5mm Kızılötesi LED HIR333/H0 Veri Sayfası - 5mm Çap - 1.45V İleri Gerilim - 850nm Dalga Boyu - 150mW Güç Dağılımı - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

HIR333/H0, sarı plastik mercekli standart bir T-1 3/4 (5mm) delikli montaj paketinde bulunan yüksek şiddetli bir kızılötesi yayan diyottur. Cihaz, kızılötesi algılama ve iletişim sistemlerinde güvenilir performans sunmak üzere tasarlanmıştır. Ana işlevi, fototransistörler, fotodiyotlar ve entegre kızılötesi alıcı modülleri gibi yaygın silikon tabanlı fotodedektörlerle uyumluluğu için spektral olarak optimize edilmiş 850nm tepe dalga boyunda kızılötesi ışık yaymaktır. Ürün, yüksek güvenilirlik ve tutarlı çıkışa odaklanarak tasarlanmıştır.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

Bu bileşenin temel avantajları, güçlü sinyal iletimi sağlayan yüksek ışıma şiddetini ve enerji verimli çalışmaya katkıda bulunan düşük ileri gerilimini içerir. Kurşunsuz malzemeler kullanılarak üretilmiştir ve RoHS, EU REACH ve halojensiz standartları (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm) dahil olmak üzere önemli çevresel ve güvenlik direktiflerine uygundur. Bu özellikler, düzenleyici uyumluluk ve uzun vadeli güvenilirliğin kritik olduğu çok çeşitli ticari ve endüstriyel kızılötesi uygulamalar için uygun hale getirir. Hedef pazar, güvenlik sistemleri, uzaktan kumandalar, optik anahtarlar, nesne algılama sensörleri ve görünür olmayan ışık kaynakları gerektiren çeşitli tüketici elektroniği üreticilerini içerir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Bu bölüm, LED'in çalışma sınırlarını ve performansını tanımlayan elektriksel, optik ve termal özelliklerin ayrıntılı bir dökümünü sağlar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Mutlak Maksimum Değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu değerler, anlık olarak bile asla aşılmamalıdır. Güvenilir performans için çalışma, önerilen çalışma koşulları içinde tutulmalıdır.

• Sürekli İleri Akım (I_F): 100 mA. Bu, LED'e sürekli olarak uygulanabilecek maksimum DC akımdır.
• Tepe İleri Akım (I_FP): 1.0 A. Bu yüksek akım, aşırı ısınmayı önlemek için yalnızca darbe genişliği ≤ 100μs ve görev döngüsü ≤ %1 olan darbe koşullarında izin verilir.
• Ters Gerilim (V_R): 5 V. Bu ters öngerilim voltajının aşılması, eklem arızasına neden olabilir.
• Güç Dağılımı (P_d): 25°C veya altındaki serbest hava sıcaklığında 150 mW. Bu değer, ortam sıcaklığı arttıkça azalır.
• Sıcaklık Aralıkları: Çalışma: -40°C ila +85°C; Depolama: -40°C ila +100°C.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_sol): Maksimum 5 saniye için 260°C, dalga veya reflow lehimleme işlemleri için sınırları tanımlar.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Elektro-Optik Karakteristikler, standart bir test koşulu olan 25°C ortam sıcaklığında (T_a) belirtilmiştir. Bu parametreler, cihazın tipik performansını tanımlar.

• Işıma Şiddeti (I_e): Bu, birim katı açı başına yayılan optik güçtür, miliwatt/steradyan (mW/sr) cinsinden ölçülür. 20mA ileri akımında (I_F) tipik değer 15 mW/sr'dir. 100mA'lik bir darbe akımı altında, ışıma şiddeti 80 mW/sr'ye ulaşabilir.
• Tepe Dalga Boyu (λ_p): 850 nm (tipik). Bu, optik çıkış gücünün maksimum olduğu dalga boyudur. Bu dalga boyu insan gözüyle görülemez ancak silikon sensörler tarafından verimli bir şekilde algılanır.
• Spektral Bant Genişliği (Δλ): 45 nm (tipik). Bu, LED'in yaydığı dalga boyu aralığını gösterir, maksimum yoğunluğun yarısında (Yarım Maksimum Tam Genişlik - FWHM) ölçülür.
• İleri Gerilim (V_F): I_F=20mA'da 1.45V (tipik), maksimum 1.65V. I_F=100mA'da (darbe), tipik V_F1.80V'a yükselir, maksimum 2.40V.
• Ters Akım (I_R): V_R=5V'da maksimum 10 μA, kapalı durumda çok düşük sızıntı olduğunu gösterir.
• Görüş Açısı (2θ_1/2): 30 derece (tipik). Bu, ışıma şiddetinin merkezdeki (0°) değerinin yarısına düştüğü tam açıdır. 30°'lik bir açı, orta derecede odaklanmış bir ışın sağlar.

3. Sınıflandırma Sistemi Açıklaması

LED'lerin ışıma şiddeti, son kullanıcı için tutarlılığı sağlamak amacıyla farklı sınıflara veya derecelere ayrılır. Sınıflandırma, I_F= 20mA standart test koşulu altında yapılır. Mevcut sınıflar, karşılık gelen minimum ve maksimum ışıma şiddeti değerleriyle bir harf kodu (M, N, P, Q, R) ile tanımlanır. Bu, tasarımcıların belirli hassasiyet veya menzil gereksinimlerini karşılayan bir bileşen seçmelerine olanak tanır. Örneğin, bir 'P' sınıfı seçmek, minimum 15.0 mW/sr ve maksimum 24.0 mW/sr ışıma şiddeti garantisi verir. Bu veri sayfası, bu özel parça numarası için dalga boyu (Renk Tonu) veya ileri gerilim (REF) için ayrı sınıflandırma göstermez, ancak etiket spesifikasyonu bu parametrelerin üretim sırasında takip edildiğini öne sürer.

4. Performans Eğrisi Analizi

Tipik performans eğrileri, devre tasarımı ve termal yönetim için kritik olan, değişen koşullar altında cihazın davranışına dair görsel içgörüler sağlar.

4.1 İleri Akım vs. Ortam Sıcaklığı

Bu güç azaltma eğrisi, maksimum izin verilen sürekli ileri akımın, ortam sıcaklığı 25°C'nin üzerine çıktıkça nasıl azaldığını gösterir. Eklem sıcaklığının güvenli sınırlar içinde kalmasını ve uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için, yüksek sıcaklık ortamlarında çalışma akımı azaltılmalıdır. Tasarımcılar, LED'i kapalı ortamlarda veya yüksek ortam sıcaklıklarında çalıştırırken bu eğriye başvurmalıdır.

4.2 Spektral Dağılım

Spektral dağılım grafiği, göreceli ışıma şiddetini dalga boyuna karşı çizer. 850nm'deki tepe dalga boyunu ve yaklaşık 45nm spektral bant genişliğini görsel olarak doğrular. Eğri, GaAlAs (Galmiyum Alüminyum Arsenür) yarı iletken malzeme karakteristiğindedir. Dar, iyi tanımlanmış tepe, görünür ışıkla minimum örtüşme ve 800-900nm civarında tepe hassasiyetine sahip silikon dedektörlerle optimal bağlantı sağlar.

4.3 Işıma Şiddeti vs. İleri Akım

Bu eğri, sürücü akımı ile optik çıkış arasındaki ilişkiyi gösterir. Işıma şiddeti, düşük seviyelerde akımla süper-lineer olarak artar ve daha yüksek akımlarda daha doğrusal olma eğilimindedir, sonunda ısınma etkileri nedeniyle iç verim düştüğünde doyuma ulaşır. Darbe koşulu (100mA) için eğri, DC koşuluna göre önemli ölçüde daha yüksek çıkış gösterir, bu da termal hasar olmadan yüksek tepe şiddetine ulaşmak için darbe çalışmasının faydasını vurgular.

4.4 Göreceli Işıma Şiddeti vs. Açısal Yer Değiştirme

Bu kutupsal çizim, LED'in uzamsal yayılım desenini tasvir eder. Işık şiddetinin, görüş açısı merkez eksenden (0°) uzaklaştıkça nasıl azaldığını gösterir. Bu paket tipi için desen kabaca Lambertian'dır, yarım açı noktalarındaki (yaklaşık ±15°) yoğunluk, eksen üzeri yoğunluğun %50'sidir ve bu da 30° görüş açısını tanımlar.

5. Mekanik ve Paket Bilgisi

Cihaz, standart 5mm (T-1 3/4) radyal bacaklı bir paket kullanır. Bacaklar, yaygın delikli prototip kartları ve PCB düzenleriyle uyumlu standart 2.54mm (0.1 inç) aralığa sahiptir. Paket boyut çizimi, toplam çap, mercek yüksekliği, bacak uzunluğu ve bacak çapı dahil olmak üzere kritik ölçümleri sağlar. Gövde, 850nm kızılötesi ışığa karşı şeffaf olan ancak görsel tanımlama ve görünür ışık LED'lerinden ayırt etmeye yardımcı olmak için renkli görünen sarı plastikten kalıplanmıştır. Katot tipik olarak mercek kenarındaki düz bir nokta ve/veya daha kısa bir bacak ile tanımlanır. Aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar ±0.25mm standart toleransa sahiptir.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Montaj sırasında uygun işleme, LED'e mekanik veya termal hasarı önlemek için esastır.

6.1 Bacak Şekillendirme

Bacakların bükülmesi gerekiyorsa, bu işlem epoksi ampulün tabanından en az 3mm uzakta bir noktada yapılmalıdır. Şekillendirme her zaman lehimlemeden önce, oda sıcaklığında ve epoksi gövdeye doğrudan stres uygulamaktan kaçınarak yapılmalıdır, aksi takdirde paket çatlayabilir veya iç tel bağlantıları zarar görebilir. PCB delikleri, montaj stresini önlemek için LED bacaklarıyla tam olarak hizalanmalıdır.

6.2 Depolama

LED'ler serin, kuru bir ortamda (≤30°C, ≤%70 Bağıl Nem) depolanmalıdır. Sevkiyattan sonra önerilen depolama ömrü 3 aydır. Daha uzun depolama (bir yıla kadar) için, nem emilimini ve lehimleme sırasında potansiyel "patlamış mısır" etkisini önlemek amacıyla, bileşenler tercihen nitrojen atmosferinde, nem bariyerli bir torbada kurutucu ile saklanmalıdır.

6.3 Lehimleme Süreci

Lehim noktası ile epoksi ampul arasında en az 3mm mesafe korunmalıdır. Önerilen lehimleme parametreleri şunlardır:
El Lehimlemesi: İğne ucu sıcaklığı ≤300°C (maksimum 30W havya için), her bacak için lehimleme süresi ≤3 saniye.
Dalga/Daldırma Lehimleme: Ön ısıtma sıcaklığı ≤100°C, ≤60 saniye; lehim banyosu sıcaklığı ≤260°C, ≤5 saniye.
Sağlanan lehimleme profili grafiği, hızlı bir sıcaklık artışı, bir plato (ıslatma) bölgesi, 260°C'de kısa bir tepe ve kontrollü bir soğutma önerir. Hızlı soğutma veya termal şoktan kaçınılmalıdır. Yeniden lehimleme (birden fazla daldırma veya el lehimleme döngüsü) önerilmez.

6.4 Temizlik

Lehimlemeden sonra temizlik gerekliyse, oda sıcaklığında izopropil alkol en fazla bir dakika kullanılmalıdır. Ultrasonik enerjinin hassas iç yarı iletken yapıyı kırabileceğinden, etkileri (güç, frekans, süre) örnek montajlar üzerinde kapsamlı bir şekilde önceden nitelendirilmedikçe ultrasonik temizlik kullanılmamalıdır.

5.5 Isı Yönetimi

Etkili termal yönetim, kritik bir tasarım hususudur. 150mW'lık güç dağılımı değeri 25°C'de belirtilmiştir. Gerçek uygulamalarda, gerçek dağılan güç (V_F* I_F), ortam sıcaklığı arttıkça, güç azaltma eğrisinde gösterildiği gibi azaltılmalıdır. Yüksek akımlarda veya yüksek ortam sıcaklıklarında sürekli çalışma için, ortalama eklem sıcaklığını düşürmek ve uzun vadeli güvenilirliği sağlamak amacıyla bir soğutucu kullanmayı, hava akışını artırmayı veya darbe sürüşü uygulamayı düşünün.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

LED'ler, elektrostatik deşarja (ESD) karşı korumak için anti-statik torbalarda paketlenmiştir. Bu torbalar iç karton kutulara yerleştirilir, daha sonra nakliye için daha büyük dış kartonlara paketlenir. Tipik paketleme miktarı torba başına 200-500 adet, iç karton başına 5 torba ve ana dış karton başına 10 iç kartondur. Torba üzerindeki etiket, izlenebilirlik ve tanımlama için müşteri ürün numarası (CPN), üretici ürün numarası (P/N), paketleme miktarı (QTY) ve ışık şiddeti derecesi (CAT) dahil olmak üzere anahtar bilgileri içerir. Diğer kodlar baskın dalga boyu derecesini (HUE), ileri gerilim derecesini (REF), parti numarasını ve tarih kodunu gösterebilir.

8. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

8.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Kızılötesi Uzaktan Kumandalar: TV, ses ve set üstü kutu kumandalarında verici olarak kullanılır.
• Yakınlık ve Nesne Algılama: Bir nesnenin varlığını, yokluğunu veya konumunu algılamak için bir fototransistör ile eşleştirilir.
• Optik Anahtarlar: Yuva sensörlerinde (örn. yazıcılarda kağıt algılama) veya yansıtmalı sensörlerde kullanılır.
• Güvenlik Sistemleri: CCTV kameralarında gece görüş aydınlatması için veya kızılötesi izinsiz giriş algılama ışınlarının bir parçası olarak.
• Endüstriyel Otomasyon: Sayma, hizalama ve seviye algılama uygulamalarında temasız algılama için.

8.2 Tasarım Hususları

• Akım Sınırlama: İleri akımı istenen değerle sınırlamak için her zaman, besleme voltajı ve LED'in ileri gerilimine göre hesaplanan bir seri direnç veya sabit akım sürücüsü kullanın.
• Darbe Çalışması: Yüksek tepe şiddeti gerektiren uygulamalar için (uzun menzilli algılama gibi), tepe akım ve ortalama güç değerleri içinde kalmak için uygun görev döngüsüyle darbe sürüşü kullanın.
• Optik Tasarım: Mercekler, diyaframlar veya optik yollar tasarlarken 30° görüş açısını dikkate alın. Daha uzun menzil için, ışını paralelleştirmek için harici mercekler kullanılabilir.
• Dedektör Eşleştirme: Seçilen fotodedektörün (fototransistör, fotodiyot veya alıcı IC) 850nm bölgesinde yüksek hassasiyete sahip olduğundan emin olun.
• Ortam Işığı Bağışıklığı: Güçlü ortam ışığı (özellikle IR içeren güneş ışığı) olan ortamlarda, sinyali arka plan gürültüsünden ayırt etmek için alıcıda modüle edilmiş (darbe) IR sinyalleri ve senkron tespit kullanın.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Standart görünür ışık LED'leriyle karşılaştırıldığında, bu IR LED, 850nm'de yüksek verimlilik sağlayan bir malzeme (GaAlAs) ile kızılötesi spektrumda çıkış için optimize edilmiştir. IR LED kategorisi içindeki temel farklılaştırıcıları, nispeten yüksek ışıma şiddeti (15 mW/sr tipik) ve düşük ileri gerilim (1.45V tipik) kombinasyonudur, bu da pil ile çalışan cihazlarda daha düşük güç tüketimine yol açabilir. 30° görüş açısı, ışın yoğunlaşması ve kapsama alanı arasında iyi bir denge sunar. Modern çevre standartlarına (RoHS, REACH, Halojensiz) uyum, küresel pazarlara yönelik ürünler için önemli bir avantajdır ve malzeme uyumluluk endişelerini ortadan kaldırır.

10. Teknik Parametrelere Dayalı Sıkça Sorulan Sorular

S: Bu LED'i doğrudan 5V beslemeden sürebilir miyim?
A: Hayır. Bir akım sınırlayıcı direnç kullanmalısınız. Örneğin, 5V besleme ve 20mA hedef akımı ile ve tipik V_F1.45V varsayarak, direnç değeri R = (5V - 1.45V) / 0.02A = 177.5Ω olacaktır. Standart bir 180Ω direnç uygun olacaktır.

S: DC ve darbe ışıma şiddeti değerleri arasındaki fark nedir?
A: DC değeri (20mA'da 15 mW/sr), termal etkilerin çıkışı sınırladığı sürekli çalışma içindir. Darbe değeri (100mA'da 80 mW/sr), kısa darbenin eklemin önemli ölçüde ısınmasına izin vermemesi nedeniyle elde edilebilir, bu da çok daha yüksek anlık akıma ve dolayısıyla daha yüksek ışık çıkışına olanak tanır.

S: Katodu nasıl tanımlarım?
A: Standart 5mm pakette, katot tipik olarak iki özellikle gösterilir: 1) Yuvarlak plastik mercek kenarında düz bir kenar. 2) Katot bacağı genellikle anot bacağından daha kısadır. Lehimlemeden önce polariteyi her zaman doğrulayın.

S: Bu LED ESD'ye duyarlı mı?
A: Tüm yarı iletken cihazlar gibi, elektrostatik deşarj tarafından hasar görebilir. Anti-statik paketleme ile tedarik edilir ve montaj sırasında uygun ESD önlemleri ile işlenmelidir.

11. Pratik Tasarım ve Kullanım Örneği

Örnek: Basit Bir Nesne Algılama Sensörü Tasarlama
Yaygın bir uygulama, kesintili ışın sensörüdür. HIR333/H0 IR LED, bir yolun bir tarafına yerleştirilir ve bir fototransistör tam karşısına yerleştirilir. Bir nesne aralarından geçtiğinde, kızılötesi ışını keser ve fototransistörün çıkışının değişmesine neden olur. Bu tasarım için:
1. LED'i basit bir transistör anahtarı veya bir mikrodenetleyici GPIO pini (seri direnç ile) kullanarak 20mA sabit akımla sürün.
2. Gürültü bağışıklığını ve menzili iyileştirmek için, LED'i bir frekansta (örn. 38kHz) darbeli olarak sürün ve dahili 38kHz filtreli bir fototransistör modülü kullanın.
3. LED ve dedektörü, 30° yayılım konisini dikkate alarak dikkatlice hizalayın. Daha uzun boşluklar için, ışını daraltmak için LED'in önüne bir tüp veya paralelleştirici mercek eklemeyi düşünün.
4. Yanlış tetiklemeleri önlemek için sensörü doğrudan güneş ışığından veya diğer güçlü kızılötesi ışık kaynaklarından uzakta yerleştirin.

12. Çalışma Prensibi Giriş

Bir Kızılötesi Işık Yayan Diyot (IR LED), bir yarı iletken p-n eklem diyotudur. İleri bir gerilim uygulandığında, n-bölgesinden elektronlar ve p-bölgesinden delikler eklem boyunca enjekte edilir. Bu yük taşıyıcıları aktif bölgede yeniden birleştiğinde, enerji foton (ışık) şeklinde salınır. Yayılan ışığın dalga boyu (rengi), yarı iletken malzemenin bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir. HIR333/H0, yakın kızılötesi spektrumda, özellikle yaklaşık 850 nanometre civarında fotonlara karşılık gelen bir bant aralığına sahip olan Galmiyum Alüminyum Arsenür (GaAlAs) kullanır. Sarı plastik paket, bu dalga boyuna karşı şeffaf olacak şekilde katkılanmıştır ve aynı zamanda görünür ışığı bloke eder ve çıkış ışınını şekillendirmek için birincil bir mercek görevi görür.

13. Teknoloji Trendleri ve Gelişmeler

Kızılötesi LED teknolojisindeki trend, daha yüksek verimlilik (elektriksel watt başına daha fazla ışık çıkışı) ve daha yüksek güç yoğunluklarına doğru devam etmektedir. Bu, daha parlak kaynaklar veya daha enerji verimli tasarımlar sağlar. Ayrıca, değişen tepe dalga boylarında da gelişmeler vardır; 850nm ve 940nm yaygın olsa da, gaz algılama veya tıbbi teşhis gibi belirli uygulamalar için diğer dalga boyları optimize edilmektedir. Paketleme, otomatik montaj için yüzey montaj teknolojisini (SMD) desteklemek üzere gelişmektedir, ancak 5mm gibi delikli paketler prototipleme, onarım ve belirli yüksek güvenilirlik uygulamaları için popüler kalmaktadır. Entegrasyon başka bir trenddir, IR LED'ler sürücüler, modülatörler ve hatta dedektörlerle tek modüllerde birleştirilerek son kullanıcı için sistem tasarımını basitleştirir.