فرستنده مادون قرمز 3M

معرفی فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری

فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری یک دیود نورافشان کوچک است که به‌جای نور معمولی، نور مادون قرمز تولید می‌کند. این نور با چشم انسان دیده نمی‌شود، اما گیرنده‌های مادون قرمز، فتودیودها و فتوترانزیستورها می‌توانند آن را دریافت کنند. قطر بدنه این قطعه حدود 3 mm است و به دلیل ابعاد کوچک، برای نصب روی بردهایی که فضای محدودی دارند انتخاب مناسبی محسوب می‌شود.

این قطعه از نظر ظاهری شبیه LED معمولی است و دو پایه آند و کاتد دارد. با عبور جریان مستقیم از آن، نور مادون قرمز منتشر می‌شود. طول موج رایج در بیشتر فرستنده‌های مادون قرمز 3 میلی‌متری حدود 940 nm است؛ این طول موج با بسیاری از گیرنده‌های ریموت‌کنترل و سنسورهای نوری سازگاری دارد.

فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری در ریموت‌کنترل‌ها، ربات‌های تشخیص مانع، شمارنده‌های نوری، سنسورهای عبور جسم و مدارهای ارتباط بی‌سیم کوتاه‌برد استفاده می‌شود. مصرف انرژی پایین، سرعت پاسخ مناسب و نصب ساده باعث شده این قطعه در پروژه‌های آموزشی، صنعتی و میکروکنترلری کاربرد زیادی داشته باشد.

فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری چگونه کار می‌کند؟

فرستنده مادون قرمز در واقع نوعی LED است. هنگامی که پایه آند نسبت به پایه کاتد مثبت شود و جریان مناسبی از قطعه عبور کند، انرژی الکتریکی داخل نیمه‌هادی به نور مادون قرمز تبدیل می‌شود. در بسیاری از مدل‌ها برای ساخت قسمت نوردهنده از مواد نیمه‌هادی بر پایه گالیم آرسناید یا GaAs استفاده می‌شود.

اگر فرستنده به‌صورت دائم روشن باشد، یک نور مادون قرمز پیوسته تولید می‌کند. این حالت بیشتر در سنسورهای تشخیص مانع، شمارنده‌های نوری و مدارهای تشخیص عبور جسم استفاده می‌شود. در این مدارها، نور فرستنده به جسم برخورد کرده و بازتاب آن توسط یک گیرنده مادون قرمز دریافت می‌شود.

در ریموت‌کنترل‌ها، فرستنده به‌صورت دائم روشن نمی‌ماند. میکروکنترلر یا مدار داخلی ریموت، فرستنده را با سرعت بالا روشن و خاموش می‌کند و اطلاعات هر دکمه را به شکل پالس‌های مادون قرمز می‌فرستد. گیرنده‌ای مانند VS1838 این پالس‌ها را دریافت کرده و برای پردازش به میکروکنترلر تحویل می‌دهد.

میزان برد فرستنده فقط به اندازه آن بستگی ندارد. جریان عبوری، زاویه تابش، نوع لنز، حساسیت گیرنده، نور محیط و نحوه تحریک قطعه همگی روی فاصله ارسال اثر می‌گذارند. برای افزایش برد معمولاً فرستنده با پالس‌های کوتاه و جریان بیشتر راه‌اندازی می‌شود، اما جریان پالس باید حتماً با دیتاشیت همان مدل هماهنگ باشد.

مشخصات فنی فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری

فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری از نوع LED مادون قرمز پایه‌دار با پکیج Radial یا T-1 است. طول موج انتشار آن در نمونه‌های رایج حدود 940 nm و ولتاژ مستقیم آن معمولاً حدود 1.2 V است. در یک مدل مرجع Kingbright، ولتاژ مستقیم در جریان 20 mA به‌طور معمول 1.2 V و حداکثر 1.6 V اعلام شده است.

جریان کاری رایج برای استفاده معمولی حدود 20 mA است، اما حداکثر جریان مستقیم در بعضی مدل‌ها می‌تواند به 50 mA برسد. برای نمونه، مدل WP3A10F3C حداکثر جریان مستقیم 50 mA، توان تلفاتی 90 mW و جریان پیک لحظه‌ای 1.2 A را فقط در شرایط پالس بسیار کوتاه و Duty Cycle مشخص تحمل می‌کند. این مقدار پیک را نباید به‌صورت جریان دائمی به قطعه اعمال کرد.

زاویه تابش با توجه به شکل لنز و شرکت سازنده متفاوت است. در برخی نمونه‌های عمومی زاویه تابش حدود 20 تا 45 درجه اعلام می‌شود، درحالی‌که مدل مرجع Kingbright دارای زاویه تابش 50 درجه است. هرچه زاویه تابش بازتر باشد، نور در محدوده بزرگ‌تری پخش می‌شود، اما معمولاً شدت نور در یک جهت مشخص کمتر خواهد بود.

دمای کاری نیز به مدل و سازنده بستگی دارد. برای نمونه، دمای کاری مدل بررسی‌شده Kingbright از ‎-40 تا ‎+85 °C است. ولتاژ معکوس قابل‌تحمل این مدل 5 V بوده و اعمال ولتاژ معکوس بیشتر می‌تواند به پیوند داخلی LED آسیب برساند.

مشخصات دقیق فرستنده‌های مادون قرمز 3 میلی‌متری موجود در بازار ممکن است با یکدیگر تفاوت داشته باشد. رنگ بدنه می‌تواند شفاف، دودی یا تیره باشد و جریان، زاویه تابش و شدت خروجی نیز بسته به سازنده تغییر کند. به همین دلیل، مشخصات گفته‌شده باید به‌عنوان مقادیر رایج در نظر گرفته شوند و برای مدارهای حساس بهتر است دیتاشیت مدل خریداری‌شده بررسی شود.

پایه‌بندی فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری

این قطعه دو پایه با نام‌های آند و کاتد دارد. آند پایه مثبت و کاتد پایه منفی فرستنده است. در بسیاری از نمونه‌ها پایه بلندتر آند و پایه کوتاه‌تر کاتد است. همچنین قسمت صاف روی بدنه LED معمولاً سمت کاتد را نشان می‌دهد.

پایه آند باید از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان به ولتاژ مثبت یا خروجی مدار درایور متصل شود و پایه کاتد به زمین مدار وصل می‌شود. اتصال مستقیم فرستنده به منبع تغذیه بدون مقاومت می‌تواند باعث عبور جریان زیاد، گرم‌شدن و سوختن قطعه شود.

کاربردهای فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری

این قطعه در ساخت ریموت‌کنترل وسایل صوتی و تصویری، مدارهای کنترل از راه دور، سنسورهای تشخیص مانع، ربات‌های مسیریاب، شمارنده‌های نوری، سنجش دور موتور، تشخیص عبور جسم و ارتباط مادون قرمز میان دو مدار استفاده می‌شود. همچنین می‌توان آن را در کنار فتوترانزیستور یا گیرنده مناسب برای ساخت یک سنسور نوری ساده به کار برد.

در پروژه‌های آردوینو، ESP32، AVR و STM32 بهتر است فرستنده از طریق یک مقاومت و در صورت نیاز یک ترانزیستور درایو شود. استفاده از ترانزیستور زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که برای افزایش برد به جریان بالاتر یا پالس‌های قوی‌تر نیاز باشد؛ زیرا خروجی میکروکنترلر توان تأمین جریان زیاد را ندارد.

مزایای فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری

ابعاد کوچک، قیمت اقتصادی، مصرف پایین و سرعت روشن و خاموش‌شدن بالا از مهم‌ترین مزایای این قطعه هستند. نور تولیدشده با چشم دیده نمی‌شود و به همین دلیل می‌توان اطلاعات را بدون ایجاد نور مزاحم ارسال کرد.

پکیج پایه‌دار این قطعه نیز باعث می‌شود نصب آن روی بردبرد، فیبر سوراخ‌دار و برد مدار چاپی ساده باشد. سازگاری با گیرنده‌های 940 nm و امکان استفاده در مدارهای ساده یا میکروکنترلری، کاربرد این فرستنده را بیشتر کرده است.

نکات مهم هنگام استفاده

مهم‌ترین نکته هنگام استفاده از فرستنده مادون قرمز، قرار دادن مقاومت محدودکننده جریان است. مقدار مقاومت باید با توجه به ولتاژ تغذیه، افت ولتاژ فرستنده و جریان موردنظر انتخاب شود. برای مثال، نمی‌توان این LED را بدون مقاومت مستقیماً به منبع 5 V متصل کرد.

برای کنترل توسط میکروکنترلر باید محدودیت جریان پایه خروجی در نظر گرفته شود. اگر فرستنده با جریان بیشتر از توان خروجی میکروکنترلر راه‌اندازی شود، بهتر است از یک ترانزیستور یا درایور مناسب استفاده شود.

نور خورشید و بعضی منابع روشنایی دارای مقدار قابل‌توجهی نور مادون قرمز هستند و ممکن است در عملکرد گیرنده اختلال ایجاد کنند. برای کاهش خطا می‌توان فرستنده را به‌صورت پالسی راه‌اندازی کرد، زاویه فرستنده و گیرنده را تنظیم کرد و از پوشش مناسب برای کاهش نور محیط استفاده کرد.

فرستنده و گیرنده باید از نظر طول موج با یکدیگر هماهنگ باشند. استفاده از یک فرستنده 940 nm در کنار گیرنده‌ای که بیشترین حساسیت آن در همین محدوده است، معمولاً نتیجه بهتری ایجاد می‌کند. همچنین هنگام لحیم‌کاری نباید گرمای زیاد برای مدت طولانی به پایه‌ها وارد شود.

جمع‌بندی

فرستنده مادون قرمز 3 میلی‌متری یک LED کوچک و دوپایه است که معمولاً نوری با طول موج حدود 940 nm تولید می‌کند. ولتاژ مستقیم پایین، سرعت پاسخ مناسب و ابعاد کوچک باعث شده این قطعه برای ریموت‌کنترل‌ها، رباتیک، سنسورهای نوری و پروژه‌های میکروکنترلری گزینه مناسبی باشد.

برای استفاده صحیح از این قطعه باید مقاومت محدودکننده جریان در مدار قرار گیرد و آند و کاتد آن به‌درستی متصل شوند. مشخصات دقیق مانند جریان، زاویه تابش و شدت خروجی به سازنده بستگی دارد؛ بنابراین در کاربردهای حساس بهتر است مشخصات همان نمونه بررسی شود.