Spesifikasi LED Pemancar Inframerah 940nm - Pakej EIA - Panjang Gelombang Puncak 940nm - Voltan Hadapan 1.2V - Keamatan Sinaran 0.8mW/sr - Dokumen Teknikal

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk komponen pemancar inframerah diskret. Peranti ini direka untuk aplikasi yang memerlukan pancaran inframerah yang boleh dipercayai, seperti dalam sistem kawalan jauh, penghantaran data wayarles IR, dan sistem penggera keselamatan. Ia tergolong dalam barisan produk yang merangkumi pelbagai diod pemancar inframerah (IRED) dan pengesan foto. Bahan utama yang digunakan ialah Gallium Arsenida (GaAs), yang dioptimumkan untuk pancaran pada panjang gelombang puncak 940 nanometer. Panjang gelombang ini biasa digunakan dalam elektronik pengguna kerana tidak kelihatan oleh mata manusia dan menawarkan prestasi yang baik dengan penerima berasaskan silikon.

Komponen ini ditawarkan dalam pakej EIA standard, menjadikannya serasi dengan proses pemasangan automatik. Ia mempunyai lensa rata jernih air pandangan atas yang memberikan sudut pandangan yang luas. Produk ini mematuhi arahan RoHS dan dikelaskan sebagai produk hijau.

1.1 Ciri Utama

• Mematuhi piawaian RoHS, Produk Hijau.
• Reka bentuk pandangan atas dengan lensa rata jernih air.
• Dibungkus dalam pita 8mm pada gegelung diameter 7 inci untuk penempatan automatik.
• Serasi dengan peralatan penempatan automatik.
• Sesuai untuk proses pematerian alir balik inframerah.
• Tapak kaki pakej EIA standard.
• Panjang gelombang pancaran puncak (λp) 940nm.
• Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL): Tahap 3.

1.2 Aplikasi Sasaran

• Kegunaan utama sebagai sumber pemancar inframerah.
• Integrasi ke dalam pemasangan sensor inframerah yang dipasang pada PCB.
• Unit kawalan jauh untuk elektronik pengguna (TV, sistem audio).
• Pautan data wayarles jarak dekat.
• Sensor jarak dan pengesanan objek.
• Pemutus pancaran sistem keselamatan dan penggera.

2. Parameter Teknikal: Tafsiran Objektif Mendalam

Bahagian berikut memberikan analisis terperinci mengenai parameter prestasi utama peranti seperti yang ditakrifkan dalam datasheet. Memahami parameter ini adalah kritikal untuk reka bentuk litar yang betul dan operasi yang boleh dipercayai.

2.1 Rating Maksimum Mutlak

Rating ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah atau pada had ini tidak dijamin dan harus dielakkan untuk prestasi jangka panjang yang boleh dipercayai.

• Pelesapan Kuasa (Pd):100 mW. Ini adalah jumlah kuasa maksimum yang boleh dipancarkan oleh peranti sebagai haba. Melebihi had ini berisiko menyebabkan lari haba dan kegagalan.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP):500 mA. Ini adalah arus maksimum yang dibenarkan di bawah keadaan berdenyut (300 denyutan sesaat, lebar denyut 10 μs). Ia jauh lebih tinggi daripada rating DC, membenarkan denyutan kecerahan tinggi dalam kawalan jauh.
• Arus Hadapan DC (I_F):50 mA. Arus hadapan berterusan maksimum. Untuk operasi yang paling cekap dan boleh dipercayai, arus pacuan yang lebih rendah (contohnya, 20mA seperti yang digunakan dalam keadaan ujian) adalah disyorkan.
• Voltan Songsang (V_R):5 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan dalam arah songsang. Peranti ini tidak direka untuk operasi songsang, dan melebihinya boleh menyebabkan kerosakan.
• Suhu Operasi & Penyimpanan:-40°C hingga +85°C dan -55°C hingga +100°C, masing-masing. Julat ini mentakrifkan keadaan persekitaran untuk operasi dan bukan operasi.
• Keadaan Pematerian Inframerah:Tahan 260°C untuk maksimum 10 saat. Ini adalah kritikal untuk mentakrifkan profil pematerian alir balik.

2.2 Ciri Elektrik & Optik

Ini adalah parameter prestasi tipikal yang diukur pada suhu ambien (T_A) 25°C. Ia mentakrifkan tingkah laku peranti di bawah keadaan operasi biasa.

• Keamatan Sinaran (I_E):0.8 mW/sr (Tipikal) pada I_F= 20mA. Ini mengukur kuasa optik yang dipancarkan per unit sudut pepejal. Minimum ialah 0.42 mW/sr, dan toleransi ujian ialah ±15%. Parameter ini secara langsung memberi kesan kepada julat berkesan sistem IR.
• Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λ_Puncak):940 nm (Tipikal). Ini adalah panjang gelombang di mana kuasa optik yang dipancarkan adalah maksimum. Ia mesti dipadankan dengan kepekaan puncak fotodiod penerima atau fototransistor.
• Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ):50 nm (Tipikal). Ini menunjukkan lebar jalur spektrum di mana keamatan pancaran sekurang-kurangnya separuh daripada nilai puncak. Lebar jalur yang lebih sempit boleh memberi manfaat untuk menapis bunyi bising cahaya ambien.
• Voltan Hadapan (V_F):1.2 V (Tipikal), 1.6 V (Maks) pada I_F= 20mA. Ini adalah susutan voltan merentasi diod apabila mengalir. Ia adalah penting untuk mengira nilai perintang siri: R_siri= (V_bekalan- V_F) / I_F.
• Arus Songsang (I_R):10 μA (Maks) pada V_R= 5V. Ini adalah arus bocor kecil apabila diod terpincang songsang.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2):150° (Tipikal). Ini adalah sudut penuh di mana keamatan sinaran jatuh kepada separuh daripada nilai pada paksi. Sudut luas seperti ini berguna untuk aplikasi yang memerlukan liputan luas berbanding pancaran fokus.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Datasheet menyediakan beberapa lengkung ciri yang menggambarkan bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan operasi. Ini sangat berharga untuk pengoptimuman reka bentuk.

3.1 Taburan Spektrum

Lengkung taburan spektrum (Rajah 1) menunjukkan keamatan sinaran relatif sebagai fungsi panjang gelombang. Ia mengesahkan puncak pada 940nm dan separuh lebar kira-kira 50nm, memberikan perwakilan visual ketulenan spektrum cahaya yang dipancarkan.

3.2 Arus Hadapan vs. Suhu Ambien & Voltan Hadapan

Rajah 2 menunjukkan bagaimana arus hadapan maksimum yang dibenarkan menyusut apabila suhu ambien meningkat. Ini adalah kritikal untuk pengurusan haba. Rajah 3 ialah lengkung I-V (Arus-Voltan) standard, menunjukkan hubungan eksponen antara arus hadapan dan voltan. Lengkung ini membantu dalam memahami rintangan dinamik diod.

3.3 Keamatan Sinaran Relatif vs. Suhu & Arus

Rajah 4 menggambarkan bagaimana kuasa output optik berkurangan apabila suhu ambien meningkat. Rajah 5 menunjukkan bagaimana kuasa output meningkat dengan arus hadapan, tetapi tidak secara linear. Ia menonjolkan titik pulangan yang berkurangan dan potensi penurunan kecekapan pada arus yang sangat tinggi.

3.4 Corak Sinaran

Rajah sinaran kutub (Rajah 6) mewakili sudut pandangan secara grafik. Corak hampir bulat dengan nilai keamatan ditanda pada sudut berbeza mengesahkan corak pancaran yang sangat luas, seperti Lambertian, ciri pakej lensa rata.

4. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

4.1 Dimensi Garis Besar

Datasheet termasuk lukisan mekanikal terperinci komponen. Dimensi utama termasuk saiz badan, jarak kaki, dan ketinggian keseluruhan. Semua dimensi adalah dalam milimeter dengan toleransi standard ±0.1mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Pakej ini mematuhi tapak kaki EIA standard, memastikan keserasian dengan susun atur PCB biasa dan mesin pick-and-place.

4.2 Dimensi Pad Pematerian Dicadangkan

Corak land (tapak kaki) yang disyorkan untuk reka bentuk PCB disediakan. Mematuhi dimensi ini memastikan pembentukan sendi pateri yang betul semasa alir balik. Cadangan termasuk menggunakan stensil logam untuk aplikasi pes pateri dengan ketebalan 0.1mm (4 mil) atau 0.12mm (5 mil).

4.3 Pengenalpastian Polarity

Katod biasanya ditunjukkan oleh sisi rata, takuk, atau kaki yang lebih pendek pada badan komponen dan dalam lukisan garis besar. Polarity yang betul mesti diperhatikan semasa pemasangan untuk mengelakkan kerosakan peranti.

4.4 Dimensi Pembungkusan Pita dan Gegelung

Komponen dibekalkan dalam pita pembawa timbul pada gegelung diameter 7 inci (178mm). Datasheet menyediakan dimensi terperinci poket pita, pita penutup, dan hab gegelung. Kuantiti gegelung standard ialah 5000 keping setiap gegelung. Pembungkusan mematuhi spesifikasi ANSI/EIA-481-1-A-1994.

5. Panduan Pematerian & Pemasangan

5.1 Parameter Pematerian Alir Balik

Peranti ini serasi dengan proses pematerian alir balik inframerah (IR). Profil yang dicadangkan untuk pateri bebas plumbum (Pb-free) disediakan, dengan parameter utama termasuk:

• Pra-panas:150–200°C.
• Masa Pra-panas:Maksimum 120 saat.
• Suhu Puncak:Maksimum 260°C.
• Masa Atas Likuidus:Maksimum 10 saat (disyorkan maksimum dua kitaran alir balik).

Profil ini berdasarkan piawaian JEDEC. Ditekankan bahawa profil optimum bergantung pada reka bentuk papan khusus, komponen, pes pateri, dan ketuhar, jadi pencirian adalah perlu.

5.2 Pematerian Tangan

Jika pematerian tangan diperlukan, gunakan besi pemateri dengan suhu tidak melebihi 300°C, dan hadkan masa sentuhan kepada maksimum 3 saat setiap kaki.

5.3 Keadaan Penyimpanan

Disebabkan rating Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL) 3:

• Beg Tertutup:Simpan pada ≤30°C dan ≤90% RH. Gunakan dalam tempoh satu tahun dari tarikh meterai beg.
• Selepas Beg Dibuka:Simpan pada ≤30°C dan ≤60% RH. Adalah disyorkan untuk melengkapkan alir balik IR dalam tempoh satu minggu (168 jam).
• Penyimpanan Lanjutan (Terbuka):Simpan dalam bekas tertutup dengan penyerap lembapan atau dalam desikator nitrogen.
• Pembakaran:Jika terdedah selama lebih daripada satu minggu, bakar pada kira-kira 60°C selama sekurang-kurangnya 20 jam sebelum pematerian untuk membuang kelembapan yang diserap dan mengelakkan \"popcorning\" semasa alir balik.

5.4 Pembersihan

Jika pembersihan selepas pateri diperlukan, gunakan pelarut berasaskan alkohol seperti isopropil alkohol. Elakkan bahan pembersih kimia yang agresif atau tidak diketahui yang mungkin merosakkan lensa epoksi atau pakej.

6. Cadangan Aplikasi & Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Litar Aplikasi Tipikal

Litar yang paling biasa ialah sambungan siri mudah: sumber voltan (V_CC), perintang had arus (R_S), dan IRED. R_S= (V_CC- V_F) / I_F. Untuk operasi berdenyut (contohnya, kawalan jauh), transistor (BJT atau MOSFET) biasanya digunakan untuk menghidupkan dan mematikan IRED pada frekuensi dan kitar tugas yang dikehendaki. Arus puncak tidak boleh melebihi I_FP rating.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk Optik

• Julat vs. Arus:Julat berkesan adalah berkadar dengan punca kuasa dua keamatan sinaran. Menggandakan arus pacuan tidak menggandakan julat.
• Pemilihan Lensa:Lensa rata terbina dalam memberikan liputan luas. Untuk julat lebih panjang atau pancaran fokus, lensa plastik luaran boleh ditambah untuk meluruskan cahaya.
• Pemadanan Penerima:Sentiasa pasangkan pemancar 940nm dengan pengesan foto (fotodiod, fototransistor, atau IC) yang kepekaan puncaknya juga dalam kawasan 940nm. Banyak pengesan silikon mempunyai kepekaan yang baik sekitar 850-950nm.
• Penolakan Cahaya Ambien:Dalam persekitaran dengan IR ambien yang kuat (cahaya matahari, mentol pijar), gunakan isyarat termodulat dan penerima dengan demodulator yang sepadan. Penapis optik pada penerima yang menyekat cahaya nampak dan meluluskan 940nm boleh meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi dengan ketara.

6.3 Pengurusan Haba

Walaupun peranti boleh mengendalikan 100mW, beroperasi pada pelesapan kuasa yang lebih rendah meningkatkan kebolehpercayaan dan jangka hayat. Pastikan kawasan kuprum PCB yang mencukupi di sekitar pad untuk bertindak sebagai penyerap haba, terutamanya jika memacu berhampiran arus DC maksimum. Lengkung penyusutan (Rajah 2) mesti dirujuk untuk persekitaran suhu tinggi.

7. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

IRED GaAs 940nm ini menawarkan set ciri yang seimbang untuk aplikasi inframerah tujuan umum. Pembeza utama yang tersirat oleh spesifikasinya termasuk:

• Panjang Gelombang:940nm lebih disukai berbanding 850nm dalam banyak aplikasi pengguna kerana kurang kelihatan sebagai cahaya merah samar, memberikan operasi yang lebih tersembunyi.
• Sudut Pandangan Luas:Sudut 150° adalah luar biasa luas, sesuai untuk aplikasi di mana penjajaran tidak kritikal atau liputan kawasan luas diperlukan (contohnya, sensor kehadiran).
• Pakej Standard:Pakej EIA memastikan sumber mudah, keserasian, dan penggantian dalam industri.
• Kekukuhan:Rating untuk arus berdenyut (500mA) dan pematerian alir balik (260°C) menunjukkan komponen yang direka untuk pembuatan volum tinggi yang boleh dipercayai.

8. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

8.1 Apakah nilai perintang yang patut saya gunakan untuk memacu IRED ini pada 20mA daripada bekalan 5V?

Menggunakan V_Ftipikal 1.2V: R = (5V - 1.2V) / 0.020A = 190 Ohm. Perintang standard 180 atau 200 Ohm adalah sesuai. Sentiasa gunakan V_Fmaksimum (1.6V) untuk reka bentuk konservatif untuk memastikan arus tidak melebihi sasaran: R_min = (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 Ohm.

8.2 Bolehkah saya menggunakan ini untuk kawalan jauh jarak jauh?

Keamatan sinaran 0.8 mW/sr adalah sesuai untuk kawalan jauh dalaman tipikal pada jarak 5-10 meter. Untuk julat lebih panjang, anda perlu meningkatkan arus pacuan (dalam rating berdenyut), menggunakan lensa fokus, atau memilih IRED dengan spesifikasi keamatan sinaran yang lebih tinggi.

8.3 Datasheet menyatakan \"Keadaan voltan songsang dikenakan untuk ujian IR sahaja. Peranti tidak direka untuk operasi songsang.\" Apakah maksudnya?

Ini bermakna rating voltan songsang 5V adalah parameter ujian untuk mengesahkan arus bocor semasa pembuatan. Ia bukan rating operasi. Dalam litar anda, anda mesti memastikan IRED tidak pernah dikenakan pincang songsang semasa operasi biasa, kerana walaupun voltan songsang kecil boleh merosakkannya jika tidak dihad arus. Sentiasa sertakan perlindungan, seperti memastikan ia berorientasi dengan betul atau menambah diod selari jika topologi litar boleh menyebabkan voltan songsang.

8.4 Betapa kritikalnya jangka hayat lantai satu minggu selepas membuka beg penghalang kelembapan?

Untuk komponen MSL 3, ia adalah sangat penting. Melebihi jangka hayat lantai tanpa penyimpanan atau pembakaran yang betul berisiko kemasukan kelembapan ke dalam pakej plastik. Semasa proses pematerian alir balik suhu tinggi, kelembapan ini boleh mengewap dengan cepat, menyebabkan pengelupasan dalaman, retak, atau \"popcorning,\" yang membawa kepada kegagalan serta-merta atau terpendam. Patuhi garis panduan penyimpanan dan pembakaran dengan ketat.

9. Prinsip Operasi

Diod Pemancar Inframerah (IRED) beroperasi berdasarkan prinsip yang sama dengan LED cahaya nampak standard tetapi menggunakan bahan semikonduktor (seperti GaAs) dengan jurang jalur yang sepadan dengan tenaga foton inframerah. Apabila voltan hadapan dikenakan, elektron dan lubang bergabung semula di kawasan aktif semikonduktor, membebaskan tenaga dalam bentuk foton. Untuk GaAs, tenaga foton ini sepadan dengan panjang gelombang sekitar 940nm. Lensa epoksi jernih air adalah lutsinar kepada kedua-dua cahaya nampak dan inframerah, membenarkan sinaran IR melalui sambil juga memberikan perlindungan mekanikal dan persekitaran untuk cip semikonduktor.

10. Trend Industri

Pasaran untuk komponen inframerah diskret kekal stabil, didorong oleh aplikasi mapan seperti kawalan jauh dan kegunaan yang berkembang dalam sensor IoT, pengecaman isyarat, dan penglihatan mesin. Trend termasuk integrasi pemancar dan pengesan ke dalam pakej yang lebih kecil dan lebih kukuh, pembangunan IRED berkelajuan lebih tinggi untuk komunikasi data (pengganti IrDA), dan penekanan meningkat terhadap kecekapan kuasa dan kebolehpercayaan untuk peranti beroperasi bateri. Pergerakan ke arah bahan bebas plumbum (Pb-free) dan bebas halogen mematuhi peraturan alam sekitar global juga merupakan keperluan standard, yang dipenuhi oleh komponen ini.