HSDL-4261 Kitoa Mionzi ya Infrared - Urefu wa Wimbi 870nm - Voltage ya Mbele 1.4V - Kupoteza Nguvu 190mW - Waraka wa Kiufundi wa Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

HSDL-4261 ni kipengele tofauti cha kitoa mionzi ya infrared kilichobuniwa kwa matumizi yanayohitaji usambazaji wa data ya mwanga wa kasi. Inatumia teknolojia ya LED ya AlGaAs (Aluminium Gallium Arsenide) kutoa mwanga wa infrared wenye urefu wa wimbi wa kilele wa nanomita 870. Kifaa hiki kina sifa ya uwezo wake wa haraka wa kubadili hali, na kukifanya kifaa kinachofaa kwa interfaces za mawasiliano ya dijiti.

1.1 Faida Kuu

• Uendeshaji wa Kasi:Ina wakati wa kawaida wa kupanda na kushuka kwa mwanga wa nanosekunde 15, na kuwezesha usambazaji wa data katika matumizi yenye bandwidth kubwa.
• Nguvu ya Mwanga ya Juu:Hutoa nguvu kubwa ya mionzi, na kutoa ishara imara kwa mawasiliano ya infrared.
• Inatii Kanuni za RoHS:Imetengenezwa kama bidhaa isiyo na risasi, na inatii kanuni za mazingira.
• Kifurushi Wazi:Imehifadhiwa kwenye kifurushi cha rangi wazi ambacho hakichungi mwanga wa infrared unaotolewa.

1.2 Matumizi Lengwa

• Vifaa vya Infrared vya Viwanda
• Vifaa vya Infrared vya Kubebeka
• Vifaa vya Umeme vya Matumizi ya Kaya (k.m., panya za mwanga)
• Mawasiliano ya Infrared ya Kasi (k.m., IR LANs, modem, dongles)

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

Vipimo vyote vimefafanuliwa kwa joto la mazingira (TA) la 25°C isipokuwa imeelezwa vinginevyo.

2.1 Viwango vya Juu Kabisa

Viwango hivi vinafafanua mipaka ambayo kifaa kinaweza kuharibika kabisa. Hakuna uhakika wa uendeshaji chini ya hali hizi.

• Mkondo wa Mbele unaoendelea (IFDC):Kiwango cha juu cha 100 mA.
• Mkondo wa Mbele wa Kilele (IFPK):Kiwango cha juu cha 500 mA, chini ya hali ya mipigo (Kipengele cha Wajibu=20%, Upana wa Mlipuko=100µs).
• Kupoteza Nguvu (PDISS):Kiwango cha juu cha 190 mW. Lazima kupunguzwa kadiri joto la mazingira linavyoongezeka kama inavyoonyeshwa kwenye mikunjo ya sifa.
• Voltage ya Nyuma (VR):Kiwango cha juu cha 5 V.
• Safu ya Joto la Kuhifadhi (TS):-40°C hadi +100°C.
• Safu ya Joto la Uendeshaji (TO):-40°C hadi +85°C.
• Joto la Kiungo (TJ):Kiwango cha juu cha 110°C.
• Joto la Kuuza Msumari:260°C kwa upeo wa sekunde 5, na ncha ya chuma isiwe karibu zaidi ya 1.6mm kutoka kwa mwili wa kifurushi.

2.2 Sifa za Umeme na Mwanga

Hizi ni vigezo vya kawaida vya utendaji chini ya hali maalum za majaribio.

• Nguvu ya Mwanga ya Mionzi (Po):Kwa kawaida 9 mW kwa IF=20mA na 45 mW kwa IF=100mA.
• Nguvu ya Mionzi kwenye Mhimili (IE):Kwa kawaida 36 mW/sr kwa IF=20mA na 180 mW/sr kwa IF=100mA.
• Urefu wa Wimbi wa Kilele cha Mionzi (λPeak):870 nm kwa kawaida (safu: 850 nm hadi 890 nm) kwa IF=20mA.
• Nusu-Upana wa Mstari wa Wigo (Δλ):Takriban 47 nm kwa IF=20mA.
• Voltage ya Mbele (Vf):Kwa kawaida 1.4 V kwa IF=20mA na 1.7 V kwa IF=100mA.
• Mgawo wa Joto wa Voltage ya Mbele (△V/△T):Takriban -1.5 mV/°C kwa IF=20mA.
• Pembe ya Kuona (2θ1/2):Digrii 26 kwa kawaida, inayofafanua kuenea kwa pembe kwa mionzi inayotolewa.
• Mgawo wa Joto wa Nguvu (△IE/△T):Takriban -0.22 %/°C kwa IF=100mA, inayoonyesha kupungua kwa pato kadiri joto linavyoongezeka.
• Mgawo wa Joto wa Urefu wa Wimbi (△λ/△T):Takriban +0.18 nm/°C kwa IF=20mA.
• Wakati wa Kupanda/Kushuka kwa Mwanga (Tr/Tf):15 ns kwa kawaida, iliyopimwa kutoka 10% hadi 90% ya pato la mwanga.
• Upinzani wa Mfululizo (RS):Kwa kawaida 4.1 Ohms kwa IF=100mA.
• Uwezo wa Diode (CO):Kwa kawaida 80 pF kwa bias ya 0V na 1 MHz.
• Upinzani wa Joto (RθJA):Kwa kawaida 280 °C/W kutoka kiungo hadi mazingira kupitia pini.

3. Uchambuzi wa Mikunjo ya Utendaji

Waraka huu unatoa grafu kadhaa zinazoonyesha uhusiano muhimu.

3.1 Mkondo wa Mbele dhidi ya Nguvu ya Mionzi ya Jamaa

Mkunjo huu unaonyesha kuwa nguvu ya pato la mwanga huongezeka kwa kasi zaidi na mkondo wa mbele, haswa kwenye mikondo ya juu. Inasisitiza umuhimu wa kuendesha mkondo kwa kufikia mwangaza unaotakiwa.

3.2 Voltage ya Mbele dhidi ya Mkondo wa Mbele

Mkunjo wa sifa ya IV unaonyesha uhusiano wa kielelezo wa kawaida kwa diode. Voltage ya mbele huongezeka na mkondo na pia inategemea joto.

3.3 Voltage ya Mbele dhidi ya Joto la Mazingira

Grafu hii inaonyesha mgawo hasi wa joto wa voltage ya mbele. Kwa mkondo wa mara kwa mara, Vf hupungua kadiri joto linavyoongezeka, ambayo ni jambo muhimu la kuzingatia kwa saketi za kuendesha voltage ya mara kwa mara.

3.4 Kupunguzwa kwa Mkondo wa Mbele wa DC dhidi ya Joto la Mazingira

Hii ni grafu muhimu kwa uhakika. Inafafanua mkondo wa juu unaoruhusiwa wa mbele unaoendelea kama kazi ya joto la mazingira. Kadiri joto linavyoongezeka, mkondo wa juu unaoruhusiwa lazima upunguzwe ili kuzuia joto la kiungo kuzidi kikomo chake cha 110°C. Kwa mfano, kwa 85°C, mkondo wa juu wa DC ni chini sana kuliko kwa 25°C.

3.5 Muundo wa Mionzi

Mchoro wa polar unaonyesha usambazaji wa anga wa mwanga wa infrared unaotolewa. HSDL-4261 ina pembe ya kuona ya kawaida ya digrii 26 (upana kamili kwa nusu ya juu), na kusababisha boriti iliyolengwa kiasi inayofaa kwa viungo vya mawasiliano vilivyoelekezwa.

4. Taarifa ya Mitambo na Kifurushi

4.1 Vipimo vya Muundo

Kifaa hiki ni kifurushi cha kawaida cha LED kinachopita kwenye tundu. Vipimo muhimu vinajumuisha umbali wa pini, kipenyo cha mwili, na urefu wa jumla. Pini zimeundwa kuundwa kwa uhakika angalau 3mm kutoka msingi wa lenzi. Utoaji wa chini wa resin chini ya flange umeainishwa. Tolerances zote za vipimo kwa kawaida ni ±0.25mm isipokuwa imeelezwa vinginevyo.

4.2 Utambulisho wa Ubaguzi

Kipengele hiki hutumia alama ya kawaida ya ubaguzi wa LED. Pini ndefu kwa kawaida inaashiria anode (unganisho chanya), wakati pini fupi ni cathode (unganisho hasi). Hii lazima uthibitishwe wakati wa kukusanya ili kuhakikisha uendeshaji sahihi.

5. Mwongozo wa Kuuza Msumari na Kukusanya

5.1 Hali ya Kuhifadhi

Kwa kuhifadhi kwa muda mrefu, mazingira hayapaswi kuzidi 30°C au unyevu wa jamaa wa 70%. Ikiwa imeondolewa kwenye mfuko wa asili wa kuzuia unyevu, vipengele vinapaswa kutumika ndani ya miezi mitatu. Kwa kuhifadhi kwa muda mrefu nje ya kifurushi cha asili, tumia chombo kilichofungwa na kikaushi au kikaushi kilichojazwa nitrojeni.

5.2 Kusafisha

Ikiwa kusafisha kunahitajika, tumia tu vimumunyisho vya kimetili kama vile isopropyl alcohol. Kemikali kali zinapaswa kuepukwa.

5.3 Kuunda Pini

Kupinda lazima kufanyike kwa joto la kawaida na kabla ya kuuza msumari. Upinde unapaswa kufanywa angalau 3mm kutoka msingi wa lenzi ya LED. Mwili wa kifurushi haupaswi kutumika kama fulcrum wakati wa kupinda ili kuepuka kuharibu kiambatanisho cha ndani cha die au vifungo vya waya.

5.4 Vigezo vya Kuuza Msumari

Kuuza Msumari kwa Mkono (Chuma):Joto la juu la 260°C kwa upeo wa sekunde 5 kwa kila pini. Ncha ya chuma haipaswi kuwa karibu zaidi ya 1.6mm kutoka msingi wa lenzi ya epoxy.

Kuuza Msumari kwa Wimbi:Joto la awali hadi upeo wa 100°C kwa hadi sekunde 60. Joto la wimbi la solder linapaswa kuwa la juu la 260°C na wakati wa kuwasiliana wa sekunde 5. Kifaa kinapaswa kuzamishwa sio chini ya 2mm kutoka msingi wa bulb ya epoxy.

Muhimu:Kuzamisha lenzi kwenye solder lazima kuepukwa. Kuuza msumari kwa IR reflow hakufai kwa aina hii ya kifurushi kinachopita kwenye tundu. Joto la kupita kiasi au muda unaweza kusababisha mabadiliko ya sura ya lenzi au kushindwa kwa ghafla.

6. Mambo ya Kuzingatia katika Ubunifu wa Matumizi

6.1 Ubunifu wa Saketi ya Kuendesha

LED ni vifaa vinavyotumia mkondo. Ili kuhakikisha mwangaza sawa wakati wa kuendesha LED nyingi sambamba, inashauriwa sana kutumia upinzani wa kikomo wa mkondo mmoja kwa kila LED. Kuunganisha LED moja kwa moja sambamba bila upinzani wa kibinafsi hakushauriwi kwa sababu ya tofauti katika sifa zao za voltage ya mbele (Vf), ambazo zinaweza kusababisha kutofautiana kwa mkondo na mwangaza usio sawa.

6.2 Usimamizi wa Joto

Kwa kuzingatia upinzani wa joto (RθJA) wa 280°C/W, kupoteza nguvu lazima kusimamiwe kwa uangalifu. Kufanya kazi kwa mkondo wa juu unaoendelea (100mA) na Vf ya kawaida ya 1.7V husababisha kupoteza nguvu ya 170mW. Hii ingesababisha kupanda kwa joto la kiungo kwa takriban 47.6°C juu ya mazingira (170mW * 280°C/W). Kwa mazingira ya 85°C, kiungo kingefikia 132.6°C, na kuzidi kiwango cha juu cha 110°C. Kwa hivyo, mkunjo wa kupunguzwa kwenye Mchoro 6 lazima ufuatiwe kwa ukali.

6.3 Ulinzi dhidi ya Kutokwa kwa Umeme tuli (ESD)

Kipengele hiki kinaweza kuharibika kwa urahisi kutokana na kutokwa kwa umeme tuli. Tahadhari zinazoshauriwa za kushughulikia zinajumuisha:

- Kutumia mkanda wa mkono uliowekwa ardhini au glavu za kuzuia umeme tuli.

- Kuhakikisha vifaa vyote, vituo vya kazi, na rafu za kuhifadhi zimewekwa ardhini ipasavyo.

- Kutumia ionizer ili kuzuia malipo ya umeme tuli ambayo yanaweza kujilimbikiza kwenye lenzi ya plastiki wakati wa kushughulikia.

6.4 Ubunifu wa Mwanga

Pembe ya kuona ya digrii 26 na urefu wa wimbi wa 870nm zinapaswa kufanana na kigunduzi cha mwanga kinachofaa (k.m., photodiode ya PIN yenye majibu ya wigo unaolingana). Kwa safu bora na uadilifu wa ishara, zingatia kutumia lenzi au apertures kusawazisha au kulenga boriti, haswa katika viungo vya mawasiliano vilivyoelekezwa. Kifurushi wazi kinawezesha vipengele vya nje vya mwanga bila kuchuja asili.

7. Ulinganisho wa Kiufundi na Tofauti

HSDL-4261 inajipatia nafasi ndani ya soko la vitoa mionzi ya infrared kupitia mchanganyiko maalum wa vigezo:

Kasi dhidi ya Nguvu:Inatoa usawa kati ya kubadili hali ya kasi (15ns) na pato la nguvu ya mwanga la juu kiasi (45mW kwa kawaida kwa 100mA). Baadhi ya vitoa vinaweza kuwa vya kasi zaidi na nguvu ndogo, au nguvu kubwa zaidi na majibu ya polepole.

Urefu wa Wimbi:Urefu wa wimbi wa kilele wa 870nm ni kiwango cha kawaida kwa viungo vingi vya data ya infrared na mifumo ya udhibiti wa mbali, na kutoa usawa mzuri kati ya unyeti wa kigunduzi cha mwanga cha silicon na kelele ya chini ya mwanga wa mazingira ikilinganishwa na urefu wa wimbi unaoonekana au karibu na kuonekana.

Kifurushi:Kifurushi cha kawaida kinachopita kwenye tundu kinafanya kifaa hiki kifae kwa uundaji wa mfano na matumizi ambapo kuuza msumari kwa wimbi hutumiwa, na kukitofautisha na njia mbadala za kusakinisha kwenye uso ambazo zinahitaji michakato ya reflow.

8. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (FAQs)

8.1 Je, naweza kuendesha LED hii kwa chanzo cha voltage ya mara kwa mara?

Haishauriwi. Sifa ya kielelezo ya I-V ya LED inamaanisha kuwa mabadiliko madogo katika voltage husababisha mabadiliko makubwa katika mkondo, ambayo yanaweza kuzidi kwa urahisi kiwango cha juu ikiwa itaendeshwa moja kwa moja kutoka kwa chanzo cha voltage. Daima tumia upinzani wa mfululizo au kiendesha cha mkondo wa mara kwa mara kuweka sehemu ya kufanya kazi.

8.2 Kwa nini nguvu ya pato hupungua na joto?

Mgawo hasi wa joto wa nguvu ya mionzi (-0.22%/°C) ni sifa ya msingi ya nyenzo ya semiconductor. Kadiri joto linavyoongezeka, michakato ya mchanganyiko isiyo ya mionzi ndani ya semiconductor inakuwa dhamana zaidi, na kupunguza ufanisi wa uzalishaji wa mwanga.

8.3 Madhumuni ya mkunjo wa kupunguzwa ni nini?

Mkunjo wa kupunguzwa (Mchoro 6) ni muhimu kwa kuhakikisha uhakika wa muda mrefu. Huzuia joto la kiungo cha LED kuzidi thamani yake ya juu iliyopimwa (110°C) kwa kupunguza kupoteza nguvu (na hivyo mkondo wa mbele) kadiri joto la mazingira linavyoongezeka. Kupuuza mkunjo huu kunaweza kusababisha kuharibika kwa haraka na kushindwa.

8.4 Je, LED hii inafaa kwa uendeshaji unaoendelea?

Ndio, lakini ndani ya mipaka iliyofafanuliwa na Viwango vya Juu Kabisa na mkunjo wa kupunguzwa. Kwa uendeshaji unaoendelea wa DC, mkondo wa mbele haupaswi kuzidi 100mA kwa mazingira ya 25°C na lazima upunguzwe kwa joto la juu la mazingira kulingana na Mchoro 6. Kwa uendeshaji wa mipigo wenye mikondo ya kilele ya juu, vipimo vya mzunguko wa wajibu na upana wa mipigo lazima vizingatiwe.

9. Mfano wa Matumizi ya Vitendo

Hali: Kubuni kipitishaji rahisi cha data ya IR kwa mawasiliano ya serial ya umbali mfupi.

1. Ubunifu wa Saketi:Tumia pini ya GPIO ya microcontroller kuendesha LED. Weka upinzani wa kikomo wa mkondo mfululizo na anode ya LED. Hesabu thamani ya upinzani kwa kutumia R = (Vcc - Vf_LED) / I_desired. Kwa usambazaji wa 3.3V, mkondo unaotakiwa wa 50mA, na Vf ya kawaida ya 1.5V: R = (3.3V - 1.5V) / 0.05A = 36 Ohms. Tumia thamani ya kawaida inayofuata (k.m., 39 Ohms).

2. Ukaguzi wa Joto:Kupoteza nguvu kwenye LED: P = Vf * I = 1.5V * 0.05A = 75mW. Kupanda kwa joto la kiungo: ΔTj = P * RθJA = 0.075W * 280°C/W = 21°C. Kwa mazingira ya juu ya 85°C, Tj = 106°C, ambayo ni chini ya kikomo cha 110°C.

3. Programu:Sanidi microcontroller kutoa modulasyon ya dijiti inayotakiwa (k.m., On-Off Keying) kwenye pini ya GPIO. Wakati wa kupanda/kushuka wa 15ns wa LED unawezesha viwango vya juu vya data.

4. Muundo:Weka LED na upinzani wake wa mfululizo karibu na pini inayoendesha ili kupunguza inductance ya parasi. Hakikisha mpokeaji (photodiode) umelinganishwa ndani ya pembe ya kuona ya digrii 26 ya kitoa.

10. Kanuni ya Uendeshaji

HSDL-4261 ni diode ya kiungo cha p-n ya semiconductor inayotegemea nyenzo za AlGaAs. Wakati voltage ya bias ya mbele inatumika, elektroni kutoka eneo la n na mashimo kutoka eneo la p huingizwa kwenye kiungo hadi maeneo tofauti. Wabebaji hawa wachanga walioingizwa huchanganyika tena na wabebaji wengi. Katika semiconductor yenye pengo la bendi moja kwa moja kama AlGaAs, sehemu kubwa ya mchanganyiko huu ni wa mionzi, ikimaanisha kuwa hutoa nishati kwa namna ya fotoni. Pengo maalum la bendi la aloi ya AlGaAs inayotumika huamua urefu wa wimbi wa fotoni zinazotolewa, ambazo katika kesi hii zinalenga karibu na 870nm katika wigo wa infrared. Kifurushi wazi cha epoxy kinazunguka chip ya semiconductor, hutoa ulinzi wa mitambo, na hufanya kazi kama lenzi kuunda boriti ya pato.

11. Mienendo ya Sekta

Vitoa mionzi ya infrared vinaendelea kubadilika katika maeneo kadhaa muhimu yanayohusiana na vipengele kama HSDL-4261:

Kasi Iliyoongezeka:Mahitaji ya viwango vya juu vya data katika mawasiliano ya waya ya mwanga (Li-Fi, IRDA ya kasi) yanasababisha maendeleo ya vitoa vyenye wakati wa kupanda/kushuka wa haraka zaidi.

Ufanisi Ulioimarishwa:Uboreshaji katika ukuaji wa epitaxial na ubunifu wa chip unalenga kutoa nguvu zaidi ya mwanga (lumen au mtiririko wa mionzi) kwa kila kitengo cha nguvu ya umeme ya pembejeo (wati), na kupunguza uzalishaji wa joto na kuboresha ufanisi wa mfumo.

Ujumuishaji:Kuna mwelekeo wa kuunganisha kitoa na saketi ya kiendesha au hata na kigunduzi cha mwanga katika kifurushi kimoja ili kuunda moduli kamili za mpokeaji na kipitishaji cha mwanga, na kurahisisha ubunifu wa mtumiaji wa mwisho.

Urefu Mpya wa Wimbi:Wakati 870-940nm inabaki kiwango kwa wapokeaji wa msingi wa silicon, kuna utafiti katika urefu mwingine wa wimbi kwa matumizi maalum kama vile kuhisi gesi au LiDAR salama kwa macho.