Dokumen Teknikal LED Inframerah IR204C-A 3mm - Pakej T-1 - Panjang Gelombang Puncak 940nm - Arus Hadapan 100mA

1. Gambaran Keseluruhan Produk

IR204C-A ialah diod pancaran inframerah berkeamatan tinggi yang dibungkus dalam pakej plastik jernih air standard 3mm (T-1). Fungsi utamanya ialah memancarkan cahaya inframerah pada panjang gelombang puncak 940nm, menjadikannya sepadan secara spektrum dengan fototransistor silikon biasa, fotodiod dan modul penerima inframerah. Peranti ini direka untuk aplikasi yang memerlukan penghantaran inframerah yang boleh dipercayai dan cekap.

1.1 Kelebihan Teras

• Keamatan Sinaran Tinggi:Memberikan output optik yang kuat, sesuai untuk aplikasi jarak sederhana hingga jauh.
• Kebolehpercayaan Tinggi:Direka untuk prestasi stabil dan jangka panjang.
• Voltan Hadapan Rendah:Biasanya 1.5V pada 20mA, menyumbang kepada operasi cekap tenaga.
• Pematuhan Alam Sekitar:Produk ini bebas plumbum, mematuhi EU REACH, dan memenuhi piawaian bebas halogen (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Pakej Standard:Bentuk T-1 (3mm) yang biasa dengan jarak kaki 2.54mm memastikan integrasi mudah ke dalam reka bentuk sedia ada dan papan prototaip.

1.2 Aplikasi Sasaran

• Unit kawalan jauh inframerah dengan keperluan kuasa tinggi.
• Sistem penghantaran data optik udara bebas.
• Pengesan asap.
• Sistem pengesanan dan halangan inframerah am.
• Automasi industri dan pengesanan objek.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Bahagian ini memberikan tafsiran objektif yang terperinci tentang parameter elektrik dan optik utama yang dinyatakan dalam dokumen data. Memahami had dan nilai tipikal ini adalah penting untuk reka bentuk litar yang kukuh.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Ini adalah had tekanan yang tidak boleh dilampaui dalam sebarang keadaan, walaupun seketika. Operasi melebihi penarafan ini boleh menyebabkan kerosakan kekal.

• Arus Hadapan Berterusan (I_F):100 mA. LED boleh dikendalikan secara berterusan pada aras arus ini, dengan syarat had penyebaran kuasa dan suhu dipatuhi.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP):1.0 A. Arus tinggi ini hanya dibenarkan dalam keadaan berdenyut (lebar denyut ≤ 100μs, kitar tugas ≤ 1%). Ini berguna untuk mencapai output sinaran segera yang sangat tinggi dalam aplikasi mod letupan seperti kawalan jauh jarak jauh.
• Voltan Songsang (V_R):5 V. LED mempunyai toleransi voltan songsang yang terhad. Penjagaan mesti diambil dalam reka bentuk litar untuk mengelakkan pincang songsang melebihi had ini, yang boleh disebabkan oleh beban induktif atau urutan kuasa yang tidak betul.
• Penyebaran Kuasa (P_d):150 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C. Penarafan ini berkurangan apabila suhu ambien meningkat. Arus operasi sebenar mesti dinyahkadar berdasarkan suhu simpang untuk kekal dalam had selamat.
• Suhu Pateri (T_sol):260°C untuk maksimum 5 saat. Ini mentakrifkan kekangan profil pateri refluks.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Parameter ini mentakrifkan prestasi peranti dalam keadaan operasi biasa (Ta=25°C).

• Keamatan Sinaran (I_e):Ini adalah ukuran utama kuasa output optik per sudut pepejal (mW/sr).
  • Pada I_F= 20mA (DC): Nilai tipikal ialah 7.8 mW/sr, dengan minimum 4.0 mW/sr.
  • Pada I_F= 100mA (Berdenyut): Keamatan sinaran tipikal meningkat dengan ketara.
  • Pada I_F= 1A (Berdenyut): Boleh memberikan output tipikal 390 mW/sr, menunjukkan keupayaannya untuk operasi berdenyut kuasa tinggi.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_p):940 nm (tipikal). Panjang gelombang ini adalah ideal kerana ia sejajar dengan sensitiviti puncak pengesan foto berasaskan silikon sementara hampir tidak kelihatan oleh mata manusia dan mempunyai penghantaran atmosfera yang baik.
• Lebar Jalur Spektrum (Δλ):Kira-kira 45 nm (tipikal). Ini mentakrifkan lebar spektrum cahaya yang dipancarkan pada separuh keamatan maksimumnya (FWHM).
• Voltan Hadapan (V_F):
  • Pada 20mA: 1.5V tipikal, 1.2V min, penting untuk mengira nilai perintang siri.
  • Pada 100mA (berdenyut): 1.4V tipikal, 1.8V maks. V_Fmeningkat dengan arus disebabkan rintangan diod.
  • Pada 1A (berdenyut): 2.6V tipikal, 4.0V maks, menunjukkan peningkatan ketara dalam keadaan denyut arus tinggi.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2):40 darjah (tipikal). Ini adalah sudut penuh di mana keamatan sinaran jatuh kepada separuh daripada nilai pada paksi. Sudut 40° memberikan keseimbangan yang baik antara kepekatan pancaran dan liputan.

3. Penjelasan Sistem Binning

Dokumen data termasuk jadual binning untuk keamatan sinaran, yang merupakan amalan biasa untuk mengkategorikan LED berdasarkan prestasi yang diukur.

3.1 Binning Keamatan Sinaran

Dalam keadaan I_F= 20mA, LED disusun ke dalam bin (K, L, M, N) berdasarkan keamatan sinaran yang diukur.

• Bin K:4.0 - 6.4 mW/sr
• Bin L:5.6 - 8.9 mW/sr
• Bin M:7.8 - 12.5 mW/sr
• Bin N:11.0 - 17.6 mW/sr

Implikasi Reka Bentuk:Untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan isyarat optik yang konsisten (cth., kawalan jauh dengan jarak yang ditakrifkan), menentukan bin yang lebih ketat (seperti bin tunggal) atau bin minimum yang lebih tinggi memastikan prestasi yang lebih seragam merentasi unit pengeluaran. Kod bin biasanya ditunjukkan dalam maklumat pesanan atau pada label produk.

4. Analisis Keluk Prestasi

Keluk ciri tipikal memberikan pandangan berharga tentang tingkah laku peranti dalam keadaan yang berbeza.

4.1 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Rajah 4)

Keluk IV ini menunjukkan hubungan eksponen. Keluk akan beralih dengan suhu; voltan hadapan biasanya berkurangan apabila suhu simpang meningkat untuk arus tertentu.

4.2 Keamatan Relatif vs. Suhu Persekitaran (Rajah 7)

Graf ini adalah kritikal untuk pengurusan terma. Output sinaran LED berkurangan apabila suhu simpannya meningkat. Keluk mengukur penyahkadaran ini, memberitahu pereka bahawa suhu ambien yang lebih tinggi atau penyingkiran haba yang tidak mencukupi akan mengakibatkan output optik yang lebih rendah. Ini mesti diambil kira dalam sistem yang direka untuk beroperasi dalam julat penuh -40°C hingga +85°C.

4.3 Taburan Spektrum & Panjang Gelombang Puncak vs. Suhu (Rajah 2 & Rajah 3)

Rajah 2 menunjukkan spektrum pancaran tipikal berpusat pada 940nm. Rajah 3 menggambarkan bagaimana panjang gelombang puncak beralih dengan suhu. LED inframerah biasanya mempamerkan pekali suhu positif untuk panjang gelombang (iaitu, λ_pmeningkat dengan suhu). Peralihan ini penting dalam aplikasi di mana pengesan mempunyai tindak balas spektrum yang sempit.

4.4 Corak Sinaran Sudut (Rajah 6)

Plot kutub ini menggambarkan keamatan sinaran relatif sebagai fungsi anjakan sudut dari paksi pusat. Sudut pandangan 40° disahkan di sini. Corak ini umumnya Lambertian atau hampir-Lambertian untuk jenis pakej ini, bermakna keamatan adalah berkadaran dengan kosinus sudut pandangan.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Pakej

Peranti menggunakan pakej bulat T-1 (diameter 3mm) standard. Nota dimensi utama dari dokumen data termasuk:

• Semua dimensi adalah dalam milimeter (mm).
• Toleransi standard adalah ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya.
• Jarak kaki ialah 2.54mm (0.1 inci), serasi dengan papan berlubang standard dan banyak soket.

Lukisan berdimensi terperinci biasanya akan disertakan, menunjukkan diameter badan, bentuk kanta, panjang dan diameter kaki, dan satah dudukan.

5.2 Pengenalpastian Polarity

Untuk LED T-1 standard, katod biasanya dikenal pasti oleh titik rata pada pinggir kanta plastik dan/atau oleh kaki yang lebih pendek. Dokumen data harus dirujuk untuk penandaan khusus bahagian ini.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

• Pateri Refluks:Suhu pateri maksimum ialah 260°C, dan masa pada atau melebihi suhu ini tidak boleh melebihi 5 saat. Profil refluks bebas plumbum standard boleh digunakan.
• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, besi yang dikawal suhu harus digunakan, dan masa pateri per kaki harus diminimumkan (biasanya < 3 saat pada 350°C) untuk mengelakkan kerosakan terma pada pakej plastik dan die semikonduktor.
• Keadaan Penyimpanan:Julat suhu penyimpanan ialah -40°C hingga +85°C. Komponen harus disimpan dalam beg penghalang kelembapan asal sehingga digunakan untuk mengelakkan penyerapan kelembapan, yang boleh menyebabkan \"popcorning\" semasa refluks.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

7.1 Spesifikasi Pembungkusan

• Pembungkusan standard: 200 hingga 1000 keping per beg.
• 5 beg dibungkus menjadi 1 kotak.
• 10 kotak dibungkus menjadi 1 karton.

7.2 Maklumat Label

Label produk mengandungi data kebolehjejakan dan spesifikasi utama:

• CPN (Nombor Bahagian Pelanggan)
• P/N (Nombor Bahagian Pengilang: IR204C-A)
• QTY (Kuantiti Pembungkusan)
• Ranks/Kod Bin (cth., untuk Keamatan Sinaran)
• HUE (Maklumat Panjang Gelombang Puncak)
• No. LOT (Nombor lot boleh dikesan)

8. Cadangan Reka Bentuk Aplikasi

8.1 Reka Bentuk Litar Pemacu

LED mesti dipacu dengan elemen pembatas arus, biasanya perintang bersiri dengan sumber voltan. Nilai perintang (R_s) dikira sebagai: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. Gunakan V_Fmaksimum dari dokumen data untuk arus operasi yang dipilih untuk memastikan arus tidak melebihi nilai yang dikehendaki. Contohnya, untuk bekalan 5V dan sasaran I_F20mA menggunakan V_Fmaks 1.5V: R_s= (5 - 1.5) / 0.02 = 175 Ω. Perintang standard 180 Ω akan sesuai. Untuk operasi berdenyut pada arus tinggi, suis transistor (BJT atau MOSFET) diperlukan.

8.2 Pertimbangan Terma

Walaupun pakej T-1 mempunyai keupayaan penyebaran haba yang terhad, pada arus berterusan sehingga 100mA, memastikan aliran udara yang mencukupi atau mempertimbangkan penyebaran kuasa (P_d= V_F* I_F) adalah penting. Jika dikendalikan secara berterusan berhampiran arus maksimum dalam suhu ambien yang tinggi, suhu simpang mungkin meningkat, mengurangkan output dan berpotensi menjejaskan jangka hayat.

8.3 Reka Bentuk Optik

Kanta jernih air sesuai untuk digunakan dengan kanta atau pemantul luaran untuk meluruskan atau membentuk pancaran untuk aplikasi khusus seperti penghantaran jarak jauh. Panjang gelombang 940nm dihantar dengan baik oleh banyak plastik biasa yang digunakan dalam kanta dan tingkap.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

IR204C-A memposisikan dirinya dengan pembeza utama:

• Keupayaan Kuasa Berdenyut Tinggi:Penarafan arus puncak 1A membolehkan output optik segera yang sangat tinggi, satu kelebihan berbanding LED yang hanya dinilai untuk arus berdenyut yang lebih rendah.
• Pakej Standard dengan Prestasi:Ia menawarkan keamatan sinaran yang lebih tinggi dalam pakej T-1 biasa yang mudah digunakan berbanding banyak LED inframerah asas.
• Pematuhan Alam Sekitar:Pematuhan penuh dengan peraturan alam sekitar moden (RoHS, REACH, Bebas Halogen) adalah kelebihan penting untuk produk yang mensasarkan pasaran global.
• Penyepaduan Spektrum:Sebutan eksplisit tentang penyepaduan spektrum dengan pengesan biasa memudahkan proses pemilihan untuk pereka yang membina sistem optik lengkap.

10. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

1. S: Bolehkah saya memacu LED ini terus dari pin mikropengawal 3.3V?
   J: Tidak. Pin mikropengawal tidak boleh membekalkan 20mA secara berterusan dengan selamat, dan ia kekurangan pembatas arus. Anda mesti menggunakan perintang siri dan suis transistor. V_FLED (1.5V) adalah kurang daripada 3.3V, jadi ia serasi dari segi voltan, tetapi arus mesti dikawal secara luaran.
2. S: Apakah perbezaan antara Keamatan Sinaran (mW/sr) dan Kuasa Sinaran (mW)?
   J: Keamatan Sinaran ialah ketumpatan sudut—kuasa per unit sudut pepejal. Kuasa Sinaran (atau Fluks) ialah jumlah kuasa yang dipancarkan ke semua arah. Untuk mencari jumlah kuasa, anda akan mengintegrasikan keamatan ke atas keseluruhan corak pancaran. Dokumen data memberikan keamatan, yang lebih berguna untuk mengira irradians pada jarak dalam arah tertentu.
3. S: Mengapa panjang gelombang puncak 940nm lebih disukai daripada 850nm?
   J: 940nm kurang kelihatan oleh mata manusia (cahaya merah lebih gelap) daripada 850nm, menjadikannya kurang mengganggu dalam peranti pengguna. Kedua-duanya dikesan dengan baik oleh silikon, tetapi 940nm mungkin mempunyai gangguan cahaya ambien yang sedikit lebih rendah dari beberapa sumber seperti cahaya matahari dan mentol pijar, yang mempunyai pancaran kuat di kawasan 850nm.
4. S: Bagaimana saya memilih bin yang betul?
   J: Jika aplikasi anda mempunyai kekuatan isyarat minimum yang diperlukan pada penerima, gunakan nilai minimum bin untuk memastikan semua bahagian memenuhinya. Contohnya, jika anda memerlukan sekurang-kurangnya 6 mW/sr, tentukan Bin L atau lebih tinggi. Untuk aplikasi sensitif kos di mana beberapa variasi boleh diterima, bin yang lebih luas atau tawaran lalai mungkin mencukupi.

11. Contoh Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

11.1 Kawalan Jauh Inframerah Jarak Jauh

Senario:Mereka bentuk kawalan jauh yang mesti berfungsi dengan boleh dipercayai pada jarak 15 meter dalam ruang tamu yang sederhana terang.
Pelaksanaan:Gunakan LED dalam mod berdenyut. Pacunya dengan denyut pendek (cth., 50μs), arus tinggi (cth., 500mA) menggunakan suis MOSFET yang dikawal oleh IC pengekod. Ini memberikan keamatan sinaran puncak tinggi (rujuk data 1A berdenyut) untuk penghantaran jarak jauh sambil mengekalkan kuasa purata rendah. Kanta plastik ringkas boleh ditambah untuk meluruskan pancaran lebih lanjut. Panjang gelombang 940nm meminimumkan cahaya yang kelihatan.

11.2 Pengesan Jarak atau Pengesan Objek

Senario:Mencipta sistem pengesanan objek tanpa sentuh dengan julat 10-50 cm.
Pelaksanaan:Pasangkan IR204C-A dengan fototransistor yang sepadan. Pacu LED dengan arus berterusan sederhana (cth., 50mA) menggunakan sumber arus malar untuk output cahaya yang stabil. Modulatkan arus LED pada frekuensi tertentu (cth., 38kHz) dan gunakan penerima yang ditala di sisi fototransistor. Teknik modulasi ini menjadikan sistem sangat kebal terhadap turun naik cahaya ambien (seperti dari cahaya matahari atau lampu bilik), meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi dan kebolehpercayaan dengan ketara.

12. Prinsip Operasi

Diod Pemancar Cahaya Inframerah (IR LED) ialah diod simpang p-n semikonduktor. Apabila dipincang hadapan, elektron dari kawasan n bergabung semula dengan lubang dari kawasan p dalam kawasan aktif. Untuk IR LED seperti IR204C-A, jurang jalur tenaga bahan semikonduktor (biasanya Gallium Aluminum Arsenide - GaAlAs seperti yang ditunjukkan) adalah sedemikian rupa sehingga tenaga yang dibebaskan semasa proses penggabungan semula ini sepadan dengan foton dalam spektrum inframerah (sekitar panjang gelombang 940nm). Pakej epoksi jernih air bertindak sebagai kanta, membentuk cahaya yang dipancarkan ke dalam sudut pandangan ciri. Keamatan cahaya yang dipancarkan adalah berkadar terus dengan arus hadapan yang mengalir melalui diod, sehingga had fizikal peranti.

13. Trend Teknologi

Teknologi LED inframerah terus berkembang bersama teknologi LED boleh lihat. Trend utama yang mempengaruhi peranti seperti IR204C-A termasuk:

• Kecekapan Meningkat:Penyelidikan sains bahan yang berterusan bertujuan untuk meningkatkan kecekapan dinding-soket (kuasa optik keluar / kuasa elektrik masuk) IR LED, membolehkan output yang lebih tinggi pada arus pemacu yang lebih rendah atau penjanaan haba yang berkurangan.
• Ketumpatan Kuasa Lebih Tinggi:Pembangunan pakej skala cip dan bahan pengurusan terma yang lebih baik membolehkan IR LED mengendalikan arus berterusan dan berdenyut yang lebih tinggi dalam faktor bentuk yang lebih kecil.
• Integrasi:Terdapat trend ke arah menyepadukan pemancar IR dengan IC pemacu, pengesan foto, atau bahkan mikropengawal ke dalam modul tunggal untuk aplikasi khusus (cth., pengesan jarak, pengiktirafan isyarat).
• Ketepatan dan Kestabilan Panjang Gelombang:Kemajuan dalam teknik pertumbuhan epitaksi membolehkan kawalan yang lebih ketat ke atas panjang gelombang puncak dan lebar spektrum, yang kritikal untuk aplikasi seperti pengesanan gas atau komunikasi optik yang menggunakan pemultipleksan pembahagian panjang gelombang.
• Mengembangkan Ruang Aplikasi:Pertumbuhan kawasan seperti LiDAR untuk automotif/robotik, pengiktirafan wajah, dan pemantauan kesihatan (cth., oksimetri nadi) mendorong permintaan untuk pemancar IR berprestasi tinggi dan boleh dipercayai merentasi pelbagai panjang gelombang dan aras kuasa.

IR204C-A, dengan spesifikasi seimbang dan pakej standard, mewakili penyelesaian matang dan boleh dipercayai dalam landskap teknologi yang berkembang ini.