5mm Kızılötesi LED IR323 Veri Sayfası - 5.0mm Paket - 940nm Dalga Boyu - 1.5V İleri Gerilim - 150mW Güç Dağılımı - İngilizce Teknik Belge

1. Ürüne Genel Bakış

Bu belge, yüksek yoğunluklu bir 5mm kızılötesi ışık yayan diyotun (LED) tam teknik özelliklerini sağlar. Cihaz, mavi şeffaf plastik bir paketle kapsüllenmiştir ve 940 nanometre (nm) tepe dalga boyunda ışık yayacak şekilde tasarlanmıştır; bu da onu kesinlikle yakın kızılötesi spektrum içine yerleştirir. Bu dalga boyu, algılama ve uzaktan kumanda uygulamalarında optimum performans için stratejik olarak seçilmiştir, çünkü yaygın silikon fototransistörlerin, fotodiyotların ve kızılötesi alıcı modüllerin spektral hassasiyetiyle iyi bir uyum içindedir. Bu bileşen için birincil tasarım hedefleri yüksek güvenilirlik, yüksek ışıma çıkışı ve düşük ileri voltaj çalışmasıdır; bu da onu çeşitli kızılötesi tabanlı elektronik sistemler için uygun kılar.

1.1 Temel Özellikler ve Avantajlar

LED, performansına ve entegrasyon kolaylığına katkıda bulunan birkaç temel avantaj sunar:

• Yüksek Işıma Şiddeti: 20mA standart sürüş akımında tipik 6.4 mW/sr ışıma şiddeti sağlayarak güçlü sinyal iletimi garanti eder.
• Düşük İleri Yönlü Gerilim: 20mA'de tipik 1.2V ileri yönlü gerilim (Vf) özelliği ile genel sistemde daha düşük güç tüketimine katkıda bulunur.
• Standart Paket: Standart PCB düzenleri ve breadboard'larla uyumlu, 2.54mm (0.1 inç) bacak aralıklı yaygın 5mm radyal bacaklı paket kullanır.
• Çevresel Uyumluluk: The product is manufactured to be Pb-Free, compliant with the EU RoHS and REACH regulations, and meets halogen-free standards (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm).
• Tanımlanmış Görüş Açısı: Yönlendirilmiş uygulamalar için uygun odaklanmış bir ışın sağlayan, tipik 30 derecelik yarı yoğunluk görüş açısı (2θ1/2) sunar.

2. Teknik Parametre Analizi

Bu bölüm, cihazın elektriksel, optik ve termal limitleri ile özelliklerine ilişkin ayrıntılı ve nesnel bir yorum sağlar.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Bu limitler altında veya bu limitlerde çalışma garantisi verilmez.

• Sürekli İleri Akım (I_F): 100 mA. Ortam sıcaklığı 25°C'de LED'den süresiz olarak geçirilebilecek maksimum DC akım.
• Tepe İleri Akım (I_FP): 1.0 A. Bu yüksek darbe akımı yalnızca katı koşullar altında izin verilir: darbe genişliği ≤ 100μs ve görev döngüsü ≤ %1. Bu, kısa süreli, yüksek yoğunluklu sinyalizasyon için kullanışlıdır.
• Ters Gerilim (V_R): 5 V. Ters öngerilim yönünde uygulanabilecek maksimum gerilim. Bunun aşılması eklem bozulmasına neden olabilir.
• Güç Harcaması (P_d): Serbest hava sıcaklığında 25°C veya altında 150 mW. Bu, paketin ısı olarak dağıtabileceği maksimum güçtür. Bu değer, artan ortam sıcaklığı ile düşer.
• Sıcaklık Aralıkları: Çalışma (T_opr): -40°C ila +85°C; Depolama (T_stg): -40°C ila +100°C.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_sol): 260°C maksimum, süresi 5 saniyeyi aşmamak üzere, dalga veya el lehimleme işlemi için proses penceresini tanımlar.

2.2 Electro-Optical Characteristics

Ta=25°C'de ölçülen bu parametreler, cihazın normal çalışma koşulları altındaki tipik performansını tanımlar.

• Işınım Şiddeti (I_e): Optik çıkışın temel ölçüsüdür. Minimum 4.0 mW/sr, I_F=20mA'da Tipik 6.4 mW/sr. Maksimum sürekli akım olan 100mA'de, tipik şiddet 30 mW/sr'ye yükselir.
• Tepe Dalga Boyu (λ_p): 940 nm (tipik). Bu, yayılan optik gücün maksimum olduğu dalga boyudur.
• Spektral Bant Genişliği (Δλ): 45 nm (tipik). Bu, yayılan dalga boyları aralığını tanımlar, tipik olarak tepe gücün yarısında ölçülür (Yarı Yükseklikte Tam Genişlik - FWHM).
• İleri Gerilim (V_F): 20mA'de 1.2V (tipik), 1.5V (maksimum). Diyodun seri direnci nedeniyle 100mA'de 1.4V (tipik), 1.8V (maksimum) değerine yükselir.
• Ters Akım (I_R): 5V ters öngerilim uygulandığında maksimum 10 μA.
• Görüş Açısı (2θ_1/2): 30 derece (tipik). Radyant şiddetin 0 derece (eksen üzeri) değerinin yarısı olduğu noktalar arasındaki açısal yayılım.

3. Binning Sistemi Açıklaması

Cihazlar, I = 20mA standart test koşulunda ölçülen radyant şiddetlerine göre sınıflandırılır (binlenir)._F Bu, tasarımcıların tutarlı sistem performansı için garanti edilen minimum ve maksimum çıkış seviyelerine sahip parçaları seçmelerine olanak tanır.

Örneğin, "L" Bin işaretli bir parçanın ışınım şiddetinin 5.6 ile 8.9 mW/sr arasında olması garanti edilir. Daha yüksek bin harfleri (örneğin, P) daha yüksek çıkışlı cihazlara karşılık gelir. Veri sayfası, bu spesifik ürün için ileri gerilim veya tepe dalga boyu gibi diğer parametreler için binleme göstermez; bu da bu özellikler üzerinde sıkı bir üretim kontrolü olduğunu düşündürür.

4. Performans Eğrisi Analizi

Sağlanan karakteristik eğriler, cihazın değişen koşullar altındaki davranışı hakkında değerli bilgiler sunar.

4.1 İleri Akım vs. Ortam Sıcaklığı

Bu grafik, ortam sıcaklığı arttıkça izin verilen maksimum sürekli ileri akımın düşürülmesini (derating) gösterir. 25°C'de tam 100mA'ye izin verilir. Sıcaklık yükseldikçe, 150mW güç dağılımı limitini aşmayı önlemek ve uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için maksimum akım azaltılmalıdır. Bu eğri, yüksek sıcaklık ortamlarında çalışan sistemler tasarlamak için kritik öneme sahiptir.

4.2 Radyant Şiddet vs. İleri Akım

Bu grafik, sürücü akımı (I_F) ile optik çıkış (I_e) arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Işınım şiddeti, düşük akım seviyelerinde akımla süper-lineer olarak artar ve yüksek akımlarda daha lineer hale gelme eğilimi gösterir, ancak sonunda doyuma ulaşır. Eğri, tabloda belirtilen tipik değerleri doğrular (örneğin, 20mA'de ~6.4 mW/sr, 100mA'de ~30 mW/sr).

4.3 Spektral Dağılım

Spektral grafik, bağıl ışınım şiddetini dalga boyuna karşı çizer. Görsel olarak, 940nm'lik tepe dalga boyunu (λ_p) ve FWHM noktalarında yaklaşık 45nm'lik spektral bant genişliğini (Δλ) doğrular. Eğri, bir GaAlAs (Gallium Aluminum Arsenide) yarı iletken malzeme sisteminin karakteristiğidir.

4.4 Bağıl Işınım Şiddeti - Açısal Yer Değiştirme Grafiği

Bu kutupsal grafik, LED'in ışıma desenini betimler. Şiddetin, merkez eksenden (0°) olan açı arttıkça nasıl azaldığını gösterir. Şiddetin eksen üzerindeki değerinin %50'sine düştüğü açı, yarı şiddet görüş açısını tanımlar; burada yaklaşık 30 derece olarak gösterilmiştir ve bu da orta derecede odaklanmış bir ışın demetiyle sonuçlanır.

5. Mekanik ve Paket Bilgileri

5.1 Paket Boyutları

Cihaz, standart 5mm radyal bacaklı bir paket kullanır. Boyut çizimi, temel ölçüleri belirtir: toplam çap (tipik 5.0mm), bacak tel çapı, lens tabanından bacaklardaki büküme olan mesafe ve bacak aralığı (2.54mm). Çizimde, aksi belirtilmedikçe toleransların ±0.25mm olduğunu belirten bir not bulunur. Daha uzun bacak tipik olarak anot (pozitif) bağlantısını gösterir.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Cihaz bütünlüğünü ve performansını korumak için uygun şekilde ele alınması esastır.

6.1 Bacak Şekillendirme

• Epoksi lensin tabanından en az 3mm uzakta bir noktada bükme işlemi yapılmalıdır, sızdırmazlık üzerinde stres oluşmasını önlemek için.
• Herhangi bir lehimleme işleminden önce şekillendirme tamamlanmalıdır.
• Termal şoku önlemek için bacak kesme işlemi oda sıcaklığında yapılmalıdır.
• Montaj stresini önlemek için PCB delikleri LED bacaklarıyla tam olarak hizalanmalıdır.

6.2 Depolama

• Önerilen depolama koşulları, sevkiyattan itibaren 3 aya kadar ≤30°C sıcaklık ve ≤%70 Bağıl Nem (RH)'dir.
• Daha uzun süreli depolama (bir yıla kadar) için, azot atmosferi ve nem alıcı içeren kapalı bir kap kullanın.
• Nemli ortamlarda yoğuşmayı önlemek için ani sıcaklık değişimlerinden kaçının.

6.3 Lehimleme Süreci

Kritik Kural: Lehim noktası ile epoksi ampul arasında en az 3mm mesafe koruyun.

• El Lehimleme: Uç sıcaklığı ≤300°C (maksimum 30W havya için), her bacak için lehimleme süresi ≤3 saniye.
• Dalga/Daldırma Lehimleme: Ön ısıtma ≤100°C, ≤60 saniye. Lehim banyosu sıcaklığı ≤260°C, daldırma süresi ≤5 saniye.
• Yüksek sıcaklık aşamalarında bacaklara stres uygulamaktan kaçının.
• Daldırma veya el lehimleme işlemi birden fazla kez yapılmamalıdır.
• Lehimlemeden sonra LED'in oda sıcaklığına kademeli olarak soğumasına izin verin; ani soğutmadan kaçının.

6.4 Temizleme

• Gerekirse, yalnızca oda sıcaklığında izopropil alkol ile en fazla bir dakika temizleyin.
• Mekanik hasara neden olabileceğinden, kesinlikle gerekli olmadıkça ve yalnızca kapsamlı ön nitelik testlerinden sonra ultrasonik temizleme kullanmayın.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

7.1 Etiket Spesifikasyonu

Paketleme üzerindeki etiket, Müşteri Ürün Numarası (CPN), Üretici Ürün Numarası (P/N), Paketleme Miktarı (QTY) ve Işık Şiddeti (CAT), Baskın Dalga Boyu (HUE) ve İleri Gerilim (REF) için performans sınıflarını içeren çeşitli kodlar bulundurur. Ayrıca Parti Numarası ve bir tarih kodu (Ay) içerir.

7.2 Paketleme Spesifikasyonu

• LED'ler antistatik torbalarda paketlenir.
• Tipik paketleme: Torba başına 200-500 adet, iç kutu başına 5 torba, ana (dış) kutu başına 10 iç kutu.

8. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

8.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Kızılötesi Uzaktan Kumandalar: TV'ler, ses sistemleri ve diğer tüketici elektroniği için. 940nm dalga boyu, insan gözüyle görülmediği ancak silikon alıcılar tarafından verimli bir şekilde algılandığı için idealdir.
• Yakınlık ve Nesne Algılama Sensörleri: Otomatik musluklarda, el kurutucularda, güvenlik sistemlerinde ve endüstriyel sayım ekipmanlarında kullanılır. Bir IR LED ile eşleştirilmiş bir fotodedektör, kendi ışın demetinin kesilmesini veya yansımasını algılayabilir.
• Optik Anahtarlar ve Kodlayıcılar: Yazıcılarda, motor kontrollerinde ve döner kodlayıcılarda hareket veya konum tespiti için.
• Gece Görüş Aydınlatması: IR-duyarlı sensörlerle donatılmış güvenlik kameraları için gizli aydınlatma sağlar.
• Veri İletimi: Kısa menzilli, görüş hattındaki optik veri bağlantılarında (örneğin, IrDA eski sistemleri).

8.2 Tasarım Hususları

• Akım Sınırlama: LED'i bir voltaj kaynağından sürerken daima seri bir akım sınırlama direnci kullanın. Direnç değerini R = (V_kaynağı - V_F) / I_Fformülünü kullanarak hesaplayın. Doğrudan bir voltaj kaynağına bağlamayın.
• Isı Yönetimi: Maksimum akım yakınında veya yüksek ortam sıcaklıklarında çalışırken, güç azaltma eğrisini dikkate alın. Gerekirse, özellikle yoğun diziler için yeterli havalandırma veya soğutucu sağlayın.
• Optik Tasarım: 30 derecelik görüş açısı odaklanmış bir ışın sağlar. Daha geniş kapsama için birden fazla LED veya difüzör gibi ikincil optikler kullanın. Daha uzun menzil için, ışını daha fazla paralelleştirmek üzere lensler kullanılabilir.
• Elektriksel Gürültü Bağışıklığı: Algılama uygulamalarında, IR sinyalini (örneğin 38kHz taşıyıcı ile) modüle ederek ortam kızılötesi ışığından (güneş ışığı, akkor ampuller) ayırt edin. Bu, sinyal-gürültü oranını büyük ölçüde iyileştirir.
• Alıcı Eşleştirme: Optimum performans için seçilen fotodedektör veya alıcı modülünün (örneğin 38kHz entegre alıcı) 940nm civarında spektral olarak hassas olduğundan emin olun.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Pek çok 5mm IR LED mevcut olsa da, bu cihazın parametre kombinasyonu belirli avantajlar sunar:

• Daha Yüksek Dalga Boylu IR LED'lere Karşı (örn., 850nm): 940nm emisyonu soluk bir kırmızı parıltı olarak daha az görünür, bu da gizli uygulamalar için daha uygun hale getirir. Ancak, silikon fotodedektörler 940nm'de 850nm'ye kıyasla biraz daha az hassastır; bu durum, bu LED'in yüksek ışınım şiddeti ile telafi edilir.
• Standart Parlaklıktaki IR LED'lere Karşı: Daha yüksek çıkış sınıflarının (örn., Bin N, P) mevcudiyeti, aynı sinyal gücü için daha uzun menzil veya daha düşük sürme akımları gerektiren tasarımlara olanak tanır, böylece güç verimliliğini artırır.
• Yüzey Montajlı (SMD) IR LED'lere Karşı: Delikli (through-hole) paket, prototipleme, hobi amaçlı kullanım ve bağlantının mekanik sağlamlığının kart alanından daha öncelikli olduğu uygulamalar için daha kolaydır.
• Temel Farklılaştırıcılar: Yoğunluk için net tanımlanmış ve nispeten sıkı gruplandırma yapısı, kapsamlı çevre uyumluluğu (RoHS, REACH, Halojensiz) ile birleştiğinde, bu parçayı modern, düzenlemeli elektronik ürünler için uygun hale getirir.

10. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

10.1 "Radyant şiddet" ile "ışıksal şiddet" arasındaki fark nedir?

Işıma şiddeti (mW/sr cinsinden ölçülür), birim katı açı başına yayılan optik güçtür ve tüm dalga boyları için geçerlidir. Işık şiddeti (candela, mcd cinsinden ölçülür), optik gücü insan gözünün duyarlılığına (fotopik eğri) göre ağırlıklandırır. İnsan gözü 940nm kızılötesi ışığa neredeyse duyarsız olduğundan, bu LED için ışık şiddeti esasen sıfırdır. Elektronik sensörlerle kullanılan IR bileşenleri için doğru ölçüt ışıma şiddetidir.

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

Evet, ancak yalnızca Mutlak Maksimum Değerler'e göre ortam sıcaklığı (Ta) 25°C veya altındaysa. Ortam sıcaklığı daha yüksekse, yeni izin verilen maksimum sürekli akımı bulmak için "İleri Akım - Ortam Sıcaklığı" azaltma eğrisine başvurmalısınız. Örneğin, 85°C'de maksimum sürekli akım 100mA'den önemli ölçüde düşük olacaktır.

10.3 Tepe ileri akım (1A) neden sürekli akımdan (100mA) çok daha yüksektir?

1A değeri, düşük bir görev döngüsü (%≤1) ile çok kısa darbe süreleri (≤100μs) içindir. Bu kadar kısa bir darbe sırasında, yarı iletken eklemin önemli ölçüde ısınması için yeterli zamanı olmaz. 100mA sürekli akım değeri, paketin kararlı durum termal dağıtım kapasitesi ile sınırlıdır. Yüksek darbe akımı, uzun menzilli, kısa patlamalı sinyalizasyon gibi uygulamalara olanak tanır.

10.4 Anot ve katodu nasıl tanımlarım?

Standart bir radyal LED paketinde, daha uzun olan bacak tipik olarak anottur (pozitif). Ayrıca, LED'e alttan bakıldığında, plastik lens kenarında düz bir nokta bulunan taraftaki bacak genellikle katottur (negatif). Emin değilseniz, daima bir multimetre ile diyot test modunda doğrulama yapın.

11. Pratik Tasarım ve Kullanım Örnekleri

11.1 Basit Yakınlık Sensörü Devresi

Bu IR LED'i ve bir fototransistörü yan yana, aynı yöne bakacak şekilde yerleştirerek temel bir yansımalı sensör oluşturulabilir. LED, bir mikrodenetleyici pini üzerinden 20-30Ω'luk bir dirençle (3.3V besleme için ~50mA: R = (3.3V - 1.2V)/0.05A ≈ 42Ω) sürülür. Fototransistörün kollektörü, bir çekme direnci (örn., 10kΩ) üzerinden beslemeye bağlanır ve emetör topraklanır. Kollektör düğümü, bir mikrodenetleyici ADC veya dijital girişine bağlanır. Bir nesne yaklaştığında, IR ışığını fototransistöre yansıtır ve bunun kollektör voltajının düşmesine neden olur, bu da mikrodenetleyici tarafından algılanır.

11.2 Bir IR Alıcı Modülünü Sürme

Uzaktan kumanda uygulamaları için, bu LED'i 3 pinli bir IR alıcı modülüyle (örneğin, 38kHz'e ayarlanmış) eşleştirin. LED, bir akım sınırlama direnci ve bir NPN transistör ile seri olarak bağlanır. Transistörün beyzi, NEC veya RC5 gibi bir protokol kullanarak uzaktan kumanda komutunu kodlayan bir mikrodenetleyiciden gelen modüle edilmiş bir sinyalle sürülür. 38kHz taşıyıcı frekansı, LED'in yükselme/düşme süresi bant genişliği içinde kalır. Alıcı modül bu sinyali demodüle eder ve mikrodenetleyiciye temiz bir dijital veri akışı çıkarır.

12. Çalışma Prensibi

Bir Kızılötesi Işık Yayan Diyot (IR LED), bir yarı iletken p-n eklem diyotudur. İleri öngerilim uygulandığında (anoda katoda göre pozitif voltaj), n-tipi bölgeden elektronlar ve p-tipi bölgeden oyuklar eklem boyunca enjekte edilir. Bu yük taşıyıcıları eklemin aktif bölgesinde yeniden birleştiğinde enerji açığa çıkarırlar. Bu özel cihazda, yarı iletken malzeme Galliyum Alüminyum Arsenür'dür (GaAlAs). Bu malzemenin enerji bant aralığı, yayılan fotonların dalga boyunu belirler. 940nm'de yayım yapacak şekilde ayarlanmış GaAlAs için, yeniden birleşme enerjisi elektromanyetik spektrumun yakın kızılötesi bölgesindeki fotonlara karşılık gelir. Mavi şeffaf epoksi paket, bir lens görevi görerek yayılan ışığı belirtilen görüş açısına şekillendirir ve kızılötesi dalga boyuna karşı şeffaftır.

13. Teknoloji Eğilimleri

Bu 5mm LED gibi delikli (through-hole) bileşenler prototipleme, eğitim ve belirli endüstriyel uygulamalar için popülerliğini korurken, daha geniş endüstri eğilimi yüzey montajlı (SMD) paketlere (örn., 0805, 1206 veya çip ölçekli paketler) doğrudur. SMD'ler daha küçük boyut, otomatik seç-ve-yerleştir (pick-and-place) montajına daha iyi uygunluk ve genellikle PCB'ye daha büyük bir termal ped bağlantısı sayesinde gelişmiş termal performans sunar. Özellikle kızılötesi LED'ler için trendler, daha yüksek duvar prizi verimliliğine (elektriksel watt başına daha fazla ışık çıkışı) sahip cihazlar geliştirmek, belirli algılama uygulamaları (gaz algılama gibi) için daha sıkı dalga boyu toleransları ve sürücüler veya sensörlerle çoklu çip modüllerine entegrasyonu içerir. GaAlAs ve benzeri III-V yarı iletken IR yayıcıların arkasındaki temel fizik ve malzeme bilimi, performans ve maliyet için geliştirilmeye devam etmektedir.