HSDL-4250 IR LED Datasheet - Kifurushi T-1 3/4 - Urefu wa Mawimbi 870nm - Voltage ya Mbele 1.6V - Nguvu ya Kupotea 190mW - Waraka wa Kiufundi wa Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

HSDL-4250 ni diode inayotoa mwanga ya infrared (IR) yenye utendaji wa juu, iliyoundwa kwa matumizi yanayohitaji usambazaji wa data wa haraka na ishara ya mwanga ya kuaminika. Kwa kutumia teknolojia ya kisasa ya semiconductor ya AlGaAs (Aluminium Gallium Arsenide), kijenzi hiki kimeundwa kutoa nguvu ya mionzi ya juu na sifa bora za kasi. Kazi yake kuu ni kubadilisha ishara za umeme kuwa mwanga wa infrared uliobadilishwa, na kutumika kama kipitishaji katika muunganisho wa mawasiliano ya mwanga.

Faida za msingi za kifaa hiki ziko katika mchanganyiko wake wa kasi ya juu na utoaji bora wa mwanga. Wakati wa kupanda na kushuka haraka huwezesha kusaidia itifaki za mawasiliano za kiwango cha juu cha data. Zaidi ya hayo, sifa yake ya voltage ya mbele ya chini ni faida kubwa kwa muundo wa mfumo, hasa katika matumizi ya kubebebeka au yanayotumia betri ambapo ufanisi wa nguvu ni muhimu. Kimefungwa katika muundo wa kawaida wa tasnia wa T-1 3/4 kupitia shimo, na kufanya iwe sawa na michakato ya kawaida ya usanikishaji wa PCB.

Soko lengwa la LED hii ya IR ni pana, linajumuisha vifaa vya umeme vya watumiaji na viwanda. Ni kijenzi muhimu katika mifumo ambapo uhamishaji wa data usio na waya, unaoonekana kwa macho, unahitajika.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

Sehemu hii inatoa tafsiri ya kina na ya kitu cha vigezo muhimu vya umeme, mwanga na joto vilivyobainishwa kwenye waraka. Kuelewa maadili haya ni muhimu kwa muundo sahihi wa sakiti na uendeshaji wa kuaminika.

2.1 Sifa za Mwanga

Utendaji wa mwanga hufafanua ufanisi wa LED kama chanzo cha mwanga.

• Urefu wa Kilele cha Mawimbi (λ_pk):Nanomita 870 (nm). Hii huweka mwanga unaotolewa kwenye wigo wa karibu wa infrared, ambao hauwezi kuonekana na jicho la binadamu lakini hugunduliwa kwa ufanisi na photodiode za silicon na vihisi vingine vya kawaida vya IR. Urefu wa mawimbi wa 870nm hutoa usawa mzuri kati ya upatikanaji wa vijenzi (vigunduzi) na usambazaji wa anga.
• Nguvu ya Mionzi kwenye Mhimili (I_E):Kwa kawaida 180 mW/Steradian (mW/Sr) kwa mkondo wa mbele (I_F) wa 100mA. Kigezo hiki hupima nguvu ya mwanga inayotolewa kwa kila kitengo cha pembe thabiti kwenye mhimili wa kati wa LED. Thamani ya juu inaonyesha boriti iliyojikita na yenye nguvu zaidi, ambayo ni muhimu kwa kufikia umbali mrefu wa usambazaji au nguvu ya ishara kubwa.
• Pembe ya Kuona (2θ_1/2):Digrii 15. Hii ndiyo pembe kamili ambayo nguvu ya mionzi hushuka hadi nusu ya thamani yake kwenye mhimili. Boriti nyembamba ya digrii 15 inaelekezwa sana, ambayo hupunguza msalaba wa mwanga na kuzingatia nishati kwenye kipokeaji kilichokusudiwa, na kuboresha uwiano wa ishara kwa kelele lakini inahitaji usawazishaji sahihi zaidi.
• Upana wa Wigo (Δλ):45 nm kwa Upana Kamili kwa Nusu ya Juu (FWHM). Hii inaonyesha anuwai ya urefu wa mawimbi ambayo LED hutoa karibu na kilele chake. Upana mdogo wa wigo kwa ujumla unapendelewa kwa matumizi yanayohisi urefu maalum wa mawimbi.
• Wakati wa Kupanda/Kushuka kwa Mwanga (T_r/T_f):Nanosekunde 40 (ns). Hiki ni kigezo muhimu kwa mawasiliano ya dijiti. Kinafafanua jinsi pato la mwanga linavyoweza kubadilika haraka kutoka 10% hadi 90% ya nguvu yake ya juu (kupanda) na kinyume chake (kushuka). Uainishaji wa 40ns huwezesha usaidizi wa itifaki za usambazaji wa data wa kasi ya juu.
• Mgawo wa Joto wa Nguvu (ΔI_E/ΔT):-0.43 %/°C. Mgawo huu hasi unamaanisha kuwa nguvu ya pato la mwanga hupungua kadiri halijoto ya kiunganishi inavyoongezeka. Athari hii lazima izingatiwe katika usimamizi wa joto na muundo wa sakiti ili kuhakikisha utendaji thabiti katika anuwai ya halijoto ya uendeshaji.

2.2 Sifa za Umeme

Vigezo hivi vinadhibiti kiolesura cha umeme na mahitaji ya nguvu ya LED.

• Voltage ya Mbele (V_F):Anuwai kutoka 1.4V (kiwango cha chini) hadi 1.9V (kiwango cha juu) kulingana na mkondo. Kwa kawaida 1.6V kwa 20mA na 1.9V kwa 100mA. Voltage hii ya chini ni kipengele muhimu, kupunguza nafasi ya voltage inayohitajika kutoka kwa usambazaji wa nguvu na kuwezesha uendeshaji wenye ufanisi, hasa wakati LED nyingi zimeunganishwa kwa mfululizo.
• Upinzani wa Mfululizo (R_S):Ohms 2.5 (kwa kawaida). Upinzani huu wa ndani husababisha V_Fkuongezeka kwa mstari na mkondo zaidi ya hatua fulani. Ni muhimu kwa kutabiri kushuka kwa voltage chini ya hali tofauti za kuendesha.
• Voltage ya Nyuma (V_R):5V kiwango cha juu. Kuzidi voltage hii kwa upendeleo wa nyuma kunaweza kuharibu LED kabisa. Kinga ya sakiti (kama kipingamizi cha mfululizo au diode ya kinga sambamba) mara nyingi ni muhimu ikiwa hali za voltage ya nyuma zinawezekana.
• Uwezo wa Diode (C_O):Pikofaradi 75 (pF) kwa kawaida. Uwezo huu wa vimelea unaweza kupunguza kasi ya juu inayoweza kufikiwa ya kubadili katika matumizi ya masafa ya juu sana kwa kuathiri muda wa RC wa sakiti ya kuendesha.
• Mgawo wa Joto wa Voltage ya Mbele (ΔV/ΔT):-1.44 mV/°C. Voltage ya mbele hupungua kadiri halijoto inavyoongezeka. Sifa hii inaweza kutumika katika sakiti zingine kwa kuhisi halijoto, lakini kimsingi inaonyesha kuwa kuendesha kwa mkondo thabiti ni muhimu kwa pato thabiti la mwanga, kwani kuendesha kwa voltage thabiti kungesababisha kuongezeka kwa mkondo (na uwezekano wa kutoroka kwa joto) kadiri halijoto inavyoongezeka.

2.3 Viwango vya Juu Kabisa na Sifa za Joto

Hizi ndizo mipaka ya mkazo ambayo haipaswi kuzidiwa ili kuhakikisha uaminifu na umri wa kifaa.

• Mkondo wa Mbele unaoendelea (I_FDC):100 mA kiwango cha juu.
• Mkondo wa Kilele cha Mbele (I_FPK):500 mA, lakini tu chini ya hali za mipigo (mzunguko wa wajibu 20%, upana wa pigo 100µs). Kupiga pigo huruhusu pato la papo hapo la juu la mwanga bila kuwasha kiunganishi.
• Nguvu ya Kupotea (P_DISS):190 mW. Hii ndiyo kiwango cha juu cha nguvu ya umeme ambayo inaweza kubadilishwa kuwa joto (na mwanga) bila kuzidi halijoto ya juu ya kiunganishi.
• Halijoto ya Kiunganishi (T_J):110 °C kiwango cha juu. Halijoto ya chip ya semiconductor yenyewe lazima ishuke chini ya kikomo hiki.
• Upinzani wa Joto, Kiunganishi hadi Mazingira (R_θJA):300 °C/W. Kigezo hiki kinafafanua jinsi joto linavyosafiri kwa ufanisi kutoka kwa kiunganishi cha semiconductor hadi hewa inayozunguka. Thamani ya chini ni bora. Kwa 300°C/W, kwa kila watt ya nguvu inayopotea, halijoto ya kiunganishi itapanda 300°C juu ya halijoto ya mazingira. Hii inasisitiza umuhimu wa kupunguza mkondo wa uendeshaji kwenye halijoto ya juu ya mazingira, kama inavyoonyeshwa kwenye mkondo wa kupunguza (Kielelezo 6 kwenye waraka asili).
• Halijoto ya Hifadhi:-40 hadi +100 °C.
• Halijoto ya Uendeshaji:-40 hadi +85 °C.

3. Maelezo ya Mfumo wa Kugawa

Waraka uliotolewa wa HSDL-4250 hauelezi wazi muundo wa kibiashara wa kugawa kwa vigezo kama vile urefu wa mawimbi au nguvu. Katika uzalishaji wa LED kwa kiasi kikubwa, vijenzi mara nyingi hupangwa (kugawanywa) kulingana na utendaji uliopimwa ili kuhakikisha uthabiti ndani ya agizo maalum. Ingawa haijabainishwa hapa, wabunifu wanapaswa kujua kuwa vigezo muhimu kama vile Nguvu ya Mionzi (I_E) na Voltage ya Mbele (V_F) zitakuwa na anuwai ya kiwango cha chini/cha kawaida/cha juu. Kwa matumizi muhimu, inashauriwa kushauriana na mtengenezaji kwa chaguzi zilizopo za kupanga au kubuni sakiti zinazostahimili anuwai maalum ya vigezo.

4. Uchambuzi wa Mkondo wa Utendaji

Waraka unarejelea takwimu kadhaa zinazoonyesha kielelezo tabia ya kifaa. Ingawa mikondo halisi haijarudishwa hapa, umuhimu wake unaelezewa.

• Mkondo wa Mbele dhidi ya Voltage ya Mbele (Mkondo wa I-V):Mkondo huu (unajulikana kama Mchoro 2, Mchoro 3) unaonyesha uhusiano wa kielelezo kati ya mkondo na voltage. Inatumika kuamua voltage ya kuendesha inayohitajika kwa mkondo maalum wa uendeshaji na kuelewa athari ya upinzani wa mfululizo (R_S).
• Mkondo wa Kupunguza (Nguvu/Halijoto):Kielelezo 6 ni muhimu kwa muundo wa kuaminika. Kinaonyesha jinsi nguvu ya juu inayoruhusiwa ya kupotea (au mkondo wa mbele) lazima ipunguzwe kadiri halijoto ya uendeshaji ya mazingira inavyoongezeka. Kupuuza mkondo huu kunaweza kusababisha kuwasha LED na kushindwa mapema.
• Nguvu ya Jamaa dhidi ya Halijoto:Hii inaonyesha mgawo wa -0.43%/°C, ukionyesha kupungua kwa mstari kwa pato la mwanga kadiri halijoto inavyoongezeka.
• Usambazaji wa Wigo:Kielelezo 1 kingeonyesha umbo la wigo wa mwanga unaotolewa, uliokusudiwa kwenye 870nm na upana wa FWHM wa 45nm.
• Muundo wa Pembe ya Kuona:Kielelezo 7 kingeonyesha usambazaji wa pembe ya mwanga unaotolewa, ukifafanua muundo wa boriti ya pembe ya nusu ya digrii 15.

5. Taarifa ya Mitambo na Kifurushi

HSDL-4250 hutumia kifurushi cha radial chenye risasi cha T-1 3/4 (5mm). Vidokezo muhimu vya vipimo kutoka kwa waraka ni pamoja na:

• Vipimo vyote viko kwenye milimita na uvumilivu wa jumla wa ±0.25mm isipokuwa imebainishwa vinginevyo.
• Utoaji wa juu wa gundi chini ya flange ni 1.5mm.
• Nafasi ya risasi hupimwa kwenye hatua ambapo risasi zinatoka kwenye mwili wa kifurushi.
• Kifurushi kinajumuisha upande wa gorofa au kipengele kingine cha kuonyesha risasi ya cathode (hasi), ambayo kwa kawaida ni risasi fupi au risasi karibu na doa la gorofa kwenye flange ya lenzi. Kutambua polarity sahihi ni muhimu wakati wa usanikishaji.

Muundo wa shimo kupitia unahitaji ukubwa sahihi wa shimo la kuchimba la PCB na jiometri za pedi ili kuhakikisha kutoshea na kuuza sahihi.

6. Miongozo ya Kuuza na Usanikishaji

Waraka hutoa maagizo maalum ya kuuza ili kuzuia uharibifu wa joto:

• Halijoto ya Kuuza Risasi:Risasi zinaweza kustahimili halijoto ya 260°C kwa upeo wa sekunde 5. Kipimo hiki kinachukuliwa 1.6mm (inchi 0.063) kutoka kwa mwili wa kifurushi.
• Kuzingatia Mchakato:Kwa kuuza mawimbi au kuuza kwa mkono, ni muhimu kuzingatia wasifu huu wa wakati-halijoto. Joto la kupita kiasi au mguso wa muda mrefu unaweza kuyeyusha epoksi ya ndani, kuharibu vifungo vya waya, au kuharibu nyenzo ya semiconductor.
• Hali ya Hifadhi:Ingawa haijasemwa wazi zaidi ya anuwai ya halijoto ya hifadhi, LED kwa ujumla zinapaswa kuhifadhiwa katika mazingira kavu, yasiyo na umeme ili kuzuia unyevu (ambao unaweza kusababisha \"popcorning\" wakati wa reflow) na uharibifu wa kutokwa na umeme.

7. Mapendekezo ya Matumizi

7.1 Mazingira ya Kawaida ya Matumizi

Waraka unataja matumizi kadhaa muhimu, ambayo yanatumia kasi ya juu na pato la infrared ya LED:

• Viunganishi vya Data ya Infrared ya Kasi ya Juu:Mitandao ya Eneo la Infrared (IR LANs), uhamishaji wa data usio na waya kati ya kompyuta na vifaa vya ziada (k.m., dongle za IR), na moduli za kisasa za mawasiliano ya infrared. Wakati wa kupanda 40ns husaidia itifaki kama IrDA (Shirika la Data la Infrared) kwa uhamishaji wa data wa serial.
• Vifaa vya Kubebebeka vya Infrared:Vifaa kama vile thermometers zisizo na mguso, vichanganuzi vya gesi, na vihisi vya umbali ambavyo hutumia kuhisi infrared inayotumika.
• Vifaa vya Umeme vya Watumiaji:Matumizi ya kawaida sana ni kama kipitishaji katika udhibiti wa mbali wa infrared kwa televisheni, mifumo ya sauti, na vifaa vingine. Pia inafaa kwa vijenzi katime panya za kompyuta za mwanga, ambapo huangazia uso kwa kufuatilia.

7.2 Kuzingatia Muundo

• Sakiti ya Kuendesha:Daima tumia kipingamizi cha mfululizo cha kupunguza mkondo. Kwa uthabiti bora na kuzuia kutoroka kwa joto, fikiria kutumia sakiti ya kuendesha ya mkondo thabiti badala ya kipingamizi rahisi na chanzo cha voltage thabiti, hasa kwa uendeshaji karibu na mkondo wa juu au juu ya hali kali za joto.
• Usimamizi wa Joto:Kutokana na upinzani wa joto unaolinganishwa (300°C/W), hakikisha mtiririko wa hewa wa kutosha au fikiria kupoza joto ikiwa unafanya kazi kwenye halijoto ya juu ya mazingira au mizunguko ya juu ya wajibu. Zingatia mkali mkondo wa kupunguza.
• Muundo wa Mwanga:Boriti nyembamba ya digrii 15 inahitaji usawazishaji sahihi wa mitambo na kipokeaji (photodiode au kihisi). Lensi au vikumbushio vinaweza kutumika kwa usawazishaji zaidi au kuunda boriti kwa matumizi maalum. Kwa udhibiti wa mbali, muundo mpana, uliosambazwa mara nyingi huundwa na kifurushi cha plastiki cha udhibiti wa mbali yenyewe.
• Ubadilishaji:Kwa uhamishaji wa data, LED kwa kawaida huendeshwa na ishara iliyobadilishwa (k.m., PWM) kwenye masafa ya kubeba (kama 38kHz kwa udhibiti wa mbali mwingi) ili kuibainisha kutoka kwa mwanga wa infrared wa mazingira na kuboresha kinga ya kelele.

8. Ulinganisho wa Kiufundi na Tofauti

Ikilinganishwa na LED za kawaida za infrared zenye kasi ya chini, tofauti kuu ya HSDL-4250 niuwezo wake wa kasi ya juu (40ns). Hii inafanya isifai kwa viashiria rahisi vya kuwasha/kuzima lakini inafaa kwa mawasiliano ya dijiti.Voltage yake ya mbele ya chinini faida nyingine, kupunguza matumizi ya nguvu na kurahisisha muundo wa usambazaji wa nguvu katika vifaa vinavyotumia betri kama vile udhibiti wa mbali.Urefu wa mawimbi 870nmni kiwango cha kawaida, na kuhakikisha usawa mpana na vigunduzi vya IR vinavyopatikana kwa urahisi ambavyo kwa kawaida vinahisi zaidi karibu na 850-950nm.

9. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (Kulingana na Vigezo vya Kiufundi)

Q: Je, naweza kuendesha LED hii moja kwa moja kutoka kwa pini ya microcontroller ya 3.3V au 5V?

A: Hapana. Lazima daima utumie kipingamizi cha mfululizo (au kiendesha cha mkondo kinachotumika) kupunguza mkondo. Voltage ya mbele ni takriban 1.6V tu, kwa hivyo kuiunganisha moja kwa moja kwa 3.3V bila kipingamizi kungesababisha mkondo mwingi, kuharibu LED na uwezekano wa kuharibu pini ya microcontroller.

Q: Je, thamani gani ya kipingamizi ninapaswa kutumia kwa mkondo wa kuendesha wa 20mA kutoka kwa usambazaji wa 5V?

A: Kwa kutumia Sheria ya Ohm: R = (V_usambazaji- V_F) / I_F. Kwa V_F~ 1.6V, R = (5V - 1.6V) / 0.020A = Ohms 170. Kipingamizi cha kawaida cha Ohms 180 kingekuwa chaguo salama, na kutoa mkondo chini kidogo ya 20mA.

Q: Kwa nini mkondo wa kilele (500mA) ni mkubwa zaidi kuliko mkondo unaoendelea (100mA)?

A> Kiwango cha mkondo wa kilele ni kwa mipigo mifupi sana. Kiunganishi cha semiconductor kinaweza kushughulikia mlipuko wa nguvu wa papo hapo bila joto kuwa na wakati wa kujenga na kuzidi T_Jmax. Hii inatumika katika mifumo ya mawasiliano kwa kutuma mipigo mifupi ya mwanga mkali kwa uadilifu bora wa ishara.

Q: Halijoto inaathirije utendaji?

A> Kuongezeka kwa halijoto hupunguza voltage ya mbele (kwa -1.44mV/°C) na nguvu ya pato la mwanga (kwa -0.43%/°C). Kwa hivyo, kuendesha kwa mkondo thabiti ni muhimu kudumisha pato thabiti la mwanga. Mkondo wa juu unaoruhusiwa pia lazima upunguzwe kadiri halijoto ya mazingira inavyoongezeka.

10. Mifano ya Vitendo ya Muundo na Matumizi

Mfano 1: Kipitishaji Rahisi cha Udhibiti wa Mbali wa IR.Katika udhibiti wa mbali wa msingi, microcontroller hutoa mkondo wa data uliobadilishwa (k.m., kikokotoo cha 38kHz). Ishara hii huendesha swichi ya transistor (kama BJT au MOSFET) iliyounganishwa kwa mfululizo na LED ya HSDL-4250 na kipingamizi cha kupunguza mkondo. Thamani ya kipingamizi huhesabiwa kulingana na voltage ya usambazaji (mara nyingi 3V kutoka kwa betri mbili za AA) na mkondo wa pigo unaotaka (k.m., 100mA kwa ishara kubwa). Transistor huruhusu microcontroller ya nguvu ya chini kudhibiti mkondo wa juu wa LED.

Mfano 2: Kiunganishi cha Data cha Serial cha Kasi ya Juu (IrDA).Kwa bandari ya IrDA ya pande mbili, HSDL-4250 ingekuwa sehemu ya sakiti ya kipitishaji. Ingeendeshwa na IC maalum ya IrDA ya kusimba/kupitisha ambayo inaunda mipigo ya umeme ili kukidhi vipimo vya safu ya kimwili ya IrDA (kama upana wa pigo). Wakati wa kupanda/kushuka haraka wa LED ni muhimu kufikia viwango vya data vinavyohitajika (k.m., 115.2 kbps kwa IrDA 1.0). Muundo sahihi wa PCB unahitajika kupunguza uwezo wa vimelea ambao unaweza kupunguza kasi ya kingo.

11. Utangulizi wa Kanuni ya Uendeshaji

Diode inayotoa Mwanga ya Infrared (IR LED) ni diode ya kiunganishi cha p-n ya semiconductor. Wakati inapopendelewa mbele (voltage chanya inatumika kwa anode ikilinganishwa na cathode), elektroni kutoka kwa eneo la aina-n na mashimo kutoka kwa eneo la aina-p huingizwa kwenye eneo la kiunganishi. Wakati vibeba malipo hivi vinaungana tena, hutoa nishati. Katika nyenzo maalum za AlGaAs zinazotumiwa katika HSDL-4250, nishati hii hutolewa hasa kwa mfumo wa fotoni (mwanga) na nishati inayolingana na wigo wa infrared (karibu na urefu wa mawimbi 870nm). Nguvu ya mwanga unaotolewa ni sawia moja kwa moja na kiwango cha kuungana tena kwa vibeba, ambacho kinadhibitiwa na mkondo wa mbele unaotiririka kupitia diode. Kifurushi cha T-1 3/4 kinajumuisha lenzi ya epoksi ambayo huunda boriti ya mwanga inayotolewa.

12. Mienendo na Maendeleo ya Teknolojia

Wakati kanuni ya msingi ya LED za IR inabaki thabiti, mienendo inazingatia ufanisi ulioongezeka, kasi ya juu, na ushirikiano mkubwa zaidi. Vifaa vya kisasa vinaweza kuwa na:

• Nguvu ya Juu na Ufanisi:Nyenzo mpya za semiconductor na miundo ya chip inalenga kubadilisha pembejeo zaidi za umeme kuwa pato la mwanga (ufanisi wa juu wa kuziba ukuta), kupunguza uzalishaji wa joto na matumizi ya nguvu.
• Vifurushi vya Kifaa cha Kuweka kwenye Uso (SMD):Wakati HSDL-4250 ni kijenzi cha shimo kupitia, tasnia kwa kiasi kikubwa imehamia kuelekea vifurushi vya SMD (k.m., 0805, 1206, au chip-on-board) kwa usanikishaji wa otomatiki na umbo dogo. LED za infrared za kasi ya juu zinazofanana zinapatikana katika vifurushi hivi.
• Suluhisho Zilizounganishwa:Kwa matumizi ya watumiaji kama vile udhibiti wa mbali, ni kawaida kupata LED na transistor yake ya kuendesha zimeunganishwa katika moduli moja, ndogo. Kwa kuhisi kisasa, LED zinaunganishwa na viendesha, vifaa vya kubadilisha, na wakati mwingine hata vigunduzi kwenye msingi mmoja au katika moduli ya chip nyingi.
• Uboreshaji Maalum wa Matumizi:LED zinaundwa kwa matumizi maalum, kama vile pembe nyembamba sana za boriti kwa kuhisi umbali au vilele maalum vya urefu wa mawimbi kwa matumizi ya kuhisi gesi.