Kızılötesi LED 940nm Veri Sayfası - Teknik Dokümantasyon

1. Ürüne Genel Bakış

Bu belge, bir kızılötesi (IR) ışık yayan diyot (LED) bileşenine ilişkin kapsamlı bir teknik genel bakış sağlar. Bu cihazın temel işlevi, yakın kızılötesi spektrumda, özellikle 940 nanometre (nm) tepe dalga boyunda (λp) ışık yaymaktır. Bu dalga boyu insan gözüyle görülemez ancak çeşitli algılama ve uzaktan kumanda uygulamaları için oldukça etkilidir. Bileşen, güvenilir ve tutarlı bir IR ışık kaynağı gerektiren elektronik montajlara entegrasyon için tasarlanmıştır.

Bu IR LED'in temel avantajı, TV uzaktan kumandaları ve yakınlık sensörleri gibi tüketici elektroniği için yaygın bir standart olan belirtilen 940nm emisyonunda yatar. Bu dalga boyu, silikon fotodedektör hassasiyeti ile ortam ışığından korunma arasında iyi bir denge sunar. Hedef pazar, sinyalizasyon, algılama veya veri iletimi için görünmeyen ışık gerektiren tüketici elektroniği, endüstriyel otomasyon, güvenlik sistemleri ve diğer uygulamaları içerir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Sağlanan PDF parçası, tek bir kritik fotometrik parametreyi vurgulamaktadır: tepe dalga boyu.

2.1 Fotometrik Özellikler

Tepe Dalga Boyu (λp): 940nm

Bu, LED tarafından yayılan ve ışıma şiddetinin maksimum olduğu en belirgin dalga boyudur. 940nm tepe değeri birkaç nedenden önemlidir:

• Silikon Dedektör Uyumluluğu:En yaygın IR dedektörleri olan silikon fotodiyotlar ve fototransistörler, tipik olarak 800nm ila 950nm aralığında tepe hassasiyetine sahiptir. 940nm kaynak bununla iyi uyum sağlayarak verimli algılama ve güçlü sinyal gücü sağlar.
• Düşük Görünür Işık Yayılımı:Bazı yakın-IR LED'ler soluk bir kırmızı parıltı yayarken, 940nm LED'ler neredeyse görünmezdir, bu da onları gizli uygulamalar veya görünür ışık sızıntısının istenmediği durumlar için ideal kılar.
• Güneş Işığına Karşı Bağışıklık:Güneş ışınım spektrumu, 940nm civarında yerel bir minimuma sahiptir; bu, bu dalga boyunu kullanan sensörlerin, örneğin 850nm LED'lere kıyasla ortam güneş ışığından kaynaklanan girişime daha az duyarlı olmasına yardımcı olur.

PDF alıntısı yalnızca tepe dalga boyunu gösterse de, tam bir veri sayfası tipik olarak ışıma şiddeti (milisaniye başına miliwatt, mW/sr), görüş açısı (yarı şiddet açısı, derece) ve spektral bant genişliği (yarı maksimumda tam genişlik, FWHM, nm) gibi ek fotometrik parametreleri içerir.

2.2 Elektriksel Parametreler

Sağlanan metinde açıkça listelenmese de, elektriksel özellikleri anlamak tasarım için temeldir.

• İleri Gerilim (Vf):LED'in belirtilen akımda çalışırken üzerindeki gerilim düşüşü. Tipik IR LED'ler için bu genellikle 1.2V ila 1.6V arasındadır, ancak kesin değer yarı iletken malzemeye ve çip tasarımına bağlıdır. Bu parametre, uygun bir akım sınırlayıcı direnç veya sürücü devresi seçmek için çok önemlidir.
• İleri Akım (If):Önerilen sürekli çalışma akımı, standart paketler için tipik olarak 20mA ile 100mA arasındadır. Maksimum ileri akımın aşılması, hızlı bozulmaya veya felaket arızasına yol açabilir.
• Ters Gerilim (Vr):LED'in hasar görmeden ters kutuplandığında dayanabileceği maksimum gerilim, genellikle yaklaşık 5V civarındadır. Bunun aşılması PN eklemini bozabilir.
• Güç Dağılımı:Vf * If olarak hesaplanır, bu bileşen üzerindeki termal yükü belirler ve soğutma ihtiyacını etkiler.

2.3 Termal Özellikler

LED performansı ve ömrü büyük ölçüde eklem sıcaklığına bağlıdır.

• Termal Direnç (Rθj-a):Yarı iletken ekleminden ortam havasına ısı akışına karşı direnç, watt başına santigrat derece (°C/W) olarak ifade edilir. Daha düşük bir değer daha iyi ısı dağıtma yeteneğini gösterir.
• Maksimum Eklem Sıcaklığı (Tj max):Yarı iletken ekleminde izin verilen en yüksek sıcaklık. Bu sınırın üzerinde çalışmak LED'in ömrünü önemli ölçüde kısaltır. Tj'yi sınırlar içinde tutmak için uygun PCB düzeni (termal geçiş delikleri, bakır alan) esastır.
• Güç Azaltma Eğrisi:Maksimum izin verilen ileri akımın ortam sıcaklığı arttıkça nasıl azaldığını gösteren bir grafiktir. Bu, tüm çalışma koşullarında güvenilirliği sağlamak için kritik bir tasarım aracıdır.

3. Sınıflandırma (Binning) Sistemi Açıklaması

Üretim varyasyonları, LED'lerin aynı olmadığı anlamına gelir. Bir sınıflandırma sistemi, üretim partisi içinde tutarlılığı sağlamak için bileşenleri temel parametrelere göre kategorize eder.

• Dalga Boyu/Tepe Dalga Boyu Sınıflandırması:LED'ler gerçek tepe dalga boylarına göre sınıflandırılır, örn. 935-945nm, 940-950nm. Bu, uygulama için renk tutarlılığını sağlar.
• Işıma Şiddeti/Akı Sınıflandırması:Bileşenler ölçülen ışık çıkış gücüne göre gruplandırılır. Örneğin, sınıflar belirli bir test akımında Min/Tip/Maks ışıma şiddeti değerleri olarak tanımlanabilir.
• İleri Gerilim Sınıflandırması:LED'ler bir test akımındaki Vf değerlerine göre sıralanır. Bu, özellikle birden fazla LED seri bağlandığında daha tekdüze devreler tasarlamaya yardımcı olur.

Tasarımcılar, uygulamaları için gerekli performansı garanti etmek için sipariş verirken gerekli sınıfları belirtmelidir.

4. Performans Eğrisi Analizi

Grafiksel veriler, tek noktalı özelliklerden daha derin bir içgörü sağlar.

4.1 Akım - Gerilim (I-V) Eğrisi

Bu eğri, ileri gerilim ile ileri akım arasındaki ilişkiyi gösterir. Doğrusal değildir, üzerinde akımın küçük gerilim artışlarıyla hızla arttığı bir "diz" gerilimi (IR LED'ler için tipik olarak ~1.2V) sergiler. Bu, LED'leri sürmek için gerilim kontrolü değil, akım kontrolünün önemini vurgular.

4.2 Sıcaklık Karakteristikleri

Ana grafikler şunları içerir:

• İleri Gerilim - Eklem Sıcaklığı:Vf negatif bir sıcaklık katsayısına sahiptir, yani sıcaklık arttıkça azalır. Bu, sıcaklık algılama için kullanılabilir.
• Işıma Şiddeti - Eklem Sıcaklığı:Işık çıkışı tipik olarak sıcaklık yükseldikçe azalır. Bu eğrinin eğimi, çıkışın termal kararlılığını gösterir.
• Bağıl Şiddet - İleri Akım:Işık çıkışının sürücü akımıyla nasıl ölçeklendiğini gösterir, genellikle termal etkiler baskın hale gelene kadar doğrusal veya hafif alt doğrusal bir ilişki içindedir.

4.3 Spektral Dağılım

Bağıl şiddeti dalga boyuna karşı çizen bir grafiktir. 940nm LED için bu eğri, tipik FWHM değeri 40-50nm olan 940nm civarında merkezlenir. Bu eğrinin şekli ve genişliği, ışığın filtreler ve dedektörlerle nasıl etkileşime girdiğini etkiler.

5. Mekanik ve Paket Bilgisi

PDF paketleme terimlerinden bahsediyor ancak boyut çizimi eksik.

• Paket Tipi:IR LED'ler için yaygın paketler arasında 3mm, 5mm radyal bacaklı ve 0805, 1206 gibi yüzey montajlı (SMD) paketler veya özel IR paketleri bulunur.
• Boyutlar:Detaylı bir mekanik çizim, uzunluk, genişlik, yükseklik, bacak çapı/aralığı (delikli montaj için) veya pad boyutlarını (SMD için) belirtir.
• Pad Tasarımı/Yerleşim Deseni:SMD parçalar için, önerilen PCB ayak izi (pad boyutu, şekli ve aralığı) güvenilir lehimleme ve mekanik dayanım için kritiktir.
• Polarite Tanımlama:LED'ler diyottur ve doğru polarite ile bağlanmalıdır. Tanımlama tipik olarak lens üzerinde düz bir kenar, daha uzun bir anot bacağı veya SMD paket gövdesinde işaretli bir katot ile yapılır.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Doğru kullanım güvenilirliği sağlar.

• Reflö Lehimleme Profili:SMD bileşenleri için, ön ısıtma, bekleme, reflö tepe sıcaklığı (tipik olarak birkaç saniye için maks. 260°C) ve soğutma oranlarını belirten bir zaman-sıcaklık profili takip edilmelidir.
• El Lehimleme:Uygulanabilirse, epoksi lense veya yarı iletkene termal hasarı önlemek için havya sıcaklığı (<350°C) ve bacak başına maksimum lehimleme süresi (örn. 3 saniye) için kılavuzlar sağlanır.
• ESD Önlemleri:LED'ler elektrostatik deşarja karşı hassastır. İşlem, topraklanmış ekipman kullanılarak ESD korumalı iş istasyonlarında yapılmalıdır. PDF'de "elektrostatik torba" bahsi bu gereksinimi vurgular.
• Depolama Koşulları:Bileşenler, nem emilimini önlemek için kuru, kontrollü bir ortamda (örn. <40°C/%40 RH) depolanmalıdır; aksi takdirde reflö sırasında "patlamış mısır" etkisine neden olabilir.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

PDF parçası birkaç paketleme seviyesini listeler.

• Elektrostatik Torba:Toplu bileşenler veya makaralar için birincil nem ve ESD bariyeri.
• İç Karton:Birden fazla elektrostatik torba veya makara içerir.
• Dış Karton:Birden fazla iç karton içeren ana sevkiyat kartonu.
• Paketleme Miktarı:Makarada (örn. 1000 adet), torbada veya kartondaki standart miktar.
• Etiketleme:Etiketler parça numarası, miktar, tarih kodu, parti/lot numarası ve ESD/nem hassasiyet seviyesini (MSL) içermelidir.
• Model Numaralandırma Kuralı:Tam bir parça numarası tipik olarak paket tipi, dalga boyu sınıfı, şiddet sınıfı ve ileri gerilim sınıfı gibi temel özellikleri kodlar.

8. Uygulama Önerileri

8.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Kızılötesi Uzaktan Kumandalar:TV'ler, set üstü kutular, ses sistemleri için. 940nm dalga boyu endüstri standardıdır.
• Yakınlık ve Varlık Sensörleri:Akıllı telefonlarda (aramalar sırasında dokunmatik ekranı devre dışı bırakmak için), otomatik musluklarda, sabunluklarda kullanılır.
• Nesne Algılama ve Sayma:Endüstriyel otomasyonda, otomatlarda ve güvenlik ışınlarında.
• Optik Veri İletimi:Kısa mesafeli, düşük hızlı veri bağlantıları için (IrDA yaygın bir standarttı).
• Gece Görüş Aydınlatması:Düşük ışık koşullarında gözetim için IR'ye duyarlı kameralarla eşleştirilir.

8.2 Tasarım Hususları

• Sürücü Devresi:Her zaman seri bir akım sınırlayıcı direnç veya sabit akımlı bir sürücü kullanın. Direnç değerini R = (Besleme Gerilimi - Vf) / If kullanarak hesaplayın.
• PCB Düzeni:LED'in termal pad'i altında (SMD ise) ısıyı dağıtmak için yeterli bakır alan veya termal geçiş delikleri sağlayın.
• Optik Tasarım:Işın hüzmesini şekillendirmek için lens veya diyafram kullanmayı düşünün. LED'in görüş açısı, dedektörün görüş alanıyla eşleşmelidir.
• Filtreleme:Dedektör üzerinde görünür ışığı engellemek ve sinyal-gürültü oranını iyileştirmek için bir IR-geçiren filtre kullanın.
• Modülasyon:Algılama uygulamaları için, IR sinyalini modüle etmek (örn. 38kHz'de) ve senkronize bir dedektör kullanmak ortam ışığı girişimini etkili bir şekilde engelleyebilir.

9. Teknik Karşılaştırma

Diğer IR kaynaklarıyla karşılaştırıldığında:

• 850nm IR LED'lere Karşı:850nm LED'ler genellikle soluk kırmızı bir parıltıya sahiptir ve güneş ışığı girişimine daha duyarlıdır ancak malzeme verimliliği nedeniyle aynı sürücü akımı için biraz daha yüksek ışıma şiddeti sunabilir. 940nm, gizli operasyonlar ve daha iyi güneş ışığı reddi için tercih edilir.
• Lazer Diyotlara Karşı:Lazerler, uzun menzilli veya hassas algılama için ideal olan tutarlı, dar bir hüzme sağlar ancak daha pahalıdır, daha karmaşık sürücü ve güvenlik önlemleri gerektirir ve daha dar bir emisyon spektrumuna sahiptir.
• Akkor IR Kaynaklarına Karşı:Filaman tabanlı kaynaklar geniş spektrumlu IR yayar ancak verimsiz, yavaş, kırılgandır ve önemli miktarda ısı üretir.

940nm LED, ana akım tüketici ve endüstriyel uygulamalar için maliyet, verimlilik, güvenilirlik ve performans açısından optimal bir denge sunar.

10. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: 940nm LED'im neden görünmüyor?

C: İnsan gözünün hassasiyeti yaklaşık 750nm'nin ötesinde keskin bir şekilde düşer. 940nm, kızılötesi spektrumun derinliklerindedir ve esasen görünmezdir; bu birçok uygulama için temel bir özelliktir.

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

C: Hayır. Her zaman seri bir akım sınırlayıcı direnç kullanmalısınız. Bir mikrodenetleyicinin GPIO pini kararlı bir akım sağlayamaz ve LED'in düşük ileri gerilimi nedeniyle neredeyse kısa devre oluşturarak hasar görebilir.

S: Optimal direnç değerini nasıl belirlerim?

C: Ohm Kanunu'nu kullanın: R = (Vs - Vf) / If. Örneğin, Vs=5V, Vf=1.4V (tipik) ve If=20mA için: R = (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ohm. Bir sonraki standart değeri kullanın (örn. 180Ω veya 220Ω).

S: Bahsedilen "elektrostatik torba"nın amacı nedir?

C: LED'i depolama ve taşıma sırasında, hasar hemen görünmese bile hassas yarı iletken eklemine zarar verebilecek elektrostatik deşarjdan (ESD) korur.

S: Ortam sıcaklığı performansı etkiler mi?

C: Evet, önemli ölçüde. Işıma şiddeti sıcaklık arttıkça azalır ve ileri gerilim düşer. Kritik uygulamalar için güç azaltma eğrilerine danışın ve buna göre termal yönetim tasarlayın.

11. Pratik Kullanım Örnekleri

Vaka Çalışması 1: Akıllı Telefon Yakınlık Sensörü

Kulaklık yakınına bir 940nm LED yerleştirilir. Bir arama aktif olduğunda, LED kısa bir darbe yayar. Yakındaki bir fotodedektör yansıyan ışığı ölçer. Bir nesne (kullanıcının kulağı gibi) yakınsa, yansıyan sinyal güçlüdür ve yanlışlıkla girişleri önlemek için dokunmatik ekran devre dışı bırakılır. 940nm dalga boyu, arama sırasında görünür bir parıltı olmadığını garanti eder.

Vaka Çalışması 2: Endüstriyel Konveyör Nesne Sayacı

Bir IR LED ve dedektör, bir konveyör bandının karşıt taraflarına monte edilerek bir ışın oluşturur. Bir nesne geçtiğinde, ışını keser ve bir sayacı tetikler. Modüle edilmiş bir 940nm sinyal kullanmak, sistemin fabrika zeminindeki sıcak nesnelerden veya makinelerden gelen sabit IR radyasyonunu görmezden gelmesine yardımcı olur.

12. Çalışma Prensibi

Bir kızılötesi LED, bir yarı iletken p-n eklem diyotudur. İleri kutuplandığında (p tarafına pozitif gerilim uygulanır, anot), n bölgesinden gelen elektronlar eklem boyunca p bölgesine enjekte edilir ve p bölgesinden gelen delikler n bölgesine enjekte edilir. Bu azınlık taşıyıcıları, karşıt bölgelerdeki çoğunluk taşıyıcılarıyla yeniden birleşir. IR LED'ler için yaygın olarak kullanılan Galyum Arsenür (GaAs) veya Alüminyum Galyum Arsenür (AlGaAs) gibi doğrudan bant aralıklı bir yarı iletken malzemede, bu yeniden birleşme olayı bir foton (ışık parçacığı) şeklinde enerji salar. Yayılan fotonun dalga boyu (rengi), λ ≈ 1240 / Eg (eV) denklemine göre yarı iletken malzemenin bant aralığı enerjisi (Eg) tarafından belirlenir; burada λ nanometre cinsindendir. 940nm dalga boyu için bant aralığı enerjisi yaklaşık 1.32 eV'dir. Spesifik malzeme bileşimi (örn. AlGaAs) bu kesin bant aralığını elde etmek için tasarlanmıştır.

13. Teknoloji Trendleri

IR LED'lerin gelişimi, uygulama talepleri tarafından yönlendirilen birkaç ana trendi takip eder:

• Artırılmış Güç ve Verimlilik:Devam eden malzeme bilimi ve çip tasarımı iyileştirmeleri, daha yüksek ışıma şiddeti ve duvar prizi verimliliği (optik güç çıkışı / elektriksel güç girişi) sağlayarak daha uzun menzil veya daha düşük güç tüketimi sağlar.
• Küçültme:Paket boyutları, giyilebilir cihazlar ve ultra ince akıllı telefonlar gibi giderek daha küçük tüketici cihazlarına sığdırmak için küçülmeye devam ediyor (örn. çip ölçekli paketler).
• Entegre Çözümler:LED, sürücü, fotodedektör ve bazen bir mikrodenetleyiciyi tek bir pakette birleştiren modüllere doğru bir eğilim vardır; bu da son kullanıcılar için tasarımı basitleştirir (örn. tam yakınlık sensör modülleri).
• Yeni Spektrumlara Genişleme:850nm ve 940nm baskın olsa da, özel uygulamalar için gaz algılama (spesifik absorpsiyon çizgileri kullanarak) veya gelişmiş biyolojik doku görüntüleme gibi diğer IR dalga boylarına artan bir ilgi vardır.
• Geliştirilmiş Termal Yönetim:Daha düşük termal dirence sahip yeni paket tasarımları, zorlu ortamlarda daha yüksek sürücü akımlarına ve sürekli çıkışa izin verir.

Bu trendler, IR algılamayı otomotiv LiDAR ve biyometrik kimlik doğrulamadan gelişmiş çevresel izlemeye kadar daha geniş bir uygulama yelpazesi için daha güvenilir, kompakt, enerji verimli ve erişilebilir hale getirmeyi amaçlamaktadır.