HSDL-4261 Pemancar Inframerah - Lembaran Data Teknikal - Panjang Gelombang 870nm - Voltan Hadapan 1.4V - Penyerakan Kuasa 190mW

1. Gambaran Keseluruhan Produk

HSDL-4261 ialah komponen pemancar inframerah diskret yang direka untuk aplikasi yang memerlukan penghantaran data optik berkelajuan tinggi. Ia menggunakan teknologi LED AlGaAs (Aluminium Gallium Arsenide) untuk menghasilkan cahaya inframerah pada panjang gelombang puncak 870 nanometer. Peranti ini dicirikan oleh keupayaan pensuisan pantasnya, menjadikannya sesuai untuk antara muka komunikasi digital.

1.1 Kelebihan Teras

• Operasi Berkelajuan Tinggi:Mempunyai masa naik dan turun optik tipikal 15 nanosaat, membolehkan penghantaran data dalam aplikasi lebar jalur tinggi.
• Kuasa Optik Tinggi:Memberikan keamatan sinaran yang tinggi, menyediakan isyarat yang kuat untuk komunikasi inframerah yang boleh dipercayai.
• Mematuhi RoHS:Dikeluarkan sebagai produk bebas plumbum, mematuhi peraturan alam sekitar.
• Pakej Jelas:Dibungkus dalam pakej warna lutsinar yang tidak menapis cahaya inframerah yang dipancarkan.

1.2 Aplikasi Sasaran

• Peralatan Inframerah Perindustrian
• Instrumen Mudah Alih Inframerah
• Elektronik Pengguna (cth., tetikus optik)
• Komunikasi Inframerah Berkelajuan Tinggi (cth., LAN IR, modem, dongle)

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Semua spesifikasi ditakrifkan pada suhu ambien (TA) 25°C melainkan dinyatakan sebaliknya.

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 (IFDC):Maksimum 100 mA.
• Arus Hadapan Puncak (IFPK):Maksimum 500 mA, di bawah keadaan berdenyut (Faktor Tugas=20%, Lebar Denyut=100µs).
• Penyerakan Kuasa (PDISS):Maksimum 190 mW. Mesti dinyahkadar dengan peningkatan suhu ambien seperti yang ditunjukkan dalam lengkung ciri.
• Voltan Songsang (VR):Maksimum 5 V.
• Julat Suhu Penyimpanan (TS):-40°C hingga +100°C.
• Julat Suhu Operasi (TO):-40°C hingga +85°C.
• Suhu Simpang (TJ):Maksimum 110°C.
• Suhu Pateri Kaki:260°C untuk maksimum 5 saat, dengan hujung besi pateri tidak lebih dekat daripada 1.6mm dari badan pakej.

2.2 Ciri Elektrik & Optik

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

• Kuasa Optik Sinaran (Po):Biasanya 9 mW pada IF=20mA dan 45 mW pada IF=100mA.
• Keamatan Pada Paksi Sinaran (IE):Biasanya 36 mW/sr pada IF=20mA dan 180 mW/sr pada IF=100mA.
• Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λPeak):870 nm tipikal (julat: 850 nm hingga 890 nm) pada IF=20mA.
• Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ):Kira-kira 47 nm pada IF=20mA.
• Voltan Hadapan (Vf):Biasanya 1.4 V pada IF=20mA dan 1.7 V pada IF=100mA.
• Pekali Suhu Voltan Hadapan (△V/△T):Kira-kira -1.5 mV/°C pada IF=20mA.
• Sudut Pandangan (2θ1/2):26 darjah tipikal, mentakrifkan penyebaran sudut sinaran yang dipancarkan.
• Pekali Suhu Keamatan (△IE/△T):Kira-kira -0.22 %/°C pada IF=100mA, menunjukkan penurunan output dengan peningkatan suhu.
• Pekali Suhu Panjang Gelombang (△λ/△T):Kira-kira +0.18 nm/°C pada IF=20mA.
• Masa Naik/Turun Optik (Tr/Tf):15 ns tipikal, diukur dari 10% hingga 90% output optik.
• Rintangan Siri (RS):Biasanya 4.1 Ohm pada IF=100mA.
• Kapasitans Diod (CO):Biasanya 80 pF pada bias 0V dan 1 MHz.
• Rintangan Terma (RθJA):Biasanya 280 °C/W dari simpang ke ambien melalui pin.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data menyediakan beberapa graf yang menggambarkan hubungan utama.

3.1 Arus Hadapan vs. Keamatan Sinaran Relatif

Lengkung ini menunjukkan bahawa keamatan output optik meningkat secara super-linear dengan arus hadapan, terutamanya pada arus yang lebih tinggi. Ia menekankan kepentingan pacuan arus untuk mencapai kecerahan yang dikehendaki.

3.2 Voltan Hadapan vs. Arus Hadapan

Lengkung ciri IV menunjukkan hubungan eksponen tipikal untuk diod. Voltan hadapan meningkat dengan arus dan juga bergantung pada suhu.

3.3 Voltan Hadapan vs. Suhu Ambien

Graf ini menunjukkan pekali suhu negatif voltan hadapan. Pada arus malar, Vf berkurangan apabila suhu meningkat, yang merupakan pertimbangan kritikal untuk litar pacuan voltan malar.

3.4 Penyahkadaran Arus Hadapan DC vs. Suhu Ambien

Ini adalah graf penting untuk kebolehpercayaan. Ia mentakrifkan arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan sebagai fungsi suhu ambien. Apabila suhu meningkat, arus maksimum yang dibenarkan mesti dikurangkan untuk menghalang suhu simpang daripada melebihi had 110°C. Sebagai contoh, pada 85°C, arus DC maksimum adalah jauh lebih rendah daripada pada 25°C.

3.5 Corak Sinaran

Gambar rajah kutub menggambarkan taburan ruang cahaya inframerah yang dipancarkan. HSDL-4261 mempunyai sudut pandangan tipikal 26 darjah (lebar penuh pada separuh maksimum), menghasilkan pancaran yang agak fokus sesuai untuk pautan komunikasi terarah.

4. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

4.1 Dimensi Garis Besar

Peranti ini ialah pakej LED lubang melalui standard. Dimensi utama termasuk jarak kaki, diameter badan dan ketinggian keseluruhan. Kaki direka untuk dibentuk pada titik sekurang-kurangnya 3mm dari pangkal kanta. Penonjolan minimum resin di bawah flensa ditentukan. Semua toleransi dimensi biasanya ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya.

4.2 Pengenalpastian Polarity

Komponen menggunakan penandaan polariti LED standard. Kaki yang lebih panjang biasanya menandakan anod (sambungan positif), manakala kaki yang lebih pendek ialah katod (sambungan negatif). Ini mesti disahkan semasa pemasangan untuk memastikan operasi yang betul.

5. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

5.1 Keadaan Penyimpanan

Untuk penyimpanan jangka panjang, ambien tidak boleh melebihi 30°C atau 70% kelembapan relatif. Jika dikeluarkan dari beg penghalang kelembapan asal, komponen hendaklah digunakan dalam tempoh tiga bulan. Untuk penyimpanan lanjutan di luar pembungkusan asal, gunakan bekas tertutup dengan bahan pengering atau pengering berisi nitrogen.

5.2 Pembersihan

Jika pembersihan diperlukan, gunakan hanya pelarut berasaskan alkohol seperti isopropil alkohol. Bahan kimia keras harus dielakkan.

5.3 Pembentukan Kaki

Lenturan mesti dilakukan pada suhu bilik dan sebelum pateri. Lenturan hendaklah dibuat sekurang-kurangnya 3mm dari pangkal kanta LED. Badan pakej tidak boleh digunakan sebagai fulkrum semasa lenturan untuk mengelakkan kerosakan pada lekatan die dalaman atau ikatan wayar.

5.4 Parameter Pateri

Pateri Tangan (Besi):Suhu maksimum 260°C untuk maksimum 5 saat setiap kaki. Hujung besi pateri mestilah tidak lebih dekat daripada 1.6mm dari pangkal kanta epoksi.

Pateri Gelombang:Panaskan awal hingga maksimum 100°C sehingga 60 saat. Suhu gelombang pateri hendaklah maksimum 260°C dengan masa sentuhan 5 saat. Peranti hendaklah dicelup tidak lebih rendah daripada 2mm dari pangkal mentol epoksi.

Penting:Mencelup kanta ke dalam pateri mesti dielakkan. Pateri refluks IR tidak sesuai untuk jenis pakej lubang melalui ini. Suhu atau masa yang berlebihan boleh menyebabkan ubah bentuk kanta atau kegagalan katastrofik.

6. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

6.1 Reka Bentuk Litar Pacuan

LED ialah peranti beroperasi arus. Untuk memastikan kecerahan seragam apabila memacu berbilang LED secara selari, adalah sangat disyorkan untuk menggunakan perintang had arus individu secara bersiri dengan setiap LED. Menyambungkan LED secara langsung secara selari tanpa perintang individu tidak dinasihatkan kerana variasi dalam ciri voltan hadapan (Vf) mereka, yang boleh membawa kepada ketidakseimbangan arus yang ketara dan kecerahan tidak sekata.

6.2 Pengurusan Terma

Memandangkan rintangan terma (RθJA) 280°C/W, penyerakan kuasa mesti diurus dengan teliti. Beroperasi pada arus berterusan maksimum (100mA) dengan Vf tipikal 1.7V menghasilkan penyerakan kuasa 170mW. Ini akan menyebabkan kenaikan suhu simpang kira-kira 47.6°C melebihi ambien (170mW * 280°C/W). Pada ambien 85°C, simpang akan mencapai 132.6°C, melebihi penarafan maksimum 110°C. Oleh itu, lengkung penyahkadaran dalam Rajah 6 mesti dipatuhi dengan ketat.

6.3 Perlindungan Nyahcas Elektrostatik (ESD)

Komponen ini terdedah kepada kerosakan daripada nyahcas elektrostatik. Langkah berjaga-jaga pengendalian yang disyorkan termasuk:

- Menggunakan gelang pergelangan tangan dibumikan atau sarung tangan anti-statik.

- Memastikan semua peralatan, stesen kerja dan rak penyimpanan dibumikan dengan betul.

- Menggunakan pengion untuk meneutralkan cas statik yang mungkin terkumpul pada kanta plastik semasa pengendalian.

6.4 Reka Bentuk Optik

Sudut pandangan 26 darjah dan panjang gelombang 870nm hendaklah dipadankan dengan pengesan foto yang sesuai (cth., fotodiod PIN dengan tindak balas spektrum yang sepadan). Untuk julat dan integriti isyarat yang optimum, pertimbangkan untuk menggunakan kanta atau apertur untuk meluruskan atau memfokuskan pancaran, terutamanya dalam pautan komunikasi terarah. Pakej yang jelas membolehkan elemen optik luaran tanpa penapisan intrinsik.

7. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

HSDL-4261 memposisikan dirinya dalam pasaran pemancar inframerah melalui gabungan parameter tertentu:

Kelajuan vs. Kuasa:Ia menawarkan keseimbangan antara pensuisan berkelajuan tinggi (15ns) dan output kuasa optik yang agak tinggi (45mW tip. pada 100mA). Sesetengah pemancar mungkin lebih pantas dengan kuasa lebih rendah, atau kuasa lebih tinggi dengan tindak balas lebih perlahan.

Panjang Gelombang:Panjang gelombang puncak 870nm ialah piawaian biasa untuk banyak pautan data inframerah dan sistem kawalan jauh, menawarkan keseimbangan yang baik antara kepekaan pengesan foto silikon dan bunyi bising cahaya ambien yang lebih rendah berbanding panjang gelombang boleh lihat atau hampir boleh lihat.

Pakej:Pakej lubang melalui standard menjadikannya sesuai untuk kedua-dua prototaip dan aplikasi di mana pateri gelombang digunakan, membezakannya daripada alternatif pemasangan permukaan yang memerlukan proses refluks.

8. Soalan Lazim (FAQ)

8.1 Bolehkah saya memacu LED ini dengan sumber voltan malar?

Ia tidak disyorkan. Ciri I-V eksponen LED bermaksud perubahan kecil dalam voltan menyebabkan perubahan besar dalam arus, yang boleh dengan mudah melebihi penarafan maksimum jika didorong terus dari sumber voltan. Sentiasa gunakan perintang siri atau pemacu arus malar untuk menetapkan titik operasi.

8.2 Mengapakah keamatan output berkurangan dengan suhu?

Pekali suhu negatif keamatan sinaran (-0.22%/°C) ialah sifat asas bahan semikonduktor. Apabila suhu meningkat, proses penggabungan semula bukan sinaran dalam semikonduktor menjadi lebih dominan, mengurangkan kecekapan penjanaan cahaya.

8.3 Apakah tujuan lengkung penyahkadaran?

Lengkung penyahkadaran (Rajah 6) adalah penting untuk memastikan kebolehpercayaan jangka panjang. Ia menghalang suhu simpang LED daripada melebihi nilai maksimum yang dinilai (110°C) dengan mengehadkan penyerakan kuasa (dan seterusnya arus hadapan) apabila suhu ambien meningkat. Mengabaikan lengkung ini boleh membawa kepada degradasi pantas dan kegagalan.

8.4 Adakah LED ini sesuai untuk operasi berterusan?

Ya, tetapi dalam had yang ditakrifkan oleh Penarafan Maksimum Mutlak dan lengkung penyahkadaran. Untuk operasi DC berterusan, arus hadapan tidak boleh melebihi 100mA pada ambien 25°C dan mesti dikurangkan pada suhu ambien yang lebih tinggi mengikut Rajah 6. Untuk operasi berdenyut dengan arus puncak tinggi, spesifikasi kitar tugas dan lebar denyut mesti dipatuhi.

9. Contoh Aplikasi Praktikal

Senario: Mereka bentuk pemancar data IR ringkas untuk komunikasi siri jarak dekat.

1. Reka Bentuk Litar:Gunakan pin GPIO mikropengawal untuk memacu LED. Letakkan perintang had arus secara bersiri dengan anod LED. Kira nilai perintang menggunakan R = (Vcc - Vf_LED) / I_dikehendaki. Untuk bekalan 3.3V, arus dikehendaki 50mA, dan Vf tipikal 1.5V: R = (3.3V - 1.5V) / 0.05A = 36 Ohm. Gunakan nilai standard seterusnya (cth., 39 Ohm).

2. Semakan Terma:Penyerakan kuasa dalam LED: P = Vf * I = 1.5V * 0.05A = 75mW. Kenaikan suhu simpang: ΔTj = P * RθJA = 0.075W * 280°C/W = 21°C. Pada ambien maksimum 85°C, Tj = 106°C, yang berada di bawah had 110°C.

3. Perisian:Konfigurasikan mikropengawal untuk menghasilkan modulasi digital yang dikehendaki (cth., On-Off Keying) pada pin GPIO. Masa naik/turun 15ns LED membolehkan kadar data tinggi.

4. Susun Atur:Pastikan LED dan perintang sirinya dekat dengan pin pemacu untuk meminimumkan induktans parasit. Pastikan penerima (fotodiod) diselaraskan dalam sudut pandangan 26 darjah pemancar.

10. Prinsip Operasi

HSDL-4261 ialah diod simpang p-n semikonduktor berdasarkan bahan AlGaAs. Apabila voltan pincang hadapan dikenakan, elektron dari rantau-n dan lubang dari rantau-p disuntik merentasi simpang ke rantau bertentangan. Pembawa minoriti yang disuntik ini bergabung semula dengan pembawa majoriti. Dalam semikonduktor jurang jalur langsung seperti AlGaAs, sebahagian besar penggabungan semula ini adalah sinaran, bermakna mereka membebaskan tenaga dalam bentuk foton. Jurang jalur tenaga khusus aloi AlGaAs yang digunakan menentukan panjang gelombang foton yang dipancarkan, yang dalam kes ini berpusat sekitar 870nm dalam spektrum inframerah. Pakej epoksi yang jelas merangkumi cip semikonduktor, memberikan perlindungan mekanikal dan bertindak sebagai kanta untuk membentuk pancaran output.

11. Trend Industri

Pemancar inframerah terus berkembang dalam beberapa bidang utama yang berkaitan dengan komponen seperti HSDL-4261:

Kelajuan Meningkat:Permintaan untuk kadar data yang lebih tinggi dalam komunikasi tanpa wayar optik (Li-Fi, IRDA berkelajuan tinggi) mendorong pembangunan pemancar dengan masa naik/turun yang lebih pantas.

Kecekapan Dipertingkatkan:Penambahbaikan dalam pertumbuhan epitaksial dan reka bentuk cip bertujuan untuk menghasilkan lebih banyak kuasa optik (lumen atau fluks sinaran) per unit kuasa input elektrik (watt), mengurangkan penjanaan haba dan meningkatkan kecekapan sistem.

Integrasi:Terdapat trend ke arah mengintegrasikan pemancar dengan litar pemacu atau bahkan dengan pengesan foto dalam satu pakej untuk mencipta modul transceiver optik lengkap, memudahkan reka bentuk pengguna akhir.

Panjang Gelombang Baharu:Walaupun 870-940nm kekal sebagai piawaian untuk penerima berasaskan silikon, terdapat penyelidikan ke dalam panjang gelombang lain untuk aplikasi khusus seperti penderiaan gas atau LiDAR selamat mata.