3.0mm Kızılötesi LED IR204C-A Veri Sayfası - 3mm T-1 Paketi - 940nm Tepe Dalga Boyu - 100mA İleri Akım - İngilizce Teknik Belge

1. Ürün Genel Bakışı

IR204C-A, standart 3mm (T-1) su berrak plastik paket içine yerleştirilmiş yüksek yoğunluklu bir kızılötesi yayan diyottur. Temel işlevi, 940nm tepe dalga boyunda kızılötesi ışık yaymaktır; bu da onu yaygın silikon fototransistörler, fotodiyotlar ve kızılötesi alıcı modüller ile spektral olarak uyumlu hale getirir. Bu cihaz, güvenilir ve verimli kızılötesi iletimi gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır.

1.1 Temel Avantajlar

• Yüksek Işıma Yoğunluğu: Güçlü optik çıkış sağlar, orta ve uzun menzilli uygulamalar için uygundur.
• Yüksek Güvenilirlik: Kararlı ve uzun vadeli performans için tasarlanmıştır.
• Düşük İleri Gerilim: Genellikle 20mA'de 1.5V, enerji verimli çalışmaya katkı sağlar.
• Çevresel Uyumluluk: The product is Pb-free, compliant with EU REACH, and meets halogen-free standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Standart Paket: Bilinen T-1 (3mm) form faktörü ve 2.54mm bacak aralığı, mevcut tasarımlara ve prototip kartlarına kolay entegrasyon sağlar.

1.2 Hedef Uygulamalar

• Yüksek güç gereksinimli kızılötesi uzaktan kumanda üniteleri.
• Serbest-hava optik veri iletim sistemleri.
• Duman algılama sensörleri.
• Genel kızılötesi algılama ve bariyer sistemleri.
• Endüstriyel otomasyon ve nesne tespiti.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Bu bölüm, veri sayfasında belirtilen temel elektriksel ve optik parametrelerin detaylı ve nesnel bir yorumunu sunar. Bu limitleri ve tipik değerleri anlamak, sağlam devre tasarımı için çok önemlidir.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Bunlar, herhangi bir koşulda, anlık olarak bile aşılmaması gereken stres sınırlarıdır. Bu değerlerin ötesinde çalıştırma, kalıcı hasara neden olabilir.

• Sürekli İleri Akım (I_F): 100 mA. LED, güç dağılımı ve sıcaklık sınırlarına uyulduğu sürece bu akım seviyesinde sürekli olarak çalıştırılabilir.
• Tepe İleri Akımı (I_FP): 1.0 A. Bu yüksek akım, yalnızca darbe koşulları altında (darbe genişliği ≤ 100μs, görev döngüsü ≤ %1) izin verilir. Bu, uzun menzilli uzaktan kumandalar gibi patlama modu uygulamalarında çok yüksek anlık ışıma çıkışı elde etmek için kullanışlıdır.
• Ters Gerilim (V_R): 5 V. LED'in sınırlı ters gerilim toleransı vardır. Devre tasarımında, endüktif yükler veya uygun olmayan güç sıralamasından kaynaklanabilecek, bu sınırın ötesinde ters polarma oluşmasını önlemek için dikkatli olunmalıdır.
• Güç Harcaması (P_d): 25°C veya altındaki serbest hava sıcaklığında 150 mW. Bu değer, ortam sıcaklığı arttıkça düşer. Güvenli sınırlar içinde kalmak için, gerçek çalışma akımı, eklem sıcaklığına bağlı olarak düşürülmelidir.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_sol): Maksimum 5 saniye için 260°C. Bu, yeniden akış lehimleme profil kısıtlamalarını tanımlar.

2.2 Elektro-Optik Özellikler

Bu parametreler, cihazın normal çalışma koşulları altındaki performansını tanımlar (Ta=25°C).

• Işınım Şiddeti (I_e): Bu, birim katı açı başına optik çıkış gücünün temel ölçüsüdür (mW/sr).
  • I_F = 20mA (DC): Tipik değer 7.8 mW/sr'dir, minimum değer ise 4.0 mW/sr'dir.
  • I_F = 100mA (Darbe): Tipik ışıma şiddeti önemli ölçüde artar.
  • I_F = 1A (Darbe): Tipik olarak 390 mW/sr çıkış sağlayabilir, yüksek güçlü darbe işletimi için yeteneğini sergiler.
• Tepe Dalga Boyu (λ_p): 940 nm (tipik). Bu dalga boyu, silikon tabanlı fotodedektörlerin zirve hassasiyetiyle iyi uyum sağlarken insan gözüne büyük ölçüde görünmez ve iyi atmosferik iletim özelliğine sahip olduğu için idealdir.
• Spektral Bant Genişliği (Δλ): Yaklaşık 45 nm (tipik). Bu, yayılan ışığın maksimum yoğunluğunun yarısındaki spektral genişliğini (FWHM) tanımlar.
• İleri Yönlü Gerilim (V_F):
  • 20mA'de: tipik 1.5V, min. 1.2V, seri direnç değerlerini hesaplamak için kritik öneme sahiptir.
  • 100mA'de (darbe): tipik 1.4V, maks. 1.8V. V_F diyot direnci nedeniyle akımla birlikte artar.
  • 1A'de (darbe): tipik 2.6V, maks. 4.0V, yüksek akım darbe koşullarında önemli bir artış göstermektedir.
• Görüş Açısı (2θ_1/2): 40 derece (tipik). Bu, ışınım şiddetinin eksen üzerindeki değerinin yarısına düştüğü tam açıdır. 40°'lik bir açı, ışın yoğunluğu ve kapsama alanı arasında iyi bir denge sağlar.

3. Binning Sistemi Açıklaması

Veri sayfası, ışınım şiddeti için bir binning tablosu içermektedir; bu, LED'leri ölçülen performansa göre sınıflandırmak için yaygın bir uygulamadır.

3.1 Radyant Yoğunluk Binning

I_F = 20mA koşulu altında, LED'ler ölçülen radyan şiddetlerine göre (K, L, M, N) sınıflarına ayrılır.

• K Sınıfı: 4.0 - 6.4 mW/sr
• Bin L: 5.6 - 8.9 mW/sr
• Bin M: 7.8 - 12.5 mW/sr
• Bin N: 11.0 - 17.6 mW/sr

Tasarım Çıkarımı: Tutarlı optik sinyal gücü gerektiren uygulamalarda (örneğin, belirli bir menzile sahip uzaktan kumandalar), daha dar bir aralık (tek bir aralık gibi) veya daha yüksek bir minimum aralık belirtmek, üretim birimleri arasında daha tekdüze bir performans sağlar. Aralık kodu genellikle sipariş bilgilerinde veya ürün etiketinde belirtilir.

4. Performans Eğrisi Analizi

Tipik karakteristik eğrileri, cihazın değişen koşullar altındaki davranışı hakkında değerli bilgiler sağlar.

4.1 İleri Akım - İleri Voltaj Karşılaştırması (Şekil 4)

Bu IV eğrisi üstel ilişkiyi göstermektedir. Eğri sıcaklıkla kayacaktır; belirli bir akım için, ileri yön gerilimi tipik olarak jonksiyon sıcaklığı arttıkça azalır.

4.2 Göreceli Yoğunluk - Ortam Sıcaklığı (Şekil 7)

Bu grafik termal yönetim için kritiktir. Bir LED'in ışıma çıkışı, eklem sıcaklığı yükseldikçe azalır. Eğri bu güç azaltımını nicelendirerek, tasarımcılara daha yüksek ortam sıcaklıklarının veya yetersiz soğutmanın daha düşük optik çıkışla sonuçlanacağını bildirir. Bu durum, tam -40°C ila +85°C aralığında çalışmak üzere tasarlanan sistemlerde hesaba katılmalıdır.

4.3 Spektral Dağılım & Peak Wavelength vs. Temperature (Fig.2 & Fig.3)

Şekil 2, 940 nm merkezli tipik emisyon spektrumunu göstermektedir. Şekil 3, tepe dalga boyunun sıcaklıkla nasıl değiştiğini göstermektedir. Kızılötesi LED'ler tipik olarak dalga boyu için pozitif bir sıcaklık katsayısı sergiler (yani, λ_p sıcaklıkla artar). Bu kayma, dedektörün dar bir spektral tepkiye sahip olduğu uygulamalarda önemlidir.

4.4 Açısal Işıma Deseni (Şekil 6)

Bu kutupsal grafik, merkez eksenden açısal yer değiştirmenin bir fonksiyonu olarak bağıl ışıma şiddetini göstermektedir. 40° görüş açısı burada doğrulanmıştır. Bu paket tipi için desen genellikle Lambert veya Lambert'e yakındır, yani şiddet yaklaşık olarak görüş açısının kosinüsü ile orantılıdır.

5. Mekanik ve Paket Bilgileri

5.1 Paket Boyutları

Cihaz, standart T-1 (3mm çap) yuvarlak paket kullanır. Veri sayfasındaki önemli boyut notları şunları içerir:

• Tüm boyutlar milimetre (mm) cinsindendir.
• Standart toleranslar aksi belirtilmedikçe ±0.25mm'dir.
• Bacak aralığı 2.54mm (0.1 inç) olup standart delikli plakalar ve birçok soket ile uyumludur.

Genellikle, gövde çapı, lens şekli, bacak uzunluğu ve çapı ile oturma düzlemini gösteren ayrıntılı ölçülendirilmiş bir çizim eklenir.

5.2 Polarite Tanımlama

Standart bir T-1 LED için katot tipik olarak plastik lens kenarındaki düz bir nokta ve/veya daha kısa bacak ile tanımlanır. Bu parçanın spesifik işaretlemesi için veri sayfasına başvurulmalıdır.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

• Reflow Lehimleme: Maksimum lehimleme sıcaklığı 260°C'dir ve bu sıcaklıkta veya üzerinde geçirilen süre 5 saniyeyi aşmamalıdır. Standart kurşunsuz reflow profili uygulanabilir.
• El Lehimleme: If hand soldering is necessary, a temperature-controlled iron should be used, and the soldering time per lead should be minimized (typically < 3 seconds at 350°C) to prevent thermal damage to the plastic package and the semiconductor die.
• Depolama Koşulları: Depolama sıcaklık aralığı -40°C ila +85°C'dir. Nem emilimini ve yeniden akış sırasında "popcorning" (patlama) oluşumunu önlemek için bileşenler, kullanılana kadar orijinal nem bariyerli torbalarında saklanmalıdır.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

7.1 Paketleme Özellikleri

• Standart ambalaj: Torba başına 200 ila 1000 adet.
• 5 torba 1 kutuya paketlenir.
• 10 kutu 1 koliye paketlenir.

7.2 Etiket Bilgileri

Ürün etiketi, temel izlenebilirlik ve spesifikasyon verilerini içerir:

• CPN (Customer Part Number)
• P/N (Üretici Parça Numarası: IR204C-A)
• QTY (Paketleme Miktarı)
• Ranks/Bin Codes (örn., Radyant Yoğunluk için)
• HUE (Tepe Dalga Boyu bilgisi)
• LOT No. (İzlenebilir parti numarası)

8. Uygulama Tasarımı Önerileri

8.1 Sürücü Devre Tasarımı

LED, tipik olarak bir voltaj kaynağı ile seri bağlı bir direnç olan bir akım sınırlayıcı elemanla sürülmelidir. Direnç değeri (R_s) şu şekilde hesaplanır: R_s = (V_besleme - V_F) / I_F. Seçilen çalışma akımı için veri sayfasındaki maksimum V_F değerini kullanarak akımın istenen değeri aşmamasını sağlayın. Örneğin, 5V besleme ve 20mA hedef I_F için maksimum V_F değeri 1.5V ise: R_s = (5 - 1.5) / 0.02 = 175 Ω. Standart bir 180 Ω direnç uygun olacaktır. Yüksek akımlarda darbe çalışması için bir transistör anahtarı (BJT veya MOSFET) gereklidir.

8.2 Termal Hususlar

T-1 paketinin termal dağıtım kapasitesi sınırlı olsa da, 100mA'ya kadar sürekli akımlarda, yeterli hava akışını sağlamak veya güç dağılımını (P_d = V_F * Ben_F) önemlidir. Yüksek ortam sıcaklığında maksimum akım yakınında sürekli çalıştırılırsa, eklem sıcaklığı yükselebilir, bu da çıkışı azaltır ve potansiyel olarak ömrü etkileyebilir.

8.3 Optik Tasarım

Su berraklığındaki lens, uzun menzilli iletim gibi özel uygulamalar için ışın hüzmesini paralelleştirmek veya şekillendirmek amacıyla harici lensler veya reflektörlerle kullanıma uygundur. 940nm dalga boyu, lens ve pencerelerde kullanılan birçok yaygın plastik tarafından iyi iletilir.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaştırma

IR204C-A, kendini temel farklılaştırıcı unsurlarla konumlandırır:

• Yüksek Darbe Gücü Kapasitesi: 1A tepe akım derecesi, çok yüksek anlık optik çıkışa olanak tanır; bu, yalnızca daha düşük darbe akımları için derecelendirilmiş LED'lere göre bir avantajdır.
• Performans ile Standart Paket: Yaygın, kullanımı kolay T-1 paketinde, birçok temel kızılötesi LED'e kıyasla daha yüksek ışınım şiddeti sunar.
• Çevresel Uyumluluk: Modern çevre düzenlemelerine tam uyum (RoHS, REACH, Halojensiz), küresel pazarları hedefleyen ürünler için önemli bir avantajdır.
• Spektral Eşleme: Yaygın dedektörlerle spektral olarak eşleştiğinin açıkça belirtilmesi, tam optik sistemler kuran tasarımcılar için seçim sürecini basitleştirir.

10. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

1. S: Bu LED'i doğrudan 3.3V'luk bir mikrodenetleyici piminden sürebilir miyim?
   C: Hayır. Bir mikrodenetleyici pimi, 20mA'yi sürekli ve güvenli bir şekilde sağlayamaz ve akım sınırlama özelliğinden yoksundur. Bir seri direnç ve bir transistör anahtarı kullanmalısınız. LED'in V_F (1.5V), 3.3V'den düşüktür, bu nedenle voltaj açısından uyumludur, ancak akım harici olarak kontrol edilmelidir.
2. S: Radyant Yoğunluk (mW/sr) ile Radyant Güç (mW) arasındaki fark nedir?
   C: Radyant Yoğunluk, açısal yoğunluktur—birim katı açı başına düşen güç. Radyant Güç (veya Akı) ise tüm yönlerde yayılan toplam güçtür. Toplam gücü bulmak için, yoğunluğu tüm yayılım deseni üzerinden entegre etmeniz gerekir. Veri sayfası, belirli bir yönde ve mesafede ışınımı hesaplamak için daha kullanışlı olan yoğunluğu sağlar.
3. S: Neden 850nm'ye kıyasla 940nm tepe dalga boyu tercih edilir?
   C: 940nm, 850nm'ye kıyasla insan gözüne daha az görünür (daha koyu kırmızı parıltı), bu da tüketici cihazlarında daha az dikkat dağıtıcı olmasını sağlar. Her ikisi de silikon tarafından iyi tespit edilir, ancak 850nm bölgesinde güçlü emisyonları olan güneş ışığı ve akkor ampuller gibi bazı kaynaklardan gelen ortam ışığı girişimi 940nm'de biraz daha düşük olabilir.
4. S: Doğru bin'i nasıl seçerim?
   C: Uygulamanızda alıcıda minimum gereken sinyal gücü varsa, tüm parçaların bu gereksinimi karşıladığından emin olmak için bir bin'in minimum değerini kullanın. Örneğin, en az 6 mW/sr'ye ihtiyacınız varsa, Bin L veya daha yükseğini belirtin. Bazı varyasyonların kabul edilebilir olduğu maliyet duyarlı uygulamalar için, daha geniş bir bin veya varsayılan teklif yeterli olabilir.

11. Pratik Tasarım ve Kullanım Örnekleri

11.1 Uzun Menzilli Kızılötesi Uzaktan Kumanda

Senaryo: Orta derecede aydınlatılmış bir oturma odasında, 15 metre mesafede güvenilir bir şekilde çalışması gereken bir uzaktan kumanda tasarlamak.
Uygulama: LED'i darbe modunda kullanın. Bir kodlayıcı IC tarafından kontrol edilen bir MOSFET anahtarı kullanarak, kısa (örneğin, 50μs), yüksek akımlı darbelerle (örneğin, 500mA) sürün. Bu, ortalama gücü düşük tutarken uzun menzilli iletim için yüksek tepe ışıma şiddeti sağlar (1A darbe verilerine bakınız). Işın demetini daha da paralelleştirmek için basit bir plastik lens eklenebilir. 940nm dalga boyu, görünür parlamayı en aza indirir.

11.2 Yakınlık veya Nesne Algılama Sensörü

Senaryo: 10-50 cm aralığında çalışan temas gerektirmeyen bir nesne algılama sistemi oluşturmak.
Uygulama: IR204C-A'yı eşleşen bir fototransistör ile eşleştirin. LED'i, kararlı bir ışık çıkışı için sabit akım kaynağı kullanarak orta düzeyde sürekli bir akımla (örn. 50mA) sürün. LED akımını belirli bir frekansta (örn. 38kHz) modüle edin ve fototransistör tarafında ayarlanmış bir alıcı kullanın. Bu modülasyon tekniği, sistemi ortam ışığı dalgalanmalarına (güneş ışığı veya oda ışıkları gibi) karşı yüksek derecede bağışık hale getirerek, sinyal-gürültü oranını ve güvenilirliği büyük ölçüde artırır.

12. Çalışma Prensibi

Bir Kızılötesi Işık Yayan Diyot (IR LED), bir yarı iletken p-n eklem diyotudur. İleri yönde polarma uygulandığında, n-bölgesinden gelen elektronlar, aktif bölgede p-bölgesinden gelen oyuklarla yeniden birleşir. IR204C-A gibi bir kızılötesi LED için, yarı iletken malzemenin enerji bant aralığı (belirtildiği gibi tipik olarak Galliyum Alüminyum Arsenür - GaAlAs), bu yeniden birleşme sürecinde salınan enerjinin kızılötesi spektrumdaki bir fotonla (yaklaşık 940nm dalga boyu) örtüşecek şekildedir. Su berraklığındaki epoksi kılıf bir mercek görevi görerek yayılan ışığı karakteristik görüş açısına yönlendirir. Yayılan ışığın şiddeti, cihazın fiziksel sınırlarına kadar, diyottan geçen ileri akımla doğru orantılıdır.

13. Teknoloji Trendleri

Infrared LED teknolojisi, görünür LED teknolojisiyle birlikte gelişmeye devam etmektedir. IR204C-A gibi cihazları etkileyen temel eğilimler şunlardır:

• Artan Verimlilik: Devam eden malzeme bilimi araştırmaları, IR LED'lerin duvar prizi verimliliğini (çıkan optik güç / giren elektrik gücü) iyileştirmeyi, böylece daha düşük sürüş akımlarında daha yüksek çıkış veya daha az ısı üretimi sağlamayı amaçlamaktadır.
• Daha Yüksek Güç Yoğunluğu: Çip ölçekli paketlerin geliştirilmesi ve iyileştirilmiş termal yönetim malzemeleri, IR LED'lerin daha küçük form faktörlerinde daha yüksek sürekli ve darbe akımlarını kaldırmasını sağlar.
• Entegrasyon: Belirli uygulamalar (örneğin, yakınlık sensörleri, hareket tanıma) için IR yayıcının bir sürücü IC'si, fotodedektör veya hatta bir mikrodenetleyici ile tek modüllere entegre edilmesi yönünde bir eğilim vardır.
• Dalga Boyu Hassasiyeti ve Kararlılığı: Epitaksiyel büyüme tekniklerindeki ilerlemeler, tepe dalga boyu ve spektral genişlik üzerinde daha sıkı kontrol sağlar; bu da dalga boyu bölmeli çoğullama kullanan gaz algılama veya optik iletişim gibi uygulamalar için kritik öneme sahiptir.
• Uygulama Alanının Genişlemesi: Otomotiv/robotik için LiDAR, yüz tanıma ve sağlık izleme (örneğin, nabız oksimetresi) gibi alanlardaki büyüme, çeşitli dalga boyları ve güç seviyelerinde yüksek performanslı, güvenilir IR yayıcılara olan talebi artırmaktadır.

Dengeli özellikleri ve standart paketiyle IR204C-A, bu gelişen teknolojik manzarada olgun ve güvenilir bir çözümü temsil etmektedir.