IR204-A 3,0mm Infrarot-LED Datenblatt - 3mm Gehäuse - 940nm Wellenlänge - 100mA Strom - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die IR204-A ist eine hochintensive Infrarot-Emissionsdiode in einem standardmäßigen 3mm (T-1) blauen Kunststoffgehäuse. Sie ist darauf ausgelegt, Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 940nm zu emittieren, wodurch sie spektral auf gängige Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodule abgestimmt ist. Dieses Bauteil zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit, hohe Strahlungsintensität und eine niedrige Flussspannung aus, was es für verschiedene Infrarot-Übertragungsanwendungen geeignet macht.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Strahlungsintensität:Liefert eine starke Infrarot-Ausgangsleistung für eine zuverlässige Signalübertragung.
• Wellenlängenabstimmung:Die Spitzenwellenlänge von 940nm ist für die Kompatibilität mit Standard-IR-Empfängern optimiert.
• Kompakt und standardisiert:Das 3mm-Gehäuse mit 2,54mm Anschlussabstand ermöglicht eine einfache Integration in Standard-Leiterplattenlayouts.
• Konformität:Das Produkt entspricht den RoHS-, EU REACH- und halogenfreien Standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).

1.2 Zielanwendungen

Diese Infrarot-LED ist primär für Systeme vorgesehen, die nicht-sichtbare Lichtkommunikation erfordern. Wichtige Anwendungsbereiche sind Infrarot-Fernbedienungen mit hohem Leistungsbedarf, Freistrahl-Übertragungssysteme, Rauchmelder und andere allgemeine Infrarot-basierte Sensor- oder Kommunikationssysteme.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert.

• Dauer-Flusstrom (IF):100 mA. Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann.
• Spitzen-Flusstrom (IFP):1,0 A. Dieser hohe Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Pulsbreite ≤ 100μs, Tastverhältnis ≤ 1%).
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann den Diodenübergang beschädigen.
• Betriebs- & Lagertemperatur (Topr/Tstg):-40°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Verlustleistung (Pd):150 mW bei 25°C. Die maximale Leistung, die das Gehäuse ohne Überschreiten seiner thermischen Grenzen abführen kann.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei einer Standard-Sperrschichttemperatur von 25°C gemessen und definieren die Leistung des Bauteils unter spezifizierten Bedingungen.

• Strahlungsintensität (Ie):Eine zentrale Leistungskennzahl. Bei einem Standard-Treibstrom von 20mA beträgt die typische Strahlungsintensität 5,6 mW/sr. Unter Hochstrom-Pulsbetrieb (100mA, 1A) steigt die Ausgangsleistung signifikant auf 38 mW/sr bzw. 350 mW/sr an, was Reichweiten- oder Hochhelligkeits-Pulsanwendungen ermöglicht.
• Spitzenwellenlänge (λp):940 nm (typisch). Dies liegt im nahen Infrarotspektrum, für das menschliche Auge unsichtbar, aber von Silizium-basierten Sensoren effizient detektierbar.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Ca. 45 nm. Dies definiert die spektrale Breite des emittierten Lichts um die Spitzenwellenlänge herum.
• Flussspannung (VF):Typisch 1,2V bei 20mA, steigend mit dem Strom. Diese niedrige Spannung trägt zu einem geringeren Stromverbrauch in Designs bei.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):35 Grad. Dies ist der Winkelbereich, in dem die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, und definiert das Strahlprofil.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt enthält eine Binning-Struktur für die Strahlungsintensität. Die LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Ausgangsleistung bei IF=20mA in Gruppen (K, L, M, N) sortiert. Beispielsweise hat die Gruppe 'L' eine minimale Intensität von 5,6 mW/sr und eine maximale von 8,9 mW/sr. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit garantierten Mindestleistungsniveaus für ein konsistentes Systemverhalten auszuwählen. Für diese spezifische Artikelnummer wird im Datenblatt kein Binning für Wellenlänge oder Flussspannung angegeben.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt stellt mehrere charakteristische Kurven bereit, die für das Design entscheidend sind.

4.1 Flusstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb.1)

Diese Kurve zeigt, wie sich der maximal zulässige Dauer-Flusstrom mit steigender Umgebungstemperatur über 25°C reduziert. Entwickler müssen dieses Diagramm nutzen, um sicherzustellen, dass der Betriebsstrom bei der maximalen Umgebungstemperatur der Anwendung den sicheren Grenzwert nicht überschreitet.

4.2 Spektrale Verteilung (Abb.2)

Veranschaulicht die relative Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Wellenlänge, zentriert um den 940nm-Peak mit der spezifizierten ~45nm Bandbreite.

4.3 Spitzenemissionswellenlänge vs. Temperatur (Abb.3)

Zeigt die Verschiebung der Spitzenwellenlänge bei Änderungen der Umgebungs- (und somit Sperrschicht-) Temperatur. Dies ist wichtig für Anwendungen, bei denen eine präzise spektrale Abstimmung mit einem Detektor kritisch ist.

4.4 Flusstrom vs. Flussspannung (IV-Kurve) (Abb.4)

Zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung. Die Kurve ist essenziell für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung (z.B. Berechnung des Vorwiderstands).

4.5 Relative Intensität vs. Flusstrom (Abb.5)

Demonstriert, dass die Lichtausgabe nicht linear proportional zum Strom ist, insbesondere bei höheren Strömen, wo der Wirkungsgrad aufgrund von Erwärmung und anderen Effekten sinken kann.

4.6 Relative Strahlungsintensität vs. Winkelverschiebung (Abb.6)

Dies ist das räumliche Abstrahlungsdiagramm, das den 35-Grad-Abstrahlwinkel grafisch darstellt. Es ist für das optische Design entscheidend, um eine korrekte Ausrichtung und Abdeckung sicherzustellen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges T-1 (3mm) Rundgehäuse. Die detaillierte mechanische Zeichnung im Datenblatt liefert alle kritischen Abmessungen inklusive Gehäusedurchmesser (typ. 3,0mm), Anschlussabstand (2,54mm) und Anschlussdurchmesser. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäusematerial ist blau getönter Kunststoff, der als eingebauter Filter wirkt.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Der längere Anschluss ist die Anode (+), der kürzere die Kathode (-). Dies ist die Standardkonvention für LEDs. Die flache Seite am Rand des Gehäuses kann ebenfalls die Kathodenseite anzeigen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

• Löttemperatur:Die maximale Löttemperatur beträgt 260°C.
• Lötzeit:Die Anschlüsse sollten einer Löttemperatur über 260°C nicht länger als 5 Sekunden ausgesetzt werden.
• Allgemeine Handhabung:Während der Handhabung und Montage sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden, um Schäden am Halbleiterübergang zu verhindern.
• Lagerbedingungen:Das Bauteil sollte innerhalb seines spezifizierten Temperaturbereichs von -40°C bis +85°C in einer trockenen Umgebung gelagert werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs sind typischerweise in Beuteln verpackt (200-1000 Stück pro Beutel). Vier Beutel werden in einer Box platziert, und zehn Boxen bilden einen Karton.

7.2 Etiketteninformationen

Das Etikett auf der Verpackung enthält wichtige Informationen wie Artikelnummer (P/N), Menge (QTY), Rang/Bin (CAT), Spitzenwellenlänge (HUE), Losnummer (LOT No.) und einen Referenzcode. Diese Rückverfolgbarkeit ist für die Qualitätskontrolle wichtig.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

In einer einfachen Schaltung wird die LED von einer Spannungsquelle über einen strombegrenzenden Widerstand betrieben. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - Vf) / If, wobei Vcc die Versorgungsspannung, Vf die Flussspannung der LED (z.B. 1,2V bei 20mA) und If der gewünschte Flusstrom ist. Für Pulsbetrieb (z.B. in Fernbedienungen) wird typischerweise ein Transistorschalter verwendet, um den hohen Spitzenstrom (bis zu 1A) von einem Kondensator oder direkt von der Stromversorgung bereitzustellen.

8.2 Designüberlegungen

• Stromtreibung:Betreiben Sie eine LED immer mit einem geregelten Strom, nicht mit einer festen Spannung. Verwenden Sie einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle.
• Thermisches Management:Obwohl das Gehäuse einen niedrigen thermischen Widerstand hat, erfordert der Dauerbetrieb bei hohen Strömen (nahe 100mA) oder in hohen Umgebungstemperaturen die Berücksichtigung der Reduktionskurve, um Überhitzung zu vermeiden.
• Optische Ausrichtung:Der 35-Grad-Abstrahlwinkel erfordert eine korrekte Ausrichtung zum empfangenden Sensor für optimale Signalstärke. Bei Bedarf können Linsen oder Reflektoren verwendet werden, um das Strahlprofil zu modifizieren.
• Netzteilrauschen:In empfindlichen analogen Sensoranwendungen muss sichergestellt werden, dass die LED-Treiberschaltung kein elektrisches Rauschen einführt, das das schwache Signal vom Detektor stören könnte.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale der IR204-A sind ihre Kombination aus einem standardmäßigen 3mm-Gehäuse, hoher gepulster Strahlungsintensität (bis zu 350 mW/sr) und einer präzise definierten 940nm Wellenlänge. Im Vergleich zu generischen IR-LEDs bietet sie garantierte Mindestleistung (durch Binning) und Konformität mit modernen Umweltvorschriften. Ihr GaAlAs-Chipmaterial ist Standard für effiziente Infrarot-Emission.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese LED direkt von einem 5V- oder 3,3V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

Nein, nicht direkt.Ein Mikrocontroller-Pin kann typischerweise nicht kontinuierlich 20mA liefern (prüfen Sie das Datenblatt Ihres MCUs) und kann sicherlich nicht den 1A Spitzenstrom bereitstellen. Wichtiger ist, dass Sie einen Vorwiderstand verwenden müssen, um den Strom auf den gewünschten Wert (z.B. 20mA) zu begrenzen. Ein Transistor (BJT oder MOSFET) ist erforderlich, um die für die LED benötigten höheren Ströme zu schalten.

10.2 Warum ist die Strahlungsintensität unter gepulsten Bedingungen so viel höher?

Die höheren gepulsten Nennwerte (100mA, 1A) erlauben es, den Übergang für sehr kurze Dauer mit viel mehr Strom zu betreiben. Dies erzeugt mehr Licht, ohne dass die durchschnittliche Sperrschichttemperatur auf zerstörerische Werte ansteigt, da die thermische Masse des Chips und des Gehäuses zwischen den Pulsen Zeit zum Abkühlen hat. Dies ist ideal für Burst-Kommunikation wie Fernbedienungen.

10.3 Was bedeutet \"spektral auf Fototransistor abgestimmt\"?

Silizium-basierte Fototransistoren und Fotodioden haben ihre maximale Empfindlichkeit im nahen Infrarotbereich, etwa bei 800-900nm. Die 940nm-Emission der IR204-A fällt in dieses hochsensible Band, was sicherstellt, dass der Detektor ein starkes Signal empfängt, was das Signal-Rausch-Verhältnis und die Betriebsreichweite des Systems verbessert.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Einfacher Infrarot-Fernbedienungssender.Eine häufige Anwendung ist in einer TV-Fernbedienung. Ein Mikrocontroller erzeugt einen modulierten Digitalcode (z.B. 38kHz Träger). Dieses Signal steuert die Basis eines Transistors an. Der Transistor schaltet den Kollektorstrom durch die IR204-A. Ein Kondensator nahe der LED kann den kurzen Hochstromimpuls (bis zu 100mA oder mehr) für ein starkes Signal bereitstellen. Die LED wird mit der 38kHz-Frequenz gepulst. Das 940nm-Licht ist unsichtbar, und die hohe gepulste Intensität ermöglicht es, dass das Signal von Wänden reflektiert wird und dennoch vom Empfänger im Raum detektiert werden kann. Die niedrige Flussspannung hilft, Batterieleistung zu sparen.

12. Prinzipielle Einführung

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie frei. In diesem spezifischen Bauteil ist das Halbleitermaterial (Galliumaluminiumarsenid - GaAlAs) so gewählt, dass diese Energie hauptsächlich als Photonen von Licht im Infrarotspektrum (Wellenlänge von 940 Nanometern) freigesetzt wird. Das blaue Kunststoffgehäuse wirkt als Filter, blockiert möglicherweise etwas sichtbares Licht und kann auch als Linse dienen, um den Ausgangsstrahl zu formen.

13. Entwicklungstrends

Trends in der Infrarot-LED-Technologie umfassen die Entwicklung von Bauteilen mit noch höherer Wandsteckdosen-Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt Eingang), was längere Batterielebensdauer oder größere Reichweite ermöglicht. Es gibt auch laufende Arbeiten zur Herstellung von LEDs mit engeren spektralen Bandbreiten für Anwendungen, die präzise Wellenlängenkontrolle erfordern, und um die Empfindlichkeit gegenüber Umgebungslichtrauschen zu reduzieren. Die Integration der LED mit einer Treiber-IC oder einem Fotodetektor in ein einzelnes Modul ist ein weiterer Trend, der das Systemdesign vereinfacht. Das Streben nach höherer Leistungsdichte in kleineren Gehäusen setzt sich fort, neben dem allgemeinen Branchentrend zur vollständigen Einhaltung von Umwelt- und Sicherheitsvorschriften.