplikasi akhir. Produk ini direka untuk mematuhi piawaian alam sekitar dan keselamatan moden, iaitu Bebas Plumbum, Mematuhi RoHS, Mematuhi REACH EU, dan Bebas Halogen. Ini menjadikannya sesuai untuk pasaran global, terutamanya dalam elektronik pengguna, automasi perindustrian, dan sistem keselamatan yang memerlukan sumber inframerah yang boleh dipercayai dan tahan lama.

2. Penyelaman Mendalam Parameter Teknikal

Bahagian ini memberikan tafsiran objektif yang terperinci tentang parameter teknikal utama yang disenaraikan dalam lembaran data, menerangkan kepentingannya untuk jurutera reka bentuk.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

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

• Arus Hadapan Berterusan (IF):100 mA. Ini adalah arus DC maksimum yang boleh dilalui melalui LED secara berterusan di bawah keadaan yang ditentukan.
• Arus Hadapan Puncak (IFP):1.0 A. Arus tinggi ini hanya dibenarkan di bawah keadaan berdenyut (lebar denyut ≤ 100μs, kitar tugas ≤ 1%). Ia berguna untuk aplikasi yang memerlukan denyut intensiti tinggi yang sangat singkat.
• Voltan Songsang (VR):5 V. Melebihi voltan ini dalam arah pincang songsang boleh menyebabkan kerosakan simpang.
• Suhu Operasi & Penyimpanan:Julat dari -40°C hingga +85°C (operasi) dan -40°C hingga +100°C (penyimpanan). Julat yang luas ini memastikan kebolehpercayaan dalam persekitaran yang sukar.
• Penyerakan Kuasa (Pd):150 mW pada atau di bawah suhu ambien 25°C. Ini adalah kuasa maksimum yang boleh diserakkan oleh pakej sebagai haba. Arus hadapan sebenar yang dibenarkan akan berkurangan pada suhu ambien yang lebih tinggi.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter ini diukur di bawah keadaan ujian piawai (Ta=25°C) dan mentakrifkan prestasi peranti.

• Intensiti Sinaran (Ie):Ini adalah kuasa optik yang dipancarkan per unit sudut pepejal, diukur dalam mW/sr. Nilai tipikal ialah 30 mW/sr pada IF=20mA. Di bawah operasi berdenyut pada 100mA, ia boleh mencapai 130 mW/sr. Intensiti sinaran yang lebih tinggi diterjemahkan kepada julat operasi yang lebih panjang atau nisbah isyarat-ke-bising yang lebih baik.
• Panjang Gelombang Puncak (λp):850 nm (tipikal). Ini adalah panjang gelombang di mana kuasa output optik adalah maksimum. 850nm berada dalam spektrum inframerah dekat, tidak kelihatan oleh mata manusia tetapi dikesan dengan cekap oleh sensor berasaskan silikon.
• Lebar Jalur Spektrum (Δλ):45 nm (tipikal). Ini mentakrifkan julat panjang gelombang yang dipancarkan, berpusat di sekitar panjang gelombang puncak. Lebar jalur yang lebih sempit boleh memberi manfaat untuk menapis bunyi bising cahaya ambien.
• Voltan Hadapan (VF):1.45V (tipikal) pada 20mA, dengan maksimum 1.65V. Pada 100mA (berdenyut), maksimum ialah 2.40V. VF yang rendah adalah parameter kecekapan utama.
• Sudut Pandangan (2θ1/2):15 darjah (tipikal). Ini adalah sudut penuh di mana intensiti sinaran turun kepada separuh daripada nilai maksimumnya (pada paksi). Sudut pandangan yang sempit menghasilkan pancaran yang lebih fokus.

3. Penjelasan Sistem Binning

HIR323C menggunakan sistem binning untuk mengkategorikan peranti berdasarkan intensiti sinaran yang diukur pada arus ujian piawai 20mA. Ini membolehkan pereka memilih bahagian yang memenuhi keperluan output minimum tertentu untuk aplikasi mereka.

• Bin P:Julat Intensiti Sinaran dari 15.0 mW/sr (min) hingga 24.0 mW/sr (maks).
• Bin Q:Julat Intensiti Sinaran dari 21.0 mW/sr (min) hingga 34.0 mW/sr (maks).
• Bin R:Julat Intensiti Sinaran dari 30.0 mW/sr (min) hingga 48.0 mW/sr (maks).

Pemilihan bin yang lebih tinggi (contohnya, R) menjamin output minimum yang lebih tinggi, yang boleh menjadi kritikal untuk memastikan prestasi sistem yang konsisten, terutamanya merentasi variasi suhu dan jangka hayat produk.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data termasuk beberapa graf yang menggambarkan tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan. Memahami ini adalah penting untuk reka bentuk litar yang teguh.

4.1 Arus Hadapan vs. Suhu Ambien

Lengkung ini menunjukkan pengurangan arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan apabila suhu ambien meningkat. Apabila suhu meningkat, keupayaan pakej untuk menyerakkan haba berkurangan, jadi arus mesti dikurangkan untuk kekal dalam kawasan operasi selamat (SOA) yang ditakrifkan oleh penyerakan kuasa maksimum. Pereka mesti menggunakan graf ini untuk memilih perintang pembatas arus atau pemacu yang sesuai untuk persekitaran operasi yang dijangkakan.

4.2 Intensiti Sinaran vs. Arus Hadapan

Graf ini menggambarkan hubungan antara arus pacuan (IF) dan output optik (Ie). Ia secara amnya tidak linear. Output meningkat dengan arus tetapi mungkin tepu pada arus yang sangat tinggi disebabkan oleh kesan haba dan kecekapan. Lengkung ini membantu dalam menentukan arus pacuan yang diperlukan untuk mencapai tahap output yang dikehendaki.

4.3 Taburan Spektrum

Plot ini menunjukkan intensiti sinaran relatif sebagai fungsi panjang gelombang. Ia mengesahkan panjang gelombang puncak (λp ~850nm) dan lebar jalur spektrum (Δλ). Bentuk lengkung ini adalah penting untuk memastikan keserasian dengan lengkung kepekaan spektrum sensor penerima (fototransistor/fotodiod).

4.4 Intensiti Sinaran Relatif vs. Anjakan Sudut

Plot kutub ini menggambarkan corak pancaran LED. Intensiti adalah tertinggi di sepanjang paksi tengah (0°) dan berkurangan apabila sudut meningkat. Sudut pandangan 15 darjah ditakrifkan di mana intensiti jatuh kepada 50% daripada puncaknya. Maklumat ini adalah penting untuk reka bentuk optik, menentukan penyebaran pancaran dan toleransi penjajaran dalam sistem.

5. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

5.1 Lukisan Dimensi Pakej

Peranti ini mematuhi garis besar pakej LED bulat standard T-1 (5mm). Dimensi utama termasuk diameter keseluruhan (5.0mm tipikal), ketinggian kanta, dan jarak kaki (2.54mm atau 0.1 inci, yang merupakan jarak lubang PCB standard). Lukisan tersebut menentukan kaki anod dan katod, dengan kaki yang lebih panjang biasanya merupakan anod. Semua toleransi yang tidak ditentukan adalah ±0.25mm. Jurutera mesti merujuk lukisan ini untuk reka bentuk tapak kaki PCB dan pemeriksaan ruang mekanikal.

5.2 Pengenalpastian Polarity

Komponen menggunakan konvensyen polarity LED standard: kaki yang lebih panjang adalah Anod (+), dan kaki yang lebih pendek adalah Katod (-). Pakej juga mungkin mempunyai sisi rata pada pinggir berhampiran kaki katod. Polarity yang betul adalah penting untuk operasi; pincang songsang melebihi 5V boleh merosakkan peranti.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Pengendalian yang betul adalah kritikal untuk mengekalkan kebolehpercayaan dan prestasi peranti.

6.1 Pembentukan Kaki

• Lenturan mesti berlaku sekurang-kurangnya 3mm dari pangkal mentol epoksi untuk mengelakkan tekanan pada die dalaman dan ikatan wayar.
• Pembentukan harus sentiasa dilakukan sebelum proses pateri.
• Tekanan mekanikal pada pakej semasa pembentukan mesti diminimumkan untuk mengelakkan retakan atau kerosakan dalaman.
• Penjajaran lubang PCB mesti tepat untuk mengelakkan tekanan pemasangan.

6.2 Keadaan Penyimpanan

Persekitaran penyimpanan yang disyorkan adalah pada atau di bawah 30°C dan 70% Kelembapan Relatif (RH). Jangka hayat rak di bawah keadaan ini adalah 3 bulan dari penghantaran. Untuk penyimpanan yang lebih lama (sehingga satu tahun), peranti harus disimpan dalam bekas tertutup dengan atmosfera nitrogen dan penyerap lembapan untuk mengelakkan penyerapan kelembapan, yang boleh menjejaskan kebolehpaterian dan kebolehpercayaan.

6.3 Parameter Pateri

Jarak minimum 3mm mesti dikekalkan antara sambungan pateri dan mentol epoksi untuk mengelakkan kerosakan haba.

• Pateri Tangan:Suhu hujung besi maksimum 300°C (untuk besi 30W), masa pateri maksimum 3 saat per kaki.
• Pateri Gelombang/Celup:Suhu pemanasan awal maksimum 100°C sehingga 60 saat. Suhu tab mandi pateri maksimum 260°C, dengan masa rendaman tidak melebihi 5 saat.

Lembaran data menyediakan profil suhu pateri yang disyorkan, menekankan kepentingan kawalan kadar peningkatan, suhu puncak, dan kadar penyejukan untuk mengelakkan kejutan haba. Pateri (celup atau tangan) tidak boleh dilakukan lebih daripada sekali. Selepas pateri, peranti harus dilindungi daripada getaran sehingga ia sejuk ke suhu bilik.

6.4 Pembersihan

Jika pembersihan diperlukan, hanya isopropil alkohol pada suhu bilik harus digunakan, untuk tempoh tidak melebihi satu minit. Pembersihan ultrasonik sangat tidak digalakkan kerana getaran frekuensi tinggi boleh merosakkan struktur dalaman LED. Jika benar-benar diperlukan, proses mesti diperiksa dengan teliti terlebih dahulu.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

7.1 Spesifikasi Pembungkusan

Peranti biasanya dibungkus dalam beg anti-statik untuk mengelakkan kerosakan daripada nyahcas elektrostatik (ESD). Konfigurasi pembungkusan biasa ialah: 200-500 keping per beg, 5 beg diletakkan dalam kotak dalaman, dan 10 kotak dalaman diletakkan dalam kotak utama (luar).

7.2 Spesifikasi Borang Label

Label pada pembungkusan mengandungi maklumat kritikal untuk kebolehjejakan dan aplikasi yang betul:

• P/N:Nombor Produk (HIR323C).
• CAT:Pangkat Keamatan Bercahaya (iaitu, kod bin: P, Q, atau R).
• LOT No:Nombor Lot untuk kebolehjejakan pembuatan.
• Kod lain mungkin termasuk nombor bahagian pelanggan (CPN), kuantiti (QTY), dan kod tarikh.

8. Cadangan Aplikasi

8.1 Senario Aplikasi Tipikal

• Alat Kawalan Jauh Inframerah:Untuk TV, sistem audio, dan elektronik pengguna lain.
• Pengesanan Objek/Jarak Dekat:Dalam perkakas, mesin layan diri, dan peralatan perindustrian untuk mengesan kehadiran atau ketiadaan objek.
• Suis dan Pengekod Optik:Di mana memutuskan atau memantulkan pancaran inframerah menunjukkan kedudukan atau pergerakan.
• Sistem Keselamatan:Sebagai sebahagian daripada pancaran pengesanan pencerobohan inframerah.
• Penghantaran Data:Untuk pautan data bersiri simplex jarak pendek (sistem serasi IrDA mungkin memerlukan peranti khusus).

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pembatasan Arus:LED ialah peranti yang didorong arus. Sentiasa gunakan perintang siri atau pemacu arus malar untuk menetapkan arus hadapan (IF) kepada nilai yang dikehendaki, dikira daripada voltan bekalan (Vcc), voltan hadapan LED (VF), dan arus yang dikehendaki: R = (Vcc - VF) / IF.
• Pengurusan Haba:Untuk operasi berterusan pada arus yang lebih tinggi atau dalam suhu ambien yang tinggi, pertimbangkan lengkung pengurangan. Pastikan kawasan kuprum PCB yang mencukupi atau cara lain untuk mengalirkan haba dari kaki LED.
• Penjajaran Optik:Sudut pandangan sempit 15 darjah memerlukan penjajaran mekanikal yang teliti antara pemancar dan pengesan untuk kekuatan isyarat yang optimum.
• Kekebalan Cahaya Ambien:Untuk sistem yang beroperasi dalam persekitaran dengan cahaya ambien yang berubah-ubah (contohnya, cahaya matahari), pertimbangkan untuk memodulatkan isyarat inframerah pada frekuensi tertentu dan menggunakan penerima yang ditala kepada frekuensi itu untuk menolak bunyi bising latar belakang.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Walaupun banyak LED inframerah 5mm wujud, HIR323C membezakannya melalui gabungan parameter. Intensiti sinaran tipikalnya yang tinggi (30 mW/sr pada 20mA) meletakkannya dalam peringkat prestasi yang lebih tinggi untuk saiz pakejnya. Voltan hadapan tipikal yang sangat rendah (1.45V) meningkatkan kecekapan tenaga, yang amat berharga dalam aplikasi berkuasa bateri. Padanan khusus dengan pengesan foto silikon dan pematuhan dengan piawaian alam sekitar yang ketat (Bebas Halogen, REACH) menjadikannya pilihan yang sesuai untuk reka bentuk moden yang sedar alam sekitar yang memerlukan prestasi yang boleh dipercayai dan jangka panjang.

10. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

Q1: Bolehkah saya memacu LED ini terus dari pin mikropengawal 3.3V atau 5V?

A: Tidak. LED mesti mempunyai arusnya yang dihadkan. Menyambungkannya terus ke sumber voltan impedans rendah seperti pin MCU akan menyebabkan arus berlebihan mengalir, berpotensi memusnahkan kedua-dua LED dan output MCU. Sentiasa gunakan perintang pembatas arus atau litar pemacu.

Q2: Apakah perbezaan antara bin P, Q, dan R?

A: Mereka mewakili tahap minimum output sinaran yang dijamin berbeza. Bin R mempunyai output minimum tertinggi (30 mW/sr), diikuti oleh Q (21 mW/sr), dan kemudian P (15 mW/sr). Pilih berdasarkan kekuatan isyarat yang diperlukan dan margin pautan dalam aplikasi anda.

Q3: Lembaran data menunjukkan Arus Hadapan Puncak 1A. Bolehkah saya menggunakan ini untuk aplikasi berdenyut kuasa tinggi?

A: Ya, tetapi hanya di bawah keadaan ketat yang dinyatakan: lebar denyut mestilah 100 mikrosaat atau kurang, dan kitar tugas mestilah 1% atau kurang (contohnya, satu denyut 100μs setiap 10ms). Ini membolehkan LED mengendalikan kuasa serta-merta yang tinggi tanpa terlalu panas.

Q4: Mengapakah keadaan penyimpanan dan jangka hayat rak penting?

A: Komponen elektronik berbungkus plastik boleh menyerap kelembapan dari atmosfera. Semasa proses pateri suhu tinggi, kelembapan yang terperangkap ini boleh berkembang dengan cepat, menyebabkan pengelupasan dalaman atau \"popcorning,\" yang merekah pakej dan memusnahkan peranti. Mematuhi garis panduan penyimpanan dan membakar komponen jika perlu adalah kritikal untuk pembuatan hasil tinggi.

11. Kes Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

Kes: Mereka Bentuk Sensor Pengesanan Objek Mudah.

Kegunaan biasa ialah sensor pancaran putus. HIR323C diletakkan di satu sisi laluan, dan fototransistor (dipadankan kepada 850nm) diletakkan bertentangan secara langsung. Mikropengawal memacu LED melalui perintang 100Ω dari bekalan 5V, menghasilkan arus hadapan kira-kira (5V - 1.45V)/100Ω = 35.5mA. LED didenyut pada 1kHz dengan kitar tugas 50% untuk menjimatkan kuasa dan membenarkan penolakan cahaya ambien melalui pengesanan segerak dalam mikropengawal. Output fototransistor dibaca oleh ADC MCU. Apabila objek memutuskan pancaran, bacaan ADC turun, mencetuskan tindakan. Sudut pandangan sempit 15 darjah HIR323C membantu mewujudkan zon penderiaan yang jelas, mengurangkan pencetus palsu dari objek yang lalu berhampiran tetapi tidak melalui pancaran.

12. Pengenalan Prinsip

Diod Pancaran Cahaya Inframerah (IR LED) ialah diod simpang p-n semikonduktor yang memancarkan cahaya apabila dipincang hadapan. Apabila arus elektrik mengalir dari anod (bahan jenis-p) ke katod (bahan jenis-n), elektron bergabung semula dengan lubang di kawasan simpang, membebaskan tenaga dalam bentuk foton. Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan ditentukan oleh jurang jalur tenaga bahan semikonduktor. Untuk HIR323C, sistem bahan GaAlAs mempunyai jurang jalur yang sepadan dengan foton di kawasan inframerah dekat sekitar 850 nanometer. Kanta epoksi jernih adalah telus kepada panjang gelombang ini dan dibentuk untuk menghasilkan corak sinaran yang dikehendaki (sudut pandangan).

13. Trend Pembangunan

Trend dalam teknologi pemancar inframerah terus ke arah kecekapan yang lebih tinggi (lebih banyak kuasa output optik per watt input elektrik), yang membolehkan sama ada julat yang lebih panjang, penggunaan kuasa yang lebih rendah, atau kedua-duanya. Terdapat juga dorongan ke arah pengecilan, dengan pakej peranti pemasangan permukaan (SMD) menjadi lebih lazim daripada jenis lubang melalui seperti T-1 untuk pemasangan automatik. Integrasi adalah trend lain, dengan modul pemancar-pengesan gabungan dan sensor pintar dengan pemprosesan isyarat terbina dalam menjadi biasa. Tambahan pula, pematuhan dan melebihi peraturan alam sekitar (seperti keperluan Bebas Halogen) kekal sebagai fokus utama untuk pengeluar komponen yang berkhidmat untuk pasaran global. Walaupun 850nm standard kekal popular kerana tindak balas sensor silikon yang baik dan kos rendah, panjang gelombang lain seperti 940nm mendapat daya tarikan untuk aplikasi di mana keterlihatan cahaya merah malap (hadir dalam beberapa LED 850nm) adalah tidak diingini.