3mm Kızılötesi LED 850nm HIR204C Veri Sayfası - T-1 Paket - 1.45V İleri Gerilim - 150mW Güç - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürüne Genel Bakış

Bu belge, yüksek şiddetli bir 3mm (T-1) kızılötesi ışık yayan diyot (LED) için teknik özellikleri detaylandırır. Cihaz, 850 nanometre (nm) tepe dalga boyunda ışık yayacak şekilde tasarlanmıştır ve bu da onu çeşitli kızılötesi algılama ve iletim uygulamaları için uygun kılar. Başlıca avantajları arasında yüksek güvenilirlik, önemli ışınım çıkışı ve düşük bir ileri gerilim gereksinimi bulunur.

LED, Galyum Alüminyum Arsenür (GaAlAs) çip malzemesi kullanılarak imal edilmiş ve su berraklığında plastik bir paket içine yerleştirilmiştir. Bu spektral çıkış, fototransistörler, fotodiyotlar ve entegre alıcı modülleri gibi yaygın kızılötesi alıcılarla uyumlu olacak şekilde özellikle eşleştirilmiştir. Ürün, RoHS (Tehlikeli Maddelerin Kısıtlanması) direktiflerine uygundur.

1.1 Hedef Uygulamalar

Cihaz, sağlam kızılötesi sinyalizasyon gerektiren sistemler için tasarlanmıştır. Başlıca uygulama alanları şunlardır:

• Serbest hava optik veri iletim sistemleri.
• Özellikle daha yüksek çıkış gücü talep eden kızılötesi uzaktan kumanda üniteleri.
• Optik algılama prensiplerini kullanan duman algılama ve yangın alarm sistemleri.
• Endüstriyel veya tüketici kullanımı için genel amaçlı kızılötesi tabanlı uygulama sistemleri.

2. Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek sınırları tanımlar. Bu koşullar altında çalışma garantisi verilmez.

• Sürekli İleri Akım (I_F): 100 mA
• Tepe İleri Akım (I_FP): 1.0 A (Darbe Genişliği ≤ 100μs, Görev Döngüsü ≤ %1)
• Ters Gerilim (V_R): 5 V
• Çalışma Sıcaklığı (T_opr): -40°C ila +85°C
• Depolama Sıcaklığı (T_stg): -40°C ila +100°C
• Lehimleme Sıcaklığı (T_sol): 260°C (≤ 5 saniye süreyle)
• Güç Harcaması (P_d): 150 mW (25°C ortam sıcaklığında veya altında)

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler (T_a= 25°C)

Bu parametreler, cihazın belirtilen test koşulları altındaki tipik performansını tanımlar.

• Işınım Şiddeti (I_e):
  • Tipik: I_F= 20 mA'de 17.6 mW/sr.
  • Tipik: I_F= 100 mA'de (darbe) 90 mW/sr.
  • Tipik: I_F= 1 A'de (darbe) 900 mW/sr.
• Tepe Dalga Boyu (λ_p): I_F= 20 mA'de Tipik 850 nm.
• Spektral Bant Genişliği (Δλ): I_F= 20 mA'de Tipik 45 nm.
• İleri Gerilim (V_F):
  • Tipik: 1.45 V, Maksimum: I_F= 20 mA'de 1.65 V.
  • Tipik: 1.80 V, Maksimum: I_F= 100 mA'de (darbe) 2.40 V.
  • Tipik: 4.10 V, Maksimum: I_F= 1 A'de (darbe) 5.25 V.
• Ters Akım (I_R): V_R= 5 V'de Maksimum 10 μA.
• Görüş Açısı (2θ_1/2): I_F= 20 mA'de Tipik 25 derece.

Not: Ölçüm belirsizlikleri ileri gerilim (±0.1V), ışınım şiddeti (±%10) ve baskın dalga boyu (±1.0nm) için belirtilmiştir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın değişen koşullar altındaki davranışını gösteren çeşitli karakteristik eğriler sağlar. Bunlar, tasarım mühendislerinin gerçek dünya uygulamalarındaki performansı tahmin etmesi için kritik öneme sahiptir.

3.1 İleri Akım - Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Bu eğri, ortam sıcaklığı arttıkça izin verilen maksimum ileri akımın azalmasını (derating) gösterir. Cihazın güç harcama kapasitesi sıcaklıkla birlikte düşer; bu durum, aşırı ısınmayı önlemek için termal tasarımda dikkate alınmalıdır.

3.2 Spektral Dağılım

Spektral çıkış grafiği, tanımlı bir bant genişliği ile 850nm'de tepe emisyonu doğrular. Bu, hedeflenen alıcının (örneğin, 800-900nm civarında en hassas olan bir silikon fotodedektör) spektral hassasiyeti ile uyumluluğu sağlamak için gereklidir.

3.3 Işınım Şiddeti - İleri Akım İlişkisi

Bu grafik, sürücü akımı ile optik çıkış arasındaki ilişkiyi gösterir. Genellikle doğrusal altı bir artış gösterir, yani çok yüksek akımlarda verimlilik düşebilir. Tasarımcılar, çıkış gücünü verimlilik ve cihaz ömrü ile dengeleyen bir çalışma noktası seçmek için bunu kullanır.

3.4 Bağıl Işınım Şiddeti - Açısal Yer Değiştirme İlişkisi

Bu kutupsal grafik, uzamsal emisyon desenini (görüş açısını) tanımlar. Tipik 25 derecelik yarı açı, orta derecede odaklanmış bir ışın demetine işaret eder; bu, kızılötesi enerjiyi belirli bir hedefe veya sensöre yönlendirmek için kullanışlıdır.

3.5 Tepe Emisyon Dalga Boyu - Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Kızılötesi LED'ler, tepe dalga boyunda sıcaklıkla birlikte tipik olarak yaklaşık 0.2-0.3 nm/°C'lik bir kayma gösterir. Bu eğri, HIR204C için bu kaymayı nicelendirir; bu, kesin dalga boyu eşleşmesinin kritik olduğu uygulamalar için önemlidir.

3.6 İleri Akım - İleri Gerilim İlişkisi (I-V Eğrisi)

Bir diyodun temel elektriksel karakteristiği. Bu eğri, belirli bir çalışma akımında LED üzerindeki gerilim düşüşünü belirlemek için kullanılır; bu, sürücü devresini tasarlamak (örneğin, akım sınırlayıcı bir direnç seçmek veya sabit akımlı bir sürücü tasarlamak) için gereklidir.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

4.1 Paket Boyutları (T-1, 3mm)

Cihaz, standart T-1 (3mm) radyal bacaklı paket boyutlarına uygundur. Temel mekanik özellikler şunlardır:

• Toplam paket çapı yaklaşık 3.0mm'dir.
• Standart bacak aralığı (merkezler arası) 2.54mm (0.1 inç)'dir.
• Veri sayfasında, aksi belirtilmedikçe genel toleransı ±0.25mm olan uzunluklar, çaplar ve bacak tel çaplarını belirten detaylı bir ölçülü çizim sağlanmıştır.

4.2 Polarite Tanımlama

LED'in lensinde düz bir kenar veya daha kısa bir bacağı vardır; bu katot (negatif) terminalini gösterir. Devre montajı sırasında doğru polariteye dikkat edilmelidir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Uygun işleme, cihaz güvenilirliğini ve performansını korumak için çok önemlidir.

5.1 Bacak Şekillendirme

• Bükme işlemi, epoksi lensin tabanından en az 3mm uzakta gerçekleştirilmelidir; bu, iç die ve tel bağlantıları üzerindeki stresi önlemek içindir.
• Bacakları lehimlemeden önce şekillendirin.
• Pakete stres uygulamaktan kaçının. PCB delikleri, montaj stresini önlemek için LED bacaklarıyla mükemmel şekilde hizalanmalıdır.
• Bacakları oda sıcaklığında kesin.

5.2 Depolama Koşulları

• Önerilen depolama: ≤ 30°C ve ≤ %70 Bağıl Nem (RH).
• Bu koşullar altında sevkiyattan sonra raf ömrü 3 aydır.
• Daha uzun süreli depolama için (1 yıla kadar), azot atmosferi ve nem alıcı (desiccant) içeren kapalı bir kap kullanın.
• Yoğuşmayı önlemek için nemli ortamlarda ani sıcaklık değişimlerinden kaçının.

5.3 Lehimleme Önerileri

Lehim noktası ile epoksi gövde arasında en az 3mm mesafe bırakın.

• El Lehimlemesi: İğne ucu sıcaklığı ≤ 300°C (maks 30W), lehimleme süresi ≤ 3 saniye.
• Dalga/Daldırma Lehimleme: Ön ısıtma ≤ 100°C (maks 60 sn), lehim banyosu ≤ 260°C, bekleme süresi ≤ 5 saniye.
• Yüksek sıcaklık işlemleri sırasında bacaklara stres uygulamaktan kaçının.
• Daldırma/el lehimlemesini birden fazla kez yapmayın.
• Lehimlemeden sonra cihazın oda sıcaklığına kademeli olarak soğumasına izin verin, soğuma sırasında şok veya titreşimden koruyun.

5.4 Temizleme

• Gerekirse, sadece oda sıcaklığında izopropil alkol ile ≤ 1 dakika temizleyin. Havayla kurutun.
• Ultrasonik temizleme önerilmez. Kaçınılmazsa, potansiyel etkisi dikkatlice değerlendirilmelidir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Paketleme Malzemeleri ve Özellikleri

Cihazlar, depolama ve taşıma sırasında hasarı önlemek için nem geçirmez malzemeler kullanılarak paketlenir. Paketleme hiyerarşisi şu şekildedir:

1. Cihazlar antistatik torbalara yerleştirilir.
2. Torbalar iç kutulara yerleştirilir.
3. İç kutular ana nakliye kutularına paketlenir.

6.2 Paketleme Miktarları

• Antistatik torba başına minimum 200 ila 1000 adet.
• İç kutu başına 5 torba.
• Ana nakliye kutusu başına 10 kutu.

6.3 Etiket Açıklaması

Paketleme üzerindeki etiketler temel tanımlayıcıları içerir:

• CPN: Müşteri Üretim Numarası
• P/N: Üretim Numarası (Parça Numarası)
• QTY: Paketleme Miktarı
• CAT: Sınıflar (performans grupları)
• HUE: Baskın Dalga Boyu
• REF: Referans
• LOT No: İzlenebilirlik için Parti Numarası

7. Uygulama Tasarım Hususları

7.1 Sürücü Devre Tasarımı

Diyodun üstel I-V karakteristiği nedeniyle, sabit akımlı bir sürücü veya akım sınırlayıcı bir direnç zorunludur. Direnç değeri (R_limit) Ohm Kanunu kullanılarak hesaplanabilir: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Belirli bir I_Fiçin veri sayfasındaki maksimum V_Fdeğerini kullanarak tüm koşullar altında yeterli akım sağlandığından emin olun. Darbe çalışması için (örneğin, uzaktan kumandalar), sürücünün doğru görev döngüsü ile yüksek tepe akımını (1A'ye kadar) sağlayabildiğinden emin olun.

7.2 Termal Yönetim

Paket 25°C'de 150mW harcayabilse de, bu değer ortam sıcaklığıyla birlikte azalır (derating). Kapalı alanlarda veya yüksek ortam sıcaklıklarında, gerçek güç harcamasının (I_F* V_F) azaltılmış sınırın altında kaldığından emin olun. Sürekli yüksek akım çalışması için yeterli PCB bakır alanı veya diğer soğutma önlemleri gerekebilir.

7.3 Optik Tasarım

25 derecelik görüş açısı, ışın yoğunlaştırma ve kapsama alanı arasında bir denge sağlar. Daha uzun menzilli uygulamalar için, ışını paralel hale getirmek (kollime etmek) üzere ikincil optikler (lensler) kullanılabilir. Geniş alan kapsama için bir difüzör gerekli olabilir. Alıcının görüş alanı ve spektral hassasiyetinin LED çıkışıyla uyumlu olduğundan emin olun.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

HIR204C'nin kendi sınıfındaki (3mm IR LED'ler) temel farklılaştırıcıları, yüksek ışınım şiddeti(darbe ile 900 mW/sr'ye kadar) ve nispeten düşük ileri gerilim(20mA'de tipik 1.45V) kombinasyonudur. Bu, onu verimli kılar ve daha yüksek V_Fdeğerine sahip cihazlara kıyasla belirli bir ışık çıkışı için güç tüketimini ve ısı üretimini azaltır. 850nm dalga boyu, silikon tabanlı alıcılar için bir standarttır ve alıcı hassasiyeti ile göreceli görünmezlik arasında iyi bir denge sunar. Sağlam yapısı ve berrak paket malzemesi, belirtilen yüksek güvenilirliğine katkıda bulunur.

9. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

9.1 Sürekli ve darbe akım değerleri arasındaki fark nedir?

Sürekli akım değeri (100mA), LED'in hasar riski olmadan süresiz olarak kaldırabileceği maksimum DC akımdır. Darbe akım değeri (1A) çok daha yüksektir ancak yalnızca çok kısa darbe süreleri (≤100μs) ve çok düşük bir görev döngüsü (≤%1) ile uygulanabilir. Bu, cihazı aşırı ısıtmadan, uzaktan kumanda sinyallerinde yaygın olan, çok yüksek parlaklıkta kısa patlamalara olanak tanır.

9.2 1A'deki ileri gerilim neden 20mA'ye göre daha yüksektir?

Bu, LED çipi ve paketi içindeki doğal seri dirençten kaynaklanır. Akım arttıkça, bu iç direnç üzerindeki gerilim düşüşü (V = I * R) artar ve bu da toplam ileri gerilimin daha yüksek olmasına yol açar. Veri sayfası bu veriyi sağlar, böylece sürücüler hedef çalışma akımında gerekli gerilimi sağlayacak şekilde tasarlanabilir.

9.3 Bu LED veri iletimi için kullanılabilir mi?

Evet, hızlı anahtarlama kabiliyeti (uzaktan kumandalarda kullanımıyla ima edilir), onu serbest hava sistemlerinde modüle edilmiş veri iletimi için uygun kılar. Elde edilebilir veri hızı, sürücü devresinin akımı hızlı bir şekilde anahtarlama yeteneğine ve alıcının bant genişliğine bağlı olacaktır.

10. Pratik Kullanım Örneği

10.1 Basit Bir IR İşaretçi Tasarımı

Amaç: Birkaç metre menzile sahip, yakınlık algılama için sürekli açık bir IR işaretçi oluşturmak.

Tasarım Adımları:

1. Çalışma Noktası Seçimi: İyi çıkış ve orta düzeyde güç dengesi için I_F= 50mA seçin. I-V eğrisinden, V_F≈ 1.6V tahmin edin.
2. Sürücü Hesaplama: 5V besleme ve seri bir direnç kullanarak: R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω. Dirençteki güç: P = I²R = (0.05)² * 68 = 0.17W. 68Ω, 0.25W'lık bir direnç kullanın.
3. Termal Kontrol: LED güç harcaması: P_LED= V_F* I_F= 1.6V * 0.05A = 80mW. Bu, 25°C'deki 150mW değerinin oldukça altındadır. Ortam sıcaklığının 50°C olması bekleniyorsa, 80mW'nin hala güvenli olduğundan emin olmak için azalma (derating) eğrisine başvurun.
4. Montaj: Bacaklarla hizalı deliklerle PCB üzerine yerleştirin. Lehim noktalarını lens gövdesinden >3mm uzakta tutarak lehimleyin.
5. Eşleştirme: 850nm ışığa duyarlı bir fototransistör veya alıcı modülü kullanın ve LED'in 25 derecelik ışın konisi içine yerleştirin.

11. Çalışma Prensibi

Bir kızılötesi LED, yarı iletken bir p-n eklem diyodudur. İleri yönde bir gerilim uygulandığında, n-tipi bölgeden elektronlar ve p-tipi bölgeden delikler eklem bölgesine enjekte edilir. Bu yük taşıyıcıları yeniden birleştiğinde, enerjilerini foton (ışık) şeklinde salarlar. Kullanılan spesifik yarı iletken malzeme (bu durumda GaAlAs), bant aralığı enerjisini belirler; bu da doğrudan yayılan fotonların dalga boyunu tanımlar—bu örnekte, 850nm civarındaki yakın kızılötesi bölgede. Su berraklığındaki epoksi paket, bir lens görevi görerek çıkış ışınını şekillendirir ve hassas yarı iletken çipi korur.

12. Teknoloji Trendleri

Kızılötesi LED'lerin gelişimi, birkaç temel alana odaklanmaya devam etmektedir:Artırılmış Verimlilik(elektriksel watt başına daha fazla optik güç çıkışı),Daha Yüksek Güç Yoğunluğu(daha fazla akımı kaldırabilen daha küçük paketler) veZorlu Çevre Koşullarında İyileştirilmiş Güvenilirlik. Ayrıca, diğer spesifik dalga boylarında (örneğin, gizliliği artırmak için 940nm veya gaz algılama için spesifik dalga boyları) cihazlar geliştirmek için devam eden çalışmalar vardır. Sürücü devreleri ve alıcılarla kompakt modüller halinde entegrasyon, son kullanıcılar için sistem tasarımını basitleştiren bir diğer önemli trenddir. HIR204C, hedeflenen uygulamaları için iyi uyum sağlayan olgun, güvenilir bir teknolojiyi temsil eder.