Technisches Datenblatt für die 5,0mm Infrarot-LED SIR323-5 - 5mm Gehäuse - 1,3V Durchlassspannung - 875nm Wellenlänge - 150mW Verlustleistung

1. Produktübersicht

Die SIR323-5 ist eine hochintensive Infrarot (IR)-Emissionsdiode in einem standardmäßigen T-1 3/4 (5mm) wasserklaren Kunststoffgehäuse. Sie ist für die Emission von Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 875 Nanometern (nm) ausgelegt, die in den nahen Infrarotbereich fällt. Diese Komponente ist für Anwendungen konzipiert, die zuverlässige und leistungsstarke Infrarotlichtquellen erfordern. Ihre spektrale Ausgabe ist speziell auf die Kompatibilität mit gängigen Silizium-Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodulen abgestimmt. Das Gehäuse weist einen Standard-Leiterplattenabstand von 2,54mm für die einfache Integration in Durchsteckmontage (THT) Leiterplattenlayouts auf.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Komponente sind ihre hohe Strahlungsintensität, die eine starke Signalübertragung gewährleistet, und ihre niedrige Durchlassspannung, die zu einem energieeffizienten Betrieb beiträgt. Sie ist aus bleifreien Materialien gefertigt und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), den EU REACH-Verordnungen sowie halogenfreien Standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), was sie für globale Märkte mit strengen Umweltanforderungen geeignet macht. Das Bauteil zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit aus, ein entscheidender Faktor für Konsum- und Industrieelektronik. Die Zielanwendungen liegen hauptsächlich in drahtlosen, berührungslosen Signalübertragungssystemen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt definierten elektrischen, optischen und thermischen Schlüsselparameter.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F): 100 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an die LED angelegt werden kann, ohne Risiko einer Degradation.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP): 1,0 A. Dieser hohe Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einer Pulsbreite ≤ 100μs und einem Tastverhältnis ≤ 1% zulässig. Dies ermöglicht sehr helle, kurze Lichtimpulse, nützlich für Reichweitenübertragung.
• Sperrspannung (V_R): 5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung, die diesen Wert überschreitet, kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Verlustleistung (P_d): 150 mW bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieser Grenze erhöht die Sperrschichttemperatur, verringert die Lebensdauer und die Ausgangsleistung.
• Betriebs- & Lagertemperatur: Das Bauteil kann von -40°C bis +85°C betrieben und von -40°C bis +100°C gelagert werden.
• Löttemperatur: 260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden, was mit standardmäßigen bleifreien Reflow-Lötprofilen kompatibel ist.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen (Ta=25°C) gemessen und definieren die Leistung des Bauteils.

• Strahlungsintensität (I_e): Dies ist die pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) emittierte optische Leistung. Bei einem Durchlassstrom von 20mA beträgt der typische Wert 7,8 mW/sr, mit einem Minimum von 4,0 mW/sr. Unter gepulsten Bedingungen (I_F=100mA, Puls ≤100μs, Tastverhältnis ≤1%) erreicht die typische Strahlungsintensität 40 mW/sr, was seine Fähigkeit für Hochleistungsimpulse zeigt.
• Spitzenwellenlänge (λ_p): 875 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die emittierte optische Leistung maximal ist. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt typischerweise 45 nm und gibt den Bereich der um den Peak emittierten Wellenlängen an.
• Durchlassspannung (V_F): Bei 20mA beträgt die typische Durchlassspannung 1,3V, maximal 1,65V. Unter der 100mA-Pulsbedingung steigt sie auf typisch 1,4V (max. 1,8V). Diese niedrige V_Fist vorteilhaft für Niederspannungsschaltungsentwürfe.
• Sperrstrom (I_R): Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung von 5V, was auf eine gute Sperrschichtisolation hinweist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): 35 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) abfällt. Ein 35-Grad-Winkel bietet einen mäßig fokussierten Strahl, geeignet für gerichtete Anwendungen.

Hinweis zur Messunsicherheit: Das Datenblatt spezifiziert Toleranzen für Schlüsselmessungen: V_F(±0,1V), I_e(±10%) und λ_p(±1,0nm). Diese müssen in präzisen Entwurfsberechnungen berücksichtigt werden.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen.

3.1 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Kurve (Abb.1) zeigt typischerweise die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms mit steigender Umgebungstemperatur. Um das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur und der 150mW Verlustleistungsgrenze zu verhindern, muss der kontinuierliche Durchlassstrom bei Betrieb über 25°C reduziert werden. Entwickler müssen dieses Diagramm für Hochtemperaturanwendungen konsultieren.

3.2 Spektrale Verteilung

Das Spektralverteilungsdiagramm (Abb.2) stellt die relative Intensität über der Wellenlänge dar. Es bestätigt visuell die Spitzenwellenlänge bei 875nm und die ungefähre 45nm spektrale Bandbreite. Diese Kurve ist wesentlich, um die Kompatibilität mit der spektralen Empfindlichkeit des vorgesehenen Empfängers (Fototransistor, Fotodiode oder IC) sicherzustellen.

3.3 Relative Intensität in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Dieses Diagramm (Abb.3) zeigt die Beziehung zwischen dem Treiberstrom und der Lichtausgabe. Für LEDs ist die optische Ausgabe im normalen Betriebsbereich im Allgemeinen proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte und anderer Nichtlinearitäten sinken. Die Kurve hilft Entwicklern, den geeigneten Treiberstrom für die gewünschte Strahlungsintensität auszuwählen.

3.4 Relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Winkel

Dieses Polardiagramm (Abb.4) bildet das Abstrahlmuster der LED ab. Es zeigt, wie die Intensität abnimmt, wenn sich der Beobachtungswinkel von der Mittelachse (0°) entfernt. Der 35-Grad-Abstrahlwinkel (bei dem die Intensität 50% des Spitzenwerts beträgt) wird aus dieser Kurve abgeleitet. Diese Information ist entscheidend für den Entwurf optischer Systeme, um Strahlabdeckung und Ausrichtungstoleranzen zu bestimmen.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges 5mm (T-1 3/4) rundes LED-Gehäuse. Die detaillierte mechanische Zeichnung im Datenblatt liefert alle kritischen Abmessungen, einschließlich Gehäusedurchmesser, Linsenform, Anschlussdrahtlänge und -abstand. Der Anschlussdrahtabstand beträgt 2,54mm (0,1 Zoll), der Standard für Durchsteckbauteile. Alle Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Das Linsenmaterial ist wasserklarer Kunststoff, optimiert für Infrarotübertragung mit minimaler Absorption.

4.2 Polungskennzeichnung

Bei Durchsteck-LEDs wird die Polung typischerweise durch zwei Merkmale angezeigt: Anschlussdrahtlänge und interne Struktur. Der längere Anschlussdraht ist die Anode (Pluspol), der kürzere die Kathode (Minuspol). Zusätzlich haben viele Gehäuse eine abgeflachte Stelle am Rand der Linsenbasis in der Nähe des Kathodenanschlussdrahts. Überprüfen Sie die Polung vor dem Löten immer, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

5. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für Wellen- oder Handlötung ausgelegt. Der Schlüsselparameter ist die maximale Löttemperatur von 260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden. Dies entspricht den IPC/JEDEC J-STD-020 Standards für bleifreie Reflow-Profile. Längere Exposition gegenüber hoher Temperatur kann das Kunststoffgehäuse und die internen Bonddrähte beschädigen. Verwenden Sie beim Handlöten eine temperaturgeregelte Lötspitze und minimieren Sie die Kontaktzeit. Stellen Sie sicher, dass das Bauteil gemäß dem Lagertemperaturbereich (-40 bis +100°C) in einer trockenen Umgebung gelagert wird, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Prozesses zu "Popcorning" führen kann.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Verpackungsspezifikation

Die Bauteile sind zum Schutz in antistatischen Beuteln verpackt. Die Standardpackungsmenge beträgt 200 bis 500 Stück pro Beutel. Fünf Beutel werden dann in eine Box gelegt. Schließlich werden zehn Boxen in einen Versandkarton gepackt.

6.2 Etikettenspezifikation

Das Verpackungsetikett enthält mehrere Schlüsselidentifikatoren:

• CPN: Kundeneigene Produktionsnummer (kundenspezifische Artikelnummer).
• P/N: Produktionsnummer (die Artikelnummer des Herstellers, z.B. SIR323-5).
• QTY: Packungsmenge.
• CAT: Ränge (können Leistungsklassen anzeigen).
• HUE: Spitzenwellenlänge (z.B. 875nm).
• REF: Referenz.
• LOT No: Losnummer für die Rückverfolgbarkeit.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarot-Fernbedienungen: Die hohe Strahlungsintensität, insbesondere im Pulsbetrieb (typ. 40 mW/sr), macht sie ideal für Fernbedienungen mit großer Reichweite für Fernseher, Audiosysteme und andere Unterhaltungselektronik.
• Freistrahl-Übertragungssysteme: Verwendung in drahtlosen Kurzstrecken-Datenverbindungen, Einbruchsalarmen und Objekterkennungssystemen, bei denen ein IR-Strahl durch die Luft zu einem Empfänger übertragen wird.
• Rauchmelder: Oft in optischen (photoelektrischen) Rauchmeldern eingesetzt. Ein IR-LED-Strahl wird von Rauchpartikeln auf eine Fotodiode gestreut und löst den Alarm aus.
• Allgemeine Infrarot-Anwendungssysteme: Dazu gehören Industrieautomatisierung (Objekterfassung, Positionserfassung), Touchscreens und optische Encoder.

7.2 Designüberlegungen und Schaltungsschutz

• Strombegrenzung: Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Verwenden Sie immer einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand (oder eine Konstantstromquelle), um das Überschreiten des maximalen Dauer-Durchlassstroms (100mA) zu verhindern. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.
• Pulsbetrieb: Für Hochleistungsimpulse muss die Treiberschaltung den 1A-Spitzenstrom liefern können, wobei strikt die Grenzen für Pulsbreite (≤100μs) und Tastverhältnis (≤1%) eingehalten werden müssen. Ein einfacher Mikrocontroller-GPIO-Pin kann diesen hohen Strom oft nicht direkt liefern und erfordert möglicherweise einen Transistorschalter (z.B. MOSFET).
• Sperrspannungsschutz: Obwohl das Bauteil bis zu 5V in Sperrrichtung tolerieren kann, ist es gute Praxis, Sperrspannung zu vermeiden. In AC-gekoppelten Schaltungen oder wo Sperrspannung möglich ist, sollte der Einbau einer Schutzdiode parallel zur LED (Kathode an Anode) in Betracht gezogen werden.
• Wärmemanagement: Obwohl das Gehäuse klein ist, wird die Verlustleistung bei höheren Strömen und Umgebungstemperaturen wichtig. Sorgen Sie für ausreichende Belüftung und berücksichtigen Sie die Reduktionskurve bei Betrieb über 25°C.
• Optischer Entwurf: Berücksichtigen Sie den 35-Grad-Abstrahlwinkel. Für fokussierte Strahlen können externe Linsen oder Reflektoren erforderlich sein. Für großflächige Ausleuchtung kann der native Winkel ausreichend sein. Stellen Sie sicher, dass der Empfänger spektral auf die 875nm-Spitze abgestimmt ist.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die SIR323-5 differenziert sich im Markt für 5mm IR-LEDs durch eine Kombination von Schlüsselparametern. Im Vergleich zu generischen 5mm IR-LEDs bietet sie eine höhere typische Strahlungsintensität (7,8 mW/sr @20mA gegenüber oft 5-6 mW/sr), was größere Reichweite oder geringeren Stromverbrauch bei gleicher Signalstärke ermöglicht. Ihre niedrige Durchlassspannung (typ. 1,3V) ist vorteilhaft für batteriebetriebene Geräte. Die 875nm Wellenlänge ist ein gängiger Standard und gewährleistet breite Kompatibilität mit siliziumbasierten Empfängern. Ihre Konformität mit modernen Umweltstandards (RoHS, REACH, halogenfrei) ist eine zwingende Voraussetzung für die meisten zeitgenössischen Elektronikfertigungen, was bei älteren oder kostengünstigeren Alternativen möglicherweise nicht der Fall ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsintensität und Lichtstärke?

Strahlungsintensität (I_e, gemessen in mW/sr) ist die optischeLeistung, die pro Raumwinkel emittiert wird, relevant für alle Wellenlängen. Lichtstärke (gemessen in Candela, cd) wird durch die Empfindlichkeit des menschlichen Auges (photopische Kurve) gewichtet und ist nur für sichtbares Licht aussagekräftig. Da es sich hier um eine Infrarot-LED handelt, ist die Strahlungsintensität die korrekte und spezifizierte Metrik.

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

Sie solltennichtdirekt anschließen. Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin hat eine Stromquellenbegrenzung (oft 20-40mA) und kann den potenziellen Strombedarf der LED oder den 1A-Puls nicht bewältigen. Wichtiger ist, dass Sie einen Reihenwiderstand zur Strombegrenzung benötigen. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung für I_F=20mA und V_F=1,3V: R = (5V - 1,3V) / 0,02A = 185 Ohm (verwenden Sie einen Standard-180- oder 220-Ohm-Widerstand). Der GPIO-Pin würde dann die Basis/das Gate eines Transistors ansteuern, der den LED-Strom schaltet.

9.3 Warum ist der Spitzen-Durchlassstrom (1A) so viel höher als der Dauerstrom (100mA)?

Dies liegt an thermischen Grenzen. Der 1A-Impuls ist so kurz (≤100μs) und selten (Tastverhältnis ≤1%), dass die Halbleitersperrschicht keine Zeit hat, sich signifikant zu erwärmen. Die 100mA-Dauerstromangabe berücksichtigt die im stationären Zustand erzeugte Wärme, die das Gehäuse an die Umgebung abführen muss, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

9.4 Wie wähle ich einen passenden Empfänger für diese LED aus?

Suchen Sie nach einem Fototransistor, einer Fotodiode oder einem IR-Empfängermodul, dessen spektrale Spitzenempfindlichkeit bei etwa 875nm liegt. Die meisten siliziumbasierten Detektoren haben ihre Spitzenempfindlichkeit zwischen 800nm und 950nm, was sie zu einer guten Wahl macht. Überprüfen Sie immer die spektrale Empfindlichkeitskurve im Datenblatt des Empfängers.

10. Praktischer Entwurf und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf einer IR-Fernbedienung mit großer Reichweite
Ziel: Übertragung eines zuverlässigen Signals bis zu 15 Metern in einem typischen Wohnzimmer.
Design-Entscheidungen:

1. Ansteuerungsmodus: Verwenden Sie Pulsbetrieb bei I_FP= 1A, um die Strahlungsintensität (typ. 40 mW/sr) für maximale Reichweite zu nutzen.
2. Schaltung: Ein Mikrocontroller erzeugt den codierten Impulszug. Ein GPIO-Pin steuert einen N-Kanal-MOSFET. Die LED und ein kleiner Strommesswiderstand sind in Reihe zwischen die Versorgung (z.B. 2xAA-Batterien ~3V) und den MOSFET-Drain geschaltet. Der Widerstandswert ist klein, nur um den Spitzenstrom einzustellen: R = (V_Batterie- V_{F_puls}- V_{DS_ein}) / 1A. Ein Gate-Widerstand wird für den MOSFET verwendet.
3. Impulstiming: Stellen Sie sicher, dass jeder High-Impuls im Fernbedienungscode (z.B. NEC-Protokoll) eine Breite von ≤100μs hat. Das Tastverhältnis über den gesamten Sendeburst muss ≤1% betragen. Dies ist für kurze Fernbedienungscodes normalerweise leicht erfüllbar.
4. Optik: Der native 35-Grad-Strahl kann ausreichend sein. Für bessere Richtwirkung und Reichweite könnte eine einfache Kunststoff-Kollimatorlinse vor der LED angebracht werden.

Dieser Ansatz nutzt die Hauptstärken der SIR323-5: hohe gepulste Ausgangsleistung und niedrige Durchlassspannung, was eine leistungsstarke Fernbedienung mit einer kleinen Batterieversorgung ermöglicht.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird (Anode positiv gegenüber Kathode), werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einer Standard-Siliziumdiode wird diese Energie hauptsächlich als Wärme freigesetzt. In Materialien wie Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs), die in dieser LED verwendet werden, wird ein signifikanter Teil dieser Rekombinationsenergie als Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge des emittierten Lichts (hier 875nm) wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses eingestellt wird. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse fungiert als Linse und formt das emittierte Licht in das charakteristische Strahlprofil.

12. Technologietrends und Entwicklungen

Die Infrarot-LED-Technologie entwickelt sich ständig weiter. Während das grundlegende 5mm-Durchsteckgehäuse für Alt-Designs und Hobbyanwendungen beliebt bleibt, geht der Branchentrend stark in Richtung oberflächenmontierter (SMD) Gehäuse (z.B. 0805, 1206 oder Chip-Scale-Packages). SMDs bieten kleinere Abmessungen, bessere Eignung für automatisierte Bestückung und oft verbesserte thermische Leistung. Es gibt auch laufende Entwicklungen bei Materialien, um höhere Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt), verschiedene Spitzenwellenlängen für spezifische Sensoranwendungen (z.B. 940nm für verdeckten Betrieb, 850nm für Überwachungskameras mit IR-Beleuchtung) und die Integration der LED mit Treiberschaltungen oder sogar dem Empfänger in einem einzigen Modul zu erreichen. Das grundlegende Funktionsprinzip und die für die SIR323-5 beschriebenen Schlüsselparameter bleiben jedoch der Grundstein für das Verständnis und die Spezifikation jeder IR-LED.