5mm Infrarot-LED HIR7393C Datenblatt - 5,0mm Durchmesser - 1,45V Durchlassspannung - 850nm Wellenlänge - 150mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das Bauteil ist eine hochintensive Infrarot-Emissionsdiode (IRED) in einem standardmäßigen T-1 3/4 (5,0mm) Gehäuse mit einer wasserklaren Kunststofflinse. Sie ist für die Lichtemission bei einer Spitzenwellenlänge von 850nm ausgelegt, wodurch sie spektral auf gängige Silizium-Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodule abgestimmt ist, um einen zuverlässigen Betrieb in Sensor- und Kommunikationssystemen zu gewährleisten.

1.1 Hauptmerkmale und Kernvorteile

• Hohe Strahlungsintensität:Liefert eine typische Strahlungsintensität von 15 mW/sr bei einem Durchlassstrom von 20mA, was eine starke Signalübertragung ermöglicht.
• Niedrige Durchlassspannung:Besitzt eine typische Durchlassspannung (V_F) von 1,45V bei 20mA, was zu einem geringeren Stromverbrauch in Schaltungen beiträgt.
• Hohe Zuverlässigkeit:Konstruiert mit robusten Materialien und Prozessen, die für industrielle Anwendungen geeignet sind.
• Bleifrei & RoHS-konform:Hergestellt, um Umweltvorschriften zu erfüllen.
• Standard-Anschlussabstand:2,54mm (0,1 Zoll) Pinabstand für Kompatibilität mit Standard-Steckplatinen und Leiterplatten.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese Infrarot-LED richtet sich primär an Entwickler und Ingenieure, die an elektronischen Systemen arbeiten, die nicht sichtbare Lichtquellen benötigen. Ihre Hauptanwendung liegt inInfrarot-Anwendungssystemen, was im Wesentlichen umfasst:

• Objekterkennung und Annäherungssensorik
• Infrarot-Datenübertragung (z.B. Fernbedienungen, Kurzstreckenkommunikation)
• Optische Encoder und Positionssensorik
• Sperrsysteme und Sicherheitssensoren
• Industrieautomatisierung und Beleuchtung für Maschinelles Sehen

2. Detaillierte 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 freier Lufttemperatur)
• Löttemperatur (T_sol):260°C für ≤5 Sekunden

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (Ta=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Strahlungsintensität (I_e):Min. 7,8, Typ. 15 mW/sr @ I_F=20mA. Kann unter Pulsbedingungen ~50 mW/sr @ I_F=100mA erreichen.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):850 nm (Typisch) @ I_F=20mA. Dies liegt nahe der Spitzenempfindlichkeit von Siliziumdetektoren.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):45 nm (Typisch) @ I_F=20mA. Definiert die spektrale Breite bei halber Maximalintensität.
• Durchlassspannung (V_F):Typ. 1,45V, Max. 1,65V @ I_F=20mA. Typ. 1,80V, Max. 2,40V @ I_F=100mA (gepulst).
• Sperrstrom (I_R):Max. 10 μA @ V_R=5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):45 Grad (Typisch) @ I_F=20mA. Dies ist der volle Winkel bei halber Intensität.

2.3 Thermische Eigenschaften

Die Verlustleistungsangabe von 150mW gilt bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur. Mit steigender Umgebungstemperatur verringert sich die maximal zulässige Verlustleistung. Entwickler müssen auf die Entlastungskennlinie (im Datenblatt impliziert) zurückgreifen, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur sichere Grenzwerte nicht überschreitet, was für die Langzeitzuverlässigkeit entscheidend ist. Der Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C macht sie für raue Umgebungen geeignet.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die HIR7393C ist in verschiedenen Leistungsklassen oder "Bins" erhältlich, basierend auf der bei I_F= 20mA gemessenen Strahlungsintensität. Dies ermöglicht die Auswahl eines Bauteils, das spezifische Helligkeitsanforderungen erfüllt.

Strahlungsintensitäts-Binning (Einheit: mW/sr):

• Bin M:Min 7,8, Max 12,5
• Bin N:Min 11,0, Max 17,6
• Bin P:Min 15,0, Max 24,0
• Bin Q:Min 21,0, Max 34,0

Die Auswahl einer höheren Bin-Klasse (z.B. Q) gewährleistet eine höhere minimale Strahlungsintensität, was für die Maximierung des Signal-Rausch-Verhältnisses in Sensoranwendungen oder die Erhöhung der Reichweite der IR-Übertragung wichtig sein kann.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Die Entlastungskennlinie zeigt die Beziehung zwischen dem maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom und der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur muss der maximale Strom reduziert werden, um Überhitzung zu verhindern und sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen bleibt. Diese Kurve ist für das Design zuverlässiger Schaltungen, insbesondere in Hochtemperaturumgebungen, unerlässlich.

4.2 Spektrale Verteilung

Die Spektralverteilungskurve stellt die relative Strahlungsintensität über der Wellenlänge dar. Sie bestätigt die Spitzenemission bei 850nm und die ungefähre spektrale Bandbreite von 45nm. Die Kurve ist relativ symmetrisch und auf 850nm zentriert, was ideal für die Abstimmung auf siliziumbasierte Detektoren ist, deren Spitzenempfindlichkeit bei etwa 800-900nm liegt.

4.3 Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Strahlungsintensität mit dem Durchlassstrom zunimmt, die Beziehung jedoch nicht perfekt linear ist, insbesondere bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmung und Effizienzabfall. Der Betrieb im Pulsbetrieb (wie für den 100mA-Test spezifiziert) ermöglicht eine höhere Spitzenintensität ohne die mit Dauerbetrieb verbundene Wärmeentwicklung.

4.4 Relative Strahlungsintensität vs. Winkelabweichung

Dieses Polardiagramm veranschaulicht das räumliche Abstrahlmuster der LED. Der 45-Grad-Abstrahlwinkel (volle Breite bei halbem Maximum) zeigt einen mäßig breiten Strahl. Die Intensität ist bei 0 Grad (auf der Achse) am höchsten und nimmt zu den Rändern hin gleichmäßig ab. Dieses Muster ist wichtig für das Design optischer Systeme, um eine ausreichende Abdeckung oder Fokussierung sicherzustellen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges T-1 3/4 (5,0mm Durchmesser) Rundgehäuse. Wichtige Abmessungen sind:

• Gesamtdurchmesser: 5,0mm.
• Anschlussabstand: 2,54mm (Standard).
• Anschlussdurchmesser: Typisch 0,45mm.
• Gehäusehöhe: Ungefähr 8,6mm von der Auflageebene bis zur Kuppelspitze.
• Toleranzen: ±0,25mm, sofern in der detaillierten Zeichnung nicht anders angegeben.

Für kritische Platzierung und Footprint-Design auf einer Leiterplatte sollte die genaue mechanische Zeichnung konsultiert werden.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die LED hat eine Abflachung oder Kerbe am Rand der Kunststofflinse, die typischerweise die Kathodenseite (negativ) anzeigt. Der Kathodenanschluss ist normalerweise auch der kürzere Anschluss, obwohl dieser während der Montage gekürzt werden kann. Überprüfen Sie die Polarität immer vor dem Löten, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

6. Richtlinien für Löten und Montage

6.1 Anschlussbeinformung

• Biegen Sie die Anschlüsse an einer Stelle mindestens 3mm von der Basis des Epoxid-Gehäuses entfernt.
• Führen Sie die Anschlussbeinformungvor soldering.
• dem Löten durch. Vermeiden Sie während des Biegens Belastung auf das LED-Gehäuse.
• Schneiden Sie die Anschlüsse bei Raumtemperatur.
• Stellen Sie sicher, dass die Leiterplattenlöcher perfekt mit den LED-Anschlüssen ausgerichtet sind, um Montagespannung zu vermeiden.

6.2 Lagerung

• Empfohlene Lagerung: ≤30°C und ≤70% relative Luftfeuchtigkeit (RLF).
• Haltbarkeit unter diesen Bedingungen: 3 Monate ab Versand.
• Für längere Lagerung (bis zu 1 Jahr): Verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Stickstoffatmosphäre und Feuchtigkeitsabsorber.
• Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel in feuchten Umgebungen, um Kondensation zu verhindern.

6.3 Lötprozess

Allgemeine Regel:Halten Sie einen Mindestabstand von 3mm von der Lötstelle zum Epoxid-Gehäuse ein.

Handlöten:

• Lötspitzentemperatur: Max. 300°C (für max. 30W Lötkolben).
• Lötzeit pro Anschluss: Max. 3 Sekunden.

Tauch-/Wellenlöten:

• Vorwärmtemperatur: Max. 100°C (für max. 60 Sekunden).
• Lötbad-Temperatur: Max. 260°C.
• Verweilzeit im Lot: Max. 5 Sekunden.

Kritische Hinweise:

• Vermeiden Sie Belastung der Anschlüsse während Hochtemperaturphasen.
• Führen Sie Tauch-/Handlöten nicht mehr als einmal durch.
• Schützen Sie die LED vor mechanischem Stoß/Vibration, bis sie nach dem Löten auf Raumtemperatur abgekühlt ist.
• Vermeiden Sie schnelle Abkühlprozesse.
• Verwenden Sie die niedrigstmögliche Temperatur, die eine zuverlässige Lötstelle gewährleistet.

6.4 Reinigung

• Reinigen Sie bei Bedarf nur mit Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für ≤1 Minute.
• Vor Gebrauch bei Raumtemperatur trocknen lassen.
• Vermeiden Sie Ultraschallreinigung, es sei denn, sie ist unbedingt erforderlich und vorqualifiziert, da sie mechanische Schäden verursachen kann.

6.5 Wärmemanagement

Wärmemanagement muss bereits in der Schaltungsentwurfsphase berücksichtigt werden. Der Strom muss entsprechend der Umgebungstemperatur entlastet werden, wie in der Entlastungskennlinie gezeigt. Eine ausreichende Leiterplatten-Kupferfläche (Wärmeableitung) um die LED-Anschlüsse kann helfen, Wärme abzuführen. Für Hochstrom- oder Pulsbetrieb mit hohem Tastverhältnis können zusätzliche Kühlmaßnahmen erforderlich sein.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

• Primärpackung:500 Stück pro antistatischem Beutel.
• Innenkarton:5 Beutel (2500 Stück) pro Innenkarton.
• Außenkarton:10 Innenkartons (25.000 Stück) pro Außenkarton.

7.2 Etiketteninformationen

Das Produktetikett enthält mehrere wichtige Kennzeichnungen:

• CPN:Kundenspezifische Artikelnummer.
• P/N:Hersteller-Artikelnummer (z.B. HIR7393C).
• QTQ:Packmenge im Beutel.
• CAT:Strahlungsintensitätsklasse (Bin-Code, z.B. M, N, P, Q).
• HUE:Dominante Wellenlängenklasse.
• REF:Durchlassspannungsklasse.
• LOT No:Herstellungslosnummer für Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Schaltung ist eine einfache Reihenschaltung mit einem Vorwiderstand. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Zum Beispiel, mit einer 5V Versorgung, V_F=1,45V, und gewünschtem I_F=20mA: R = (5 - 1,45) / 0,02 = 177,5Ω. Ein Standard-180Ω-Widerstand wäre geeignet. Für gepulsten Betrieb für höhere Intensität ist ein durch einen Mikrocontroller gesteuerter Transistor- oder MOSFET-Schalter typisch.

8.2 Designüberlegungen

• Stromtreiber:Betreiben Sie LEDs immer mit einer Konstantstromquelle oder einer strombegrenzten Spannungsquelle, um thermisches Durchgehen zu verhindern.
• Sperrspannungsschutz:Die maximale Sperrspannung beträgt nur 5V. In Schaltungen, in denen Sperrspannung möglich ist (z.B. AC-Kopplung, induktive Lasten), sollte eine Schutzdiode parallel zur LED (Kathode zu Anode) eingebaut werden.
• Optisches Design:Berücksichtigen Sie den 45-Grad-Abstrahlwinkel beim Design von Linsen, Reflektoren oder Blenden für Ihr System. Die wasserklare Linse ist für die Verwendung mit externen optischen Elementen geeignet.
• Detektorabstimmung:Stellen Sie sicher, dass der gekoppelte Fotodetektor (Fototransistor, Fotodiode, Empfänger-IC) im 850nm-Bereich empfindlich ist, um optimale Leistung zu erzielen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-sichtbaren LEDs oder anderen Infrarot-LEDs bietet die HIR7393C spezifische Vorteile:

• vs. Sichtbare LEDs:Emittiert im nahen Infrarotspektrum, für das menschliche Auge unsichtbar, was sie ideal für unauffällige Sensorik und Kommunikation macht.
• vs. 940nm IR-LEDs:850nm-Licht wird von Standard-Siliziumdetektoren (die bei etwa 800-900nm empfindlicher sind) leichter erkannt und ist mit einigen Digitalkameras oft als schwaches rotes Leuchten sichtbar, was die Ausrichtung beim Prototyping erleichtert.
• vs. Niedrigleistungs-IR-LEDs:Ihre höheren Strahlungsintensitäts-Bins (P, Q) bieten eine stärkere Ausgangsleistung, was eine größere Reichweite oder bessere Signalintegrität in rauschbehafteten Umgebungen ermöglicht.
• vs. Nicht-Standard-Gehäuse:Das T-1 3/4 Gehäuse ist allgegenwärtig, was die Beschaffung, Prototypenerstellung und den Austausch erleichtert.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Kann ich diese LED direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Das hängt von der Stromquellenfähigkeit des Mikrocontroller-Pins ab. Viele MCU-Pins können 20mA liefern, aber das ist oft die Obergrenze. Es ist im Allgemeinen sicherer und wird empfohlen, einen einfachen Transistor (z.B. NPN wie 2N3904) als Schalter zum Ansteuern der LED zu verwenden, gesteuert vom MCU-Pin.

F2: Warum ist der maximale Pulsstrom (1A) so viel höher als der Dauerstrom (100mA)?

A: Die Wärmeerzeugung ist proportional zum Stromquadrat (I²R). Ein sehr kurzer Puls (≤100μs) mit einem niedrigen Tastverhältnis (≤1%) lässt nicht genug Zeit für eine signifikante Wärmeentwicklung im LED-Chip, was thermische Schäden verhindert. Dauerbetrieb mit hohem Strom würde Überhitzung verursachen.

F3: Was bedeutet "spektral abgestimmt"?

A: Es bedeutet, dass die Spitzenemissionswellenlänge dieser LED (850nm) gut mit der Spitzenspektralempfindlichkeit gängiger siliziumbasierter Fotodetektoren übereinstimmt. Diese Abstimmung maximiert das im Detektor für eine gegebene Menge IR-Licht erzeugte elektrische Signal und verbessert so die Systemeffizienz und das Signal-Rausch-Verhältnis.

F4: Wie wähle ich die richtige Bin-Klasse (M, N, P, Q)?

A: Wählen Sie basierend auf den Empfindlichkeitsanforderungen Ihres Systems. Wenn Sie eine konsistente, hohe Ausgangsleistung benötigen (z.B. für größere Reichweite oder durch dämpfende Materialien), geben Sie Bin P oder Q an. Für kosten-sensitive Anwendungen, bei denen die Mindesthelligkeit weniger kritisch ist, können Bin M oder N ausreichend sein. Konsultieren Sie die Binning-Tabelle für genaue Min-/Max-Werte.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

11.1 Einfacher Objekt-Annäherungssensor

Eine klassische Anwendung ist ein reflektierender Objektsensor. Die HIR7393C wird neben einem Fototransistor platziert. Die LED beleuchtet den Bereich vor dem Sensor. Wenn sich ein Objekt nähert, reflektiert es das IR-Licht zurück zum Fototransistor, wodurch dessen Kollektorstrom ansteigt. Diese Änderung kann durch einen Komparator oder einen Mikrocontroller-ADC erfasst werden, um eine Aktion auszulösen. Der 45-Grad-Strahl der LED bietet für solche Sensorik eine gute Balance zwischen Punktgröße und Intensität.

11.2 Infrarot-Datenverbindung

Für einfache serielle Datenübertragung (wie bei einer TV-Fernbedienung) kann die LED mit hohem Strom (z.B. 100mA-Pulse) gemäß einem modulierten Digitalsignal (z.B. 38kHz Träger) gepulst werden. Die hohe Strahlungsintensität im Pulsbetrieb ermöglicht eine angemessene Reichweite. Auf der Empfangsseite würde ein passendes IR-Empfängermodul (mit eingebautem Demodulator) verwendet, das auf die gleiche Frequenz abgestimmt ist.

12. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IRED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Bei Durchlassvorspannung werden Elektronen aus dem n-Gebiet und Löcher aus dem p-Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einer IRED aus Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) wird diese Energie hauptsächlich als Photonen im Infrarotspektrum (in diesem Fall um 850nm) freigesetzt. Das wasserklare Epoxidgehäuse fungiert als Linse und formt das emittierte Licht in das charakteristische Strahlmuster. Die Effizienz dieses Elektrolumineszenzprozesses bestimmt die Strahlungsintensität für einen gegebenen Treiberstrom.

13. Technologietrends

Während das grundlegende T-1 3/4 Gehäuse und die 850nm-Technologie ausgereift sind, umfassen Trends bei IR-LEDs:

• Höhere Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft zielen darauf ab, mehr optische Leistung (Strahlungsintensität) pro Einheit elektrischer Eingangsleistung zu erzeugen, wodurch Wärmeentwicklung und Energieverbrauch reduziert werden.
• Schmalere Spektren:Einige Anwendungen, wie Gassensorik oder Hochgeschwindigkeitskommunikation, profitieren von LEDs mit sehr spezifischen, schmalen Emissionswellenlängen.
• Integrierte Bauteile:Trends umfassen die Kombination der IR-LED und des Fotodetektors in einem einzigen Gehäuse (Optokoppler-Stil) oder mit Treiberschaltungen für eine einfachere Systemintegration.
• Miniaturisierung:Während 5mm beliebt bleibt, sind oberflächenmontierbare (SMD) Gehäuse für automatisierte Montage und kompakte Designs zunehmend verbreitet.
• Augensicherheit:Erhöhter Fokus darauf, sicherzustellen, dass IR-Emissionen, insbesondere von Hochleistungsgeräten, internationalen Augensicherheitsnormen (IEC 62471) entsprechen.

Die HIR7393C repräsentiert ein zuverlässiges, gut verstandenes Bauteil, das weiterhin als grundlegender Baustein in einer Vielzahl von elektronischen Sensor- und Steuerungssystemen dient.