LTE-S9511T-E Kızılötesi Verici ve Dedektör Veri Sayfası - 940nm Tepe Dalga Boyu - 25 Derece Görüş Açısı - 100mW Güç Dağılımı - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTE-S9511T-E, geniş bir optoelektronik uygulama yelpazesi için tasarlanmış ayrık bir kızılötesi bileşendir. Yüksek güç, yüksek hız ve belirli optik özellikler gerektiren çözümler sunmak üzere tasarlanmış bir cihaz ailesine aittir. Bileşen, hedef performans metriklerine ulaşmak için kızılötesi vericilerde standart olan GaAs teknolojisi kullanılarak üretilmiştir.

1.1 Temel Özellikler ve Avantajlar

Cihaz, modern elektronik montaj ve çevre standartlarına uygun olmasını sağlayan birkaç temel özellik içerir. RoHS direktiflerine uyumludur ve bu da onu bir Yeşil Ürün olarak sınıflandırır. Paketleme, yüksek hacimli üretimle uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır; 7 inç çapında makaralar üzerinde 8mm şerit halinde tedarik edilir ve bu da otomatik yerleştirme ekipmanlarıyla uyumludur. Ayrıca, bileşen kızılötesi reflow lehimleme işlemlerine dayanabilir, bu da yüzey montaj teknolojisi (SMT) montaj hatları için kritik bir gerekliliktir. Paketin kendisi, mekanik uyumluluğu sağlamak için EIA standartlarına uygundur.

1.2 Hedef Uygulamalar ve Pazar

Bu bileşenin birincil uygulaması bir kızılötesi verici olarak kullanımdır. Özellikleri, tüketici elektroniği için uzaktan kumandalar, IR tabanlı kablosuz veri iletim bağlantıları, güvenlik alarmları ve diğer algılama uygulamaları gibi sistemlere entegrasyon için oldukça uygundur. PCB üzerine monte edilen konfigürasyonlar için tasarlanmıştır ve kompakt, güvenilir bir kızılötesi ışık kaynağı sağlar.

2. Teknik Özellikler ve Nesnel Yorumlama

Bu bölüm, veri sayfasında tanımlandığı şekilde cihazın elektriksel, optik ve termal parametrelerinin ayrıntılı, nesnel bir analizini sunar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Normal çalışma için tasarlanmamıştır.

• Güç Dağılımı (Pd):100 mW. Bu, cihazın termal sınırlarını aşmadan ısı olarak dağıtabileceği maksimum güç miktarıdır.
• Tepe İleri Akımı (I_FP):1 A. Bu, darbe koşullarında (saniyede 300 darbe, 10 μs darbe genişliği) izin verilen maksimum akımdır. DC değerinden önemli ölçüde yüksektir ve bu da cihazın veri iletimi ve uzaktan kumandada yaygın olan darbe çalışma yeteneğini vurgular.
• DC İleri Akımı (I_F):50 mA. Cihazın kaldırabileceği maksimum sürekli ileri akım.
• Ters Gerilim (V_R):5 V. Bundan daha yüksek bir ters gerilim uygulamak yarıiletken bağlantıyı bozabilir.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı (T_op):-40°C ila +85°C. Cihazın doğru şekilde çalışması için belirtilen ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama Sıcaklığı Aralığı (T_stg):-55°C ila +100°C. Çalışmayan durumda depolama için sıcaklık aralığı.
• Kızılötesi Lehimleme Koşulu:Maksimum 10 saniye boyunca 260°C'ye dayanır. Bu, reflow lehimleme profil toleransını tanımlar.

2.2 Elektriksel ve Optik Karakteristikler

Bunlar, belirtilen test koşullarında 25°C ortam sıcaklığında (T_A) ölçülen tipik performans parametreleridir.

• Işıma Şiddeti (I_E):I_F= 20mA'de 6.0 mW/sr (Tipik). Bu, birim katı açı (steradyan) başına yayılan optik gücü ölçer. Bir uygulamada etkili menzili ve sinyal gücünü belirlemek için kilit bir parametredir.
• Tepe Yayılım Dalga Boyu (λ_p):940 nm (Tipik). Yayılan optik gücün maksimum olduğu dalga boyu. Bu, insan gözüyle görülemeyen ancak silikon fotodiyotlar ve fototransistörler tarafından algılanabilen yakın kızılötesi spektrumdadır.
• Spektral Çizgi Yarı Genişliği (Δλ):50 nm (Tipik). Bu, spektral bant genişliğini veya yayılan dalga boyları aralığını gösterir. 50 nm değeri, standart GaAs IRED'ler için yaygındır.
• İleri Gerilimi (V_F):I_F= 20mA'de 1.2 V (Tipik), 1.5 V (Maks). Cihaz akım iletirken üzerindeki voltaj düşüşü. Bu, sürücü devresi tasarımı ve güç tüketimi hesaplaması için çok önemlidir.
• Ters Akım (I_R):V_R= 5V'de 10 μA (Maks). Cihaz ters öngerilimli olduğunda akan küçük sızıntı akımı.
• Görüş Açısı (2θ_1/2):25 derece (Tipik). Işıma şiddetinin merkez eksendeki değerinin yarısına düştüğü tam açı olarak tanımlanır. 25 derecelik bir açı, nispeten odaklanmış bir ışın demetine işaret eder ve bu, yönlendirilmiş iletişim veya algılama için faydalı olabilir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel parametreler arasındaki ilişkiyi gösteren birkaç grafik içerir. Bu eğriler, cihazın standart olmayan koşullar altındaki davranışını anlamak için gereklidir.

3.1 Spektral Dağılım

Spektral dağılım eğrisi (Şekil.1), dalga boyunun bir fonksiyonu olarak bağıl ışıma şiddetini gösterir. Yaklaşık 940nm'deki tepe noktasını ve yaklaşık 50nm'lik yarı genişliği doğrular ve yayılan ışığın spektral saflığının görsel bir temsilini sağlar.

3.2 İleri Akım - İleri Gerilim (I-V Eğrisi)

Bu eğri (Şekil.3) herhangi bir yarıiletken cihaz için temeldir. IRED'den geçen akım ile üzerindeki gerilim arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi gösterir. Eğri sıcaklıkla kayacaktır, bu da tasarımdaki termal yönetim için kritiktir.

3.3 Sıcaklık Bağımlılığı

Şekil 2 ve 4, cihazın performansının ortam sıcaklığıyla nasıl değiştiğini gösterir. Tipik olarak, bir diyodun ileri gerilimi negatif bir sıcaklık katsayısına sahiptir (sıcaklık arttıkça azalır), optik çıkış gücü de genellikle yükselen sıcaklıkla azalır. Bu grafikler, tasarımcıların yüksek sıcaklık ortamları için performansı düşürmelerine olanak tanır.

3.4 Bağıl Işıma Şiddeti - İleri Akım

Şekil 5, ışık çıkışının sürücü akımıyla nasıl ölçeklendiğini gösterir. Genellikle doğrusal altıdır; akımı ikiye katlamak optik çıkışı ikiye katlamaz. Bu ilişki, istenen parlaklığı veya sinyal gücünü verimli bir şekilde elde etmek için çalışma noktasını belirlemek için önemlidir.

3.5 Işıma Deseni

Kutupsal diyagram (Şekil.6), merkez eksenden açının bir fonksiyonu olarak yayılan şiddetin ayrıntılı bir haritasını sağlar. Bu 25 derecelik görüş açısına sahip cihaz, merkezde en güçlü ve kenarlara doğru düşen bir ışın deseni gösterir, bu da bir alıcının görüş alanıyla hizalamak gibi optik sistem tasarımı için çok önemlidir.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgisi

4.1 Ana Hat Boyutları

Veri sayfası, bileşenin ayrıntılı mekanik çizimlerini sağlar. Anahtar boyutlar gövde boyutu, bacak aralığı ve toplam yüksekliği içerir. Bileşen, yayılan ışığın ışıma desenini şekillendiren yan görüş lensli su berraklığında plastik bir pakete sahiptir. Aksi belirtilmedikçe, tüm kritik boyutlar ±0.15mm standart toleransıyla verilmiştir.

4.2 Önerilen Lehim Ped Düzeni

PCB tasarımı için önerilen bir lehim ped deseni (footprint) dahildir. Bu boyutlara uymak, reflow sırasında uygun lehim bağlantısı oluşumunu sağlamak, iyi mekanik mukavemet elde etmek ve cihazdan termal dağılımı kolaylaştırmak için hayati önem taşır.

4.3 Polarite Tanımlama

Standart LED polarite kuralları geçerlidir. Katot tipik olarak paket gövdesinde düz bir kenar, bir çentik veya daha kısa bir bacak ile gösterilir. Montaj sırasında hasarı önlemek için doğru polariteye uyulmalıdır.

5. Montaj, Taşıma ve Güvenilirlik Kılavuzları

5.1 Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Cihaz kızılötesi reflow lehimleme için derecelendirilmiştir. Veri sayfası kritik profil parametrelerini belirtir:

• Ön Isıtma:150–200°C.
• Ön Isıtma Süresi:Maksimum 120 saniye.
• Tepe Sıcaklığı:Maksimum 260°C.
• Likvidüs Üzerinde Süre:Maksimum 10 saniye (en fazla iki reflow döngüsü için).

Bir havya ile el lehimlemesi için önerilen, bağlantı başına en fazla 3 saniye için maksimum 300°C sıcaklıktır. Veri sayfası, optimal profilinin belirli PCB tasarımına, lehim pastasına ve fırına bağlı olduğunu vurgular ve başlangıç noktası olarak JEDEC standart profillerinin kullanılmasını önerir.

5.2 Depolama Koşulları

Bileşenin Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL) 3'tür. Bu şu anlama gelir:

• Mühürlü Torba:≤30°C ve ≤%90 RH'de bir yıla kadar saklanabilir.
• Torba Açıldıktan Sonra:≤30°C ve ≤%60 RH'de saklanmalıdır. Bileşenler bir hafta (168 saat) içinde reflow işlemine tabi tutulmalıdır. Orijinal torbanın dışında daha uzun süre saklanırsa, kurutuculu kuru bir dolapta veya mühürlü bir kapta saklanmalıdır. Bir haftadan fazla maruz kalınırsa, lehimlemeden önce reflow sırasında popcorn çatlamasını önlemek için en az 20 saat 60°C'de pişirme gereklidir.

5.3 Temizlik

Lehimlemeden sonra temizlik gerekliyse, sadece izopropil alkol (IPA) gibi alkol bazlı çözücüler kullanılmalıdır. Sert veya agresif kimyasallar plastik paketi veya lensi hasara uğratabilir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

6.1 Şerit ve Makara Özellikleri

Bileşen, kapak bandı olan kabartmalı taşıyıcı şeritte tedarik edilir ve 7 inç (178mm) çapında makaralara sarılır. Her makara 3000 adet içerir. Paketleme ANSI/EIA-481-1-A-1994 standartlarına uygundur. Özellikler, otomatik pick-and-place makineleriyle uyumluluğu sağlamak için yuva boyutlarını, şerit genişliğini ve makara göbek boyutunu içerir.

7. Uygulama Tasarım Hususları

7.1 Sürücü Devresi Tasarımı

Kritik bir tasarım notu, bir LED'in akım kontrollü bir cihaz olduğudur. Veri sayfası, birden fazla LED'i tek bir voltaj kaynağından ve tek bir akım sınırlama direnci ile doğrudan paralel bağlamaya karşı şiddetle tavsiye eder (Devre Modeli B). Bireysel cihazların ileri gerilimindeki (V_F) doğal varyasyonlar nedeniyle, akım eşit şekilde paylaşılmayacak, bu da parlaklıkta önemli farklılıklara ve bir cihazın potansiyel aşırı yüklenmesine yol açacaktır. Önerilen yöntem (Devre Modeli A), her LED ile seri olarak ayrı bir akım sınırlama direnci kullanmaktır. Bu, düzgün akımı ve dolayısıyla dizideki tüm cihazlarda düzgün ışıma şiddetini sağlar.

7.2 Termal Yönetim

Mutlak maksimum güç dağılımı 100mW olsa da, pratik çalışma özellikle daha yüksek ortam sıcaklıklarında bu sınırın oldukça altında kalmalıdır. Düşürme eğrilerine (Şekil 2, Şekil 4) başvurulmalıdır. Performansı ve ömrü korumak için ısıyı cihaz bağlantısından uzaklaştırmak için yeterli PCB bakır alanı (önerilen ped düzeni kullanmak yardımcı olur) gereklidir.

7.3 Optik Tasarım

25 derecelik görüş açısı ve yan görüş lens paketi, IR enerjisinin nasıl yönlendirildiğini etkiler. Bir algılama veya iletişim bağlantısında optimal performans için, vericinin ışıma deseni alıcının açısal hassasiyet profiliyle hizalanmalıdır. Bu hizalama için ışıma diyagramı (Şekil.6) gereklidir. Farklı bir ışın deseni gerektiren uygulamalar için harici lensler veya reflektörler gerekli olabilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

LTE-S9511T-E, 940nm tepe dalga boyu ile genel amaçlı kızılötesi uygulamalar için konumlandırılmıştır. Temel farklılaştırıcılar arasında, kenar aydınlatması veya belirli optik yol gereksinimleri için kullanışlı olan yan görüş paketi ve otomatik montaj süreçleriyle uyumluluğu yer alır. Daha geniş görüş açılarına sahip cihazlarla (örn. 60-120 derece) karşılaştırıldığında, bu bileşen belirli bir sürücü akımı için daha yüksek eksenel şiddet sunar, bu da yönlendirilmiş bağlantılar için daha uzun menzil veya daha düşük güç tüketimi anlamına gelebilir. 940nm dalga boyu yaygın bir standarttır ve bu spektrum için tasarlanmış silikon tabanlı kızılötesi alıcılar ve filtrelerle geniş uyumluluk sağlar.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S1: Bu IRED'i doğrudan bir mikrodenetleyici GPIO pininden sürebilir miyim?

C: GPIO'nun akım sağlama kapasitesine bağlıdır. Tipik 20mA sürücü akımında, GPIO en az bu kadar akım sağlayabilmelidir. Akımı sınırlamak için her zaman bir seri direnç gereklidir, R = (V_besleme- V_F) / I_F şeklinde hesaplanır. 3.3V besleme ve 20mA'de V_F= 1.2V için, R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105 Ohm'dur. 100 Ohm'luk bir direnç standart bir seçim olacaktır.

S2: Tepe dalga boyu (λ_p) ile baskın dalga boyu (λ_d) arasındaki fark nedir?

C: Tepe dalga boyu, spektral güç dağılım eğrisinin maksimum noktasındaki dalga boyudur. Baskın dalga boyu kolorimetriden türetilir ve algılanan rengi temsil eder. Tek renkli IR vericiler için tipik olarak birbirine çok yakındırlar, ancak λ_p optoelektronik performans için standart teknik özelliktir.

S3: Neden darbe akım derecesi (1A) DC derecesinden (50mA) çok daha yüksek?

C: Bu termal sınırlamalardan kaynaklanır. Çok kısa bir darbe (10μs) sırasında, yarıiletken bağlantı önemli ölçüde ısınmak için zaman bulamaz, bu da maksimum bağlantı sıcaklığını aşmadan çok daha yüksek bir anlık akıma izin verir. DC çalışmada ısı sürekli olarak birikir, bu nedenle sıcaklığı güvenli sınırlar içinde tutmak için akım sınırlanmalıdır.

10. Pratik Uygulama Örnekleri

Örnek 1: Basit IR Uzaktan Kumanda Vericisi.LTE-S9511T-E, temel bir kumandada verici olarak kullanılabilir. Bir mikrodenetleyici, bir komut protokolüne (örn. NEC, RC5) karşılık gelen modüle edilmiş bir dijital sinyal (örn. 38kHz taşıyıcı) üretir. Bu sinyal, IRED'i 1A tepe derecesine kadar darbe akımıyla süren bir transistörü anahtarlar ve kızılötesi ışık patlamaları oluşturur. Odaklanmış 25 derecelik ışın, sinyalin alıcıya yönlendirilmesini sağlamaya yardımcı olur.

Örnek 2: Yakınlık veya Nesne Algılama Sensörü.Ayrı bir fototransistör veya fotodiyot alıcısı ile eşleştirildiğinde, verici bir nesnenin varlığını veya yokluğunu algılamak için kullanılabilir. Verici bir boşluk boyunca IR ışığı yayar. Bir nesne ışını kesintiye uğrattığında, alıcının sinyali düşer ve bir algılama olayını tetikler. Yan görüş paketi, optik yolun PCB'ye paralel olduğu kompakt sensör montajları tasarlamada avantajlı olabilir.

11. Çalışma Prensibi

LTE-S9511T-E, Galyum Arsenür (GaAs) yarıiletken malzemesine dayalı bir ışık yayan diyottur (LED). P-N bağlantısına ileri bir gerilim uygulandığında, elektronlar ve delikler aktif bölgeye enjekte edilir ve burada yeniden birleşirler. GaAs gibi doğrudan bant aralıklı bir yarıiletkende, bu yeniden birleşme enerjiyi foton (ışık) şeklinde serbest bırakır. Malzemenin spesifik enerji bant aralığı, yayılan ışığın dalga boyunu belirler; GaAs için bu, yaklaşık 940nm civarında kızılötesi yayılım ile sonuçlanır. Yan görüş lensi, yarıiletken çipi kapsülleyen ve yayılan ışığı belirtilen ışıma desenine şekillendiren su berraklığında epoksiden yapılmıştır.

12. Endüstri Bağlamı ve Trendler

LTE-S9511T-E gibi ayrık kızılötesi bileşenler elektronikte temel yapı taşları olmaya devam etmektedir. Entegre sensör modülleri (verici, dedektör ve mantığı tek bir pakette birleştiren) jest algılama gibi belirli uygulamalar için büyürken, ayrık bileşenler tasarım esnekliği, yüksek hacimli uygulamalar için uygun maliyetlilik ve optik yolu bağımsız olarak optimize etme yeteneği sunar. Endüstrideki trendler arasında miniaturizasyon, daha yüksek verimlilik (elektriksel girdi başına daha fazla optik çıkış) ve kurşunsuz, yüksek sıcaklık lehimleme süreçleriyle artan uyumluluk için devam eden talep yer alır. Bu cihazın RoHS ve Yeşil Ürün uyumluluğu, elektronik endüstrisini yönlendiren küresel çevre düzenlemeleriyle uyumludur.