IR LED 5.0mm IR533C Veri Sayfası - 5mm Paket - 940nm Tepe Dalga Boyu - 100mA İleri Akım - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

IR533C, standart 5.0mm (T-1 3/4) mavi plastik paket içine yerleştirilmiş yüksek yoğunluklu bir kızılötesi yayan diyottur. 940nm spektrumunda güvenilir ve güçlü kızılötesi yayılım gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır. Cihaz, yaygın silikon fototransistörler, fotodiyotlar ve kızılötesi alıcı modüllerle spektral olarak uyumludur ve bu da onu kapalı döngülü optik sistemler için ideal bir kaynak yapar.

Bu bileşenin temel konumu, tutarlı kızılötesi çıkışı ve standart paket uyumluluğunun çok önemli olduğu, uygun maliyetli ve yüksek hacimli uygulamalardır. Temel avantajları arasında yüksek güvenilirlik, önemli ışınım şiddeti çıkışı ve verimli sistem güç yönetimine katkıda bulunan düşük ileri voltaj özelliği yer alır.

Hedef pazar, tüketici elektroniği, endüstriyel algılama ve güvenlik ekipmanlarını kapsar. Özellikle kızılötesi uzaktan kumanda üniteleri, serbest uzay optik veri bağlantıları, duman algılama sistemleri ve çeşitli diğer kızılötesi tabanlı uygulama sistemlerinin tasarımcıları için uygundur.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu sınırlar altında veya bu sınırlarda çalışma garanti edilmez.

• Sürekli İleri Akım (IF):100 mA. Bu, ortam sıcaklığı 25°C'de LED'den süresiz olarak geçirilebilecek maksimum DC akımdır.
• Tepe İleri Akım (IFP):1.0 A. Bu yüksek akım, yalnızca darbe genişliği ≤100μs ve görev döngüsü ≤%1 olan darbe koşullarında izin verilir. Bu değer, kısa süreli, yüksek yoğunluklu IR ışık patlamaları gerektiren uygulamalar için çok önemlidir.
• Ters Voltaj (VR):5 V. Bu ters öngerilim voltajının aşılması, eklem bozulmasına neden olabilir.
• Güç Dağılımı (Pd):25°C veya altındaki serbest hava sıcaklığında 150 mW. Bu parametre, termal dirençle birlikte, sürekli çalışma altında izin verilen maksimum gücü belirler.
• Sıcaklık Aralıkları:Cihaz, -40°C ila +85°C arasında çalışma ve -40°C ila +100°C arasında depolama için derecelendirilmiştir.
• Lehimleme Sıcaklığı (Tsol):Tipik kurşunsuz reflow profillerine uygun olarak, süresi 5 saniyeyi aşmamak üzere 260°C.

2.2 Elektro-Optik Özellikler

Bu parametreler, standart 25°C ortam sıcaklığında ölçülür ve cihazın belirtilen koşullar altındaki performansını tanımlar.

• Işınım Şiddeti (Ie):Bu, birim katı açı (steradyan) başına optik çıkış gücünün birincil ölçüsüdür.
  • 20mA DC standart sürücü akımında, tipik ışınım şiddeti 7.8 mW/sr, minimum değer ise 4.0 mW/sr'dir.
  • 100mA'de (≤100μs, ≤%1 görev döngüsü) darbe çalışması altında, çıkış önemli ölçüde artar.
  • 1A maksimum darbe akımında, tipik ışınım şiddeti 350 mW/sr'ye ulaşır ve bu da yüksek güçlü, kısa süreli yayılım kapasitesini gösterir.
• Tepe Dalga Boyu (λp):940 nm (tipik). Bu dalga boyu, birçok plastik ve cam için yüksek geçirgenlik penceresi içinde yer aldığı ve silikon dedektörlerin tepe hassasiyetiyle iyi eşleştiği için idealdir, aynı zamanda insan gözü için büyük ölçüde görünmezdir.
• Spektral Bant Genişliği (Δλ):Yaklaşık 45 nm (tipik). Bu, yayılan ışığın maksimum yoğunluğunun yarısında (FWHM) spektral genişliğini tanımlar.
• İleri Voltaj (VF):Devre tasarımı için kilit bir parametre.
  • 20mA'de, VF tipik olarak 1.5V, maksimum 1.5V'dir.
  • 100mA darbede, tipik olarak 1.4V'a (maks 1.85V) yükselir.
  • 1A darbede, tipik VF 2.6V'dir (maks 4.0V), bu da çok yüksek akımlarda artan eklem voltaj düşüşünü gösterir.
• Görüş Açısı (2θ1/2):25 derece (tipik). Bu, ışınım şiddetinin 0 derecede (eksen üzeri) değerinin yarısına düştüğü tam açıdır. 25 derecelik bir açı, orta derecede odaklanmış bir ışın sağlar.
• Ters Akım (IR):VR=5V'de maksimum 10 μA, bu da iyi eklem kalitesini gösterir.

3. Sınıflandırma Sistemi Açıklaması

Veri sayfası, IF=20mA'de Işınım Şiddeti için bir sınıflandırma tablosu içerir. Sınıflandırma, LED'lerin üretim sonrasında ölçülen performans parametrelerine göre sıralandığı (sınıflandırıldığı) bir kalite kontrol sürecidir.

Işınım Şiddeti Sınıflandırması:LED'ler, ölçülen ışınım şiddetlerine göre sınıflara (K, L, M, N, P) ayrılır. Örneğin, 'K' sınıfı, şiddeti 4.0 ile 6.4 mW/sr arasında olan LED'leri içerirken, 'P' sınıfı, 15.0 ile 24.0 mW/sr arasında olanları içerir. Bu, tasarımcıların uygulamaları için garanti edilen minimum (ve maksimum) çıkış seviyelerine sahip parçaları seçmelerine olanak tanır, özellikle çoklu LED dizilerinde veya hassas alıcı sistemlerinde sistem performansının tutarlılığını sağlar. Belirli bir parti için özel sınıf, paketleme etiketinde belirtilir.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, tablolardaki tek nokta verilerinin ötesindeki performans eğilimlerini gösteren çeşitli karakteristik eğriler sağlar.

• İleri Akım vs. Ortam Sıcaklığı (Şekil.1):Bu eğri, ortam sıcaklığı 25°C'nin üzerine çıktıkça izin verilen maksimum sürekli ileri akımın nasıl düştüğünü gösterir. Aşırı ısınmayı önlemek için, yüksek sıcaklıklarda sürücü akımı azaltılmalıdır.
• Spektral Dağılım (Şekil.2):Göreceli yoğunluğu dalga boyuna karşı çizen bir grafik, 940nm tepe noktasını ve ~45nm bant genişliğini görsel olarak doğrular.
• Tepe Yayılım Dalga Boyu vs. Ortam Sıcaklığı (Şekil.3):Eklem sıcaklığı değiştikçe tepe dalga boyundaki kaymayı (tipik olarak hafif bir artış) gösterir. Bu, sıkı spektral filtreleme gerektiren uygulamalar için önemlidir.
• İleri Akım vs. İleri Voltaj (IV Eğrisi) (Şekil.4):Akım ve voltaj arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi gösterir. Yarı iletken ve paketteki seri direnç nedeniyle eğri, yüksek akımlarda daha dik hale gelir.
• Göreceli Yoğunluk vs. İleri Akım (Şekil.5):Sürücü akımı ve ışık çıkışı arasındaki doğrusal altı ilişkiyi gösterir. Verimlilik (birim akım başına ışık çıkışı) genellikle çok yüksek akımlarda azalır.
• Göreceli Işınım Şiddeti vs. Açısal Yer Değiştirme (Şekil.6):Bu, uzaysal radyasyon modelidir ve 25 derecelik görüş açısını grafiksel olarak tanımlar. Merkez eksenden uzaklaştıkça yoğunluğun nasıl düştüğünü gösterir.
• Göreceli Yoğunluk vs. Ortam Sıcaklığı (Şekil.7):Ortam (ve dolayısıyla eklem) sıcaklığı yükseldikçe ışık çıkışındaki azalmayı gösterir; bu, termal söndürme olarak bilinen bir olgudur.
• İleri Voltaj vs. Ortam Sıcaklığı (Şekil.8):İleri voltaj düşüşünün sıcaklık arttıkça nasıl azaldığını gösterir; bu, yarı iletken eklemin bir özelliğidir.

5. Mekanik ve Paket Bilgisi

5.1 Paket Boyutları

IR533C, endüstri standardı 5.0mm (T-1 3/4) radyal bacaklı paketi kullanır. Çizimden alınan temel boyutsal özellikler şunlardır:

• Toplam çap: 5.0mm (nominal).
• Bacak aralığı: 2.54mm (0.1 inç), standart delikli levhalar ve soketlerle uyumludur.
• Paket gövdesi, mavi renkli plastikten kalıplanmıştır; bu, kızılötesi LED'ler için tipiktir ve işlevi belirtir ve bazı filtreleme sağlayabilir.
• Lens su berraklığındadır.
• Çip malzemesi Galyum Alüminyum Arsenür'dür (GaAlAs).
• Aksi belirtilmedikçe tüm boyutsal toleranslar ±0.25mm'dir.

5.2 Polarite Tanımlama

Çoğu radyal LED gibi, bir bacak diğerinden daha uzundur. Daha uzun bacak anottur (pozitif, A+), daha kısa bacak ise katottur (negatif, K-). Paketin ayrıca katot bacağının yakınında kenarında düz bir nokta olabilir. Doğru polarite, çalışma için esastır.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

• El Lehimlemesi:Sıcaklık kontrollü bir havya kullanın. Plastik pakete ve iç tel bağlantılarına termal hasarı önlemek için, her bacak için lehimleme süresini 350°C'yi aşmayan bir sıcaklıkta maksimum 3-5 saniye ile sınırlayın.
• Dalga Lehimleme:Mümkündür, ancak 260°C'yi 5 saniye maksimum değerinin altında kalmak için ön ısıtma ve lehim dalgası sıcaklık profillerinin dikkatli kontrolünü gerektirir.
• Temizlik:Lehimlemeden sonra temizlik gerekliyse, mavi plastik paket malzemesiyle uyumlu uygun çözücüler kullanın. İç yapıya zarar verebilecek ultrasonik temizlikten kaçının.
• Bacak Bükme:Bacak şekillendirme gerekliyse, bacakları paket gövdesinden en az 3mm uzakta bir noktada bükün, contadaki stresi önlemek için. Bacakları çizmemek veya hasar vermemek için uygun aletler kullanın.
• Depolama Koşulları:Kuru, anti-statik bir ortamda -40°C ila +100°C sıcaklıklarda saklayın. Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL) açıkça belirtilmemiştir, ancak bu paket tipi için tipik olarak MSL 2A veya daha iyi (raf ömrü >1 yıl) olarak değerlendirilmesi önerilir.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

• Paketleme Özellikleri:LED'ler tipik olarak 200 ila 500 parça içeren torbalarda paketlenir. Beş torba bir kutuya yerleştirilir ve on kutu bir sevkiyat kolisi oluşturur.
• Etiket Bilgisi:Paketleme etiketi, izlenebilirlik ve tanımlama için kritik bilgileri içerir:
  • CPN (Müşteri Parça Numarası): Alıcı tarafından atanır.
  • P/N (Üretim Numarası): Üreticinin parça numarası (IR533C).
  • QTY (Paketleme Miktarı): Torba/kutudaki parça sayısı.
  • CAT (Sınıflar): Performans sınıfı kodu (örneğin, ışınım şiddeti için M).
  • HUE: Tepe dalga boyu sınıfı.
  • LOT No: İzlenebilirlik için benzersiz üretim parti numarası.

8. Uygulama Önerileri

8.1 Tipik Uygulama Devreleri

Temel Sürücü Devresi:En basit devre, bir voltaj kaynağına bağlı seri bir akım sınırlama direncini içerir. Direnç değeri (R), Ohm Kanunu kullanılarak hesaplanır: R = (Vcc - VF) / IF, burada Vcc besleme voltajı, VF istenen akım IF'deki LED ileri voltajı ve IF hedef ileri akımdır (örneğin, 20mA). Direncin güç derecesinin yeterli olduğundan her zaman emin olun (P = IF² * R).

Yüksek Yoğunluk için Darbe Çalışması:Uzun menzilli uzaktan kumandalar gibi uygulamalar için, darbe derecelerini kullanın. Bir transistör (BJT veya MOSFET), bir kapasitörden veya daha yüksek voltajlı bir beslemeden yüksek darbe akımını (1A'ya kadar) anahtarlamak için kullanılabilir. Seri direnç, darbe VF ve istenen darbe akımına göre hesaplanmalıdır. Darbe genişliği ve görev döngüsü kısıtlamalarına (≤100μs, ≤%1) kesinlikle uyulduğundan emin olun.

8.2 Tasarım Hususları

• Isı Emici:Paketin sınırlı termal dağıtım kapasitesi olsa da, maksimum akıma (100mA) yakın sürekli çalışma için ortam sıcaklığını dikkate alın ve yeterli havalandırma sağlayın. Düşürme eğrisine (Şekil.1) uyulmalıdır.
• Optik Tasarım:25 derecelik görüş açısı doğal odaklama sağlar. Daha dar ışınlar için harici lensler veya yansıtıcılar kullanılabilir. Daha geniş kapsama için birden fazla LED veya difüzör gerekli olabilir.
• Alıcı Eşleştirme:Alıcının (fototransistör, fotodiyot veya IC) 940nm bölgesinde hassas olduğundan emin olun. Alıcı üzerinde eşleşen bir IR filtre kullanmak, ortam görünür ışığını engelleyerek sinyal-gürültü oranını büyük ölçüde iyileştirebilir.
• Elektriksel Gürültü:Hassas analog algılama uygulamalarında, daha kararlı çıkış için LED'i basit bir direnç yerine sabit akım kaynağı ile sürün. Dijital darbe sistemleri için, sürücü sinyalinin hızlı yükselme/düşme sürelerini sağlayın.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

IR533C, geniş 5mm IR LED pazarında kendini belirli özelliklerle konumlandırır:

• Yüksek Işınım Şiddeti:20mA'de tipik 7.8 mW/sr ve çok yüksek darbe çıkışı (1A'de 350 mW/sr) kapasitesi, standart düşük güçlü IR LED'lere kıyasla daha uzun menzil veya daha yüksek sinyal gücü gerektiren uygulamalar için uygun kılar.
• 940nm Dalga Boyu:Bu, en yaygın ve çok yönlü IR dalga boyudur. Silikon dedektör hassasiyeti, eşleşen filtrelerin bulunabilirliği ve daha kısa yakın-IR dalga boylarına kıyasla göreceli göz güvenliği arasında iyi bir denge sunar.
• Standart Paket:Her yerde bulunan 5mm form faktörü, mevcut tasarımlara, prototip levhalara ve standart panel kesimlerine kolay entegrasyon sağlar.
• Düşük İleri Voltaj:20mA'de tipik 1.5V VF, düşük voltajlı mantık beslemelerinden (3.3V, 5V) akım sınırlama direnci üzerinde minimum voltaj düşüşü ile verimli çalışmaya olanak tanır ve kararlı çalışma için daha fazla baş payı bırakır.
• Uyumluluk:RoHS (Kurşunsuz), EU REACH ve Halojensiz standartlarına uyum beyanı, elektronik bileşenler için modern çevresel ve düzenleyici gereksinimleri karşılar.

10. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S1: Bu LED'i sürekli olarak 100mA'de sürebilir miyim?

C1: Ta=25°C'de sürekli ileri akım için Mutlak Maksimum Değer 100mA'dir. Ancak, düşürme eğrisine (Şekil.1) başvurmalısınız. Yüksek ortam sıcaklıklarında, maksimum eklem sıcaklığını ve 150mW güç dağılımı limitini aşmayı önlemek için izin verilen maksimum sürekli akım önemli ölçüde azalır. Güvenilir uzun vadeli çalışma için, daha düşük bir akım (örneğin, 50-75mA) için tasarım yapmak genellikle tavsiye edilir.

S2: Işınım Şiddeti (mW/sr) ve Işınım Gücü (mW) arasındaki fark nedir?

C2: Işınım Şiddeti, birim katı açı (steradyan) başına yayılan optik güçtür. Işınım Gücü (veya Akısı) ise tüm yönlerde yayılan toplam optik güçtür. Toplam gücü tahmin etmek için, yoğunluğu tüm uzaysal yayılım modeli (Şekil.6) üzerinden entegre etmeniz gerekir. 25 derecelik görüş açısına sahip bir LED için toplam güç, eksen üzeri yoğunluk değerinin 4π steradyan ile çarpımından önemli ölçüde düşüktür.

S3: Doğru akım sınırlama direncini nasıl seçerim?

C3: R = (Vs - VF) / IF formülünü kullanın. Seçtiğiniz IF için veri sayfasındaki *maksimum* VF'yi kullanarak, tüm koşullarda direnç üzerinde yeterli voltaj düşüşü sağlayın ve aşırı akımı önleyin. Örneğin, 5V besleme ve 20mA hedef için: R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175 Ohm. Bir sonraki standart değeri (180 Ohm) kullanın. Dirençteki güç: P = (0.02A)² * 180Ω = 0.072W, bu nedenle 1/8W veya 1/4W direnç güvenlidir.

S4: Tabloda neden 100mA darbede ileri voltaj, 20mA DC'dekinden daha düşük?

C4: Bu, sağlanan verilerde bir tutarsızlık gibi görünüyor (100mA darbede Tip. 1.4V vs. 20mA'de 1.5V). Gerçekte, seri direnç nedeniyle VF akımla birlikte artmalıdır. 100mA'deki darbe ölçümü, 20mA'deki bir DC ölçümünden daha düşük bir eklem sıcaklık artışına sahip olabilir, bu da VF'yi hafifçe etkileyebilir. Güvenli olmak için, çalışma koşulunuz için belirtilen *maksimum* VF'yi kullanarak tasarım yapın.

11. Pratik Tasarım ve Kullanım Örnekleri

Örnek 1: Uzun Menzilli Kızılötesi Uzaktan Kumanda Vericisi.

Amaç: İç mekan koşullarında 30 metre menzil elde etmek.

Tasarım: Maksimum derecede darbe çalışması kullanın. IR533C'yi 50μs genişliğinde, 1/40 görev döngüsünde (örneğin, 50μs açık, 1950μs kapalı, ≤100μs, ≤%1 spesifikasyonunu karşılayan) 1A darbelerle sürün. Basit bir devre, bir mikrodenetleyici GPIO pinini küçük bir baz direnci üzerinden bir NPN transistörün (örneğin, 2N2222) tabanını sürmek için kullanır. Transistörün kollektörü LED anoduna bağlanır ve LED katodu, 1A için hesaplanan düşük değerli bir akım ayarlama direnci üzerinden toprağa bağlanır. LED anodu ayrıca, yüksek tepe akımını sağlamak için LED'e yakın şarj edilmiş bir kapasitöre (örneğin, 100μF) bağlanır. Bu kurulum, maksimum menzil için yüksek darbe ışınım şiddetinden (350 mW/sr tip.) yararlanır.

Örnek 2: Yakınlık veya Nesne Algılama Sensörü.

Amaç: 10cm içindeki bir nesneyi algılamak.

Tasarım: Kararlı çıkış için orta düzeyde bir akımda (örneğin, 50mA) sürekli çalışma kullanın. IR533C'yi birkaç santimetre uzaklığa yerleştirilmiş eşleşen bir silikon fototransistör ile eşleştirin. LED sürücü akımını mikrodenetleyici kullanarak belirli bir frekansta (örneğin, 38kHz) modüle edin. Alıcı devresi, 38kHz'e ayarlanmış bir bant geçiren filtre içerir. Bu teknik, sistemi ortam ışığı değişikliklerinden (güneş ışığı, oda ışıkları) bağışık hale getirir. 940nm dalga boyu, görünür ışık girişimini en aza indirir. Düşük VF, sistemin 3.3V mikrodenetleyici beslemesinden çalışmasına olanak tanır.

12. Çalışma Prensibi

Bir Kızılötesi Işık Yayan Diyot (IR LED), bir yarı iletken p-n eklem diyotudur. İleri öngerilim uygulandığında (p tarafına n tarafına göre pozitif voltaj), n bölgesinden gelen elektronlar eklemi geçerek p bölgesine enjekte edilir ve p bölgesinden gelen delikler n bölgesine enjekte edilir. Bu enjekte edilen azınlık taşıyıcıları (p bölgesindeki elektronlar, n bölgesindeki delikler) çoğunluk taşıyıcılarıyla yeniden birleşir. Galyum Alüminyum Arsenür (GaAlAs) gibi doğrudan bant aralıklı bir yarı iletkende, bu yeniden birleşme olayının önemli bir kısmı enerjiyi foton (ışık) şeklinde serbest bırakır. Yayılan ışığın dalga boyu (rengi), yarı iletken malzemenin bant aralığı enerjisi (Eg) tarafından belirlenir, λ ≈ 1240 / Eg denklemine göre (Eg elektron-volt cinsinden ve λ nanometre cinsinden). 940nm yayılım için ayarlanmış GaAlAs için, bant aralığı yaklaşık 1.32 eV'dir. Çipin özel katkılama ve katman yapısı, kızılötesi spektrum içindeki bu radyatif yeniden birleşme sürecinin verimliliğini maksimize etmek için tasarlanmıştır.

13. Teknoloji Trendleri

IR533C gibi cihazların arkasındaki temel teknoloji olgundur. Ancak, daha geniş IR LED pazarındaki trendler, bunların

• Increased Power and Efficiency:Ongoing material science research aims to improve the wall-plug efficiency (optical power out / electrical power in) of IR LEDs, allowing for brighter output or lower power consumption. This is driven by applications in time-of-flight (ToF) sensors, LiDAR, and facial recognition.
• Miniaturization:While 5mm remains popular for through-hole designs, surface-mount device (SMD) packages (e.g., 0805, 1206, and chip-scale packages) are becoming dominant for automated assembly and space-constrained designs like smartphones and wearables.
• Integrated Solutions:There is a trend towards combining the IR LED with a driver IC, photodetector, and sometimes even a microcontroller in a single module. These "sensor fusion" modules simplify design for end-users in applications like gesture control or presence detection.
• Wavelength Diversification:While 940nm is standard, other wavelengths like 850nm (often visible as a faint red glow) are used where some visibility is acceptable and silicon detector sensitivity is slightly higher. Longer wavelengths (1050nm, 1300nm, 1550nm) are used for specialized applications like eye-safe LiDAR and optical communications.
• Application Expansion:The growth of the Internet of Things (IoT), smart home automation, automotive driver monitoring, and biometric security is continuously creating new applications for reliable, low-cost infrared emitters like the IR533C.