Yüksek Hızlı Yüksek Güçlü Kızılötesi Emisyon Tüpü LTE-7377LM1-TA Veri Sayfası - Mavi Kasa - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

Bu belge, yüksek performanslı bir kızılötesi (IR) verici bileşeninin özelliklerini ayrıntılı olarak açıklamaktadır. Bu cihaz, hızlı tepki süresi ve önemli ışık çıkış gücü gerektiren uygulamalar için özel olarak tasarlanmıştır. Temel tasarım felsefesi, darbe çalışma ortamlarındaki güvenilirlik ve verimlilik üzerine odaklanarak, onu çeşitli algılama ve iletişim sistemleri için uygun hale getirir. Bileşen, montaj sırasında görsel tanımlamaya yardımcı olan ve yayılan dalga boyu için belirli filtreleme veya iletim özelliklerine sahip olabilen benzersiz mavi şeffaf bir muhafaza içinde paketlenmiştir.

2. Derin Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Mutlak Maksimum Değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Bu değerler sürekli çalışma için değildir, herhangi bir koşulda aşılmaması gereken eşikleri temsil eder.

• Güç tüketimi (P_D):200 mW. Bu, cihazın ısı olarak dağıtabileceği maksimum güçtür. Bu sınırın aşılması, termal kaçak ve arıza riski taşır.
• Tepe ileri akımı (I_FP):2 A. Bu değer, belirli bir darbe koşulu için geçerlidir (saniyede 100 darbe, 10 µs darbe genişliği). Cihazın kısa sürelerde çok yüksek ani akımlara dayanabildiğini gösterir; bu, yüksek yoğunluklu ışık darbeleri üretmek için kritik öneme sahiptir.
• Sürekli İleri Akım (I_F):100 mA. Cihazın performansını veya ömrünü düşürmeden sürekli olarak geçirebileceği maksimum doğru akım.
• Ters Gerilim (V_R):5 V. Ters öngerilim yönünde uygulanabilen maksimum gerilim. Bu değerin aşılması eklem delinmesine yol açabilir.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı (T_A):-40°C ila +85°C. Cihazın yayınlanan özelliklerini karşıladığının garanti edildiği ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama Sıcaklığı Aralığı (T_stg):-55°C ila +100°C. Çalışma dışı durumda depolama ve performans düşüşüne neden olmayan sıcaklık aralığı.
• Bacak lehimleme sıcaklığı:260°C, 5 saniye süreyle, ölçüm noktası paket gövdesinden 1.6 mm uzaklıkta. Bu, dalga lehimleme veya elle lehimleme işleminin ısı dağılım toleransını tanımlar.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Bu parametreler standart 25°C ortam sıcaklığında ölçülmüş olup, cihazın belirtilen test koşullarındaki tipik performansını tanımlar.

• Radyasyon Şiddeti (I_E):35 mW/sr (minimum). İleri yön akımı (I_F) 50mA iken ölçülmüştür. Radyasyon şiddeti, birim katı açı (steradyan) başına yayılan ışık gücünü tanımlar ve ışık kaynağının belirli bir yöndeki parlaklığını ifade eder.
• Tepe Emisyon Dalgaboyu (λ_P):880 nm (tipik). Bu, ışık çıkış gücünün maksimum değerine ulaştığı dalgaboyudur. 880nm, yakın kızılötesi spektruma aittir, insan gözüyle görülemez ancak silikon fotodiyotlar ve birçok sensör tarafından tespit edilebilir.
• Çizgi yarı genişliği (Δλ):50 nm (maksimum). Bu parametre aynı zamanda Yarım Yükseklikte Tam Genişlik (FWHM) olarak da bilinir ve yayılan ışığın spektral bant genişliğini ifade eder. 50 nm değeri, tek renkli bir ışık kaynağı olmadığını, 880 nm merkezli bir dizi dalga boyunda ışık yaydığını gösterir.
• İleri yönlü voltaj (V_F):1.5V (min), 1.75V (tipik), 2.1V (maks). 350mA yüksek darbe akımında (100pps, 10µs darbe) ölçülmüştür. Bu, ileri yönlü öngerilimle iletimdeyken diyot üzerindeki voltaj düşüşüdür. Sürücü devresi tasarımı ve güç tüketimi hesaplaması için kritik öneme sahiptir.
• Ters Akım (I_R):100 µA (maksimum). 5V ters öngerilim uygulandığında sızıntı akımı. Bu değerin düşük olması beklenir.
• Yükselme/Düşme Süresi (T_r/T_f):40 nS (maksimum). Bu, optik çıkışın nihai değerinin %10'undan %90'ına geçişi (yükselme) ve tersi (düşme) için gereken süre olarak ölçülen cihazın anahtarlama hızını tanımlar. 40ns spesifikasyonu, yüksek hızlı modülasyon ve darbe uygulamaları için uygunluğunu doğrular.
• Bakış Açısı (2θ)_1/2):16 derece (tipik değer). Bu, radyasyon yoğunluğunun maksimum değerinin (eksenel) yarısına düştüğü tam açıdır. 16°'lik bakış açısı, ışın huzmesinin nispeten dar olduğunu ve yönlü aydınlatma veya belirli bir yol üzerinde algılama için uygun olduğunu gösterir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, detaylı tasarım analizi için kritik öneme sahip tipik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Sağlanan metinde spesifik grafikler yeniden oluşturulmamış olsa da, tipik içeriği ve anlamı aşağıda açıklanmıştır.

3.1 İleri Yönlü Akım-İleri Yönlü Gerilim İlişki Eğrisi (I-V Eğrisi)

Bu grafik, bir diyottan geçen akım ile uçları arasındaki voltaj arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Doğrusal değildir ve bir açılma/eşik voltajı (GaAs kızılötesi LED için yaklaşık 1.2-1.4V) sergiler, ardından akım voltajdaki küçük bir artışla hızla yükselir. Tasarımcılar bu eğriyi uygun bir akım sınırlama direnci seçmek veya sabit akım sürücüleri tasarlamak için kullanır.

3.2 Radyasyon Şiddeti-İleri Yönlü Akım İlişkisi

Bu grafik, optik çıkış gücünün sürücü akımı arttıkça nasıl değiştiğini göstermektedir. Genellikle çok geniş bir aralıkta doğrusal bir ilişki vardır, ancak çok yüksek akımlarda termal etkiler ve dahili verimlilik düşüşü nedeniyle doygunluk gözlemlenebilir. Doğrunun eğimi, cihazın harici kuantum verimliliği ile ilişkilidir.

3.3 Radyasyon Şiddeti ile Ortam Sıcaklığı Arasındaki İlişki

Bu eğri, optik çıkışın sıcaklığa bağımlılığını göstermektedir. LED'ler için, radyasyon şiddeti genellikle jonksiyon sıcaklığı arttıkça azalır. Bu düşürme faktörü, performans tutarlılığını sağlamak için tüm sıcaklık aralığında (-40°C ila +85°C) çalışacak sistemler tasarlamak için çok önemlidir.

3.4 Spektral Dağılım

Göreli ışık gücünün dalga boyuyla nasıl değiştiğini gösteren grafik. Tipik olarak 880 nm'de tepe değerine ulaşacak ve 50 nm tam yarı maksimum genişlik (FWHM) spesifikasyonuyla tanımlanan bir genişliğe sahip olacaktır. Bu, vericinin kullanılan dedektörün spektral hassasiyetiyle eşleştirilmesi için çok önemlidir.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Paket Boyutu

Bu cihaz, mekanik stabilite sağlamak ve muhtemelen ısı dağılımı için kullanılmak üzere bir flanş içeren standart LED paketleme formunu kullanır. Veri sayfasındaki kritik boyut açıklamaları şunları içerir:

• Tüm ölçüler milimetre cinsindendir, parantez içindekiler inçtir.
• Belirli bir özellik farklı şekilde belirtilmediği sürece, ±0.25mm (±0.010") genel toleransı uygulanır.
• Flanş altındaki reçine en fazla 1.5mm (0.059") kadar çıkıntı yapabilir.
• Bacak aralığı, bacağın paket gövdesinden çıktığı noktada ölçülür, bu PCB lehim pedi tasarımı için kritik öneme sahiptir.

Detaylı boyut çizimi, gövde uzunluğu, genişliği, yüksekliği, bacak çapı ve aralığının kesin sayısal değerlerini sağlayacaktır.

4.2 Polarite Tanımlama

Kızılötesi LED'ler polariteye sahip bileşenlerdir. Genellikle paketin üzerinde, katot (negatif) bacağını belirtmek için bir düz yüzey veya kenarda bir çentik bulunur. Daha uzun bacak anot (pozitif) olduğunu gösterebilir, ancak nihai referans paket işaretidir. Doğru polarite, düzgün çalışma için çok önemlidir.

5. Kaynak ve Montaj Kılavuzu

Mekanik veya termal hasarı önlemek için kaynak spesifikasyonlarına uymak çok önemlidir.

• Kaynak Sıcaklığı:Pimler, plastik paket gövdesinden en az 1.6mm (0.063") uzaklığa ısı uygulandığı sürece, 260°C'ye kadar 5 saniye dayanabilir. Bu, reçinenin erimesini veya termal gerilime maruz kalmasını önler.
• İşlem Önerileri:Reflow lehimleme için, 260°C'yi aşmayan pik sıcaklığa sahip standart kurşunsuz sıcaklık profili uygundur. Toplam ısı girdisini en aza indirmek için likidüs hattı üzerindeki süre kontrol edilmelidir.
• Temizleme:Temizleme gerekiyorsa, mavi şeffaf epoksi reçine ile uyumlu bir işlem kullanılmalıdır. Tahriş edici çözücülerden kaçınılmalıdır.
• Depolama Koşulları:Belirtilen depolama sıcaklığı aralığında (-55°C ila +100°C), kuru ve statik elektriğe karşı korumalı bir ortamda saklayın. Uygulanabilirse, nem hassasiyeti seviyesi (MSL) bilgileri ayrı bir paketleme spesifikasyon belgesinde bulunabilir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

Spesifikasyon belgesinin son sayfası paketleme detaylarına ayrılmıştır. Genellikle şunları içerir:

• Paketleme Şekli:Cihaz, otomatik montaj için standart bir yüzey montaj bileşeni formu olan şerit ve makara halinde sağlanabilir. Burada makara boyutları, taşıyıcı şerit genişliği, yuva boyutları ve yönü tanımlanmıştır.
• Rulo Başına Miktar:Rulo başına standart parça sayısı (örneğin, 1000, 2000, 4000).
• Model:Parça NumarasıLTE-7377LM1-TATam bir sipariş kodudur. "-TA" gibi sonekler, şerit ve makara paketleme veya belirli derecelendirme seçeneklerini ifade edebilir.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Kızılötesi Algılama:Yakınlık sensörleri, nesne tespiti, çizgi takip robotları ve kesintili optik anahtarlar (örneğin, yazıcılarda kağıt tespiti). Dar görüş açısı ve yüksek hız faydalıdır.
• Optik İletişim:Kısa mesafeli veri bağlantıları, uzaktan kumanda vericileri (televizyon vb. için) ve elektromanyetik parazite dayanıklı endüstriyel kızılötesi veri iletimi gerektiren uygulamalar. 40ns'lik yükselme/düşme süresi orta düzey veri hızlarını destekler.
• Makine Görüşü ve Aydınlatma:Gece görüş özellikli kapalı devre televizyon kameralarına veya özel makine görüşü sistemlerine görünmez aydınlatma sağlamak.

7.2 Tasarım Hususları

• Sürücü Devresi:İzin verilen yüksek darbe akımı (2A) nedeniyle, neredeyse her zaman özel bir sürücü transistörüne (BJT veya MOSFET) ihtiyaç duyulur. Bu kadar yüksek akım darbeleri için basit bir seri direnç yeterli olmaz ve aşırı güç israfına neden olur.
• Akım Sınırlama:DC veya darbe işletimi için, mutlak maksimum değerlerin aşılmasını önlemek amacıyla akım aktif olarak sınırlanmalıdır. Kararlı bir ışık çıkışı için sabit akım sürücü kullanın.
• Termal Yönetim:Paket bir flanş içerse de, yüksek akımlı (100mA'ye yakın) sürekli çalışma için, özellikle yüksek ortam sıcaklıklarında çalışırken, PCB düzeninin bir soğutucu görevi görmesi dikkate alınmalıdır.
• Optik Tasarımı:Farklı ışın modları gerekiyorsa, 16 derecelik görüş açısı için lens veya difüzör gerekebilir. 880nm dalga boyu, bu aralığa duyarlı dedektörler (örneğin, silikon fotodiyot, fototransistör) gerektirir.
• Elektriksel Koruma:5V ters voltaj derecesine rağmen, özellikle endüstriyel ortamlarda voltaj sivri uçlarını önlemek için küçük bir seri direnç veya geçici voltaj baskılayıcı (TVS) kullanılması önerilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Özelliklerine göre, bu kızılötesi verici, temel niteliklerin bir kombinasyonu sayesinde piyasada öne çıkmaktadır:

• Yüksek Hız ve Yüksek Güç Birleşimi:40ns'lik anahtarlama hızı, yüksek radyasyon yoğunluğu (minimum 35 mW/sr) ve son derece yüksek darbe akımı kapasitesi (2A) ile birleştiğinde, parlak darbeler ve yüksek veri hızları veya hassas zamanlama gerektiren uygulamalar için belirgin bir avantaj sağlar.
• Darbe İşlemi için Optimize Edilmiştir:Tepe darbe akımı için net bir anma değeri ve darbe koşullarında belirtilen ileri voltaj, bu cihazın bu zorlu mod için özel olarak tasarlandığını gösterir; bu da yalnızca DC için anma değerine sahip LED'lere kıyasla daha iyi performans ve güvenilirlik sağlar.
• Dar Görüş Açısı:16 derecelik ışın demeti, birçok standart kızılötesi LED'den (muhtemelen 30-60 derece) daha dardır, daha yönlü ışık ve daha yüksek eksenel yoğunluk sağlayarak, yönlü algılama uygulamalarında sinyal-gürültü oranını artırır.

9. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

Q1: Bu LED'i yalnızca bir seri direnç kullanarak 5V mikrodenetleyici pini ile sürebilir miyim?
A: Düşük akım (örneğin 20-50mA) için kısa süreli darbe uygulamalarında seri direnç hesaplaması yapılabilir (R = (V_CC- V_F) / I_F). Ancak, bu cihazın tasarlandığı yüksek akım darbe işlemleri (350mA veya 2A) için mikrodenetleyici pinleri yeterli akımı sağlayamaz. Gerekli akım, MCU tarafından kontrol edilen bir transistör anahtarı (MOSFET gibi) kullanılarak ayrı bir güç kaynağından temin edilmelidir.

Q2: Mavi paketin amacı nedir? Sadece renk için mi?
A: Mavi şeffaf epoksi, kısa dalga boyu geçiren bir filtre görevi görür. Yayılan 880nm kızılötesi ışığa karşı şeffaftır, ancak görünür ışığı engeller veya zayıflatır. Bu, dedektördeki ortam görünür ışık girişimini azaltmaya ve kızılötesi sistemin sinyal-gürültü oranını iyileştirmeye yardımcı olur. Aynı zamanda görsel bir tanımlayıcı olarak da hizmet eder.

Q3: Tasarımımda "ışınım şiddeti" değerini nasıl anlamalıyım?
A: Işınım şiddeti (mW/sr), belirli bir katı açıya yayılan ışık gücünün bir ölçüsüdür. Optik eksen üzerinde bir mesafedeki (d) ışınım (birim alan başına güç) tahmini için yaklaşık formül kullanılabilir: Küçük açılar için, E ≈ I / d²._E/ d²Burada, d santimetre cinsinden ise, E'nin birimi mW/cm²'dir. Bu, dedektörünüze yeterli ışığın ulaşıp ulaşmadığını belirlemenize yardımcı olur.

Q4: Maksimum depolama sıcaklığı 100°C, ancak lehimleme sıcaklığı 260°C. Bu bir çelişki değil mi?
A: Hayır, çelişki yok. Depolama sıcaklığı, tüm paketin bu sıcaklıkta tekdüze bir şekilde bulunduğu uzun vadeli, çalışma dışı koşullar içindir. Lehimleme derecelendirmesi ise, hassas yarı iletken bağlantı ve paket gövdesinden ısıyı uzaklaştıran metal bacaklara uygulanan, çok kısa süreli (5 saniye) ve yerel bir ısı maruziyeti içindir.

10. Gerçek Tasarım Vaka Analizleri

Senaryo: Yüksek hızlı bir optik enkoder tasarlamak.
Optik döner enkoder, bir ışık kaynağının kod diskinden geçerek bir fotodedektör dizisine ulaşmasını gerektirir. Enkoder yüksek dönüş hızlarında çalışmalı ve bulanıklığı önlemek ve hassas kenar tespiti sağlamak için ışık kaynağının hızlı açılıp kapanmasını gerektirir.

• Bileşen Seçim Gerekçesi:LTE-7377LM1-TA'nın seçilme nedeni, 40ns'lik yükselme/düşme süresinin çok keskin ışık darbeleri üretilmesine izin vermesi ve sistemin yüksek hızda ince konum değişikliklerini çözümlemesini sağlamasıdır. 16 derecelik dar görüş açısı, ışığın kod diskindeki dar yarıklardan geçirilerek odaklanmasına ve kontrastın artırılmasına yardımcı olur.
• Devre Tasarımı:Yüksek hızlı MOSFET kullanan bir sabit akım sürücü devresi gerçekleştirildi. MOSFET'in anahtarlanması bir zamanlayıcı veya FPGA çıkışı ile kontrol edilir. Akım, spesifikasyon limitleri dahilinde kalarak, daha yüksek yoğunluklu darbeler için 350mA gibi bir darbe değeri veya 100mA (sürekli maksimum) olarak ayarlanır. Bu akımdaki ileri yönlü voltaj, sürücüdeki güç tüketimini hesaplamak için kullanılır.
• Yerleşim ve Termal Yönetim:PCB pedleri, paket diyagramının pin aralıklarıyla eşleşecek şekilde tasarlandı. Sürekli çalışma sırasında ısı dağılımına yardımcı olmak için, flanşın altına toprak düzlemine bağlı küçük bir termal ped yerleştirildi.
• Optik Hizalama:Verici ve dedektör, kodlama diskinin karşılıklı taraflarında hizalanır. Dar ışın hüzmesi, disk üzerindeki bitişik izler arasındaki çapraz konuşmayı en aza indirir.

11. Çalışma Prensibi

Bu cihaz, yarı iletken bir p-n eklemine dayalı bir ışık yayan diyottur (LED) ve genellikle kızılötesi ışık üretmek için galyum arsenür (GaAs) veya alüminyum galyum arsenür (AlGaAs) gibi malzemeler kullanır. Eklem açma voltajını aşan bir ileri gerilim uygulandığında, elektronlar ve delikler eklem boyunca enjekte edilir. Bu taşıyıcılar yeniden birleştiğinde, enerji fotonlar şeklinde salınır. Yarı iletken malzemenin spesifik bant aralığı enerjisi, bu durumda yaklaşık 880 nanometre civarında yoğunlaşan yayılan fotonların dalga boyunu belirler. Mavi epoksi kapsül, yarı iletken çipi sararak mekanik koruma sağlar, çıkış hüzmesini şekillendirmek için birincil mercek görevi görür ve daha kısa dalga boylarını filtreler.

12. Teknoloji Trendleri

Kızılötesi verici teknolojisi, daha geniş optoelektronik trendlerle birlikte gelişmektedir. Güç tüketimini ve ısı üretimini azaltmak için verimliliği (elektriksel giriş watt'ı başına daha fazla ışık çıkışı) artırma yönünde sürekli bir itici güç vardır. Bu, taşınabilir cihazlarda daha parlak ışık kaynakları veya daha uzun pil ömrü sağlar. Bir diğer trend, sistem tasarımını basitleştirmek için vericiyi sürücüler ve kontrol mantığı ile akıllı modüllere entegre etmektir. Ayrıca, optik iletişimde (örneğin Li-Fi) daha yüksek veri hızlarını ve 3B görüntüleme ile lidar uygulamaları için daha hassas zaman-uçuşu (ToF) algılamayı desteklemek amacıyla daha hızlı anahtarlama hızları geliştirilmektedir. Küçültme çabaları da devam etmekte, bu da performans özelliklerini korurken veya iyileştirirken daha küçük paket boyutlarına yol açmaktadır.