LTE-4238 Yüksek Güçlü Kızılötesi (IR) Emitör LED Teknik Veri Sayfası - 880nm Dalga Boyu - 100mA İleri Akım - 150mW Güç Dağılımı

1. Ürün Genel Bakışı

LTE-4238, güvenilir ve yoğun kızılötesi aydınlatma gerektiren uygulamalar için tasarlanmış yüksek güçlü bir kızılötesi (IR) ışık yayan diyottur (LED). Temel işlevi, 880 nanometre tepe dalga boyunda görünmez ışık yaymaktır; bu özelliği onu algılama, uzaktan kumanda ve optik anahtarlama sistemleri için uygun kılar. Önemli bir özelliği, belirli fototransistör serileriyle mekanik ve spektral olarak eşleştirilmiş olmasıdır; bu da hassas sinyal iletimi için verici-alıcı çiftlerinde optimum performansı garanti eder.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihaz, uzun ömür ve güvenilirlik sağlamak için katı çevresel ve elektriksel sınırlar dahilinde çalışacak şekilde derecelendirilmiştir. Maksimum sürekli ileri akım 100 mA'dir ve darbe koşullarında (300 pps, 10 µs darbe genişliği) tepe ileri akım kapasitesi 2 A'dır. Maksimum güç dağılımı, 25°C ortam sıcaklığında (T_A) 150 mW'dır. Çalışma sıcaklığı aralığı -40°C ila +85°C arasındadır, depolama aralığı ise -55°C ila +100°C'ye kadar uzanır. Cihaz, 5 V'a kadar ters voltaja dayanabilir. Montaj için, uçlar paket gövdesinden 1.6mm ölçüldüğünde, maksimum 5 saniye süreyle 260°C'de lehimlenebilir.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Temel performans parametreleri, T_A=25°C ve 20 mA ileri akım (I_F) değerinde belirtilmiştir. Radyant şiddet (I_E) tipik olarak 4.81 mW/sr'dir ve birim katı açı başına optik güç çıkışını gösterir. Açıklık radyant insidansı (E_e) 0.64 mW/cm²'dir. İleri voltaj (V_F) tipik olarak 1.3V ila 1.8V arasında değişir. Spektral özellikler, 880 nm tepe yayılım dalga boyu (λ_Tepe) ve 50 nm spektral yarı genişlik (Δλ) ile tanımlanır; bu, yayılan ışık bandının darlığını belirler. Ters akım (I_R), 5V ters voltajda (V_R) maksimum 100 µA'dır. Görüş açısı (2θ_1/2) 20 derecedir ve yayılan radyasyonun şiddetin tepe değerinin yarısına düştüğü açısal yayılımını tanımlar.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın değişen koşullar altındaki davranışını gösteren çeşitli grafikler sağlar.

3.1 Spektral Dağılım

Şekil 1, bağıl radyant şiddetin dalga boyunun bir fonksiyonu olarak gösterir. Eğri, tipik yarı genişliği 50 nm olan 880 nm merkezli olup, filtreleme ve hassas algılama için uygun olan IR çıkışının tek renkli doğasını doğrular.

3.2 İleri Akım - Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Şekil 2, ortam sıcaklığı arttıkça izin verilen maksimum ileri akımın düşürülmesini (derating) tasvir eder. Bu grafik, termal yönetim tasarımı için kritiktir ve cihazın tüm çevresel koşullar altında güvenli çalışma alanı (SOA) içinde çalışmasını sağlar.

3.3 İleri Akım - İleri Voltaj İlişkisi

Şekil 3, diyodun IV (akım-voltaj) karakteristiğini gösterir. Bu doğrusal olmayan ilişki, belirli bir çalışma akımına ulaşmak için gereken voltajı belirleyerek sürücü devresi tasarımı için esastır.

3.4 Bağıl Radyant Şiddet - Ortam Sıcaklığı ve İleri Akım İlişkisi

Şekil 4 ve 5, optik çıkış gücünün sıcaklık ve sürücü akımı ile nasıl değiştiğini gösterir. Çıkış tipik olarak yükselen sıcaklıkla azalır (Şekil 4) ve ileri akımla süper-doğrusal olarak artar (Şekil 5); bu da çıkış, verimlilik ve termal yük arasındaki dengeleri vurgular.

3.5 Radyasyon Deseni

Şekil 6, yayılan ışığın uzamsal dağılımını gösteren bir kutupsal diyagramdır. 20 derecelik görüş açısı doğrulanır ve nispeten odaklanmış bir ışın profili gösterir; bu da yönlendirilmiş aydınlatma uygulamaları için avantajlıdır.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

Cihaz, flanşlı standart bir LED paketi kullanır. Ana boyutlar gövde boyutu, uç aralığı ve çıkıntı sınırlarını içerir. Aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar milimetre cinsinden ve standart toleransı ±0.25mm olarak verilmiştir. Uç aralığı, uçların paket gövdesinden çıktığı noktada ölçülür. Flanş altında maksimum 1.0mm reçine çıkıntısına izin verilir. Mühendisler, baskılı devre kartları (PCB) üzerinde hassas yerleşim ve ayak izi tasarımı için detaylı mekanik çizime (PDF'de ima edilen) başvurmalıdır.

4.2 Polarite Tanımlama

Standart LED polarite kuralları geçerlidir; tipik olarak paket üzerinde düz bir kenar veya farklı uzunluklarda uçlar (anot katottan daha uzun) ile gösterilir. Montaj sırasında ters polarite hasarını önlemek için doğru yönlendirmeyi sağlamak amacıyla spesifik işaretleme paket çiziminden doğrulanmalıdır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Uç lehimleme sıcaklığı için mutlak maksimum değer, paket gövdesinden 1.6mm (0.063") ölçüldüğünde, 5 saniye için 260°C'dir. Bu derecelendirme, standart kurşunsuz reflow lehimleme profilleri (örn., IPC/JEDEC J-STD-020) ile uyumludur. İç yarıiletken çip, tel bağlantıları veya epoksi lens malzemesine termal hasarı önlemek için bu sınıra uymak çok önemlidir. Termal şoku en aza indirmek için ön ısıtma önerilir. Cihazlar, nem hassasiyet seviyesi (MSL) kılavuzlarına göre, üreticinin kullanım talimatlarından elde edilmesi gereken kuru, kontrollü bir ortamda saklanmalıdır.

6. Uygulama Önerileri

6.1 Tipik Uygulama Senaryoları

Bu IR emitör, şunları içeren uygulamalar için idealdir: optik enkoderler ve konum sensörleri, kızılötesi uzaktan kumanda vericileri, nesne algılama ve yakınlık sensörleri, endüstriyel otomasyon ışık perdeleri ve optik veri iletim bağlantıları. Belirli fototransistörlerle eşleşmesi, hizalama ve spektral tepkinin kritik olduğu yansıtmalı veya geçirmeli optokuplör tasarımlarında özellikle değerli kılar.

6.2 Tasarım Hususları

Sürücü Devresi:Bir voltaj kaynağı ile sürerken, istenen I_F'yi ayarlamak ve termal kaçak (runaway) önlemek için bir akım sınırlama direnci zorunludur. Direnç değeri R = (V_besleme- V_F) / I_F kullanılarak hesaplanır. Yüksek tepe akımlarında (2A'ya kadar) darbe çalışması için, bir darbe üreteci tarafından sürülen bir transistör anahtarı (örn., MOSFET) gereklidir.
Termal Yönetim:150 mW güç dağılımı sınırına uyulmalıdır. Yüksek ortam sıcaklıklarında veya yüksek sürekli akımlarda, eklem sıcaklığı yükselecek ve çıkış yoğunluğunu ve cihaz ömrünü potansiyel olarak azaltacaktır. Isı emici için yeterli bakır alanına sahip uygun PCB düzeni gerekli olabilir.
Optik Tasarım:20 derecelik görüş açısı odaklanmış bir ışın sağlar. Daha geniş kapsama için bir difüzör lens gerekebilir. Eşleştirilmiş bir fotodedektör ile maksimum bağlantı verimliliği için, uygun mekanik hizalama sağlayın ve ortam IR gürültüsünün potansiyel kaynaklarını (güneş ışığı, akkor ampuller) göz önünde bulundurun.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

LTE-4238'ün temel farklılaşması,yüksek radyant şiddetinde (tipik 4.81 mW/sr)veeşlik eden fototransistörlerle eşleştirilmiş performans için spesifik seçimindeyatar. Genel IR LED'lere kıyasla, bu ön seçim, eşleştirilmiş optoelektronik sistemlerde daha sıkı toleranslar sağlayarak daha tutarlı hassasiyet, daha düşük çapraz konuşma (crosstalk) ve gelişmiş sinyal-gürültü oranı sağlar. 880 nm dalga boyu, silikon fotodedektör hassasiyeti ve 940 nm kaynaklara kıyasla daha düşük görünürlük arasında iyi bir denge sunan yaygın bir standarttır.

8. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Sürekli akım sadece 100mA ise, tepe ileri akım derecelendirmesinin (2A) amacı nedir?
C: Tepe derecelendirmesi, çok kısa, yüksek akımlı darbelere izin verir. Bu, menzil veya hız için yüksek anlık optik güce ihtiyaç duyulan, ancak ortalama gücün (ve ısının) düşük kaldığı uzaktan kumandalar veya veri iletimi gibi uygulamalar için esastır.

S: Ortam sıcaklığı performansı nasıl etkiler?
C: Sıcaklık arttıkça, ileri voltaj tipik olarak hafifçe azalır, radyant çıkış azalır (Şekil 4'te gösterildiği gibi) ve izin verilen maksimum sürekli akım düşürülmelidir (Şekil 2). Tasarım bu değişimleri hesaba katmalıdır.

S: Bu LED'i doğrudan bir mikrodenetleyici GPIO pininden sürebilir miyim?
C: Mümkün, ancak dikkatli olunmalı. Bir GPIO pini 20-50mA sağlayabilir. Akımı istenen I_F'ye (örn., 20mA) sınırlamak için bir seri direnç kullanmalı ve toplam akımın mikrodenetleyicinin pin ve paket sınırlarını aşmadığından emin olmalısınız. Daha yüksek akımlar veya darbeler için harici bir sürücü transistörü gereklidir.

S: "Spektral olarak eşleştirilmiş" ne anlama gelir?
C: Bu, bu IR LED'in yayılım spektrumunun, eşleştirilmiş fototransistörünün tepe spektral hassasiyeti ile hizalanacak şekilde optimize edildiği anlamına gelir. Bu, belirli bir yayılan güç için algılanan sinyal gücünü maksimize eder.

9. Pratik Tasarım Vaka Çalışması

Senaryo: Bir Yakınlık Sensörü Tasarımı.Hedef, 10 cm içindeki bir nesneyi algılamaktır. Sistem, yan yana yerleştirilmiş ve aynı yöne bakan (yansıtmalı algılama modu) bir LTE-4238 IR emitör ve eşleştirilmiş bir fototransistör kullanır.
Uygulama:LED, 1 kHz frekansta 50 mA darbelerle (sürekli derecelendirme dahilinde) sürülür. Bir akım sınırlama direnci bu öngerilimi ayarlar. Fototransistörün kollektörü, bir pull-up direncine ve bir yükselteç/filtre devresine bağlanır. Bir nesne menzil içinde olduğunda, IR ışığı fototransistöre geri yansır ve kollektör voltajının düşmesine neden olur. Bu sinyal daha sonra koşullandırılır ve bir algılama olayını tetiklemek için bir karşılaştırıcıya veya mikrodenetleyici ADC'sine beslenir.
Temel Hesaplamalar:Sürücü direnç değeri, 5V besleme ve ~1.5V V_F değerine göre hesaplanır: R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 Ohm (68 Ω standart değer kullanın). LED'deki güç dağılımı: P = V_F* I_F= 1.5V * 0.05A = 75 mW, bu da 25°C'deki 150 mW maksimum değerin oldukça altındadır.

10. Çalışma Prensibi Tanıtımı

Bir kızılötesi LED, bir yarıiletken p-n eklem diyotudur. İleri bir voltaj uygulandığında, n-bölgesinden elektronlar ve p-bölgesinden delikler eklem bölgesine enjekte edilir. Bu yük taşıyıcıları yeniden birleştiğinde, enerji foton (ışık) formunda salınır. 880 nm'lik spesifik dalga boyu, kullanılan yarıiletken malzemelerin (tipik olarak alüminyum galyum arsenür, AlGaAs) bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir. Yayılan ışık tutarsızdır (incoherent) ve yakın kızılötesi spektrum içinde yer alır; insan gözüyle görünmez ancak silikon tabanlı fotodedektörler tarafından kolayca algılanabilir.

11. Teknoloji Trendleri

Algılama için IR emitörlerdeki trend, daha küçük paketlerde daha yüksek güç yoğunluğu ve verimliliğe doğru devam etmektedir. Bu, daha uzun algılama menzilleri ve daha düşük sistem güç tüketimi sağlar. Ayrıca, emitör, sürücü ve bazen dedektörü dijital arayüzlerle (I2C, SPI) tek bir modülde birleştiren entegre çözümlere doğru bir hareket vardır. Dahası, wafer seviyesi paketleme (WLP) ve çip ölçeğinde paketleme (CSP) alanındaki gelişmeler, güvenilirliği artırırken ayrık optoelektronik bileşenlerin boyutunu ve maliyetini düşürmektedir. Temel çalışma prensibi aynı kalır, ancak birim hacim başına entegrasyon ve performans istikrarlı bir şekilde artmaktadır.