SIR234 3mm Infrarot-LED Datenblatt - 3,0mm Durchmesser - 1,6V Durchlassspannung - 875nm Wellenlänge - 150mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die SIR234 ist eine hochintensive Infrarot-Emissionsdiode in einem 3mm (T-1) blau-transparenten Kunststoffgehäuse. Sie ist für Anwendungen konzipiert, die eine zuverlässige Infrarot-Emission mit guter spektraler Anpassung an Silizium-Fotodetektoren, Fototransistoren und Infrarot-Empfängermodule erfordern. Das Bauteil zeichnet sich durch eine niedrige Durchlassspannung aus und ist aus bleifreien, RoHS-konformen, halogenfreien Materialien gefertigt, die auch den EU REACH-Vorschriften entsprechen.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Zuverlässigkeit und lange Betriebsdauer.
• Kompakte Bauform mit standardmäßigem 2,54mm Anschlussabstand für einfache Leiterplattenintegration.
• Niedrige Durchlassspannung, die zu einem energieeffizienten Betrieb beiträgt.
• Hervorragende spektrale Anpassung an gängige siliziumbasierte Fotodetektoren, optimiert den Signalempfang.
• Umweltfreundliche Konstruktion (bleifrei, halogenfrei, RoHS, REACH-konform).

1.2 Zielmarkt & Anwendungen

Diese Infrarot-LED eignet sich für eine Vielzahl optoelektronischer Systeme. Hauptanwendungen sind Freistrahl-Übertragungssysteme für Fernbedienungen, optoelektronische Schalter zur Objekterkennung und -zählung, Rauchmelder, verschiedene infrarotbasierte Sensorsysteme sowie die Integration in ältere Speichergeräte wie Diskettenlaufwerke.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Limits, bei deren Überschreitung 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 +85°C
• Löttemperatur (T_sol): 260°C (für ≤ 5 Sekunden)
• Verlustleistung (P_d): 150 mW (bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur)

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Gemessen bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C definieren diese Parameter die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen.

• Strahlungsstärke (E_e):
  • Bei I_F= 20mA: Typisch 9,3 mW/sr (Minimum 5,6 mW/sr).
  • Bei I_F= 100mA (gepulst): Typisch 35 mW/sr.
  • Bei I_F= 1A (gepulst): Typisch 350 mW/sr.
• Spitzenwellenlänge (λ_p): 875 nm (typisch bei I_F=20mA).
• Spektrale Bandbreite (Δλ): 80 nm (typisch bei I_F=20mA).
• Durchlassspannung (V_F):
  • Bei I_F= 20mA: 1,3V (Min), 1,6V (Typ).
  • Bei I_F= 100mA (gepulst): 1,4V (Typ), 1,8V (Max).
  • Bei I_F= 1A (gepulst): 2,6V (Typ), 4,0V (Max).
• Sperrstrom (I_R): ≤ 10 μA bei V_R= 5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): 30 Grad (typisch).

3. Erklärung des Binning-Systems

Die SIR234 ist in verschiedenen Leistungsklassen oder \"Bins\" basierend auf ihrer Strahlungsstärke erhältlich. Dies ermöglicht es Entwicklern, ein Bauteil auszuwählen, das die spezifischen Ausgangsanforderungen ihrer Anwendung erfüllt.

Messbedingung: I_F= 20mA, T_a= 25°C.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Die Derating-Kurve zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, um eine Überschreitung der Verlustleistungsgrenze zu verhindern.

4.2 Spektrale Verteilung

Das Spektralausgangs-Diagramm bestätigt die Spitzenemission bei 875nm mit einer typischen Bandbreite von 80nm und gewährleistet so die Kompatibilität mit Silizium-Fotodetektoren, deren maximale Empfindlichkeit im nahen Infrarotbereich liegt.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Diese Kurve veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung. Die niedrige typische V_Fvon 1,6V bei 20mA deutet auf einen effizienten Betrieb hin, jedoch steigt die Spannung bei hohen gepulsten Strömen (z.B. 1A) deutlich an.

4.4 Relative Strahlungsstärke vs. Winkelabweichung

Diese Darstellung definiert das räumliche Abstrahlmuster und zeigt den 30-Grad-Halbwinkel, bei dem die Intensität auf 50% ihres Spitzenwertes abfällt. Dies ist entscheidend für das Design der optischen Kopplung und Ausrichtung.

4.5 Temperaturabhängigkeit von Wellenlänge und Intensität

Die Kurven zeigen, dass sich die Spitzenwellenlänge leicht verschiebt und die Strahlungsstärke typischerweise abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Dies ist wichtig für das Wärmemanagement in Präzisionsanwendungen.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die SIR234 verwendet ein standardmäßiges T-1 (3mm Durchmesser) Rundgehäuse. Wichtige Abmessungen sind ein Gehäusedurchmesser von 3,0mm, ein typischer Anschlussabstand von 2,54mm (0,1 Zoll) und eine Gesamtlänge. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Die Kathode ist typischerweise durch eine abgeflachte Stelle am Gehäuserand und/oder einen kürzeren Anschluss gekennzeichnet.

6. Löt- & Montagehinweise

• Handlöten: Verwenden Sie eine temperaturgeregelte Lötspitze. Begrenzen Sie die Lötzeit pro Anschluss auf maximal 3 Sekunden bei einer Temperatur von nicht mehr als 350°C.
• Wellen-/Reflow-Löten: Das Bauteil kann gemäß den absoluten Grenzwerten eine Spitzenlöttemperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden aushalten.
• Reinigung: Verwenden Sie geeignete Lösungsmittel, die mit dem blau-transparenten Kunststoff-Epoxid kompatibel sind.
• Lagerbedingungen: Lagern Sie in einer trockenen, antistatischen Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -40°C bis +85°C. Vermeiden Sie übermäßige Feuchtigkeit.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die Einheiten werden typischerweise in Beuteln verpackt: 200 bis 1000 Stück pro Beutel. Fünf Beutel werden in eine Box gepackt und zehn Boxen in einen Masterkarton.

7.2 Etiketteninformationen

Das Produktetikett enthält wichtige Kennungen: Kundenteilenummer (CPN), Herstellertypenbezeichnung (P/N), Packungsmenge (QTY), Leistungsklasse (CAT), Spitzenwellenlänge (HUE) und Losnummer (LOT No).

8. Anwendungsdesign-Vorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Für Dauerbetrieb ist ein einfacher Vorwiderstand in Reihe erforderlich. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_supply- V_F) / I_F. Für gepulsten Betrieb zur Erzielung einer höheren Spitzenintensität muss die Treiberschaltung den erforderlichen Stromimpuls innerhalb der spezifizierten Breiten- und Tastverhältnisgrenzen (≤100μs, ≤1%) liefern können.

8.2 Designüberlegungen

• Stromtreibung: Überschreiten Sie niemals die absoluten Grenzwerte für Dauer- oder Pulsstrom. Verwenden Sie für einen zuverlässigen Betrieb eine stabile Stromquelle oder einen gut berechneten Vorwiderstand.
• Wärmeableitung: Obwohl das Gehäuse klein ist, sollten Sie für Dauerbetrieb bei hohen Strömen oder erhöhten Umgebungstemperaturen Leiterplatten-Layout-Techniken (Wärmesenken-Pads, Kupferflächen) in Betracht ziehen, um die Wärmeableitung zu unterstützen und die Leistung aufrechtzuerhalten.
• Optisches Design: Der 30-Grad-Abstrahlwinkel und die 875nm Wellenlänge sollten mit dem Sichtfeld und der spektralen Empfindlichkeit des Empfangssensors (Fotodiode, Fototransistor oder IR-Empfänger-IC) abgestimmt werden, um ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen.
• VerpolungsschutzEine Sperrspannung über 5V kann die LED beschädigen. Bauen Sie einen Schutz ein, wenn die Versorgungspolarität vertauscht werden könnte.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die SIR234 unterscheidet sich durch die Kombination aus einem standardmäßigen 3mm-Gehäuse, einer relativ hohen Strahlungsstärke (bis zu 24 mW/sr im P-Bin) und einer niedrigen Durchlassspannung. Im Vergleich zu einigen älteren oder generischen IR-LEDs machen ihre garantierten Spezifikationen für gepulsten Betrieb (1A Spitze) und die explizite Konformität mit modernen Umweltstandards (RoHS, halogenfrei, REACH) sie für aktuelle Designanforderungen geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Welchen Zweck hat das blau-transparente Gehäuse?

Der blaue Kunststoff wirkt als Kurzwellen-Passfilter, blockiert sichtbares Licht von außen (was Rauschen im Detektor verursachen könnte) und lässt gleichzeitig das 875nm Infrarotlicht des Chips effizient passieren. Er bietet auch mechanischen und Umweltschutz.

10.2 Kann ich diese LED direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

Nein. Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin kann typischerweise nicht ohne Risiko 20mA kontinuierlich liefern und sicherlich keine 100mA oder 1A Impulse. Sie müssen eine externe Treiberschaltung verwenden, z.B. einen durch den MCU-Pin gesteuerten Transistor (BJT oder MOSFET), um den für die LED erforderlichen höheren Strom zu schalten.

10.3 Wie wähle ich das richtige Bin (L, M, N, P)?

Wählen Sie basierend auf der für Ihr Anwendungs-Link-Budget (Entfernung, Detektorempfindlichkeit) erforderlichen Strahlungsstärke. Für größere Entfernungen oder Detektoren mit geringerer Empfindlichkeit ist ein höheres Bin (N oder P) vorzuziehen. Für Kurzstreckenanwendungen kann ein niedrigeres Bin (L oder M) ausreichend und kostengünstig sein.

10.4 Warum ist die Durchlassspannung bei 1A Puls höher als bei 20mA?

Dies liegt am internen Serienwiderstand des Halbleiterchips und der Bonddrähte. Mit steigendem Strom nimmt der Spannungsabfall über diesen Widerstand (V = I * R) deutlich zu, was zu einer höheren Gesamt-Durchlassspannung führt.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Objekterkennung in einem Getränkeautomaten.Eine SIR234-LED und ein passender Fototransistor werden auf gegenüberliegenden Seiten eines Produktschachts platziert. Die LED wird mit einem 20mA Dauerstrom betrieben (Bin M für konstante Ausgangsleistung gewählt). Wenn kein Objekt vorhanden ist, empfängt der Fototransistor den IR-Strahl und leitet. Wenn ein Produkt durch den Schacht fällt, unterbricht es den Strahl, wodurch sich der Ausgangszustand des Fototransistors ändert. Dieses Signal wird an die Steuerung des Automaten geleitet, um den Produktauswurf zu bestätigen. Der 30-Grad-Strahl gewährleistet eine zuverlässige Erkennung auch bei leichter mechanischer Fehlausrichtung im Laufe der Zeit.

12. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Bei Durchlasspolung (positive Spannung an der Anode relativ zur Kathode) 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 speziellen Bauteil, das aus Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) hergestellt ist, wird diese Energie hauptsächlich als Photonen von Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge von 875 Nanometern freigesetzt, die für das menschliche Auge unsichtbar, aber durch siliziumbasierte Sensoren detektierbar ist.

13. Branchentrends

Der Trend bei Infrarot-Emittern für die Sensorik geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz, geringeren Stromverbrauchs und erhöhter Integration. Dazu gehören Bauteile mit integrierten Treibern, modulierter Ausgangsleistung für Störfestigkeit und Oberflächenmontage-Gehäuse (SMD) für die automatisierte Montage. Während bedrahtete Bauteile wie das 3mm T-1-Gehäuse für Prototypen, Reparaturen und bestimmte Industrieanwendungen nach wie vor wichtig sind, bevorzugen neue Designs zunehmend SMD-Varianten aufgrund ihres kleineren Platzbedarfs und ihrer Eignung für die Serienfertigung. Die Betonung der Umweltkonformität (RoHS, halogenfrei) ist inzwischen eine Standardanforderung in der gesamten Elektronikindustrie.