Tại sao "940nm IR LED" không phải là một thông số
Hầu hết các yêu cầu về linh kiện bắt đầu bằng một bước sóng: 850nm, 940nm, 1050nm. Con số đó mô tả vùng quang phổ, không phải thiết bị. Hai bộ phát có thể đều được đặt hàng là "940nm infrared LED" — một cái cung cấp chùm sáng hẹp với cường độ cao cho cảm biến phá vỡ chùm sáng, cái còn lại là một ánh sáng rộng, đồng đều cho bộ thu điều khiển từ xa. Cùng bước sóng, thiết bị khác nhau.
Công ty TNHH Yiyang Infrared Semi-conductor (Yiyang Optoelectronics YY) đã sản xuất diot phát hồng ngoại, bộ thu photodiode và mô-đun thu điều khiển từ xa tại thành phố Jiangmen, tỉnh Quảng Đông trong hơn 13 năm, với công suất sản xuất hàng ngày đạt 600K sản phẩm và xuất khẩu sang hơn 40 quốc gia. Trong suốt thời gian đó, các dòng thông số gây ra nhiều công việc sửa chữa nhất là những dòng chỉ nêu tên bước sóng và dừng lại ở đó.
Một thông số hoàn chỉnh của bộ phát có năm phần độc lập, và chúng phải được đọc cùng nhau:
- Bước sóng cực đại và bước sóng trung tâm — màu sắc của hồng ngoại, và mức độ kiểm soát chặt chẽ.
- Cường độ bức xạ — lượng công suất quang học thoát ra khỏi gói theo hướng tiến.
- Góc nhìn — cách mà công suất đó được phân bố.
- Điện áp tiến và dòng điện tiến — những gì mạch điều khiển phải cung cấp.
- Gói và thấu kính — hình học tạo ra ba số liệu đầu tiên.
1. Bước sóng cực đại, bước sóng trung tâm và mã nhóm
Một bộ phát hồng ngoại không phát ra một bước sóng duy nhất. Nó phát ra một dải với một đỉnh, và tài liệu kỹ thuật thường cung cấp cả bước sóng cực đại (điểm cực đại của đường cong) và bước sóng trung tâm (điểm giữa của dải công suất nửa). Đối với một bộ phát 940nm điển hình, chúng nằm gần nhau; đối với một chip đỏ nhìn thấy 660nm, chúng khác biệt rõ rệt hơn.
| Bước sóng danh nghĩa | Ứng dụng điển hình | Ghi chú |
|---|---|---|
| 850nm | Camera an ninh, cảm biến phá vỡ chùm sáng, chiếu sáng công suất cao | Công suất bức xạ cao hơn mỗi watt; ánh sáng đỏ nhạt có thể nhìn thấy bằng mắt |
| 880nm | Công tắc quang, bộ mã hóa, cảm biến chung | Thỏa hiệp giữa đầu ra và hoạt động vô hình |
| 940nm | Điều khiển từ xa, mô-đun thu IR, cảm biến khoảng cách | Gần như không nhìn thấy bằng mắt; tiêu chuẩn cho điều khiển từ xa tiêu dùng |
| 660nm / 905nm cặp | Đo độ bão hòa oxy trong máu (SpO₂) | Hai chip trong một gói; cặp bước sóng được cố định bởi nguyên lý đo lường |
Hai chi tiết quyết định xem một lô hàng được giao có hoạt động như thiết kế hay không. Bước sóng thay đổi theo nhiệt độ và dòng điện: đỉnh di chuyển về phía các bước sóng dài hơn khi mối nối nóng lên, thường là 0.2–0.4nm mỗi °C đối với thiết bị AlGaAs/GaAlAs. Do đó, một bộ lọc quang học căn chỉnh với bước sóng danh nghĩa 940nm phải được chỉ định với băng thông đủ rộng để bao phủ sự trôi dạt trong khoảng nhiệt độ hoạt động, nếu không hệ thống sẽ mất tín hiệu khi nó nóng lên. Bước sóng thay đổi giữa các wafer, đó là lý do tại sao các nhà sản xuất phân loại các linh kiện hoàn thiện vào các nhóm bước sóng và tại sao người mua nên chỉ định nhóm thay vì con số danh nghĩa. Một yêu cầu cho "940nm ±10nm" là yêu cầu nhóm; một yêu cầu cho "940nm" thì không.
2. Cường độ bức xạ và lưu lượng bức xạ
Hai đơn vị xuất hiện trên tài liệu kỹ thuật của bộ phát và chúng không thể hoán đổi cho nhau.
| Số lượng | Ký hiệu | Đơn vị | Đo lường cái gì |
|---|---|---|---|
| Lưu lượng bức xạ (công suất) | Φe | mW | Tổng công suất quang học phát ra theo mọi hướng |
| Cường độ bức xạ | Ie | mW/sr | Công suất quang học trên mỗi đơn vị góc rắn theo một hướng nhất định |
| Chiếu sáng | Ee | mW/cm² | Công suất rơi xuống bề mặt — những gì cảm biến thực sự thấy |
Số liệu quan trọng đối với hầu hết các thiết kế là chiếu sáng tại cảm biến, phụ thuộc vào cường độ của bộ phát, khoảng cách và sự căn chỉnh. Một lỗi phổ biến trong việc tìm nguồn là so sánh hai bộ phát chỉ dựa trên cường độ bức xạ. Một bộ phát góc hẹp có thể cho thấy một con số cường độ cao hơn nhiều so với một bộ phát góc rộng trong khi phát ra cùng tổng công suất — nó chỉ đơn giản là tập trung công suất đó vào một hình nón nhỏ hơn.
Khi chỉ định, hãy nêu rõ điều kiện đo lường. Cường độ bức xạ thường được báo cáo tại một dòng điện tiến xác định (thường là 20mA, 50mA hoặc 100mA) và một nhiệt độ xác định (thường là 25°C). Một con số được báo cáo tại 100mA không thể so sánh với một con số được báo cáo tại 20mA mà không tham chiếu đến đường cong giảm tải.
3. Góc nhìn: Quy ước góc nửa
Góc nhìn được báo cáo là 2θ½ — gấp đôi góc mà tại đó cường độ giảm xuống một nửa giá trị trục chính của nó. Quy ước này quan trọng vì một bộ phận được mô tả là "30 độ" là một hình nón ±15°, và năng lượng bên ngoài hình nón đó không phải là không có, chỉ là thấp hơn.
| 2θ½ (góc nửa) | Đặc điểm chùm sáng | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|
| 10°–20° | Hẹp, tập trung | Chùm sáng dài, bộ mã hóa quang, cảm biến định hướng |
| 30°–45° | Vừa phải | Cảm biến khoảng cách, công tắc quang phản chiếu |
| 60°–120° | Rộng, khuếch tán | Thiết bị phát điều khiển từ xa, chiếu sáng chung cho cảm biến, đo độ bão hòa oxy |
Góc được tạo ra bởi hình học thấu kính của gói, vì vậy góc và cường độ là hai phép đo của cùng một thực tế vật lý. Khi một thiết kế cần một chiếu sáng cụ thể tại một khoảng cách và độ lệch cụ thể, cách tiếp cận đúng là chỉ định chiếu sáng cần thiết và hình học, và để nhà cung cấp đề xuất gói — không phải chỉ định một góc và sau đó phát hiện ra rằng cường độ là sai.
Đối với các bộ phận góc rộng, cường độ trục chính thấp hơn nhưng tổng công suất phát ra có thể cao hơn. Đối với đo độ bão hòa oxy, chiếu sáng rộng và đồng đều trên cửa sổ photodiode là mục tiêu, không phải một chùm sáng định hướng, đó là lý do tại sao các bộ phát đo độ bão hòa oxy được chỉ định theo tính đồng nhất của khu vực được chiếu sáng thay vì theo một góc hẹp.
4. Điện áp tiến và dòng điện tiến
Hai thông số này xác định mạch điều khiển và ngân sách nhiệt.
| Thông số | Giá trị điển hình | Hệ quả thiết kế |
|---|---|---|
| Điện áp tiến Vf (940nm, 20mA) | 1.2–1.6 V | Vf thấp hơn có nghĩa là ít nhiệt hơn mỗi đơn vị dòng điện |
| Điện áp tiến Vf (850nm, 20mA) | 1.4–1.8 V | Vật liệu có khoảng cách băng tần cao hơn, Vf cao hơn |
| Dòng điện tiến liên tục | 20–100 mA tùy thuộc vào gói | Xác định đường dẫn điều khiển và nhiệt cần thiết |
| Dòng điện tiến cực đại (xung) | Thường là 1 A với chu kỳ làm việc thấp | Cho phép đầu ra tức thời cao mà không bị quá nhiệt |
| Công suất tiêu tán | Được tính từ Vf × If | Giới hạn dòng điện LED trong một gói nhất định |
Có ba quy tắc thực tiễn áp dụng. Điều khiển xung là cách tiêu chuẩn để tăng đầu ra. Một bộ phát điều khiển từ xa thường điều khiển LED với dòng điện cao và chu kỳ làm việc thấp, điều này làm tăng cường độ bức xạ tức thời trong khi giữ công suất trung bình và nhiệt độ mối nối ở mức chấp nhận được. Thông số kỹ thuật phải nêu rõ liệu cường độ được báo cáo là dưới điều kiện liên tục hay xung. Giảm tải theo nhiệt độ. Dòng điện tiến tối đa giảm khi nhiệt độ môi trường tăng; một thiết kế chạy LED ở mức tối đa được đánh giá tại 25°C sẽ vượt quá đánh giá bên trong một vỏ kín. Điện trở nối tiếp và sự phân bố Vf tương tác. Nếu Vf thay đổi giữa các lô, một mạch điều khiển đơn giản tạo ra dòng điện thay đổi và do đó đầu ra thay đổi; một bộ điều khiển dòng điện không đổi loại bỏ sự phụ thuộc đó và là lý do tại sao nó được ưa chuộng cho bất kỳ ứng dụng nào mà tính nhất quán của đầu ra là quan trọng.
5. Gói, Thấu kính và Hình dạng chân
Gói là thứ chuyển đổi đầu ra của chip thành các số liệu cường độ và góc ở trên. Các gia đình tiêu chuẩn:
| Gói | Đặc điểm | Ghi chú |
|---|---|---|
| Gói tròn 3mm qua lỗ | Nhỏ gọn, epoxy trong suốt | Các tùy chọn chân dài có sẵn cho độ sâu lắp đặt linh hoạt |
| Gói tròn 5mm qua lỗ | Kích thước rời phổ biến nhất | Epoxy trong suốt hoặc có màu xanh; chiều dài chân có thể tùy chỉnh |
| Gói vuông phẳng qua lỗ | Bề mặt thấu kính bên ngoài | Được sử dụng nơi mà mặt trên xác định giúp đơn giản hóa căn chỉnh quang học |
| SMD (2 chân) | Thấp, tương thích với hàn lại | Phù hợp với các dây chuyền SMT tự động; hỗ trợ lắp ráp mỏng |
| DIP / SMD hai chip | 660nm và 905nm trong một thân | Cho đo độ bão hòa oxy; đảm bảo khoảng cách quang học cố định |
Hai mục thông số thường bị bỏ qua. Hình dạng và chiều dài chân: các bộ phát qua lỗ thường được cung cấp với chân dài hơn mà được cắt ngắn khi lắp ráp, và một khách hàng cần chiều dài cụ thể hoặc hình dạng uốn cong nên nêu rõ điều đó như một phần của đơn hàng thay vì mong đợi sửa đổi tại nhà. Màu epoxy: các thân trong suốt và truyền hồng ngoại có màu có thể có hiệu suất quang học gần như giống hệt nhau, vì vậy sự lựa chọn thường là cơ học hoặc thẩm mỹ — nhưng phải được nêu rõ, vì hai cái này không thể hoán đổi cho nhau ở cấp số linh kiện.
Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật bộ phát hồng ngoại
- Bước sóng cực đại và trung tâm được nêu với độ dung sai nhóm — ví dụ 940nm ±10nm — không chỉ là con số danh nghĩa.
- Trôi dạt bước sóng theo nhiệt độ được xem xét so với băng thông của bất kỳ bộ lọc quang học nào trong hệ thống.
- Cường độ bức xạ được nêu với dòng điện và nhiệt độ thử nghiệm, để các số liệu từ hai nhà cung cấp có thể so sánh được.
- Điều khiển xung hoặc liên tục được xác định cho cường độ được báo cáo, với chu kỳ làm việc nếu là xung.
- Góc nhìn được cho là 2θ½, và được chuyển đổi thành chiếu sáng mà cảm biến thực sự sẽ nhận được.
- Phạm vi điện áp tiến được nêu là tối đa, không chỉ là giá trị điển hình, cho thiết kế mạch điều khiển.
- Dòng điện tiến tối đa và đường cong giảm tải được xác định cho vỏ và môi trường dự kiến.
- Kích thước gói, loại epoxy và hình dạng chân được nêu như một phần của thông số đơn hàng.
- Tuân thủ môi trường được xác nhận — RoHS và không chứa chì, với tham chiếu báo cáo.
Các bộ phát được chỉ định để mẫu đầu tiên hoạt động
Một bộ phát hồng ngoại là một thiết bị được định nghĩa bởi năm số liệu tương tác. Một bộ phận chỉ được chỉ định với một bước sóng để lại thiết kế quang học cho sự may rủi, và nguyên mẫu đầu tiên là nơi điều đó trở nên tốn kém. Việc nêu rõ nhóm, điều kiện thử nghiệm, góc và yêu cầu điều khiển chuyển những quyết định đó đến giai đoạn lấy mẫu.
Gửi cho chúng tôi ứng dụng của bạn, khoảng cách phát hiện và chiếu sáng mục tiêu, và chúng tôi sẽ trả lại một thông số kỹ thuật bộ phát với nhóm bước sóng, cường độ bức xạ, góc nửa, điện áp tiến và gói được nêu cho từng ứng viên, cùng với mẫu để đánh giá quang học.
