Infrared LED 940nm Datasheet - Technical Documentation

1. Mchanganuo wa Bidhaa

Hati hiki hutoa muhtasari wa kiufundi wa kina wa kijenzi cha diode inayotoa mwanga wa infrared (IR) (LED). Kazi kuu ya kifaa hiki ni kutoa mwanga katika wigo wa karibu-infrared, hasa kwenye urefu wa wimbi la kilele (λp) la manomita 940 (nm). Urefu huu wa wimbi hauwezi kuonekana na jicho la binadamu lakini ni bora sana kwa matumizi mbalimbali ya kuhisi na udhibiti wa mbali. Kijenzi hiki kimeundwa kwa ajili ya kuunganishwa katika mkusanyiko wa elektroniki zinazohitaji chanzo cha mwanga cha IR kinachoweza kutegemewa na thabiti.

Faida kuu ya LED hii ya IR iko katika utoaji wake maalum wa nm 940, ambao ni kiwango cha kawaida kwa elektroniki za watumiaji kama vile viboreshaji vya mbali vya TV na vihisi vya karibu. Urefu huu wa wimbi hutoa usawa mzuri kati ya unyeti wa kigunduzi mwanga cha silikoni na kukataa mwanga wa mazingira. Soko lengwa linajumuisha elektroniki za watumiaji, otomatiki ya viwanda, mifumo ya usalama, na matumizi yoyote yanayohitaji mwanga usioonekana kwa ajili ya kuashiria, kugundua, au usambazaji wa data.

2. Uchambuzi wa Kina wa Vigezo vya Kiufundi

Kipande kilichotolewa cha PDF kinasisitiza kigezo kimoja, muhimu cha kupima mwanga: urefu wa wimbi la kilele.

2.1 Sifa za Kipimo cha Mwanga

Peak Wavelength (λp): 940nm

Huu ndio urefu wa mawimbi unaotolewa kwa kiwango kikubwa zaidi na LED, ambapo nguvu ya mnururisho iko kwenye kilele chake. Kilele cha 940nm kina umuhimu kwa sababu kadhaa:

• Uwiano wa Kigundua cha Silikoni: Silikoni photodiodes na phototransistors, vigundua vya IR vinavyotumika sana, vina upeo wa usikivu kawaida katika safu ya 800nm hadi 950nm. Chanzo cha 940nm kinaendana vizuri na hii, kuhakikisha ugunduzi wenye ufanisi na nguvu ya ishara imara.
• Mwangaza Unaonekana Kidogo: Ingawa baadhi ya LED za karibu-IR zinatoa mwangaza mdogo wa nyekundu, LED za 940nm hazionekani karibu kabisa, na hivyo kuwa bora kwa matumizi ya siri au mahali ambapo uvujaji wa mwanga unaoonekana haupendekezwi.
• Upinzani wa Mwanga wa Jua: Wigo wa mnururisho wa jua una kiwango cha chini cha ndani karibu na 940nm, ambacho husaidia sensoru zinazotumia urefu huu wa wimbi kuepuka usumbufu kutoka kwa mwanga wa jua wa mazingira ikilinganishwa na, kwa mfano, LED za 850nm.

Ingawa sehemu ya PDF inaonyesha tu urefu wa wimbi wa kilele, karatasi kamili ya data kwa kawaida ingejumuisha vigezo vya ziada vya fotometri kama vile nguvu ya mnururisho (katika miliwati kwa steradian, mW/sr), pembe ya kuona (pembe ya nusu-nguvu kwa digrii), na upana wa wigo (upana kamili kwa nusu ya upeo, FWHM, kwa nm).

2.2 Vigezo vya Umeme

Ingawa hayajatajwa wazi katika maandishi yaliyotolewa, kuelewa sifa za umeme ni msingi kwa muundo.

• Forward Voltage (Vf): Voltage inayotokwa kwenye LED inapofanya kazi kwa mkondo uliobainishwa. Kwa IR LEDs za kawaida, hii mara nyingi huwa kati ya 1.2V hadi 1.6V, lakini thamani halisi inategemea nyenzo za semiconductor na muundo wa chip. Kigezo hiki ni muhimu sana kwa kuchagua kipingamkondo kinachofaa au sakiti ya kiendeshi.
• Forward Current (If): Upelekaji unaopendekezwa wa mkondo unaoendelea, kawaida kati ya 20mA na 100mA kwa vifurushi vya kawaida. Kuzidi mkondo wa juu unaoruhusiwa unaweza kusababisha uharibifu wa haraka au kushindwa kwa ghafla.
• Voltage ya Kinyume (Vr): Voltage ya juu ambayo LED inaweza kustahimili wakati imewekwa kinyume bila kuharibika, kawaida karibu 5V. Kuzidi hii inaweza kuvunja muunganisho wa PN.
• Mtawanyiko wa Nguvu: Calculated as Vf * If, this determines the thermal load on the component and influences the need for heat sinking.

2.3 Tabia za Joto

LED performance and lifespan are heavily dependent on junction temperature.

• Upinzani wa Joto (Rθj-a): Upinzani wa mtiririko wa joto kutoka kwenye makutano ya semikondukta hadi hewa ya mazingira, unaoonyeshwa kwa digrii Selsiasi kwa wati (°C/W). Thamani ya chini inaonyesha uwezo bora wa kutokomeza joto.
• Joto la Juu la Makutano (Tj max): Kiwango cha juu cha joto kinachoruhusiwa kwenye kiunganishi cha semiconductor. Uendeshaji juu ya kikomo hiki hupunguza sana maisha ya LED. Mpangilio sahihi wa PCB (vias za joto, eneo la shaba) ni muhimu ili kuweka Tj ndani ya mipaka.
• Mkunjo wa Kupunguza Uwezo: Grafu inayoonyesha jinsi upeo wa sasa wa mbele unaoruhusiwa hupungua kadiri joto la mazingira linavyoongezeka. Hii ni zana muhimu ya kubuni kwa kuhakikisha uaminifu chini ya hali zote za uendeshaji.

3. Mfumo wa Binning Ufafanuzi

Tofauti za uzalishaji zina maana LEDs sio sawa. Mfumo wa binning huwagawanya vipengele kulingana na vigezo muhimu ili kuhakikisha uthabiti ndani ya kundi la uzalishaji.

• Wavelength/Peak Wavelength Binning: LEDs are sorted into bins based on their actual peak wavelength, e.g., 935-945nm, 940-950nm. This ensures color consistency for the application.
• Radiant Intensity/Flux Binning: Components are grouped by their measured light output power. For example, bins might be defined as Min/ Typ/ Max radiant intensity values at a specific test current.
• Forward Voltage Binning: LEDs are sorted by their Vf at a test current. This helps in designing more uniform circuits, especially when multiple LEDs are connected in series.

Designers must specify the required bins when ordering to guarantee the performance needed for their application.

4. Uchambuzi wa Mkunjo wa Utendaji

Data ya michoro hutoa ufahamu wa kina zaidi kuliko vipimo vya sehemu moja.

4.1 Mkunjo wa Sasa dhidi ya Voltage (I-V)

Curve hii inaonyesha uhusiano kati ya voltage ya mbele na mkondo wa mbele. Sio ya mstari, inaonyesha voltage ya "goti" (kawaida ~1.2V kwa IR LEDs) ambapo juu yake mkondo huongezeka kwa kasi kwa ongezeko dogo la voltage. Hii inasisitiza umuhimu wa udhibiti wa mkondo, sio udhibiti wa voltage, katika kuendesha LEDs.

4.2 Tabia za Joto

Grafu muhimu ni pamoja na:

• Voltage ya Mbele dhidi ya Joto la Kiungo: Vf ina mgawo hasi wa joto, ikimaanisha inapungua kadri joto linavyoongezeka. Hii inaweza kutumika kwa kugundua joto.
• Ukubwa wa Mnururisho dhidi ya Joto la Kiungo: Mwanga kwa kawaida hupungua kadri joto linavyoongezeka. Mwinuko wa mkunjo huu unaonyesha uthabiti wa joto wa pato.
• Relative Intensity vs. Forward Current: Inaonyesha jinsi pato la mwanga linavyobadilika kulingana na mkondo wa kuendesha, kwa kawaida kwa uhusiano wa mstari au kidogo chini ya mstari hadi athari za joto zinapotawala.

4.3 Usambazaji wa Wigo

Grafu inayopanga ukubwa wa mwanga jamaa dhidi ya urefu wa wimbi. Kwa LED ya 940nm, mkunjo huu ungekuwa unaozingatia karibu 940nm na FWHM ya kawaida ya 40-50nm. Umbo na upana wa mkunjo huu huathiri jinsi mwanga unavyoshirikiana na vichujio na vigunduzi.

5. Mechanical and Package Information

PDF inataja maneno ya ufungaji lakini inakosa mchoro wa vipimo.

• Aina ya Ufungaji: Vifurushi vya kawaida vya IR LEDs ni pamoja na vichwa vya radial vya 3mm, 5mm, na vifurushi vya kifaa cha kusakinisha kwenye uso (SMD) kama 0805, 1206, au vifurushi maalum vya IR.
• Vipimo: Mchoro wa kiufundi unaoelezea kwa kina ungeainisha urefu, upana, kimo, kipenyo/nafasi ya pini (kwa vifaa vya kupenya-bonde), au vipimo vya pedi (kwa vifaa vya SMD).
• Ubunifu wa Pedi/Muundo wa Pedi: Kwa sehemu za SMD, PCB footprint inayopendekezwa (ukubwa wa pedi, umbo, na nafasi) ni muhimu kwa uuzi wa kuaminika na nguvu ya kiufundi.
• Uchambuzi wa Upeo wa Umeme: LEDs ni diodes na lazima ziunganishwe kwa upeo sahihi wa umeme. Utambuzi kwa kawaida hufanywa kupitia ukingo tambarare kwenye lenzi, mshipa mrefu wa anode, au cathode iliyowekwa alama kwenye kifurushi cha SMD.

6. Soldering and Assembly Guidelines

Usindikaji sahihi huhakikisha kutegemewa.

• Profaili ya Kuuza kwa Reflow: Kwa vijenzi vya SMD, profaili ya wakati-joto inayobainisha joto la awali, kuchovya, kiwango cha juu cha joto cha reflow (kwa kawaida hadi 260°C kwa sekunde chache), na viwango vya kupoa lazima ifuatwe.
• Kuuza kwa Mkono: If applicable, guidelines for iron temperature (<350°C) and maximum soldering time per lead (e.g., 3 seconds) are provided to prevent thermal damage to the epoxy lens or semiconductor.
• Tahadhari za ESD: LEDs ni nyeti kwa kutokwa kwa umeme tuli. Ushughulikiaji unapaswa kufanyika kwenye vituo vya kazi vilivyolindwa na ESD kwa kutumia vifaa vilivyowekwa ardhini. Kutajwa kwa "mfuko wa umeme tuli" kwenye PDF kunasisitiza hitaji hili.
• Hali ya Uhifadhi: Components should be stored in a dry, controlled environment (e.g., <40°C/40% RH) to prevent moisture absorption, which can cause "popcorning" during reflow.

7. Taarifa za Ufungaji na Maagizo

The PDF fragment lists several packaging levels.

• Electrostatic Bag: The primary moisture and ESD barrier for the bulk components or reels.
• Inner Carton: Una mifuko au reeli nyingi za umeme tuli.
• Mfuko wa Nje: Mfuko mkuu wa usafirishaji una mifuko mingi ya ndani.
• Kiasi cha Kufunga: Kiasi cha kawaida kwa kila reel (mfano, vipande 1000), kwa kila mfuko, au kwa kila kasha.
• Kuweka Lebo: Lebo lazima zijumuishe nambari ya sehemu, idadi, tarehe ya uzalishaji, nambari ya kundi, na kiwango cha unyeti cha umeme/unyevu (MSL).
• Kanuni ya Kuorodhesha Nambari za Aina. Nambari kamili ya sehemu kwa kawaida hujumuisha sifa muhimu kama aina ya kifurushi, safu ya urefu wa mawimbi, safu ya ukali, na safu ya voltage ya mbele.

8. Mapendekezo ya Utumizi

8.1 Mazingira ya Kawaida ya Utumizi

• Infrared Remote Controls: Kwa televisheni, seti za juu za boksi, mifumo ya sauti. Urefu wa wimbi wa 940nm ni kiwango cha tasnia.
• Vihisi Vya Ukaribu na Uwepo: Inatumika katika simu janja (kuzima skrini ya kugusa wakati wa simu), mifereji ya maji ya otomatiki, vifaa vya kutia sabuni.
• Ugunduzi na Kuhesabu Vitu: Katika otomatiki ya viwanda, mashine za kuuza vitu kiotomatiki, na mihimili ya usalama.
• Usafirishaji wa Data ya Kioo: Kwa viungo vya data vya masafa mafupi na kasi ya chini (IrDA ilikuwa kiwango cha kawaida).
• Mwangaza wa Kuona Usiku: Inaunganishwa na kamera zenye usikivu wa IR kwa usimamizi katika hali ya mwanga dhaifu.

8.2 Design Considerations

• Saketi ya Kuendesha: Tumia daima kizuizi cha mfululizo cha kikomo cha mkondo au kiendeshi cha mkondo thabiti. Hesabu thamani ya kizuizi kwa kutumia R = (Voltage ya Usambazaji - Vf) / If.
• Mpangilio wa PCB: Toa eneo cha kutosha cha shaba au vias za joto chini ya pedi ya joto ya LED (ikiwa ni SMD) ili kupunguza joto.
• Usanifu wa Macho: Fikiria lenzi au apertures ili kuunda boriti. Pembe ya kuona ya LED lazima ifanane na uwanja wa mtazamo wa detector.
• Kuchuja: Tumia kichujio cha kupitisha IR kwenye kigunduzi ili kuzuia mwanga unaoonekana na kuboresha uwiano wa mawimbi-kwa-kelele.
• Ubadilishaji: Kwa matumizi ya kuhisi, kubadilishaji kwa mawimbi kwa ishara ya IR (k.m., kwa 38kHz) na kutumia kigunduzi kilichosawazishwa wakati kunaweza kukataa kuingiliwa kwa mwanga wa mazingira kwa ufanisi.

9. Technical Comparison

Compared to other IR sources:

• vs. 850nm IR LEDs: LED za 850nm mara nyingi huwa na mwanga mdogo wa nyekundu na huathiriwa zaidi na usumbufu wa mwanga wa jua, lakini wakati mwingine hutoa nguvu ya mionzi kidogo juu kwa mkondo sawa wa umeme kutokana na ufanisi wa nyenzo. 940nm hupendekezwa kwa shughuli za siri na kukataa mwanga wa jua bora zaidi.
• vs. Laser Diodes: Laser hutoa boriti nyembamba na iliyoshikamana, inayofaa kwa kugundua umbali mrefu au kwa usahihi, lakini ni ghali zaidi, yanahitaji mifumo changamano zaidi ya kuendesha na usalama, na huwa na wigo nyembamba zaidi wa utoaji mwanga.
• vs. Incandescent IR Sources: Vyanzo vinavyotegemea filament hutolea IR yenye wigo mpana lakini hazina ufanisi, ni za polepole, dhaifu, na hutoa joto kubwa.

LED ya 940nm inatoa usawa bora wa gharama, ufanisi, uaminifu, na utendaji kwa matumizi ya kawaida ya watumiaji na viwanda.

10. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (FAQs)

K: Kwa nini LED yangu ya 940nm haionekani?
J: Uwezo wa macho ya binadamu kupata mwanga hupungua kwa kasi zaidi ya takriban 750nm. 940nm iko ndani ya wigo wa infrared na kimsingi haionekani, ambayo ni sifa muhimu kwa matumizi mengi.

K: Je, naweza kuendesha LED hii moja kwa moja kutoka kwa pini ya microcontroller ya 5V au 3.3V?
A: Hapana. Lazima kila wakati utumie kipingamizi cha kuzuia mkondo kwa mfululizo. Pini ya GPIO ya microcontroller haiwezi kutoa mkondo thabiti na inaweza kuharibiwa na voltage ya mbele ya chini ya LED, ambayo inaweza kuunda hali ya mzunguko mfupi wa karibu.

Q: Ninawezaje kubaini thamani bora ya kipingamizi?
A: Tumia Sheria ya Ohm: R = (Vs - Vf) / If. Kwa mfano, kwa Vs=5V, Vf=1.4V (kawaida), na If=20mA: R = (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ohms. Tumia thamani ya kawaida inayofuata (mfano, 180Ω au 220Ω).

Q: Madhumuni ya "electrostatic bag" iliyotajwa ni nini?
A> It protects the LED from electrostatic discharge (ESD) during storage and transport, which can damage the sensitive semiconductor junction even if the damage is not immediately visible.

Q: Je, halijoto ya mazingira inaathiri utendaji?
A> Yes, significantly. Radiant intensity decreases as temperature increases, and forward voltage decreases. For critical applications, consult the derating curves and design thermal management accordingly.

11. Matumizi ya Vitendo

Utafiti wa Kesi 1: Kihisi cha Ukaribu cha Simu ya Mkonomi
LED ya 940nm huwekwa karibu na kipokezi sauti. Wakati simu inapoongea, LED hutoa msukumo mfupi. Kihisi cha mwanga kilicho karibu hupima mwanga ulioakisiwa. Ikiwa kitu (kama sikio la mtumiaji) kiko karibu, ishara iliyoakisiwa ni nguvu, na skrini ya kugusa huzimwa ili kuzuia uingizaji wa taarifa usiokusudiwa. Urefu wa wimbi wa 940nm unahakikisha hakuna mwanga unaoonekana wakati wa simu.

Uchunguzi wa Kesi 2: Kiasi cha Vitu kwenye Mkokoteni wa Viwanda
LED ya IR na kigunduzi vimewekwa kwenye pande tofauti za ukanda wa mkokoteni, na kutengeneza mwale. Wakati kitu kinapopita, kinavunja mwale, na kusababisha kifaa cha kuhesabu kufanya kazi. Kutumia mawimbi ya mabadiliko ya 940nm inasaidia mfumo kupuuza mionzi ya IR ya mara kwa mara kutoka kwa vitu vya moto au mashine kwenye sakafu ya kiwanda.

12. Kanuni ya Uendeshaji

LED ya infrared ni diode ya makutano ya p-n ya semikondukta. Inapopewa bias mbele (voltage chanya inatumika kwa upande wa p, anode), elektroni kutoka eneo la n huingizwa kwenye makutano hadi eneo la p, na mashimo kutoka eneo la p huingizwa hadi eneo la n. Vibeba vidogo hivi huchanganyika tena na vibeba vikubwa katika maeneo yanayopingana. Katika nyenzo ya semikondukta yenye pengo la bendi moja kwa moja kama Gallium Arsenide (GaAs) au Aluminum Gallium Arsenide (AlGaAs), ambayo hutumiwa kwa kawaida kwa IR LEDs, tukio hili la kuchanganyika tena hutoa nishati kwa njia ya fotoni (chembe ya mwanga). Urefu wa wimbi (rangi) wa fotoni inayotolewa huamuliwa na nishati ya pengo la bendi (Eg) ya nyenzo ya semikondukta, kulingana na mlinganyo λ ≈ 1240 / Eg (eV), ambapo λ iko katika nanomita. Kwa urefu wa wimbi wa 940nm, nishati ya pengo la bendi ni takriban 1.32 eV. Muundo maalum wa nyenzo (k.m., AlGaAs) umeundwa ili kufikia pengo hili sahihi la bendi.

13. Technology Trends

Maendeleo ya IR LEDs yanafuata mienendo kadhaa muhimu inayochochewa na mahitaji ya matumizi:

• Nguvu na Ufanisi Zilizoongezeka: Uboreshaji unaoendelea wa sayansi ya nyenzo na muundo wa chipi hutoa ukali wa mnururisho wa juu na ufanisi wa kuziba-kuta (nguvu ya mwanga nje / nguvu ya umeme ndani), kuwezesha masafa marefu au matumizi ya nguvu ya chini.
• Udogo: Ukubwa wa kifurushi unaendelea kupungua (k.m., vifurushi vya kiwango cha chipi) ili kutoshea katika vifaa vidogo zaidi vya watumiaji kama vile vifaa vya kuvaliwa na simu mahiri nyembamba sana.
• Suluhisho Zilizounganishwa: Kuna mwelekeo wa kuelekea moduli zinazounganisha LED, kiendeshi, kigunduzi cha nuru, na wakati mwingine hata microcontroller katika kifurushi kimoja, kurahisisha muundo kwa watumiaji wa mwisho (mfano, moduli kamili za kihisi cha ukaribu).
• Kupanua kwa Wigo Mpya: Ingawa 850nm na 940nm zinatawala, kuna hamu inayoongezeka kwa urefu mwingine wa mawimbi ya IR kwa matumizi maalum, kama vile kugundua gesi (kwa kutumia mistari maalum ya kunyonya) au kuboresha picha ya tishu za kibayolojia.
• Uboreshaji wa Usimamizi wa Joto: Miundo mipya ya kifurushi yenye upinzani mdogo wa joto inaruhusu mikondo ya juu ya kuendesha na pato endelevu katika mazingira magumu.

Mielekeo hii inalenga kufanya kugundua kwa IR kuwa thabiti zaidi, kompakt, yenye ufanisi wa nishati, na kupatikana kwa anuwai pana ya matumizi, kuanzia LiDAR ya magari na uthibitishaji wa kibayometri hadi ufuatiliaji wa hali ya juu wa mazingira.