3mm Infrarot-LED HIR234C Datenblatt - T-1-Gehäuse - Spitzenwellenlänge 850nm - Durchlassspannung 1,65V - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die HIR234C ist eine hochintensive Infrarot-Emissionsdiode in einem standardmäßigen 3mm (T-1) wasserklaren Kunststoffgehäuse. Sie ist für die Emission von Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 850nm ausgelegt, was sie spektral mit gängigen Silizium-Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodulen kompatibel macht. Dieses Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die eine zuverlässige und effiziente Infrarot-Übertragung erfordern.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Strahlungsintensität:Liefert eine starke optische Ausgangsleistung, geeignet für Reichweiten- oder Systeme mit niedriger Empfindlichkeit.
• Hohe Zuverlässigkeit:Konstruiert für konsistente Leistung und lange Lebensdauer.
• Niedrige Durchlassspannung:Typischerweise 1,65V bei 20mA, trägt zu geringerem Stromverbrauch im Design bei.
• Umweltkonformität:Das Produkt entspricht den RoHS-, EU-REACH- und halogenfreien Standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Standardgehäuse:Das bekannte T-1 (3mm) Bauformat mit 2,54mm Anschlussabstand gewährleistet eine einfache Integration in bestehende Designs und Leiterplattenlayouts.

1.2 Zielanwendungen

Diese Infrarot-LED eignet sich für eine Vielzahl von Systemen, die nicht-sichtbare Lichtkommunikation oder -erfassung benötigen.

• Infrarot-Fernbedienungen, insbesondere solche mit höheren Leistungsanforderungen.
• Freiraum-optische Datenübertragungsstrecken.
• Rauchmeldesysteme.
• Allgemeine Infrarot-Anwendungssysteme, einschließlich Annäherungssensoren und Objektzählern.

2. Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F):100 mA
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):1,0 A (Pulsbreite ≤ 100μs, Tastverhältnis ≤ 1%)
• Sperrspannung (V_R):5 V
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C
• Verlustleistung (P_d):150 mW (bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur)
• Löttemperatur (T_sol):260°C für ≤ 5 Sekunden

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Strahlungsintensität (I_e):
  • 7,8 mW/sr (Min) / 15 mW/sr (Typ) bei I_F= 20mA (DC).
  • 50 mW/sr (Typ) bei I_F= 100mA (gepulst).
  • 300 mW/sr (Typ) bei I_F= 1A (gepulst).
• Spitzenwellenlänge (λ_p):850 nm (Typisch) bei I_F= 20mA.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):45 nm (Typisch) bei I_F= 20mA.
• Durchlassspannung (V_F):
  • 1,45V (Min) / 1,65V (Typ) / 1,65V (Max) bei I_F= 20mA.
  • 1,80V (Typ) / 2,40V (Max) bei I_F= 100mA (gepulst).
  • 4,10V (Typ) / 5,25V (Max) bei I_F= 1A (gepulst).
• Sperrstrom (I_R):10 μA (Max) bei V_R= 5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):30 Grad (Typisch) bei I_F= 20mA.

Messtoleranzen:Durchlassspannung ±0,1V, Strahlungsintensität ±10%, Spitzenwellenlänge ±1,0nm.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die entscheidend für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter verschiedenen Betriebsbedingungen sind.

3.1 Thermische und Stromabhängigkeiten

Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb.1):Diese Kurve zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms bei steigender Umgebungstemperatur. Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten und innerhalb des Verlustleistungslimits zu bleiben, muss der Treiberstrom bei höheren Temperaturen reduziert werden.

Spitzenemissionswellenlänge vs. Umgebungstemperatur (Abb.3):Die Spitzenwellenlänge einer LED hat einen Temperaturkoeffizienten und verschiebt sich typischerweise leicht mit der Temperatur. Diese Kurve quantifiziert diese Verschiebung für die HIR234C, was für Anwendungen wichtig ist, bei denen eine präzise spektrale Anpassung kritisch ist.

Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb.4):Dies ist die grundlegende I-V-Kennlinie der Diode. Sie zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung. Die Kurve hilft bei der Auslegung der strombegrenzenden Schaltung und beim Verständnis des Spannungsabfalls über der LED unter verschiedenen Ansteuerbedingungen.

3.2 Optische Ausgangseigenschaften

Spektrale Verteilung (Abb.2):Dieses Diagramm stellt die relative Strahlungsintensität über der Wellenlänge dar. Es bestätigt visuell das 850nm-Maximum und die etwa 45nm spektrale Bandbreite und zeigt den Bereich der emittierten Wellenlängen.

Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom (Abb.5):Diese Kurve zeigt die Beziehung zwischen der optischen Ausgangsleistung (in mW/sr) und dem elektrischen Eingangsstrom. Sie ist im mittleren Bereich im Allgemeinen linear, kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer und Effizienzeffekte sättigen.

Relative Strahlungsintensität vs. Winkelabweichung (Abb.6):Dieses Polardiagramm definiert das Abstrahlverhalten der LED. Es zeigt, wie die Intensität abnimmt, wenn man sich von der Mittelachse (0°) entfernt, und definiert letztendlich den 30-Grad-Abstrahlwinkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt.

Strahlungsintensität vs. Umgebungstemperatur (Abb.7):Die optische Ausgangsleistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve quantifiziert die typische Verringerung der Strahlungsintensität mit steigender Umgebungs- (und folglich Sperrschicht-) Temperatur, was für die Auslegung von Systemen, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten, entscheidend ist.

Relative Durchlassspannung vs. Umgebungstemperatur (Abb.8):Die Durchlassspannung einer Diode hat einen negativen Temperaturkoeffizienten. Diese Kurve zeigt, wie V_Ftypischerweise mit steigender Temperatur abnimmt, was ein Faktor bei Konstantspannungs-Ansteuerungen oder bei der Verwendung der LED als Temperatursensor sein kann.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Bauteilauswahl und Aufbau

• Chip-Material:GaAlAs (Galliumaluminiumarsenid).
• Linse/Farbe:Wasserklarer Kunststoff.

4.2 Gehäuseabmessungen (T-1, 3mm)

Das Bauteil entspricht den Standardabmessungen des runden T-1 (3mm) LED-Gehäuses. Wichtige mechanische Hinweise aus dem Datenblatt sind:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern (mm).
• Standardmaßtoleranzen betragen ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.
• Die Zeichnung zeigt typischerweise den Gehäusedurchmesser (3,0mm), den Anschlussabstand (2,54mm) und die Gesamtabmessungen einschließlich der Linsenform und der Anschlussdrahtlänge/-durchmesser.

Polaritätskennzeichnung:Die Kathode ist typischerweise durch eine flache Stelle am Kunststofflinsenrand und/oder einen kürzeren Anschlussdraht gekennzeichnet. Zur eindeutigen Identifizierung immer auf die Gehäusezeichnung verweisen.

5. Richtlinien für Lötung und Montage

• Handlötung:Verwenden Sie eine temperaturgeregelte Lötspitze. Begrenzen Sie die Lötzeit pro Anschluss auf maximal 3 Sekunden bei einer Temperatur von nicht mehr als 350°C.
• Wellenlötung:Kann verwendet werden, jedoch sollten Vorwärm- und Belichtungszeit kontrolliert werden, um die thermische Belastung des Kunststoffgehäuses zu minimieren.
• Reflow-Lötung:Das Bauteil kann gemäß den absoluten Maximalwerten eine maximale Löttemperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden aushalten. Dies ist mit standardmäßigen bleifreien (Pb-freien) Reflow-Profilen (z.B. IPC/JEDEC J-STD-020) kompatibel.
• Allgemeine Vorsichtsmaßnahmen:
  • Vermeiden Sie mechanische Belastung der Anschlussdrähte oder der Linse während der Handhabung.
  • Überschreiten Sie nicht den angegebenen Lagertemperaturbereich.
  • Treffen Sie geeignete ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) während der Handhabung und Montage.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Verpackungsspezifikation

• Standardverpackung: 200 bis 1000 Stück pro Beutel.
• 5 Beutel werden in 1 Karton gepackt.
• 10 Kartons werden in 1 Versandkarton gepackt.

6.2 Etiketteninformationen

Das Produktetikett enthält wichtige Kennungen für Rückverfolgbarkeit und Verifizierung:

• CPN:Kundenteilenummer
• P/N:Produktionsnummer (HIR234C)
• QTY:Menge in der Verpackung
• CAT:Ränge/Kategorien (z.B. Helligkeits-Bin)
• HUE:Spitzenwellenlängen-Information
• REF:Referenz
• LOT No:Herstellungslosnummer für Rückverfolgbarkeit

7. Anwendungsspezifische Designaspekte

7.1 Ansteuerung der LED

Konstantstrom-Ansteuerung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Für eine stabile und vorhersehbare optische Ausgangsleistung verwenden Sie eine Konstantstromquelle oder einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit einer Spannungsquelle. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein konservatives Design immer den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt.

Gepulster Betrieb:Für Anwendungen, die eine sehr hohe momentane Intensität erfordern (wie Fernbedienungen mit großer Reichweite), kann die LED mit kurzen, hochstromstarken Impulsen (bis zu 1A) angesteuert werden, wie spezifiziert. Dies muss unter strikter Einhaltung der Impulsbreiten- (≤100μs) und Tastverhältnisgrenzen (≤1%) erfolgen, um Überhitzung zu verhindern.

7.2 Optisches Design

Linsenauswahl:Die wasserklare Linse emittiert einen 30-Grad-Strahl. Für schmalere oder anders geformte Strahlen können Sekundäroptiken (Kunststofflinsen, Reflektoren) verwendet werden.

Empfängerabgleich:Die 850nm Spitzenwellenlänge wird optimal von siliziumbasierten Sensoren erfasst. Stellen Sie sicher, dass der ausgewählte Fototransistor, die Fotodiode oder das IR-Empfängermodul eine maximale Empfindlichkeit im Bereich von 800-900nm aufweist.

Störfestigkeit gegen Umgebungslicht:In Umgebungen mit starkem Umgebungslicht (insbesondere Sonnenlicht mit IR-Anteil) sollten Sie in Betracht ziehen, das LED-Ansteuersignal mit einer bestimmten Frequenz zu modulieren und einen Empfänger zu verwenden, der auf diese Frequenz abgestimmt ist, um Hintergrundrauschen zu unterdrücken.

8. Technischer Vergleich und Positionierung

Die HIR234C positioniert sich als universelle, hochzuverlässige Infrarot-Emitterdiode im allgegenwärtigen 3mm-Gehäuse.

• Vergleich mit Standard-5mm-IR-LEDs:Das 3mm-Gehäuse bietet einen kleineren Platzbedarf, was bei miniaturisierten Designs vorteilhaft sein kann, während dennoch eine beträchtliche Strahlungsintensität bereitgestellt wird.
• Vergleich mit SMD-IR-LEDs:Das Durchsteck-T-1-Gehäuse wird oft für Prototypen, Handmontage oder Anwendungen bevorzugt, bei denen im Vergleich zu oberflächenmontierbaren Bauteilen eine höhere mechanische Robustheit oder eine einfachere Wärmeableitung über die Anschlussdrähte gewünscht wird.
• Wesentliches Unterscheidungsmerkmal:Die Kombination aushoher gepulster Strahlungsintensität (300 mW/sr)undStandardgehäusemacht sie für Anwendungen geeignet, die starke IR-Lichtimpulse aus einem allgemein verfügbaren Bauformat benötigen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsintensität (mW/sr) und Ausgangsleistung (mW)?

A1: Strahlungsintensität misst die optische Leistung pro Raumwinkel (Steradiant). Sie gibt an, wie konzentriert der Strahl ist. Der gesamte Strahlungsfluss (mW) würde die Integration der Intensität über das gesamte Abstrahlverhalten erfordern. Für eine 30-Grad-LED ist die Gesamtleistung deutlich niedriger als der Spitzenintensitätswert.

F2: Kann ich diese LED dauerhaft mit 100mA betreiben?

A2: Der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 100mA. Ein Dauerbetrieb bei diesem Maximalstrom erzeugt jedoch erhebliche Wärme und erhöht die Sperrschichttemperatur. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es ratsam, mit einem niedrigeren Strom (z.B. 20-50mA) zu arbeiten oder eine ausreichende Wärmeableitung vorzusehen, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen.

F3: Warum ist die Durchlassspannung bei 1A gepulst (5,25V max) so viel höher als bei 20mA DC (1,65V max)?

A3: Dies liegt am Serienwiderstand innerhalb des LED-Chips und des Gehäuses. Bei sehr hohen Strömen wird der Spannungsabfall über diesem Innenwiderstand signifikant, was zu einer höheren Gesamt-V_F führt. Dies ist eine allgemeine Eigenschaft aller LEDs.

F4: Ist eine 850nm-LED sichtbar?

A4: 850nm liegt im nahen Infrarot (NIR)-Spektrum. Sie ist für das menschliche Auge im Allgemeinen unsichtbar. Einige Menschen können jedoch von Hochleistungs-850nm-LEDs ein sehr schwaches dunkelrotes Leuchten wahrnehmen, da das Emissionsspektrum einen kleinen "Ausläufer" in den sichtbaren Rotbereich hat. Für völlig verdeckten Betrieb werden typischerweise 940nm-LEDs verwendet.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Fall: Infrarot-Fernbedienungssender mit großer Reichweite

Ziel:Entwurf einer Fernbedienung, die in einer typischen Wohnzimmerumgebung zuverlässig auf eine Entfernung von 15 Metern funktionieren muss.

Design-Entscheidungen:

1. LED-Auswahl:Die HIR234C wird aufgrund ihrer hohen gepulsten Strahlungsintensität (300 mW/sr typ bei 1A) gewählt.
2. Ansteuerschaltung:Ein einfacher Transistorschalter wird verwendet, um die LED von einer 3V-Batterieversorgung zu impulsieren. Ein Reihenwiderstand wird berechnet, um den Impulsstrom auf etwa 800mA (sicher unter dem 1A-Maximum) zu begrenzen, unter Berücksichtigung des Batteriespannungsabfalls und der LED-V_F bei hohem Strom.
3. Signalmodulation:Die Ansteuerimpulse werden mit einer 38kHz-Trägerfrequenz codiert, einem gängigen Standard für IR-Fernbedienungen.
4. Optik:Eine einfache Kunststoff-Kollimatorlinse wird vor die LED gesetzt, um den Strahl von 30 Grad auf etwa 10 Grad zu verengen und mehr der emittierten Energie auf den entfernten Empfänger zu konzentrieren.

Ergebnis:Die Kombination aus hochintensiver gepulster Ansteuerung und Strahlkollimation stellt sicher, dass ein starkes, detektierbares Signal die IR-Empfängermodule auf die Zielentfernung erreicht, selbst bei moderatem Umgebungs-IR-Rauschen.

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Licht emittierende Diode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie freigesetzt. Im Fall des GaAlAs-Materials der HIR234C entspricht diese Energie Photonen mit einer Wellenlänge von etwa 850 Nanometern, die im infraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums liegt. Die spezifische Wellenlänge wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse fungiert als Linse und formt das emittierte Licht in den spezifizierten Abstrahlwinkel.

12. Technologietrends

Die Infrarot-LED-Technologie entwickelt sich weiter, parallel zur sichtbaren LED-Technologie. Allgemeine Trends, die für Bauteile wie die HIR234C relevant sind, umfassen:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen bei Materialien und epitaktischem Wachstum führen zu einer höheren Wandsteckereffizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt Eingang), was den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert.
• Höhere Modulationsgeschwindigkeit:Die Entwicklung von LEDs mit schnellerem Schalten wird durch Anwendungen in der optischen Datenkommunikation (IrDA, Li-Fi) und fortschrittlicher Sensorik wie Time-of-Flight (ToF) vorangetrieben.
• Miniaturisierung:Während Durchsteckgehäuse beliebt bleiben, gibt es eine starke Marktverschiebung hin zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen (z.B. 0805, 0603, Chip-Scale) für automatisierte Montage und platzbeschränkte Designs.
• Mehrwellenlängen und VCSELs:Für spezialisierte Sensorik (z.B. Gasanalyse, Biometrie) entstehen Mehrwellenlängen-IR-Quellen. Vertikalresonator-Oberflächenemitterlaser (VCSELs) gewinnen aufgrund ihrer präzisen Strahleigenschaften auch in Hochleistungs-3D-Sensor- und strukturierten Lichtanwendungen an Bedeutung.

Die HIR234C stellt eine ausgereifte, zuverlässige und kosteneffektive Lösung in dieser sich entwickelnden Landschaft dar, die perfekt für ihre Zielanwendungen in der Unterhaltungselektronik und industriellen Sensorik geeignet ist.