HSDL-4261 IR Verici Veri Sayfası - 870nm Dalga Boyu - 1.4V İleri Gerilim - 190mW Güç Dağılımı - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

HSDL-4261, yüksek hızlı optik veri iletimi gerektiren uygulamalar için tasarlanmış ayrık bir kızılötesi verici bileşenidir. Tepe dalga boyu 870 nanometre olan kızılötesi ışık üretmek için AlGaAs (Alüminyum Galyum Arsenür) LED teknolojisini kullanır. Bu cihaz, hızlı anahtarlama yetenekleri ile karakterize edilir ve dijital iletişim arayüzleri için uygundur.

1.1 Temel Avantajlar

• Yüksek Hızlı Çalışma:Tipik 15 nanosaniyelik optik yükselme ve düşme süresi ile yüksek bant genişlikli uygulamalarda veri iletimi sağlar.
• Yüksek Optik Güç:Yüksek ışıma şiddeti sunarak, güvenilir kızılötesi iletişim için güçlü bir sinyal sağlar.
• RoHS Uyumlu:Çevre düzenlemelerine uygun, kurşunsuz bir ürün olarak üretilmiştir.
• Şeffaf Paket:Yayılan kızılötesi ışığı filtrelemeyen şeffaf renkli bir paket içinde yer alır.

1.2 Hedef Uygulamalar

• Endüstriyel Kızılötesi Ekipmanlar
• Kızılötesi Taşınabilir Cihazlar
• Tüketici Elektroniği (örn., optik fareler)
• Yüksek Hızlı Kızılötesi Haberleşme (örn., IR LAN'lar, modemler, dongle'lar)

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Aksi belirtilmedikçe tüm özellikler 25°C ortam sıcaklığında (TA) tanımlanmıştır.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek sınırları tanımlar. Bu koşullar altında çalışma garanti edilmez.

• Sürekli İleri Akım (IFDC):Maksimum 100 mA.
• Tepe İleri Akım (IFPK):Darbe koşullarında (Görev Faktörü=%20, Darbe Genişliği=100µs) maksimum 500 mA.
• Güç Dağılımı (PDISS):Maksimum 190 mW. Karakteristik eğrilerde gösterildiği gibi artan ortam sıcaklığı ile düşürülmelidir.
• Ters Gerilim (VR):Maksimum 5 V.
• Depolama Sıcaklık Aralığı (TS):-40°C ila +100°C.
• Çalışma Sıcaklık Aralığı (TO):-40°C ila +85°C.
• Eklem Sıcaklığı (TJ):Maksimum 110°C.
• Bacak Lehimleme Sıcaklığı:Paket gövdesinden en az 1.6mm uzakta olacak şekilde, maksimum 5 saniye için 260°C.

2.2 Elektriksel ve Optik Karakteristikler

Bunlar, belirtilen test koşulları altındaki tipik performans parametreleridir.

• Işıma Optik Gücü (Po):IF=20mA'de tipik 9 mW ve IF=100mA'de 45 mW.
• Eksen Üzeri Işıma Şiddeti (IE):IF=20mA'de tipik 36 mW/sr ve IF=100mA'de 180 mW/sr.
• Tepe Yayılım Dalga Boyu (λPeak):IF=20mA'de tipik 870 nm (aralık: 850 nm ila 890 nm).
• Spektral Çizgi Yarı Genişliği (Δλ):IF=20mA'de yaklaşık 47 nm.
• İleri Gerilim (Vf):IF=20mA'de tipik 1.4 V ve IF=100mA'de 1.7 V.
• İleri Gerilim Sıcaklık Katsayısı (△V/△T):IF=20mA'de yaklaşık -1.5 mV/°C.
• Görüş Açısı (2θ1/2):Tipik 26 derece, yayılan radyasyonun açısal yayılımını tanımlar.
• Şiddet Sıcaklık Katsayısı (△IE/△T):IF=100mA'de yaklaşık -0.22 %/°C, sıcaklık arttıkça çıkışın azaldığını gösterir.
• Dalga Boyu Sıcaklık Katsayısı (△λ/△T):IF=20mA'de yaklaşık +0.18 nm/°C.
• Optik Yükselme/Düşme Süresi (Tr/Tf):Tipik 15 ns, optik çıkışın %10'undan %90'ına kadar ölçülür.
• Seri Direnç (RS):IF=100mA'de tipik 4.1 Ohm.
• Diyot Kapasitansı (CO):0V öngerilim ve 1 MHz'de tipik 80 pF.
• Termal Direnç (RθJA):Eklemden ortama, bacaklar üzerinden tipik 280 °C/W.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel ilişkileri gösteren çeşitli grafikler sağlar.

3.1 İleri Akıma Karşı Bağıl Işıma Şiddeti

Bu eğri, optik çıkış şiddetinin, özellikle yüksek akımlarda, ileri akımla süper-lineer olarak arttığını gösterir. İstenen parlaklığa ulaşmak için akım sürücüsünün önemini vurgular.

3.2 İleri Gerilime Karşı İleri Akım

IV karakteristik eğrisi, bir diyot için tipik üstel ilişkiyi gösterir. İleri gerilim akımla artar ve aynı zamanda sıcaklığa bağlıdır.

3.3 İleri Gerilime Karşı Ortam Sıcaklığı

Bu grafik, ileri gerilimin negatif sıcaklık katsayısını gösterir. Sabit bir akımda, Vf sıcaklık arttıkça azalır; bu, sabit gerilim sürücü devreleri için kritik bir husustur.

3.4 DC İleri Akım Düşürme Eğrisi - Ortam Sıcaklığı

Bu, güvenilirlik için çok önemli bir grafiktir. Ortam sıcaklığının bir fonksiyonu olarak izin verilen maksimum sürekli ileri akımı tanımlar. Sıcaklık yükseldikçe, eklem sıcaklığının 110°C sınırını aşmasını önlemek için izin verilen maksimum akım azaltılmalıdır. Örneğin, 85°C'de maksimum DC akım, 25°C'dekinden önemli ölçüde daha düşüktür.

3.5 Işıma Deseni

Polar diyagram, yayılan kızılötesi ışığın uzaysal dağılımını gösterir. HSDL-4261, tipik 26 derecelik bir görüş açısına (yarı maksimumda tam genişlik) sahiptir, bu da yönlendirilmiş iletişim bağlantıları için uygun, orta derecede odaklanmış bir ışın oluşturur.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgisi

4.1 Ana Hat Boyutları

Cihaz, standart bir delikli LED paketidir. Ana boyutlar arasında bacak aralığı, gövde çapı ve toplam yükseklik bulunur. Bacaklar, lens tabanından en az 3mm uzakta bir noktada şekillendirilecek şekilde tasarlanmıştır. Flanş altında minimum reçine çıkıntısı belirtilmiştir. Aksi belirtilmedikçe tüm boyut toleransları tipik olarak ±0.25mm'dir.

4.2 Polarite Tanımlama

Bileşen standart LED polarite işaretlemesini kullanır. Genellikle daha uzun bacak anotu (pozitif bağlantı), daha kısa bacak ise katodu (negatif bağlantı) belirtir. Doğru çalışmayı sağlamak için montaj sırasında bu durum doğrulanmalıdır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

5.1 Depolama Koşulları

Uzun süreli depolama için ortam sıcaklığı 30°C'yi veya bağıl nem %70'i aşmamalıdır. Orijinal nem bariyerli torbadan çıkarılırsa, bileşenler üç ay içinde kullanılmalıdır. Orijinal ambalaj dışında uzun süreli depolama için, kurutuculu kapalı bir kap veya nitrojen dolu bir kurutucu kullanın.

5.2 Temizleme

Temizlik gerekliyse, sadece izopropil alkol gibi alkol bazlı çözücüler kullanın. Sert kimyasallardan kaçınılmalıdır.

5.3 Bacak Şekillendirme

Bükme işlemi oda sıcaklığında ve lehimlemeden önce yapılmalıdır. Bükme, LED lensinin tabanından en az 3mm uzakta yapılmalıdır. Bükme sırasında paket gövdesi dayanak noktası olarak kullanılmamalıdır; aksi takdirde iç yonga bağlantısı veya tel bağları zarar görebilir.

5.4 Lehimleme Parametreleri

El Lehimlemesi (Havya):Bacak başına maksimum 5 saniye için maksimum sıcaklık 260°C. Havya ucu, epoksi lensin tabanından 1.6mm'den daha yakın olmamalıdır.

Dalga Lehimleme:Maksimum 60 saniye için maksimum 100°C'ye kadar ön ısıtma. Lehim dalgası sıcaklığı maksimum 260°C ve temas süresi 5 saniye olmalıdır. Cihaz, epoksi ampulün tabanından 2mm'den daha aşağıya daldırılmamalıdır.

Önemli:Lensin lehime daldırılmasından kaçınılmalıdır. IR geri akış lehimleme, bu delikli paket tipi için uygun değildir. Aşırı sıcaklık veya süre, lens deformasyonuna veya ciddi arızaya neden olabilir.

6. Uygulama Tasarım Hususları

6.1 Sürücü Devre Tasarımı

LED'ler akım kontrollü cihazlardır. Paralel olarak birden fazla LED sürerken tekdüze parlaklık sağlamak için, her LED ile seri olarak ayrı bir akım sınırlama direnci kullanılması şiddetle tavsiye edilir. LED'lerin ileri gerilim (Vf) karakteristiklerindeki değişiklikler nedeniyle, doğrudan paralel bağlanması ve ayrı dirençler olmadan bağlanması önerilmez; bu, önemli akım dengesizliğine ve düzensiz parlaklığa yol açabilir.

6.2 Termal Yönetim

280°C/W'lik termal direnç (RθJA) göz önüne alındığında, güç dağılımı dikkatlice yönetilmelidir. Maksimum sürekli akımda (100mA) ve tipik 1.7V Vf ile çalışmak, 170mW'lık bir güç dağılımına neden olur. Bu, ortam sıcaklığının üzerinde yaklaşık 47.6°C'lik bir eklem sıcaklığı artışına neden olur (170mW * 280°C/W). 85°C ortam sıcaklığında, eklem 132.6°C'ye ulaşır ve bu da maksimum 110°C derecesini aşar. Bu nedenle, Şekil 6'daki düşürme eğrisine kesinlikle uyulmalıdır.

6.3 Elektrostatik Deşarj (ESD) Koruması

Bu bileşen, elektrostatik deşarjdan kaynaklanan hasara karşı hassastır. Önerilen kullanım önlemleri şunları içerir:

- Topraklanmış bileklik veya antistatik eldiven kullanmak.

- Tüm ekipmanların, çalışma istasyonlarının ve depolama raflarının uygun şekilde topraklanmış olduğundan emin olmak.

- Kullanım sırasında plastik lens üzerinde birikebilecek statik yükü nötrleştirmek için bir iyonizer kullanmak.

6.4 Optik Tasarım

26 derecelik görüş açısı ve 870nm dalga boyu, uygun bir fotodedektörle (örn., eşleşen spektral tepkili bir PIN fotodiyot) eşleştirilmelidir. Optimum menzil ve sinyal bütünlüğü için, özellikle yönlendirilmiş iletişim bağlantılarında, ışını paralel hale getirmek veya odaklamak için lensler veya diyaframlar kullanmayı düşünün. Şeffaf paket, dahili filtreleme olmadan harici optik elemanların kullanılmasına izin verir.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

HSDL-4261, parametrelerin belirli kombinasyonları ile kızılötesi verici pazarında kendini konumlandırır:

Hız vs. Güç:Yüksek hızlı anahtarlama (15ns) ve nispeten yüksek optik güç çıkışı (100mA'de tipik 45mW) arasında bir denge sunar. Bazı vericiler daha düşük güçle daha hızlı veya daha yavaş tepki süresiyle daha yüksek güç sunabilir.

Dalga Boyu:870nm tepe dalga boyu, birçok kızılötesi veri bağlantısı ve uzaktan kumanda sistemi için yaygın bir standarttır; silikon fotodedektör hassasiyeti ile görünür veya görünüre yakın dalga boylarına kıyasla daha düşük ortam ışığı gürültüsü arasında iyi bir denge sunar.

Paket:Standart delikli paket, hem prototipleme hem de dalga lehimlemenin kullanıldığı uygulamalar için uygun olmasını sağlar; bu da onu geri akış işlemi gerektiren yüzey montaj alternatiflerinden ayırır.

8. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

8.1 Bu LED'i sabit bir gerilim kaynağı ile sürebilir miyim?

Önerilmez. Bir LED'in üstel I-V karakteristiği, gerilimdeki küçük bir değişikliğin akımda büyük bir değişikliğe neden olduğu anlamına gelir; bu, doğrudan bir gerilim kaynağından sürülürse maksimum dereceyi kolayca aşabilir. Çalışma noktasını belirlemek için daima seri bir direnç veya sabit akım sürücüsü kullanın.

8.2 Çıkış şiddeti neden sıcaklıkla azalır?

Işıma şiddetinin negatif sıcaklık katsayısı (-0.22%/°C), yarı iletken malzemenin temel bir özelliğidir. Sıcaklık arttıkça, yarı iletken içindeki ışımasız yeniden birleşme süreçleri daha baskın hale gelir ve ışık üretim verimliliğini azaltır.

8.3 Düşürme eğrisinin amacı nedir?

Düşürme eğrisi (Şekil 6), uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için çok önemlidir. Ortam sıcaklığı arttıkça güç dağılımını (ve dolayısıyla ileri akımı) sınırlayarak LED eklem sıcaklığının maksimum derece değerini (110°C) aşmasını önler. Bu eğriyi göz ardı etmek, hızlı bozulmaya ve arızaya yol açabilir.

8.4 Bu LED sürekli çalışma için uygun mudur?

Evet, ancak Mutlak Maksimum Değerler ve düşürme eğrisi tarafından tanımlanan sınırlar içinde. Sürekli DC çalışma için, ileri akım 25°C ortam sıcaklığında 100mA'yi aşmamalı ve daha yüksek ortam sıcaklıklarında Şekil 6'ya göre azaltılmalıdır. Yüksek tepe akımlı darbe çalışması için, görev döngüsü ve darbe genişliği özelliklerine uyulmalıdır.

9. Pratik Uygulama Örneği

Senaryo: Kısa mesafeli seri iletişim için basit bir IR verici tasarımı.

1. Devre Tasarımı:LED'i sürmek için bir mikrodenetleyici GPIO pini kullanın. LED'in anodu ile seri olarak bir akım sınırlama direnci yerleştirin. Direnç değerini R = (Vcc - Vf_LED) / I_istenen formülü ile hesaplayın. 3.3V besleme, 50mA istenen akım ve tipik 1.5V Vf için: R = (3.3V - 1.5V) / 0.05A = 36 Ohm. Bir sonraki standart değeri kullanın (örn., 39 Ohm).

2. Termal Kontrol:LED'deki güç dağılımı: P = Vf * I = 1.5V * 0.05A = 75mW. Eklem sıcaklık artışı: ΔTj = P * RθJA = 0.075W * 280°C/W = 21°C. Maksimum 85°C ortam sıcaklığında, Tj = 106°C olur, bu da 110°C sınırının altındadır.

3. Yazılım:Mikrodenetleyiciyi, GPIO pininde istenen dijital modülasyonu (örn., Aç-Kapa Anahtarlama) oluşturacak şekilde yapılandırın. LED'in 15ns'lik yükselme/düşme süresi, yüksek veri hızlarına izin verir.

4. Yerleşim:LED'i ve seri direncini, sürücü pini yakınında tutarak parazitik endüktansı en aza indirin. Alıcının (fotodiyot), vericinin 26 derecelik görüş açısı içinde hizalandığından emin olun.

10. Çalışma Prensibi

HSDL-4261, AlGaAs malzemelerine dayalı bir yarı iletken p-n eklem diyotudur. İleri öngerilim uygulandığında, n-bölgesinden elektronlar ve p-bölgesinden delikler, eklem boyunca karşıt bölgelere enjekte edilir. Bu enjekte edilen azınlık taşıyıcıları, çoğunluk taşıyıcıları ile yeniden birleşir. AlGaAs gibi doğrudan bant aralıklı bir yarı iletkende, bu yeniden birleşmelerin önemli bir kısmı ışımalıdır, yani enerjiyi foton formunda salarlar. Kullanılan AlGaAs alaşımının spesifik enerji bant aralığı, yayılan fotonların dalga boyunu belirler; bu durumda kızılötesi spektrumda yaklaşık 870nm merkezlidir. Şeffaf epoksi paket, yarı iletken yongayı kapsüller, mekanik koruma sağlar ve çıkış ışınını şekillendirmek için bir lens görevi görür.

11. Endüstri Trendleri

Kızılötesi vericiler, HSDL-4261 gibi bileşenlerle ilgili birkaç önemli alanda gelişmeye devam etmektedir:

Artırılmış Hız:Optik kablosuz iletişimde (Li-Fi, yüksek hızlı IRDA) daha yüksek veri hızları talebi, daha da hızlı yükselme/düşme sürelerine sahip vericilerin geliştirilmesini teşvik eder.

Geliştirilmiş Verimlilik:Epitaksiyel büyüme ve yonga tasarımındaki iyileştirmeler, birim elektrik giriş gücü (watt) başına daha fazla optik güç (lümen veya ışıma akısı) üretmeyi, ısı üretimini azaltmayı ve sistem verimliliğini artırmayı amaçlar.

Entegrasyon:Vericiyi sürücü devresiyle hatta tek bir pakette bir fotodedektörle entegre etme eğilimi vardır; bu da tam optik alıcı-verici modülleri oluşturarak son kullanıcı tasarımını basitleştirir.

Yeni Dalga Boyları:870-940nm, silikon tabanlı alıcılar için standart olmaya devam ederken, gaz algılama veya göz güvenli LiDAR gibi özel uygulamalar için diğer dalga boyları üzerine araştırmalar yapılmaktadır.