IR Verici ve Dedektör LTE-S9511-E Veri Sayfası - 940nm Dalga Boyu - 20mA İleri Akım - 1.5V İleri Gerilim - 100mW Güç Dağılımı - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakış

LTE-S9511-E, güvenilir kızılötesi yayılım ve algılama gerektiren geniş bir uygulama yelpazesi için tasarlanmış ayrık bir kızılötesi bileşendir. Kızılötesi çözümlerde yüksek güç, yüksek hız ve geniş görüş açısı ihtiyaçlarına hitap eden kapsamlı bir ürün serisinin parçasıdır.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

Bu bileşen, modern üretim ve çevre standartlarını karşılamak üzere tasarlanmıştır. RoHS uyumlu bir yeşil üründür ve yüksek hızlı otomatik yerleştirme ekipmanlarıyla uyumluluk için 13 inç çapında makaralarda 8mm şerit üzerinde tedarik edilir. Tasarımı, kızılötesi reflow lehimleme süreçlerini destekler ve bu da onu seri PCB montajı için uygun kılar. Birincil hedef uygulamalar arasında uzaktan kumanda sistemleri, IR kablosuz veri iletim modülleri, güvenlik alarmları ve kızılötesi algılama veya sinyalizasyonun gerekli olduğu çeşitli diğer tüketici ve endüstriyel elektronikler bulunur.

2. Teknik Parametreler: Derinlemesine Nesnel Yorum

Aşağıdaki parametreler, standart koşullar altında (TA=25°C) cihazın çalışma sınırlarını ve performans özelliklerini tanımlar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek sınırları belirtir. Sürekli çalışma için değildir.

• Güç Dağılımı (Pd):100 mW. Cihazın ısı olarak dağıtabileceği maksimum güç miktarıdır.
• Tepe İleri Akımı (I_FP):1 A. Bu, belirli koşullar altında (300 pps, 10μs darbe genişliği) izin verilen maksimum darbe akımıdır.
• DC İleri Akımı (I_F):50 mA. Güvenilir çalışma için maksimum sürekli ileri akım.
• Ters Gerilim (V_R):5 V. Cihaz ters öngerilimli çalışma için tasarlanmamıştır; bu gerilimin aşılması bozulmaya neden olabilir.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı (T_opr):-40°C ila +85°C. Cihazın normal işlevi için ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama Sıcaklığı Aralığı (T_stg):-55°C ila +100°C.
• Kızılötesi Lehimleme Koşulu:Maksimum 10 saniye için 260°C'ye dayanır, reflow profil toleransını tanımlar.

2.2 Elektriksel ve Optik Karakteristikler

Bunlar, tanımlanmış test koşulları altında ölçülen tipik performans parametreleridir.

• Işıma Şiddeti (I_E):4.0 (Min), 6.0 (Tip) mW/sr. I_F= 20mA'da ölçülmüştür. Bu, birim katı açı başına optik güç çıkışını gösterir.
• Tepe Yayılım Dalga Boyu (λ_Tepe):940 nm (Tip). Yayılan kızılötesi radyasyonun en güçlü olduğu dalga boyu.
• Spektral Çizgi Yarı Genişliği (Δλ):50 nm (Tip). Tepe yoğunluğunun yarısındaki yayılan spektrumun bant genişliği.
• İleri Gerilim (V_F):1.2 (Tip), 1.5 (Maks) V. I_F= 20mA'da ölçülmüştür. Cihaz iletimdeyken üzerindeki gerilim düşümü.
• Ters Akım (I_R):10 μA (Maks). V_R= 5V'da ölçülmüştür. Ters öngerilim altında küçük bir sızıntı akımı.
• Görüş Açısı (2θ_1/2):20 (Min), 25 (Tip) derece. Işıma şiddetinin eksen üzeri değerinin yarısına düştüğü tam açı.

3. Sınıflandırma Sistemi Açıklaması

Cihaz, ışıma şiddetine dayalı olarak farklı performans sınıflarında veya "gruplarda" mevcuttur. Bu, tasarımcıların uygulamalarının hassasiyet veya çıkış gücü gereksinimlerini tam olarak karşılayan bir bileşen seçmelerine olanak tanır.

Grup kodu listesi, 20mA test akımında her sınıf için minimum ve maksimum ışıma şiddetini belirtir:

• Grup K:4 ila 6 mW/sr
• Grup L:5 ila 7.5 mW/sr
• Grup M:6 ila 9 mW/sr
• Grup N:7 ila 10.5 mW/sr

Daha yüksek bir grup kodunun (örneğin, K yerine N) seçilmesi, tipik olarak daha yüksek bir minimum optik çıkış sağlar; bu, bir sistemde daha uzun menzil veya daha iyi sinyal-gürültü oranı elde etmek için kritik olabilir.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın değişen koşullar altındaki davranışını gösteren çeşitli karakteristik eğriler sağlar. Bunlar, detaylı devre tasarımı ve performans değiş tokuşlarını anlamak için gereklidir.

4.1 Spektral Dağılım

Bir eğri (Şekil.1), bağıl ışıma şiddetinin dalga boyuna karşı değişimini gösterir. 940nm'de tepe yayılımını ve yaklaşık 50nm spektral yarı genişliğini doğrular; bu, GaAs tabanlı kızılötesi vericiler için tipiktir. Bu geniş spektrum, yakın kızılötesi bölgede geniş hassasiyete sahip silikon fotodedektörlerle kullanıma uygundur.

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

Bu eğri (Şekil.3), akım ve gerilim arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi tasvir eder. İleri gerilimin akımla birlikte arttığını, yaklaşık 1.0V civarında başlayıp 100mA'da 1.5V'a yaklaştığını gösterir. Bu eğri, akım sınırlayıcı devre tasarımı için hayati öneme sahiptir.

4.3 Sıcaklık Karakteristikleri

Birden fazla eğri, cihazın ortam sıcaklığına (T_a) bağımlılığını gösterir.

- İleri Akım - Ortam Sıcaklığı (Şekil.2):Muhtemelen, güç dağılımı limitinin aşılmasını önlemek için maksimum izin verilen ileri akımın ortam sıcaklığı arttıkça nasıl düştüğünü gösterir.

- Bağıl Işıma Şiddeti - Ortam Sıcaklığı (Şekil.4):Optik çıkış gücünün sıcaklık yükseldikçe azaldığını gösterir. Bu negatif sıcaklık katsayısı, değişen termal ortamlarda çalışan uygulamalar için anahtar bir husustur, çünkü tutarlı performansı korumak için sürücü veya alıcı devrede sıcaklık kompanzasyonu gerektirebilir.

4.4 Bağıl Işıma Şiddeti - İleri Akım

Bu eğri (Şekil.5), ışıma şiddetinin genellikle ileri akımla orantılı olduğunu, ancak çok yüksek akımlarda ısınma ve verim düşüşü nedeniyle ilişkinin doğrusal altı hale gelebileceğini gösterir. İstenen bir çıkış seviyesi için optimal çalışma akımının belirlenmesine yardımcı olur.

4.5 Işıma Diyagramı

Kutupsal diyagram (Şekil.6), görüş açısını görsel olarak temsil eder. Yoğunluk 0°'de (eksen üzeri) en yüksektir ve simetrik olarak azalır, yaklaşık ±12.5°'de (25° görüş açısı için) yarıya düşer. Bu desen, vericiyi bir dedektörle hizalamak veya ışın şekillendirmek için optik tasarımı yapmak için çok önemlidir.

5. Mekanik ve Paket Bilgisi

5.1 Ana Hat Boyutları

Cihaz, bir EIA standart paketine uyar. Anahtar boyutlar arasında gövde boyutu, bacak aralığı ve toplam yükseklik bulunur. Aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar milimetre cinsinden ve tipik tolerans ±0.1mm olarak verilmiştir. Paket, PCB düzlemine dik olarak yayılan ışığı yönlendiren yandan görüş konfigürasyonuna sahip su berraklığında plastik bir lense sahiptir.

5.2 Önerilen Lehim Ped Boyutları

Bir diyagram, reflow süreci sırasında ve sonrasında uygun lehim bağlantısı oluşumu ve mekanik stabiliteyi sağlamak için önerilen PCB lehim yatağı desen boyutlarını sağlar. Bu kılavuzlara uymak, üretim verimi ve uzun vadeli güvenilirlik için kritiktir.

5.3 Polarite Tanımlama

Katot tipik olarak paket üzerinde düz bir kenar, bir çentik veya daha kısa bir bacak ile gösterilir. Montaj sırasında doğru polariteye dikkat edilmelidir, çünkü maksimum değeri aşan ters gerilim uygulamak cihaza anında zarar verebilir.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

6.1 Reflow Lehimleme Parametreleri

Cihaz, kızılötesi reflow süreçleriyle uyumludur. Önerilen koşullar şunları içerir:

- Ön Isıtma:Maksimum 120 saniye için 150–200°C.

- Tepe Sıcaklığı:Maksimum 260°C.

- Sıvı Faz Üzerinde Süre:Maksimum 10 saniye (maksimum iki reflow döngüsü için).

Bu parametreler, JEDEC standartları ve yaygın kurşunsuz lehim macunu spesifikasyonları ile uyumludur. Profil, spesifik PCB tasarımı, bileşenler ve kullanılan fırın için karakterize edilmelidir.

6.2 Depolama Koşulları

Cihazın Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL) 3'tür.

- Kapalı Paket:≤30°C ve ≤%90 RH'de depolayın. Paket mühürleme tarihinden itibaren bir yıl içinde kullanın.

- Açılmış Paket:Nem geçirmez torbadan çıkarılan bileşenler için, depolama ortamı 30°C/%60 RH'yi aşmamalıdır. IR reflow'un bir hafta (168 saat) içinde tamamlanması önerilir. Orijinal ambalaj dışında daha uzun süreli depolama için, kurutuculu kapalı bir kap kullanın. Bir haftadan fazla depolanan bileşenler, lehimlemeden önce emilen nemi gidermek ve reflow sırasında "patlamayı" önlemek için yaklaşık 60°C'de en az 20 saat pişirilmelidir.

6.3 Temizleme

Lehimlemeden sonra temizlik gerekliyse, izopropil alkol gibi alkol bazlı çözücüler kullanın. Sert veya aşındırıcı kimyasallardan kaçınılmalıdır.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

7.1 Şerit ve Makara Özellikleri

Cihaz, 13 inç (330mm) çapında makaralarda 8mm taşıyıcı şerit üzerinde tedarik edilir. Her makara yaklaşık 9000 adet içerir. Paketleme, ANSI/EIA 481-1-A-1994 spesifikasyonlarına uyar. Şeridin üst kapak mühürü vardır ve ardışık en fazla iki boş bileşen cebine izin verilir.

8. Uygulama Önerileri

8.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Uzaktan Kumandalar:TV'ler, ses sistemleri ve diğer tüketici elektroniği için.
• IR Veri İletimi:Sensörler veya kontrol sinyalleri için kısa menzilli, yarı çift yönlü kablosuz iletişim.
• Güvenlik Sistemleri:İhlal tespit ışınları veya yakınlık sensörlerinin bir parçası olarak.
• Nesne Tespiti:Sayma, konum algılama veya kenar tespiti için PCB'ye monte sensörler.

8.2 Tasarım Hususları ve Sürme Yöntemi

Bir LED, akımla çalışan bir cihazdır. Tutarlı yoğunluk ve uzun ömür sağlamak için, bir akım kaynağı veya seri bir akım sınırlayıcı dirençli bir gerilim kaynağı ile sürülmelidir. Direnç değeri (R_s) Ohm Kanunu kullanılarak hesaplanabilir: R_s= (V_besleme- V_F) / I_F. Burada V_F, istenen çalışma akımı I_F için veri sayfasındaki ileri gerilimdir. Birden fazla LED'i paralel olarak sürerken, V_F characteristics.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

LTE-S9511-E, 940nm dalga boyu ile, görünür ışık LED'lerine veya diğer IR dalga boylarına kıyasla önemli bir avantaj sunar: insan gözü için neredeyse görünmezdir, bu da gizli çalışma için idealdir. 850nm vericilere kıyasla, 940nm tipik olarak daha düşük güneş ışınımı arka plan gürültüsüne sahiptir, bu da ortam ışığı koşullarında sinyal-gürültü oranını iyileştirebilir. Yandan görüş lensli paket, özellikle IR ışınının PCB yüzeyine paralel ilerlemesi gereken, yarık tipi sensörler veya kenardan aydınlatmalı panellerde yaygın bir gereklilik olan uygulamalar için tasarlanmıştır.

10. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Bu LED'i doğrudan bir 3.3V veya 5V mikrodenetleyici pininden sürebilir miyim?

A: Hayır. Akımı sınırlamak için bir seri direnç kullanmalısınız. Örneğin, 5V besleme ve hedef I_F= 20mA (V_F~1.2V) ile, R_s= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω. 200Ω'luk bir direnç uygun bir standart değer olacaktır.

S: "Işıma Şiddeti" ile "Görüş Açısı" arasındaki fark nedir?

A: Işıma Şiddeti (mW/sr), belirli bir yönde (steradyan başına) ne kadar optik gücün yoğunlaştığını ölçer. Görüş Açısı ise bu ışının ne kadar geniş olduğunu tanımlar. Yüksek ışıma şiddetine ancak çok dar görüş açısına sahip bir cihaz, güçlü ancak dar bir ışın yansıtır. Bu cihaz, orta düzeyde 25° görüş açısına sahiptir ve ışın yoğunluğu ile kapsama arasında iyi bir denge sunar.

S: Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL 3) neden önemlidir?

A: Plastik paketler havadan nem emebilir. Yüksek sıcaklıktaki reflow lehimleme işlemi sırasında, hapsolmuş bu nem hızla buharlaşarak iç katman ayrılmasına, çatlaklara veya "patlamaya" neden olabilir ve bu da cihazı tahrip eder. Bu arıza modunu önlemek için belirtilen depolama, taşıma ve pişirme prosedürlerine uymak esastır.

11. Pratik Tasarım ve Kullanım Örneği

Örnek: Basit Bir IR Nesne Tespit Sensörü Tasarlama.

Yaygın bir tasarım, LTE-S9511-E'yi hem verici hem de dedektör (yansıtmalı algılama modunda) olarak kullanır veya ayrı bir fototransistör kullanır. Verici belirli bir frekansta (örneğin, 38kHz) darbelenir. Dedektör devresi, bu frekansa ayarlanmış bir filtre içerir. Bir nesne IR ışınını dedektöre geri yansıttığında, devre bir sinyal kaydeder. Anahtar tasarım adımları:

1. Sürücü Devresi:LED'i istenen akımda (örneğin, 50mA darbeler) ve frekansta darbelenmek üzere bir mikrodenetleyici tarafından anahtarlanan bir transistör (örneğin, NPN veya N-kanal MOSFET) kullanın. Hesaplanan seri direnci ekleyin.

2. Alıcı Devresi:Bir fototransistörün çıkışı, modülasyon frekansında (38kHz) merkezlenmiş bir yükselteç ve bir bant geçiren filtreye beslenir. Bu, ortam ışığını (DC ve düşük frekanslı) ve diğer IR gürültüsünü reddeder.

3. Hizalama:Verici ve dedektörü hizalamak için ışıma diyagramını kullanın. Yansıtmalı algılama için, genellikle yan yana bir açıyla yerleştirilirler ve görüş alanları istenen algılama mesafesinde kesişir.

4. PCB Yerleşimi:Bileşenleri önerilen ped düzenine göre yerleştirin. Berrak plastik lensin lehim maskesi veya diğer bileşenler tarafından engellenmediğinden emin olun.

12. Prensip Tanıtımı

LTE-S9511-E, bir kızılötesi verici olarak, bir yarı iletken diyottur. İleri öngerilim uygulandığında, elektronlar ve delikler aktif bölgede (GaAs veya AlGaAs gibi malzemelerden yapılmış) yeniden birleşir ve enerjiyi foton formunda serbest bırakır. Spesifik malzeme bileşimi, bu fotonların dalga boyunu belirler; bu durumda, yakın kızılötesi spektrumda olan 940nm civarında merkezlenmiştir. Yandan görüş lensi, su berraklığında epoksiden kalıplanmıştır ve ışığı yarı iletken çipten verimli bir şekilde çıkarır ve yanal olarak yönlendirir. Cihaz aynı zamanda bir dedektör olarak da işlev görebilir çünkü yarı iletken PN eklemi, yeterli enerjili ışığa (malzemenin kesme dalga boyundan daha kısa dalga boylu fotonlar) maruz kaldığında küçük bir fotok akımı üretebilir. Ancak, birincil optimize edilmiş işlevi yayılımdır.

13. Gelişim Trendleri

Ayrık kızılötesi bileşenler alanı gelişmeye devam etmektedir. Trendler şunları içerir:

- Daha Yüksek Verimlilik:Birim elektriksel giriş başına daha fazla optik güç çıkarmak, ısı üretimini ve güç tüketimini azaltmak için yeni yarı iletken malzemeler ve yapılar (örneğin, çoklu kuantum kuyuları) geliştirilmesi.

- Artırılmış Hız:Veri iletimi uygulamaları için, daha hızlı yükselme/düşme sürelerine sahip bileşenler daha yüksek veri hızlarına olanak tanır.

- Entegrasyon:Verici, dedektör ve kontrol mantığını (modülasyon/demodülasyon gibi) tek bir paket veya modülde birleştirmek, tasarımı basitleştirir ve performansı iyileştirir.

- Küçültme:Performans özelliklerini korurken veya iyileştirirken, giderek küçülen tüketici elektroniğinin taleplerine uymak için paket boyutunda sürekli azalma.

- Geliştirilmiş Güvenilirlik:Daha sert çevresel koşullara ve daha uzun operasyonel ömre dayanacak şekilde geliştirilmiş paketleme malzemeleri ve süreçleri.