IR42-21C/TR8 - Karatasi ya Data ya LED ya Infrared ya Duara ya 1.8mm - Voltage 1.2V - Nguvu 130mW - Lenzi ya Maji Safi - Hati ya Kiufundi ya Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

IR42-21C/TR8 ni diode inayotoa mwanga wa infrared, ndogo sana na inayowekwa kwenye uso, iliyoundwa kwa matumizi ya optoelectronic ya kompakt. Ina kifurushi cha duara chenye kipenyo cha 1.8mm kilichotengenezwa kwa plastiki safi kama maji na lenzi ya juu ya duara, ikiboresha utoaji wa mwanga. Kifaa hiki hutumia nyenzo ya chip ya Gallium Aluminum Arsenide (GaAlAs), ambayo inalingana kwa wigo na photodiodes za silicon na phototransistors, ikihakikisha ugunduzi bora katika mifumo ya sensor. Malengo yake ya msingi ya muundo ni kupunguza ukubwa, uwezo wa kufanya kazi na michakato ya usanikishaji ya otomatiki, na utendakazi thabiti katika anuwai ya vifaa vya elektroniki vya watumiaji na viwanda.

1.1 Faida za Msingi na Soko Lengwa

LED hii inatoa faida kadhaa muhimu kwa wabunifu. Voltage yake ya mbele ya chini (kawaida 1.2V) inachangia kwenye utendakazi wa ufanisi wa nishati. Sehemu hii inatii kikamilifu kanuni zisizo na risasi (Pb-free), RoHS, EU REACH, na kanuni zisizo na halojeni (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), na kufanya iweze kutumika katika masoko ya kimataifa yenye viwango vikali vya mazingira. Inaweza kutumika na michakato ya kuuza ya reflow ya infrared na awamu ya mvuke, ikirahisisha usanikishaji wa kiasi kikubwa na otomatiki wa PCB. Masoko yanayolengwa hasa ni pamoja na wazalishaji wa sensor ndogo za infrared, vizuizi vya mwanga vidogo kwa otomatiki, diski laini za floppy (kwa mifumo ya zamani au maalum), swichi za optoelectronic za jumla, na mifumo ya kugundua moshi ambapo chanzo kisichoonekana cha IR kinahitajika.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

Utendakazi wa IR42-21C/TR8 umefafanuliwa na seti ya viwango vya juu kabisa na sifa za umeme-na-optiki zilizopimwa kwa joto la kawaida la mazingira (Ta) la 25°C. Kuelewa vigezo hivi ni muhimu sana kwa muundo thabiti wa sakiti na kuhakikisha kuwa LED inafanya kazi ndani ya eneo lake salama la kufanya kazi (SOA).

2.1 Viwango vya Juu Kabisa

Viwango hivi vinafafanua mipaka ya mkazo ambayo inaweza kusababisha uharibifu wa kudumu kwa kifaa. Haipaswi kuzidi hata kwa muda mfupi. Mkondo wa mbele unaoendelea (IF) umekadiriwa kuwa 65 mA. Voltage ya juu inayoruhusiwa ya nyuma (VR) ni 5 V. Kifaa kinaweza kufanya kazi ndani ya safu ya joto la mazingira (Topr) ya -25°C hadi +85°C na kuhifadhiwa (Tstg) kati ya -40°C na +85°C. Joto la kuuza (Tsol) halipaswi kuzidi 260°C kwa muda wa sekunde 5 au chini wakati wa michakato ya reflow. Jumla ya nguvu inayotumika (Pd) kwa joto la hewa huria la 25°C au chini ni 130 mW. Kuzidi mipaka yoyote ya hizi kuna hatari ya kushindwa kwa ghafla au uharibifu wa kasi.

2.2 Sifa za Umeme-na-Optiki

Vigezo hivi, kwa kawaida hupimwa kwa mkondo wa mbele (IF) wa 20 mA, vinafafanua utendakazi wa kazi wa kifaa. Ukubwa wa mnururisho (Ie), kipimo cha nguvu ya optiki inayotolewa kwa pembe imara, ina thamani ya chini ya 1.0 mW/sr na thamani ya kawaida ya 3.0 mW/sr. Urefu wa wimbi la kilele (λp) kwa kawaida ni 940 nm, na kuweka wazi katika wigo wa karibu wa infrared, ambao ni bora kwa vigunduzi vya msingi wa silicon. Upana wa wigo wa spectral (Δλ) kwa kawaida ni 45 nm, na kufafanua safu ya urefu wa mawimbi yanayotolewa. Voltage ya mbele (VF) ina thamani ya kawaida ya 1.2 V na ya juu ya 1.5 V kwa 20 mA. Mkondo wa nyuma (IR) ni wa juu wa 10 µA wakati bias ya nyuma ya 5 V inatumika. Pembe ya kuona (2θ1/2), inayofafanuliwa kama pembe kamili ambapo ukubwa wa mnururisho hupungua hadi nusu ya thamani yake ya kilele, kwa kawaida ni digrii 30, na kutoa boriti iliyolengwa kwa wastani.

3. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendakazi

Karatasi ya data inatoa mikondo kadhaa ya sifa inayoonyesha jinsi vigezo muhimu vinavyobadilika na hali ya kufanya kazi. Grafu hizi ni muhimu sana kwa kuelewa tabia ya ulimwengu halisi zaidi ya vipimo vya sehemu moja kwa 25°C.

3.1 Mkondo wa Mbele dhidi ya Joto la Mazingira

Mkondo huu unaonyesha uhusiano kati ya mkondo wa mbele unaoruhusiwa unaoendelea na joto la mazingira. Kadiri joto la mazingira linavyoongezeka, mkondo wa juu unaoruhusiwa wa mbele hupungua kwa mstari. Kupunguzwa huu kwa viwango ni muhimu ili kuzuia joto la kiungo kuzidi kikomo chake, ambacho kinahusishwa na kiwango cha matumizi ya nguvu. Wabunifu lazima watumie grafu hii kuchagua mkondo unaofaa wa kufanya kazi kwa joto la juu la mazingira linalotarajiwa la matumizi yao.

3.2 Usambazaji wa Wigo

Mkondo wa usambazaji wa wigo unaonyesha ukubwa wa mnururisho wa jamaa dhidi ya urefu wa wimbi. Inathibitisha kwa macho urefu wa wimbi la kilele la 940 nm na upana wa wigo wa spectral wa takriban 45 nm. Mkondo huu hauna ulinganifu, ambayo ni kawaida kwa wigo wa utoaji wa LED. Habari hii ni muhimu sana kwa matumizi yanayohitaji ulinganifu maalum wa wigo na mkondo wa usikivu wa kigunduzi cha mwanga.

3.3 Mkondo wa Mbele dhidi ya Voltage ya Mbele

Mkondo huu wa sifa za IV (Mkondo-Voltage) sio wa mstari, kama diode zote. Unaonyesha kuwa ongezeko dogo la voltage ya mbele zaidi ya voltage ya "goti" husababisha ongezeko kubwa, la kielelezo la mkondo wa mbele. Hii inasisitiza umuhimu mkubwa wa kutumia kipingamkali cha kikomo cha mkondo au kichocheo cha mkondo wa mara kwa mara ili kuzuia kukimbia kwa joto na uharibifu wa LED kutokana na mkondo mwingi.

3.4 Ukubwa wa Mnururisho wa Jamaa dhidi ya Uhamisho wa Pembe

Mpango huu wa polar unaonyesha muundo wa utoaji wa anga wa LED. Ukubwa umewekwa kwa thamani yake ya juu kabisa kwa digrii 0 (kwenye mhimili). Mkondo unaonyesha jinsi ukubwa unavyopungua kadiri pembe ya uchunguzi inavyoongezeka, na kufafanua pembe ya kuona ya digrii 30 ambapo ukubwa ni 50% ya kilele. Muundo kwa ujumla ni wa Lambertian (kama cosine) kwa kifurushi hiki cha duara, ambacho ni muhimu kwa kuhesabu mnururisho kwenye kigunduzi.

4. Habari ya Mitambo na Ufungaji

4.1 Vipimo vya Kifurushi

Kifaa hiki kimewekwa kwenye kifurushi cha SMD cha duara cha kompakt chenye kipenyo cha 1.8mm. Michoro ya kina ya mitambo katika karatasi ya data inatoa vipimo vyote muhimu, ikiwa ni pamoja na urefu wa mwili, nafasi ya waya, na jiometri ya lenzi. Vipimo vyote viko kwenye milimita, na uvumilivu wa kawaida wa ±0.1mm isipokuwa imebainishwa vinginevyo. Mpango wa pad unaopendekezwa umetolewa kwa muundo wa PCB, lakini imebainishwa wazi kuwa hii ni kwa marejeo tu na inapaswa kubadilishwa kulingana na mahitaji ya mchakato wa kibinafsi na mahitaji ya usimamizi wa joto.

4.2 Utambulisho wa Ubaguzi na Ufungaji kwenye Mkanda

Kifurushi kina upande wa gorofa au alama sawa kuonyesha waya wa cathode (hasi), ambayo ni muhimu kwa mwelekeo sahihi wakati wa usanikishaji. Kwa uzalishaji wa kiasi kikubwa, vipengele vinatolewa kwenye reeli za mkanda wa kubeba. Karatasi ya data inajumuisha vipimo vya mkanda wa kubeba, ikibainisha ukubwa wa mfuko, umbali, na kipenyo cha reeli. Reeli ya kawaida ina vipande 1000, ambavyo ni kawaida kwa mashine za otomatiki za kuchukua-na-kuweka.

5. Miongozo ya Kuuza na Usanikishaji

Ushughulikaji sahihi na kuuza ni muhimu kwa uthabiti. LED hii ni nyeti kwa unyevunyevu na inakuja kwenye mfuko wa kizuizi cha unyevunyevu na dawa ya kukausha.

5.1 Uhifadhi na Uthabiti wa Unyevunyevu

Kabla ya kufungua mfuko uliofungwa, LED lazima zihifadhiwe kwa 30°C au chini na Unyevunyevu wa Jamaa (RH) wa 90% au chini. Maisha ya rafu ni mwaka mmoja. Baada ya kufungua mfuko, vipengele vinapaswa kuhifadhiwa kwa 30°C/60%RH au chini na lazima zitumike ndani ya masaa 168 (siku 7). Ikiwa muda wa uhifadhi umepitwa au dawa ya kukausha inaonyesha kuingia kwa unyevunyevu, matibabu ya kuoka kwa 60 ± 5°C kwa masaa 24 yanahitajika kabla ya matumizi ili kuondoa unyevunyevu uliokamatiwa na kuzuia "popcorning" wakati wa kuuza kwa reflow.

5.2 Vigezo vya Kuuza kwa Reflow

Kifaa hiki kinaweza kutumika na wasifu wa kuuza kwa reflow isiyo na risasi (Pb-free). Wasifu maalum wa joto unapendekezwa, kwa kawaida unajumuisha hatua ya joto la awali, eneo la kuchovya, eneo la joto la kilele lisilozidi 260°C kwa upeo wa sekunde 5, na hatua ya kupoa iliyodhibitiwa. Kuuza kwa reflow haipaswi kufanywa zaidi ya mara mbili. Wakati wa kupokanzwa, hakuna mkazo wa mitambo unapaswa kutumika kwa mwili wa LED au waya, na PCB haipaswi kupindika baada ya kuuza.

5.3 Kuuza kwa Mkono na Urekebishaji

Ikiwa kuuza kwa mkono hakuepukiki, tahadhari kubwa lazima ichukuliwe. Joto la ncha ya chuma cha kuuza linapaswa kuwa chini ya 350°C, na muda wa kuwasiliana na kila terminal unapaswa kuwa sekunde 3 au chini. Chuma cha nguvu ya chini (25W au chini) kinapendekezwa. Pumziko la angalau sekunde 2 linapaswa kuzingatiwa kati ya kuuza kila waya. Urekebishaji baada ya kuuza kwa awali haupendekezwi kabisa. Ikiwa ni lazima kabisa, chuma maalum cha kuuza chenye vichwa viwili kinapaswa kutumiwa kupokanzwa waya zote mbili kwa wakati mmoja na kuinua kipengele bila kusababisha mkazo kwa kifurushi. Uwezekano wa uharibifu wakati wa urekebishaji ni mkubwa.

6. Mapendekezo ya Matumizi na Mazingatio ya Muundo

6.1 Sakiti za Matumizi ya Kawaida

Sakiti ya msingi zaidi ya matumizi ni muunganisho rahisi wa mfululizo wa LED, kipingamkali cha kikomo cha mkondo, na chanzo cha voltage. Thamani ya kipingamkali (R) inahesabiwa kwa kutumia Sheria ya Ohm: R = (V_chanzo - VF_LED) / IF. Kwa mfano, kwa chanzo cha 5V, VF ya 1.2V, na IF inayotaka ya 20mA, R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 Ohms. Kipingamkali cha 200 Ohm kingekuwa thamani ya kawaida inayofaa. Kwa utendakazi thabiti zaidi, hasa na voltage ya usambazaji inayobadilika, sakiti ya kichocheo cha mkondo wa mara kwa mara inapendekezwa.

6.2 Mazingatio ya Muundo kwa Mifumo ya Infrared

Wakati wa kubuni mfumo wa kugundua infrared, mambo kadhaa lazima yazingatiwe. Ulinganifu wa optiki kati ya LED ya IR na kigunduzi cha mwanga ni muhimu sana, hasa na boriti ya digrii 30. Kuzuia mwanga wa mazingira mara nyingi kunahitajika; hii inaweza kufikiwa kwa kubadilisha mkondo wa kuchochea LED na kutumia sakiti ya kigunduzi iliyosawazishwa ili kuchuja mwanga wa DC wa mazingira. Ukubwa wa mnururisho na usikivu wa kigunduzi lazima vilingane kwa umbali unaohitajika wa kugundua. Usimamizi wa joto unapaswa kuzingatiwa ikiwa kufanya kazi karibu na viwango vya juu kabisa, kwani joto la juu la kiungo linapunguza utoaji wa mwanga na maisha ya huduma.

7. Ulinganisho wa Kiufundi na Tofauti

Ikilinganishwa na LED kubwa za IR za kupitia-tundu, faida kuu ya IR42-21C/TR8 ni ukubwa wake mdogo wa SMD, na kuwezesha miundo ndogo, nyepesi, na ya otomatiki zaidi ya PCB. Ikilinganishwa na LED nyingine za SMD za IR, tofauti zake kuu ni ukubwa wake maalum wa kifurushi cha duara cha 1.8mm, urefu wa wimbi la kilele la 940nm lililoboreshwa kwa vigunduzi vya silicon, na utii wake kwa kanuni za hivi karibuni za mazingira (Halojeni-Free, REACH). Lenzi safi kama maji, tofauti na lenzi iliyotiwa rangi au iliyotawanyika, inaongeza upelekaji wa juu zaidi wa mwanga wa infrared, na kutoa ukubwa wa juu zaidi wa mnururisho kwa pembejeo maalum ya umeme.

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

Q: Kwa nini kipingamkali cha kikomo cha mkondo ni muhimu kabisa?

A: Mkondo wa IV unaonyesha uhusiano wa kielelezo wa LED kati ya voltage na mkondo. Ongezeko dogo la voltage ya usambazaji au kupungua kwa voltage ya mbele ya LED (kutokana na joto) kunaweza kusababisha mafuriko makubwa, yasiyodhibitiwa ya mkondo, na kusababisha kuchomwa moto mara moja. Kipingamkali hutoa kingamanishi cha mstari, kinachotuliza.

Q: Je, naweza kuchochea LED hii kwa pini ya microcontroller ya 3.3V moja kwa moja?

A: Inawezekana, lakini sio bora zaidi. Kwa VF ya 1.2V, kipingamkali cha mfululizo kingehitajika. Mkondo unaopatikana kutoka kwa pini ya GPIO mara nyingi umepunguzwa (mfano, 20-25mA). Lazima uhakikishe jumla ya mkondo unaotolewa, ikiwa ni pamoja na hesabu ya kipingamkali (R = (3.3V - 1.2V) / I_inayotaka), hauzidi uwezo wa kutoa mkondo wa GPIO. Kwa mikondo ya juu au LED nyingi, kichocheo cha transistor kinahitajika.

Q: "Kulingana kwa wigo na kigunduzi cha mwanga cha Si" inamaanisha nini?

A: Photodiodes za silicon na phototransistors zina usikivu wa kilele katika eneo la karibu la infrared, karibu 800-900nm. Utoaji wa kilele wa 940nm wa LED huu unakaa ndani ya eneo hili la usikivu wa juu, na kuhakikisha ufanisi wa juu zaidi wa uhamisho wa ishara kutoka kwa chanzo cha mwanga hadi kigunduzi, na kusababisha uwiano bora wa ishara-kwa-kelele na masafa ya mfumo.

Q: Je, uthabiti wa unyevunyevu na maagizo ya kuoka ni muhimu kiasi gani?

A: Ni muhimu sana kwa vipengele vya SMD. Unyevunyevu uliokamatiwa unaweza kuyeyuka kwa kasi wakati wa mchakato wa joto la juu wa kuuza kwa reflow, na kusababisha kutenganishwa kwa ndani, nyufa, au "popcorning" ambayo huharibu kifaa. Kufuata taratibu za usimamizi wa MSL (Kiwango cha Uthabiti wa Unyevunyevu) ni muhimu sana kwa mavuno ya uzalishaji na uthabiti wa muda mrefu.

9. Uchambuzi wa Kesi ya Matumizi na Muundo wa Vitendo

Hali: Kubuni Sensor ya Kugundua Kitu ya Kompakt.Mbunifu anahitaji kuunda sensor ya kugundua kitu isiyo ya kugusa kwa kifaa kidogo cha otomatiki. Nafasi ni ndogo, na inahitaji kipengele cha SMD. Wanachagua IR42-21C/TR8 kwa ukubwa wake mdogo. Wanaunganisha na phototransistor katika muundo wa kutafakari nyuma: vipengele vyote viwili vimewekwa kando kando kwenye PCB sawa, wakikabili mwelekeo sawa. Kitu kinachopita mbele kinatafakari boriti ya IR kurudi kwenye phototransistor. Mbunifu anatumia ukubwa wa kawaida wa mnururisho (3.0 mW/sr) na usikivu wa phototransistor kuhesabu mkondo unaohitajika kwa masafa ya kugundua yanayotaka ya 10cm. Wanatekeleza sakiti rahisi ya timer ya 555 kupiga LED kwa 1kHz, na sakiti ya kigunduzi inajumuisha kichujio cha kipito cha bendi kilichowekwa kwa 1kHz ili kuzuia mwanga wa mazingira wa 50/60Hz na mwanga wa jua wa DC. Kipingamkali cha kikomo cha mkondo kinachaguliwa kutoa kichocheo cha 15mA, kinachokaa vizuri ndani ya kiwango cha LED, ili kuhakikisha maisha marefu. Kifurushi cha kompakt cha SMD kinawezesha usanikishaji mzima wa sensor kukaa kwenye nyumba yenye upana wa chini ya 15mm.

10. Kanuni ya Kufanya Kazi na Mienendo ya Teknolojia

10.1 Kanuni ya Kufanya Kazi

Diode inayotoa Mwanga wa Infrared (IR LED) inafanya kazi kwa kanuni ya umeme-luminiscence katika kiungo cha p-n cha semiconductor. Wakati voltage ya mbele inatumika, elektroni kutoka kwa eneo la aina-n na mashimo kutoka kwa eneo la aina-p huingizwa kwenye kiungo. Wakati vibebaji hivi vya malipo vinajumuishwa tena katika eneo la kazi (chip ya GaAlAs katika kesi hii), nishati hutolewa kwa mfumo wa fotoni (mwanga). Pengo maalum la bendi ya nishati ya nyenzo ya semiconductor ya GaAlAs huamua urefu wa wimbi wa fotoni zinazotolewa, ambazo ziko katika wigo wa infrared (940nm) kwa kifaa hiki. Kifurushi cha epoxy safi kama maji hufanya kazi kama lenzi, na kuunda mwanga unaotolewa kuwa pembe maalum ya kuona.

10.2 Mienendo ya Sekta

Mwelekeo katika optoelectronics, kama ilivyo kwa elektroniki zote, ni kuelekea kupunguza ukubwa zaidi, ufanisi wa juu zaidi, na ushirikiano mkubwa zaidi. Ingawa kanuni ya msingi ya IR LED inabaki thabiti, maendeleo yanaonekana katika teknolojia ya ufungaji (hata ukubwa mdogo zaidi kama vile vifurushi vya 0402 au chip-scale), nyenzo bora za epitaxial kwa ufanisi wa juu zaidi wa ukuta-plagi (utoaji wa mwanga zaidi kwa watt ya pembejeo ya umeme), na ushirikiano wa vichocheo na mantiki ya udhibiti katika moduli "smart" za LED. Pia kuna msukumo wa kuendelea kwa chaguzi za wigo pana na vifaa vinavyoweza kufanya kazi kwa kasi ya juu zaidi ya ubadilishaji kwa matumizi ya mawasiliano ya data (kama IRDA). Utiifu wa mazingira (Halojeni-Free, uzalishaji wa kiwango cha chini cha kaboni) unabaki kichocheo kikubwa katika sekta nzima.