LTE-4208M Kızılötesi Emisyon Diyodu Veri Sayfası - 940nm Dalga Boyu - T-1 3/4 Paket (5mm) - 1.6V İleri Gerilim - 100mW Güç Tüketimi

1. Ürün Genel Bakışı

LTE-4208M, güvenilir ve verimli görünmeyen ışık yayılımı gerektiren uygulamalar için özel olarak tasarlanmış yüksek performanslı bir kızılötesi yayıcı diyottur. Temel işlevi, elektrik enerjisini 940 nanometre (nm) tepe dalga boyuna sahip kızılötesi radyasyona dönüştürmektir. Bu dalga boyu, insan gözü için temelde görünmez olması ve aynı zamanda fototransistörler ve fotodiyotlar gibi silikon tabanlı fotodedektörler tarafından verimli bir şekilde tespit edilebilmesi nedeniyle, görünür ışık parazitini en aza indirmenin gerekli olduğu uygulamalar için idealdir.

Cihaz, standart T-1 3/4 (yaklaşık 5mm çap) paketleme ile şeffaf bir lense sahiptir. Bu minyatür plastik paketleme, mekanik sağlamlık sunarken aynı zamanda ekonomik bir çözüm sağlar. Önemli bir tasarım özelliği, spektral ve mekanik yapı olarak karşılık gelen fototransistör serileri (örneğin LTR-3208) ile eşleşmesidir; bu, verici ve dedektör çiftleri arasında optimum hizalama ve sinyal bağlantısı sağlayarak optik sistem tasarımını basitleştirir.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

LTE-4208M'in başlıca avantajları arasında yüksek ışınım şiddeti çıkışı, katı bir seçme (binning) süreciyle garanti edilen tutarlı performans ve kompakt, düşük maliyetli form faktörü yer alır. Belirli bir ışınım şiddeti aralığına (seçme) önceden ayrılmıştır, bu da tasarımcıların harici kalibrasyon veya ince ayar devrelerine gerek kalmadan sistem duyarlılık gereksinimlerini tam olarak karşılayan bileşenleri seçmelerine olanak tanır. Bu öngörülebilirlik, üretim verimliliğini ve sistem güvenilirliğini artırır.

Bu bileşenin hedef pazarı, esas olarak yakınlık algılama, nesne tespiti veya optik kodlama gerektiren endüstriyel ve tüketici elektroniği ürünleridir. En belirgin uygulaması, ışığın saçılmasını veya zayıflamasını ölçerek duman partiküllerini tespit eden duman dedektörleridir. Diğer potansiyel uygulamalar arasında temas anahtarları, kısa mesafeli veri iletimi (örneğin uzaktan kumanda sistemleri), endüstriyel otomasyon sensörleri ve nesne sayaçları bulunur.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Elektriksel ve optik parametreleri anlamak, güvenilir devre tasarımı ve LED'in Güvenli Çalışma Alanı (SOA) içinde çalışmasını sağlamak için çok önemlidir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, bileşene kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Bu limitlere yakın veya bu limitlerde uzun süreli çalışma önerilmez.

• Güç Tüketimi (Pd):100 mW. Bu, ortam sıcaklığının (TA) 25°C olduğu durumda cihazın ısı olarak dağıtabileceği maksimum güçtür. Bu sınırın aşılması termal kaçak ve arıza riski taşır.
• Tepe İleri Akımı (I_FP):3 A. Bu, darbe koşullarında (saniyede 300 darbe, 10μs darbe genişliği) izin verilen maksimum anlık akımdır. Sürekli akım derecesinden çok daha yüksektir ve cihazın kısa süreli yüksek yoğunluklu darbeleri işleme yeteneğini vurgular.
• Sürekli İleri Yön Akımı (I_F):50 mA. Bu, tipik ileri yön voltajı varsayılarak, güç tüketimi derecesini aşmadan sürekli olarak uygulanabilecek maksimum DC akımdır.
• Ters Gerilim (V_R):5 V. Bu cihaz ters öngerilime karşı çok düşük toleransa sahiptir. 5V'u aşan ters gerilim uygulanması anında delinmeye neden olabilir. Veri sayfası, cihazın ters yönde çalışma için tasarlanmadığını açıkça belirtmektedir.
• Çalışma ve Depolama Sıcaklığı:Sırasıyla -40°C ila +85°C ve -55°C ila +100°C. Bu aralıklar, güvenilir çalışma ve çalışma dışı depolama için çevresel koşulları tanımlar.
• Pim Lehimleme Sıcaklığı:Paket gövdesinden 4.0mm uzaklıkta, 260°C'de 5 saniye. Bu, dalga lehimleme veya reflow lehimleme işlemleri sırasında iç yarı iletken çipin veya plastik paketin hasar görmesini önlemek için kritik öneme sahiptir.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Bu parametreler standart test koşullarında (TA=25°C, I_F=20mA, aksi belirtilmedikçe) ölçülmüştür ve cihazın tipik performansını tanımlar.

• Radyasyon yoğunluğu (I_E):Bu, miliwatt başına steradyan (mW/sr) cinsinden ifade edilen temel optik çıkış parametresidir. Birim katı açı başına yayılan ışık gücünü temsil eder. Cihaz, 20mA standart test akımındaki ölçülen çıkışına göre (A'dan G'ye sınıflar) sınıflandırılır; minimum ve tipik değerler 3.6/13.2 mW/sr (A sınıfı) ile 28.8 mW/sr (G sınıfı) arasında değişir. Bu sınıflandırma, istenen sinyal gücüne göre seçim yapılmasına olanak tanır.
• Tepe emisyon dalga boyu (λ_Tepe):940 nm. Bu, yayılan optik gücün maksimum değerine ulaştığı dalga boyudur. Yakın kızılötesi spektrum aralığına aittir.
• Spektral çizgi yarı genişliği (Δλ):50 nm. Bu parametre aynı zamanda Yarım Yükseklikte Tam Genişlik (FWHM) olarak da bilinir ve spektral bant genişliğini tanımlar. 50 nm genişlik, yayılan ışığın pik yoğunluğunun yarısında yaklaşık 915 nm ila 965 nm dalga boyu aralığını kapsadığı anlamına gelir.
• İleri yön gerilimi (V_F):1.2V (min.), 1.6V (tipik). Bu, 20mA akım iletildiğinde diyot üzerindeki gerilim düşümüdür. Sürücü devresindeki seri direnç değerinin hesaplanması için çok önemlidir: R = (V_supply- V_F) / I_F.
• Ters akım (I_R):V_R=5V'de, maksimum 100 μA. Bu, diyot maksimum derecelendirmesi altında ters öngerilimliyken akan küçük sızıntı akımıdır.
• Görüş Açısı (2θ)_1/2):20 derece. Bu, radyasyon yoğunluğunun maksimum değerinin (eksenel) yarısına düştüğü tam açıdır. 20°'lik bir görüş açısı, ışın demetinin nispeten dar ve odaklanmış olduğunu gösterir, bu da yönlü algılama uygulamaları için avantajlıdır.

3. Sınıflandırma Sistemi Açıklaması

LTE-4208M, tek bir anahtar sınıflandırma parametresi kullanır: Radyasyon Yoğunluğu. Cihazlar, 20mA standart test akımı altındaki ölçülen çıkışlarına göre test edilir ve gruplandırılır (A'dan G'ye kadar sınıflar). Bu sistem birkaç fayda sağlar:

1. Tasarım Tutarlılığı:Mühendisler, ürün homojenliğini artırmak için üretim partisindeki tüm birimlerin optik sinyal seviyelerinin tutarlı olmasını sağlamak amacıyla belirli seçme gruplarını (bin) seçebilir.
2. Performans Eşleştirmesi:Eşleşen bir fotodedektör ile birlikte kullanıldığında, verici seçme grubunun (bin) seçilmesi, optik sensör sisteminin genel hassasiyeti ve dinamik aralığı üzerinde daha hassas kontrol sağlar.
3. Maliyet Optimizasyonu:Hassasiyet gereksinimlerinin daha az kritik olduğu uygulamalarda, daha düşük sınıflandırmalı (örneğin A, B sınıfı) bileşenler kullanılabilir, bu daha uygun maliyetli olabilir.

Bu veri sayfası, bu modelin ileri voltaj veya dalga boyu için sınıflandırma yapılmadığını belirtmektedir; bu, bu parametreler üzerinde sıkı bir proses kontrolü olduğunu veya bu parametrelerin hedef uygulamaları için temel farklılaştırıcı faktörler olmadığını göstermektedir.

4. Performans Eğrisi Analizi

Tipik karakteristik eğriler, cihazın farklı koşullar altındaki davranışını sezgisel olarak gösterir; bu, nominal 25°C noktasının ötesinde sağlam bir sistem tasarımı için çok önemlidir.

4.1 Spektral Dağılım (Şekil 1)

Eğri, 940 nm merkezli ve yaklaşık 50 nm yarı yükseklik genişliğine sahip Gauss benzeri bir dağılım göstermektedir. Bu, algılama uygulamalarında ortam ışığı girişimini filtrelemek için çok önemli olan LED çıkışının tek renkliliğini doğrulamaktadır. Eğrinin şekli, AlGaAs tabanlı kızılötesi LED'ler için tipiktir.

4.2 İleri Akım vs. Ortam Sıcaklığı (Şekil 2)

Bu derecelendirme düşürme eğrisi, ısıl yönetim için çok önemlidir. Maksimum izin verilen sürekli ileri akımın, ortam sıcaklığı arttıkça nasıl azaldığını göstermektedir. 85°C'de (maksimum çalışma sıcaklığı), izin verilen akım, 25°C'deki 50mA derecelendirmesinin çok altındadır. Tasarımcılar, çalışma akımının sistemin beklenen maksimum ortam sıcaklığındaki eğri değerini aşmamasını sağlamak için bu grafiği kullanmalıdır.

4.3 İleri Akım vs. İleri Gerilim (Şekil 3)

Bu, bir diyodun standart I-V eğrisidir. Akım ve voltaj arasındaki üstel ilişkiyi gösterir. Bu eğri, tasarımcıların 20mA test koşulu dışındaki durumlarda V_F, bu da güç kaynağı tasarımı ve verimlilik hesaplamaları için önemlidir.

4.4 Göreceli Radyasyon Şiddeti vs. Ortam Sıcaklığı (Şekil 4)

Bu grafik, optik çıkışın sıcaklığa bağlılığını göstermektedir. Göreceli radyasyon şiddeti sıcaklık arttıkça azalır. Örneğin, 85°C'de çıkış, 25°C'deki değerin yalnızca %60-70'i kadar olabilir. Geniş bir sıcaklık aralığında çalışacak sistemler tasarlanırken, yüksek sıcaklıklarda sinyal kaybını önlemek için bu negatif sıcaklık katsayısı dikkate alınmalıdır.

4.5 Göreceli Radyasyon Şiddeti vs. İleri Akım (Şekil 5)

Eğri, tipik çalışma aralığında (örneğin, 50mA'ya kadar) optik çıkışın kabaca ileri akımla orantılı olduğunu göstermektedir. Ancak, bu ilişki tamamen doğrusal değildir; çok yüksek akımlarda, artan termal etkiler ve yarı iletken içindeki diğer ideal olmayan faktörler nedeniyle verimlilik (mA başına radyasyon şiddeti) hafifçe düşebilir.

4.6 Radyasyon Paterni (Şekil 6)

Bu kutupsal grafik, görüş açısını görsel olarak tanımlar. Normalleştirilmiş yoğunluk, merkez eksene (0°) göre açıya karşı çizilmiştir. Grafik, merkezden yaklaşık ±10° sapmadan sonra yoğunluğun hızla düştüğünü göstererek 20°'lik yarı açıyı doğrular. Bu model, basit bir kubbe lensli LED'in karakteristiğidir ve yönlü uygulamalar için uygun odaklanmış bir ışın demeti sağlar.

5. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

5.1 Dış Boyutlar

Bu cihaz, standart T-1 3/4 delikli montaj boyutlarına uygundur. Anahtar boyutlar arasında yaklaşık 5mm gövde çapı, pimlerin paketten çıktığı yerde tipik 2.54mm (0.1") pim aralığı ve toplam uzunluk bulunur. Flanş altında maksimum 1.0mm reçine kabartısına dikkat edin. Pimler tipik olarak kalay kaplı bakır alaşımından yapılır. Paket, şeffaf, renksiz epoksi lens kullanır.

5.2 Polarite Tanıma

T-1 3/4 gibi delikli montaj paketlerinde polarite genellikle bacak uzunluğu (daha uzun bacak genellikle anot veya pozitif kutuptur) ve/veya katot (negatif) bacağının yakınındaki plastik flanş üzerindeki düz işaret ile belirtilir. Bu bileşen için kullanılan spesifik işaretleme için spesifikasyon çizimine başvurulmalıdır.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Termal şok ve potansiyel arızaları önlemek için lehimleme spesifikasyonlarına uymak çok önemlidir.

• El ile lehimleme:Sıcaklık kontrollü havya kullanın. Her pimin lehimleme süresini 3-5 saniye ile sınırlayın, sıcaklık 350°C'yi aşmamalıdır. Isıyı pime uygulayın, paket gövdesine değil.
• Dalga lehimleme/Reflö lehimleme:Belirtilen koşul, paket gövdesinden 4.0mm uzakta, 260°C'de 5 saniye süreyle maruz kalmadır. Bu, bileşenin tipik kızılötesi veya konveksiyon reflow lehimleme eğrisine dayanabileceği anlamına gelir; ancak, paketin kendisinin aşırı ısınmamasını sağlamak için pinlerin termal kapasitesi dikkate alınmalıdır.
• Temizleme:Lehimleme sonrası temizlik gerekiyorsa, epoksi paket malzemesiyle uyumlu bir çözücü kullanın. Ultrasonik temizlemeden, bileşenin güvenliği için doğrulanmadıkça kaçının.
• Depolama:Belirtilen sıcaklık aralığında (-55°C ila +100°C), kuru ve statik elektrikten korunmuş bir ortamda saklayın. Nem hassasiyeti olan bileşenler, kullanımdan önce fırınlanmamışsa, kurutucu maddeli vakumlu torbalarda muhafaza edilmelidir.

7. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

7.1 Tipik Uygulama: Duman Dedektörü

Fotoelektrik duman dedektörlerinde, LTE-4208M, hava temiz olduğunda ışınının eşleştirilmiş fototransistöre doğrudan çarpmayacağı şekilde bir odacığa yerleştirilir. Duman partikülleri odaya girdiğinde, kızılötesi ışığı saçarak ışığın bir kısmının fototransistöre sapmasına neden olur. Ortaya çıkan dedektör akımı artışı alarmı tetikler. Bu uygulama için:

• Güvenilir duman tespiti için yeterli sinyal sağlarken güç tüketimini en aza indiren bir radyasyon yoğunluğu sınıfı seçin.
• LED'i, tepe sinyalini artırmak, daha iyi bir sinyal-gürültü oranı elde etmek, ortalama güç tüketimini düşürmek ve pil ömrünü uzatmak için doğru akım yerine darbe akımı (örneğin, 10μs süreli 100mA gibi kısa süreli yüksek darbe) ile sürün.
• Dedektör çatı katı veya sıcaklık dalgalanmalarının yüksek olduğu başka ortamlara kurulabileceğinden, radyasyon yoğunluğu ve maksimum akım için sıcaklık derecelendirmesini göz önünde bulundurun.

7.2 Genel Tasarım Hususları

• Akım Sınırlama:İleri yön akımını sınırlamak için daima seri bir direnç veya sabit akım sürücüsü kullanın. LED'i doğrudan bir voltaj kaynağına bağlamayın.
• Ters Gerilim Koruması:Ters gerilim dalgalanmalarının (örneğin, endüktif yükler, sıcak takma) oluşabileceği devrelerde, herhangi bir ters gerilimi 0.7V altında sınırlamak için LED'in her iki ucuna paralel bir koruma diyotu (katot anoda karşı) bağlanması düşünülmelidir.
• Isı Dağılımı:Maksimum akım değerine yakın sürekli çalışma için PCB düzenini göz önünde bulundurun. Bacakların etrafında yeterli bakır alan sağlamak ısı dağılımına yardımcı olur.
• Optik Tasarım:20°'lik dar görüş açısı, kolimasyon için optik tasarımı basitleştirir ancak alıcı ile dikkatli bir mekanik hizalamayı gerektirir. Daha geniş bir kapsama alanı için bir difüzör veya lens gerekebilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Genel, sınıflandırılmamış kızılötesi LED'lerle karşılaştırıldığında, LTE-4208M'in temel farkı, öngörülebilir performans sağlayan garanti edilmiş ışınım yoğunluğu sınıflandırmasıdır. Yüzey montajlı cihaz (SMD) kızılötesi LED'lerle karşılaştırıldığında, T-1 3/4 delikli montaj kılıfı, daha büyük ısıl kapasitesi ve daha uzun bacakları nedeniyle daha yüksek güç dağıtım kapasitesi sunarak, daha yüksek sürekli veya darbe sürücü akımına izin verebilir. Maksimum ileri ışık çıkışı ve ışın demeti tanımı gerektiğinde, şeffaf kılıfı, görünür ışığı kendi başına engellememesine rağmen, renkli veya dağınık kılıflara göre daha üstündür.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

Soru: Tepe değeri 3A olduğuna göre, bu LED'i 3A ile sürekli olarak sürebilir miyim?
Cevap: Hayır. 3A değeri, belirli bir görev döngüsü altında çok kısa süreli (10μs) darbeler için geçerlidir. Maksimum sürekli akım 50mA'dir. Bu değerin aşılması, aşırı ısınma nedeniyle cihazın hızla hasar görmesine neden olur.

Soru: Neden ters voltaj değeri sadece 5V?
Cevap: Kızılötesi LED'ler ileri yöndeki iletim için optimize edilmiştir. Yarı iletken yapıları yüksek ters polarma dayanacak şekilde tasarlanmamıştır. Devrenin ters voltaj uygulanmasını önlediğinden emin olun.

Soru: Doğru sınıf (A'dan G'ye) nasıl seçilir?
Cevap: Sisteminizin alıcı tarafta ihtiyaç duyduğu sinyal gücüne göre seçim yapın. Dedektör devrenizin kazancı yüksekse ve güç tüketimini en aza indirmeniz gerekiyorsa, daha düşük sınıflar (A, B) yeterli olabilir. Daha uzun mesafeler, daha zayıf dedektörler veya yüksek sinyal-gürültü oranı gerektiren sistemler için daha yüksek sınıfları (E, F, G) seçin. Özel optik yolunuzla test yapmanız önerilir.

Soru: Tipik ileri voltaj 1.6V'dur. 20mA akım için, 5V güç kaynağı kullanırken ne büyüklükte bir direnç kullanılmalıdır?
Cevap: R = (V_supply- V_F) / I_F= (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 ohm. En yakın standart değer kullanılır (örneğin, 180 ohm) ve gerçek akım kontrol edilir: I_F= (5V - 1.6V) / 180 = ~18.9mA, bu kabul edilebilir.

10. Gerçek Tasarım Vaka Çalışmaları

Senaryo:Endüstriyel bir konveyör bant için düşük güç tüketimli, pil ile çalışan bir nesne sayacı tasarlayın. Sistem, LTE-4208M ile LTR-3208 fototransistörünün konveyör bandın karşılıklı taraflarına yerleştirildiği karşılıklı tip bir sensör kullanır.

Tasarım Adımları:

1. Hedef:Tüm nesnelerin güvenilir bir şekilde tespit edilmesini sağlarken, pil ömrünü en üst düzeye çıkarmak.
2. Sürüş yöntemi:Darbe işlemi kullanılır. Mikrodenetleyici, %10 görev döngüsüne (1ms açık, 9ms kapalı) sahip 100Hz'lik bir darbe üretir.
3. Akım Hesaplaması:Ortalama güç sınırı içinde kalmak için darbe akımı seçilir. Pd=100mW ve V_F~1.6V'ye göre, ortalama I_F~62.5mA'ye kadar ulaşabilir. %10 görev döngüsü için, darbe I_F625mA'ya kadar çıkabilir. Güçlü sinyal için, muhafazakar 100mA darbe akımı seçildi.
4. Bileşen seçimi:İyi sinyal gücü için LTE-4208M D veya E sınıfını seçin. Eşleşen LTR-3208 fototransistörü seçin.
5. Devre:Bir mikrodenetleyici GPIO pimini, LED üzerinden geçen 100mA'lik bir akım darbesini anahtarlayan bir transistörü (örneğin bir NPN BJT veya N-kanal MOSFET) sürmek için kullanın. Seri bir direnç akımı ayarlar: R = (3.3V_GPIO- V_{CE(doygunluk)}- V_F) / I_FFototransistör çıkışı, bir karşılaştırıcıya veya mikrodenetleyici ADC'sine bağlanır.
6. Hususlar:Ortam ışığının etkisi, algılama işlemini LED darbeleriyle senkronize ederek (senkronize algılama) dikkate alınır. Sıcaklığın çıkış yoğunluğu üzerindeki etkisi göz önünde bulundurulur.

Bu yöntem, ortalama akım tüketimini sürekli 20-50mA yerine yaklaşık 10mA'ya (100mA * %10) düşürerek, güçlü algılanabilir ışık darbelerini korurken pil ömrünü önemli ölçüde uzatır.

11. Çalışma Prensibi

LTE-4208M, alüminyum galyum arsenür (AlGaAs) gibi malzemelerden yapılmış bir yarı iletken p-n eklem diyotudur. Malzemenin bant aralığı enerjisini aşan bir ileri yönlü voltaj uygulandığında, n bölgesinden elektronlar ve p bölgesinden oyuklar eklem bölgesine enjekte edilir. Bu taşıyıcılar yeniden birleştiğinde enerji açığa çıkarır. Bir ışık yayan diyotta (LED), bu enerji başlıca fotonlar (ışık) şeklinde salınır. Yayılan ışığın dalga boyu (rengi), yarı iletken malzemenin bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir. 940nm'ye ayarlanmış AlGaAs için bant aralığı enerjisi yaklaşık 1.32 elektron volt (eV) civarındadır. Şeffaf epoksi kapsül, bir lens görevi görerek yayılma modelini şekillendirir ve çevresel koruma sağlar.

12. Teknoloji Trendleri

Kızılötesi verici teknolojisi sürekli gelişmektedir. LTE-4208M gibi cihazlarla ilişkili trendler şunları içerir:

• Verimlilik Artışı:Süregelen malzeme bilimi araştırmaları, aynı ışık çıkışında ısı üretimini ve güç tüketimini azaltmak için kızılötesi LED'lerin duvar fişi verimliliğini (ışık güç çıkışı / elektrik güç girişi) artırmayı amaçlamaktadır.
• Daha Yüksek Hızda Modülasyon:Optik veri iletişimi (örneğin IrDA, Li-Fi) ve yüksek hızlı algılama uygulamaları için daha hızlı anahtarlama yapabilen LED'ler geliştirmek.
• Entegrasyon:Verici, dedektör ve bazen sürücü devrelerini tek bir modülde birleştirerek tasarımı basitleştiren, hizalama ve performans tutarlılığını artıran entegre fotonik bileşenlere doğru ilerleme.
• Alternatif Dalga Boyu:Göz takibi (940 nm daha az görünür olduğu için tercih edilir) veya farklı silikon dedektör hassasiyetleriyle uyumluluk gibi belirli uygulamalar için diğer yakın kızılötesi dalga boylarına (örneğin 850 nm, 880 nm) genişletme.
• Paketleme Küçültme:Delikli paketleme yüksek güç veya yüksek güvenilirlik uygulamalarında hala popüler olsa da, otomatik montaj ve sınırlı alan tasarımlarının ihtiyaçlarını karşılamak için yüzeye montaj teknolojisine (SMD) doğru güçlü bir eğilim vardır.

LTE-4208M, olgun T-1 3/4 paketi, yüksek ışınım çıkışı ve katı sınıflandırması ile, özellikle delikli montajın tercih edildiği veya gerekli olduğu durumlarda, ana uygulamaları için ideal olan olgun ve güvenilir bir çözümü temsil eder.