Почему "940нм ИК-светодиод" не является спецификацией
Большинство запросов на компоненты начинается с длины волны: 850нм, 940нм, 1050нм. Это число описывает спектральный диапазон, а не устройство. Два излучателя могут быть заказаны как "940нм инфракрасный светодиод" — один излучает узкий луч с высокой интенсивностью для датчика прерывания луча, другой — широкий, равномерный поток света для приемника дистанционного управления. Одна и та же длина волны, но разные устройства.
Компания Jiangmen City Yiyang Infrared Semi-conductor Co., Ltd (Yiyang Optoelectronics YY) производит инфракрасные светодиоды, фотодиодные приемники и модули приемников дистанционного управления в Цзяньмэне, провинция Гуандун, более 13 лет, с ежедневной производственной мощностью 600 тыс. штук и экспортом в более чем 40 стран. За этот период спецификации, которые требуют наибольшего доработки, — это те, которые указывают только длину волны и на этом останавливаются.
Полная спецификация излучателя состоит из пяти независимых частей, и их необходимо читать вместе:
- Пиковая и центральная длина волны — какой цвет инфракрасного излучения и насколько строго контролируется.
- Излучаемая интенсивность — сколько оптической мощности выходит из упаковки в прямом направлении.
- Угол обзора — как эта мощность распределяется.
- Прямое напряжение и прямой ток — что должно обеспечивать драйв-цепь.
- Упаковка и линза — геометрия, которая формирует первые три показателя.
1. Пиковая длина волны, центральная длина волны и коды бинов
Инфракрасный излучатель не излучает одну длину волны. Он излучает диапазон с пиком, и в техническом паспорте обычно указываются как пиковая длина волны (максимум кривой), так и центральная длина волны (средняя точка полосы половинной мощности). Для типичного 940нм излучателя эти значения находятся близко друг к другу; для 660нм видимого красного чипа они заметно различаются.
| Номинальная длина волны | Типичное применение | Примечания |
|---|---|---|
| 850нм | Системы видеонаблюдения, датчики прерывания луча, высокомощное освещение | Более высокая излучаемая мощность на ватт; слабый красный свет виден глазу |
| 880нм | Оптические переключатели, энкодеры, общее сенсорное применение | Компромисс между выходом и невидимой работой |
| 940нм | Дистанционные управления, модули ИК-приемников, датчики приближения | Практически невидим для глаза; стандарт для потребительских дистанционных управлений |
| 660нм / 905нм пара | Пульсоксиметрия (SpO₂) | Два чипа в одной упаковке; пара длин волн фиксирована принципом измерения |
Две детали определяют, будет ли поставленная партия работать так, как задумано. Сдвиг длины волны с температурой и током: пик смещается к более длинным длинам волн по мере нагрева соединения, обычно на 0.2–0.4нм на °C для устройства AlGaAs/GaAlAs. Оптический фильтр, выровненный на номинальные 940нм, должен быть указан с полосой пропускания, ширина которой достаточна для покрытия дрейфа в диапазоне рабочих температур, иначе система потеряет сигнал по мере нагрева. Длина волны варьируется от пластины к пластине, поэтому производители сортируют готовые детали по бинам длины волны, и покупатель должен указывать бин, а не номинальное значение. Запрос на "940нм ±10нм" является запросом на бин; запрос на "940нм" — нет.
2. Излучаемая интенсивность и излучаемый поток
На технических паспортах излучателей появляются две единицы, и они не взаимозаменяемы.
| Количество | Символ | Единица | Что измеряет |
|---|---|---|---|
| Излучаемый поток (мощность) | Φe | мВт | Общая оптическая мощность, излучаемая во всех направлениях |
| Излучаемая интенсивность | Ie | мВт/стр | Оптическая мощность на единицу твердого угла в заданном направлении |
| Иррадиация | Ee | мВт/см² | Мощность, попадающая на поверхность — то, что фактически видит детектор |
Показатель, который имеет значение для большинства конструкций, — это иррадиация на детекторе, которая зависит от интенсивности излучателя, расстояния и выравнивания. Распространенной ошибкой при закупках является сравнение двух излучателей только по излучаемой интенсивности. Излучатель с узким углом может показывать гораздо более высокий показатель интенсивности, чем излучатель с широким углом, при этом излучая ту же общую мощность — он просто концентрирует эту мощность в меньшем конусе.
При спецификации укажите условия измерения. Излучаемая интенсивность обычно указывается при определенном прямом токе (обычно 20мА, 50мА или 100мА) и определенной температуре (обычно 25°C). Показатель, указанный при 100мА, нельзя сравнивать с показателем, указанным при 20мА, без ссылки на кривую снижения.
3. Угол обзора: Конвенция половинного угла
Угол обзора указывается как 2θ½ — в два раза больше угла, при котором интенсивность падает до половины своего осевого значения. Эта конвенция важна, потому что деталь, описанная как "30 градусов", представляет собой конус ±15°, и энергия за пределами этого конуса не равна нулю, просто ниже.
| 2θ½ (половинный угол) | Характеристика луча | Типичное использование |
|---|---|---|
| 10°–20° | Узкий, концентрированный | Датчики прерывания луча на дальние расстояния, оптические энкодеры, коллимированное сенсорное восприятие |
| 30°–45° | Умеренный | Датчики приближения, отражающие оптические переключатели |
| 60°–120° | Широкий, диффузный | Передатчики дистанционного управления, общее освещение для сенсорного восприятия, пульсоксиметрия |
Угол определяется геометрией линзы упаковки, поэтому угол и интенсивность — это два показателя одного и того же физического факта. Когда проект требует конкретной иррадиации на определенном расстоянии и смещении, правильный подход — указать требуемую иррадиацию и геометрию, а затем позволить поставщику предложить упаковку — а не указывать угол и затем обнаруживать, что интенсивность неверна.
Для деталей с широким углом осевая интенсивность ниже, но общая излучаемая мощность может быть выше. Для пульсоксиметрии цель — широкое и равномерное освещение окна фотодиода, а не коллимированный луч, что объясняет, почему излучатели для пульсоксиметрии специфицируются по однородности освещаемой области, а не по узкому углу.
4. Прямое напряжение и прямой ток
Эти два параметра определяют драйв-цепь и тепловой бюджет.
| Параметр | Типичное значение | Последствия для дизайна |
|---|---|---|
| Прямое напряжение Vf (940нм, 20мА) | 1.2–1.6 В | Низкое Vf означает меньше тепла на единицу тока |
| Прямое напряжение Vf (850нм, 20мА) | 1.4–1.8 В | Материал с более высоким запрещенным уровнем, более высокое Vf |
| Непрерывный прямой ток | 20–100 мА в зависимости от упаковки | Устанавливает необходимый драйв и тепловой путь |
| Пиковый прямой ток (импульсный) | Часто 1 А с низким рабочим циклом | Позволяет получить высокую мгновенную мощность без перегрева |
| Потеря мощности | Производная от Vf × If | Ограничивает ток светодиода в данной упаковке |
Применяются три практических правила. Импульсный драйв — стандартный способ увеличения выхода. Передатчик дистанционного управления обычно управляет светодиодом при высоком токе с низким рабочим циклом, что повышает мгновенную излучаемую интенсивность, сохраняя при этом среднюю мощность и допустимую температуру соединения. Спецификация должна указывать, является ли указанная интенсивность при непрерывных или импульсных условиях. Снижайте с температурой. Максимальный прямой ток уменьшается по мере повышения температуры окружающей среды; проект, который работает с светодиодом на его номинальном максимуме при 25°C, превысит рейтинг внутри закрытого корпуса. Сопротивление в цепи и разброс Vf взаимодействуют. Если Vf варьируется по партии, простой резистивный драйв создает переменный ток и, следовательно, переменный выход; драйвер постоянного тока устраняет эту зависимость и именно поэтому он предпочтителен для любого применения, где важна согласованность выхода.
5. Упаковка, линза и форма выводов
Упаковка — это то, что преобразует выход чипа в показатели интенсивности и угла, указанные выше. Стандартные семейства:
| Упаковка | Характеристика | Примечания |
|---|---|---|
| 3мм круглый через отверстие | Компактный, прозрачный эпоксидный | Доступны варианты с длинными выводами для гибкой глубины монтажа |
| 5мм круглый через отверстие | Наиболее распространенный дискретный размер | Прозрачный или синим оттенком эпоксидный; длина выводов настраиваемая |
| Квадратный плоский через отверстие | Внешняя поверхность линзы | Используется там, где определенная верхняя поверхность упрощает оптическое выравнивание |
| SMD (2-pin) | Низкий профиль, совместимый с переплавкой | Подходит для автоматизированных SMT линий; поддерживает тонкие сборки |
| Двойной чип DIP / SMD | 660нм и 905нм в одном корпусе | Для пульсоксиметрии; обеспечивает фиксированное оптическое расстояние центра |
Два элемента спецификации часто опускаются. Форма и длина выводов: светодиоды с выводами через отверстие часто поставляются с удлиненными выводами, которые обрезаются при сборке, и клиент, которому нужна конкретная длина или изогнутая форма, должен указать это в заказе, а не ожидать модификации на месте. Цвет эпоксидной смолы: прозрачные и инфракрасно-пропускающие окрашенные корпуса могут иметь почти идентичную оптическую производительность, поэтому выбор обычно механический или косметический — но это должно быть указано, поскольку эти два варианта не взаимозаменяемы на уровне номера детали.
Контрольный список спецификаций инфракрасного излучателя
- Пиковая и центральная длина волны указаны с допуском по бину — например, 940нм ±10нм — а не только номинальное значение.
- Учет дрейфа длины волны при изменении температуры относительно полосы пропускания любого оптического фильтра в системе.
- Излучаемая интенсивность указана с тестовым током и температурой, чтобы показатели от двух поставщиков были сопоставимы.
- Идентифицирован импульсный или непрерывный драйв для указанной интенсивности, с рабочим циклом, если импульсный.
- Угол обзора указан как 2θ½, и переведен в иррадиацию, которую детектор фактически получит.
- Диапазон прямого напряжения указан как максимальный, а не только типичное значение, для проектирования драйв-цепи.
- Максимальный прямой ток и кривая снижения идентифицированы для предполагаемого корпуса и окружающей среды.
- Размер упаковки, тип эпоксидной смолы и форма выводов указаны как часть спецификации заказа.
- Подтверждено соблюдение экологических норм — RoHS и без свинца, с ссылкой на отчет.
Излучатели, специфицированные так, чтобы первый образец работал
Инфракрасный излучатель — это устройство, определяемое пятью числами, которые взаимодействуют. Части, специфицированные только с длиной волны, оставляют оптический дизайн на удачу, и первый прототип — это место, где это становится дорогостоящим. Указание бина, условий тестирования, угла и требований к драйву переносит эти решения на стадию выборки.
Отправьте нам ваше приложение, расстояние обнаружения и целевую иррадиацию, и мы вернем спецификацию излучателя с указанным бином длины волны, излучаемой интенсивностью, половинным углом, прямым напряжением и упаковкой для каждого кандидата, вместе с образцами для оптической оценки.
