LTE-3223L-062A IR-Emitter Datenblatt - Gehäuse 5,0mm - Spitzenwellenlänge 940nm - Hochstrom 2A Puls - Klares Gehäuse - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTE-3223L-062A ist eine hochleistungsfähige Infrarot (IR)-Leuchtdiode (LED), die für Anwendungen konzipiert ist, die eine robuste optische Ausgangsleistung und zuverlässigen Betrieb unter anspruchsvollen elektrischen Bedingungen erfordern. Diese Komponente ist darauf ausgelegt, eine hohe Strahlungsintensität bei gleichzeitig niedrigem Durchlassspannungsabfall zu liefern, was sie sowohl für kontinuierliche als auch gepulste Ansteuerung effizient macht. Ihre Hauptfunktion ist die Emission von Infrarotstrahlung mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern, die üblicherweise in Fernbedienungssystemen, Annäherungssensoren, optischen Schaltern und verschiedenen industriellen Sensoranwendungen zum Einsatz kommt. Der Emitter ist in einem klaren, transparenten Gehäuse untergebracht, das den Lichtaustritt maximiert und ein breites Abstrahlverhalten bietet.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die wesentlichen Vorteile dieses IR-Emitters ergeben sich aus seinem für Hochstrombetrieb optimierten Design. Er eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen hohe momentane optische Leistung erforderlich ist, wie z.B. bei IR-Datenübertragung über große Entfernungen oder hochsensiblen Detektionssystemen. Die Fähigkeit, signifikante Pulsströme zu verarbeiten, ermöglicht die Erzeugung sehr heller, kurzzeitiger Lichtimpulse, was das Signal-Rausch-Verhältnis in Sensoranwendungen verbessern kann. Der große Abstrahlwinkel gewährleistet ein breites und gleichmäßiges Strahlungsfeld, was für Flächenausleuchtung oder Sensoren mit weniger strengen Ausrichtungsanforderungen vorteilhaft ist. Das klare Gehäuse eliminiert den Filtereffekt von getöntem Harz, was zu einer höheren Gesamtstrahlungseffizienz führt. Der Zielmarkt umfasst Unterhaltungselektronik (z.B. TV-Fernbedienungen), Industrieautomation (z.B. Objekterkennung, Zählung), Sicherheitssysteme (z.B. Lichtschranken) und Kommunikationsgeräte.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten elektrischen und optischen Parameter und erklärt deren Bedeutung für Schaltungsdesign und Anwendungsleistung.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden an der Komponente auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb, sind aber entscheidend, um die Robustheit des Bauteils während der Montage (z.B. Löten) und unter Fehlerbedingungen zu verstehen.

• Verlustleistung (150 mW):Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Grenzwerts riskiert eine Überhitzung des Halbleiterübergangs, was zu beschleunigtem Leistungsabfall oder katastrophalem Ausfall führen kann. Entwickler müssen sicherstellen, dass das Produkt aus Betriebsdurchlassstrom und -spannung diesen Wert nicht überschreitet, wobei eine Entlastung bei höheren Umgebungstemperaturen zu berücksichtigen ist.
• Spitzen-Durchlassstrom (2 A @ 300pps, 10µs Puls):Dieser Grenzwert unterstreicht die Fähigkeit des Bauteils für intensiven Pulsbetrieb. Es kann sehr hohe Ströme (2 Ampere) für extrem kurze Dauer (10 Mikrosekunden) bei einer moderaten Pulsfolgefrequenz (300 Pulse pro Sekunde) verkraften. Dies ist entscheidend für Anwendungen wie IR-Fernbedienungen, bei denen kurze, hochleistungsstarke Pulse zur Codeübertragung verwendet werden.
• Dauer-Durchlassstrom (100 mA):Der maximale Gleichstrom, der dauerhaft durch die LED fließen kann, ohne die Grenzwerte für Verlustleistung oder Sperrschichttemperatur zu überschreiten. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es ratsam, unterhalb dieses Maximums, typischerweise bei dem empfohlenen Betriebsstrom von 20mA oder 50mA wie in den Kennwerten gezeigt, zu arbeiten.
• Sperrspannung (5 V):IR-LEDs haben, wie die meisten Dioden, eine relativ niedrige Sperrspannungsfestigkeit. Das Anlegen einer Sperrvorspannung größer als 5V kann einen plötzlichen Anstieg des Sperrstroms verursachen und das Bauteil möglicherweise beschädigen. Ein Schaltungsschutz, wie z.B. ein Vorwiderstand oder eine parallel geschaltete Schutzdiode, kann erforderlich sein, wenn die LED Spannungstransienten oder bidirektionalen Signalen ausgesetzt ist.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereiche:Das Bauteil ist für den Betrieb von -40°C bis +85°C ausgelegt, geeignet für industrielle und erweiterte kommerzielle Umgebungen. Der breitere Lagerbereich (-55°C bis +100°C) zeigt die Widerstandsfähigkeit des Bauteils im stromlosen Zustand.
• Lötstellentemperatur der Anschlüsse (260°C für 5 Sekunden):Dies spezifiziert das maximale thermische Profil, das die Anschlüsse während Wellen- oder Reflow-Lötung aushalten können, gemessen 1,6mm vom Gehäusekörper entfernt. Die Einhaltung ist entscheidend, um Schäden an den internen Bonddrähten oder Risse im Gehäuse zu verhindern.

2.2 Elektro-optische Kennwerte

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C) gemessen und definieren die Leistung des Bauteils im Normalbetrieb.

• Strahlungsintensität (I_E):8,0 (Min) bis 15,0 (Typ) mW/sr bei I_F=20mA. Die Strahlungsintensität misst die pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) emittierte optische Leistung. Der typische Wert von 15 mW/sr deutet auf einen leistungsstarken Emitter hin. Der Mindestwert garantiert ein Grundleistungsniveau für Produktionseinheiten.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_Peak):940 nm (Typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. 940nm liegt im nahen Infrarotspektrum, für das menschliche Auge unsichtbar, aber gut durch Silizium-Fotodioden und viele CMOS/CCD-Sensoren detektierbar. Es ist ein gängiger Standard für IR-Systeme.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):50 nm (Typisch). Dieser Parameter, auch Halbwertsbreite (FWHM) genannt, beschreibt die Bandbreite des emittierten Lichts. Ein Wert von 50nm bedeutet, dass die optische Leistung über Wellenlängen von etwa 915nm bis 965nm verteilt ist. Dies ist wichtig bei der Abstimmung mit optischen Filtern auf der Detektorseite.
• Durchlassspannung (V_F):Es werden zwei Werte angegeben: 1,25V (Min) / 1,6V (Typ) bei 50mA und 1,65V (Min) / 2,1V (Typ) bei 250mA. V_Fsteigt mit dem Strom aufgrund des Innenwiderstands der Diode. Die niedrige V_Fist ein Schlüsselmerkmal, das Leistungsverlust und Wärmeentwicklung reduziert, besonders vorteilhaft in batteriebetriebenen oder hochstromfähigen Anwendungen.
• Sperrstrom (I_R):100 µA (Max) bei V_R=5V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die Diode mit ihrer maximalen Nennspannung in Sperrrichtung vorgespannt ist. Ein niedriger Wert ist wünschenswert.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):30° (Typisch). Definiert als der volle Winkel, bei dem die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) abfällt. Ein Winkel von 30° bietet einen relativ fokussierten Strahl und einen guten Kompromiss zwischen Intensität und Abdeckungsbereich.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen. Diese Kurven sind für prädiktive Modellierung und robustes Design unerlässlich.

3.1 Spektrale Verteilung (Abb.1)

Diese Kurve stellt die relative Strahlungsintensität über der Wellenlänge dar. Sie bestätigt visuell die Spitzenwellenlänge von 940nm und die spektrale Halbwertsbreite. Die Form ist typisch für eine auf AlGaAs basierende IR-LED und zeigt eine relativ symmetrische Verteilung um den Peak. Entwickler nutzen dies, um die Kompatibilität mit der spektralen Empfindlichkeit des vorgesehenen Fotodetektors sicherzustellen.

3.2 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb.2)

Diese Entlastungskurve zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Bei 25°C sind die vollen 100mA zulässig. Mit steigender Temperatur wird die Verlustleistungsgrenze bei niedrigeren Strömen erreicht, um eine Überhitzung des Übergangs zu verhindern. Dieses Diagramm ist entscheidend für das Design von Systemen, die in erhöhten Temperaturumgebungen arbeiten, um thermische Zuverlässigkeit sicherzustellen.

3.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb.3)

Die I-V-Kennlinie der Diode. Sie ist nichtlinear und zeigt die für einen PN-Übergang typische exponentielle Beziehung. Die Kurve ermöglicht es Entwicklern, die genaue V_Ffür einen gegebenen Betriebs-I_Fzu bestimmen, was für die Berechnung von Vorwiderstandswerten oder Treiberschaltungsanforderungen notwendig ist. Das Diagramm zeigt die niedrige V_F-Charakteristik deutlich.

3.4 Relative Strahlungsintensität vs. Umgebungstemperatur (Abb.4) & Durchlassstrom (Abb.5)

Abbildung 4 demonstriert die Temperaturabhängigkeit der optischen Ausgangsleistung. Die Strahlungsintensität nimmt mit steigender Temperatur ab, ein bei LEDs bekanntes Phänomen, das als thermisches Absinken (Thermal Droop) bezeichnet wird. Dies muss in Anwendungen, die eine stabile optische Ausgangsleistung über einen weiten Temperaturbereich erfordern, kompensiert werden, möglicherweise durch die Verwendung von Temperaturrückkopplung in der Treiberschaltung. Abbildung 5 zeigt, wie die Strahlungsintensität mit dem Durchlassstrom zunimmt. Die Beziehung ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer und Effizienzeffekte sublinear sättigen. Diese Kurve hilft bei der Auswahl des Treiberstroms, um ein gewünschtes optisches Ausgangsniveau zu erreichen.

3.5 Abstrahldiagramm (Abb.6)

Dieses Polardiagramm bietet eine detaillierte Visualisierung des räumlichen Emissionsmusters. Die konzentrischen Kreise stellen die relative Intensität dar. Das Diagramm bestätigt den 30° Abstrahlwinkel (Halbwinkel von 15°) und zeigt, dass das Strahlprofil recht glatt und symmetrisch ist, was für gleichmäßige Ausleuchtung wünschenswert ist.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen und Polaritätskennzeichnung

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges 5mm-Radialgehäuse (oft als T-1¾ bezeichnet). Anode und Kathode sind in der Zeichnung durch die Anschlusslänge gekennzeichnet (mit dem Hinweis, dass die endgültige Länge nach dem Taping abweichen kann). Typischerweise kennzeichnet der längere Anschluss die Anode (+). Das Gehäuse verfügt über einen Flansch für mechanische Stabilität beim Einstecken und eine flache Seite an der Linse zur Polarisationsorientierung. Die klare, gewölbte Linse ist darauf ausgelegt, den Lichtaustritt und den Abstrahlwinkel zu optimieren.

4.2 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Für die automatisierte Montage werden die Bauteile auf geprägter Trägerbahn geliefert. Die detaillierte Tabelle auf Seite 4 spezifiziert alle kritischen Bandmaße: Taschenteilung (P: 12,4-13,0mm), Bauteilpositionierung (P1, P2, H), Bandbreite (W3: 17,5-19,0mm) und Zuführlochspezifikationen (D, P). Ein Klebeband (Breite W1) versiegelt das Deckband über den Bauteilen. Diese Abmessungen sind standardisiert, um die Kompatibilität mit Bestückungsautomaten und Bandzuführungen sicherzustellen.

5. Löt- und Montagerichtlinien

Während spezifische Reflow-Profile nicht bereitgestellt werden, liefert der absolute Grenzwert für das Löten der Anschlüsse (260°C für 5 Sekunden in 1,6mm Abstand vom Körper) eine wichtige Einschränkung. Für Wellenlöten darf dieser Grenzwert nicht überschritten werden. Für Reflow-Löten wird ein Standardprofil für Durchsteckbauteile mit einer Spitzentemperatur ≤ 260°C und einer kontrollierten Zeit über der Liquidustemperatur (TAL) empfohlen, um thermische Belastung zu minimieren. Die Anschlüsse sollten gekürzt und gelötet werden, ohne übermäßige mechanische Belastung auf den Gehäusekörper auszuüben. Längere Exposition gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit vor dem Löten sollte vermieden werden, und es sind Standardhandhabungspraktiken für die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ratsam, obwohl in diesem Datenblatt nicht explizit angegeben.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Verpackungsabbildung zeigt einen Standardversandkarton. Der Etikettierungsbereich auf der letzten Seite des Datenblatts zeigt Felder für die Bauteilnummer (LTE-3223L-062A), die Behältermenge (z.B. 20K), Kundennamen, Bauteiltyp, Bestellmenge und einen Qualitätskontrollstempel. Das Bauteil folgt einem logischen Teilenummernschema: wahrscheinlich kennzeichnend für die Serie (LTE-3223), einen Variantencode (L) und einen spezifischen Behälter- oder optischen Kennwertcode (062A). Für eine genaue Bestellung muss die vollständige Teilenummer LTE-3223L-062A verwendet werden.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Einfache Gleichstromansteuerung:Ein serieller strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Berechnung: R = (V_CC- V_F) / I_F. Verwenden Sie die V_Faus dem Datenblatt bei Ihrem gewählten I_F. Zum Beispiel für 20mA aus einer 5V-Versorgung: R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω (Standardwert 180Ω verwenden). Stellen Sie sicher, dass die Leistungsfähigkeit des Widerstands ausreicht (P = I_F²* R).

Pulsansteuerung für hohe Intensität:Um die 2A-Spitzenstromfähigkeit zu nutzen, wird ein Transistor (BJT oder MOSFET) als Schalter verwendet. Ein kleiner Serienwiderstand kann dennoch benötigt werden, um die Stromanstiegszeit zu kontrollieren oder eine geringfügige Begrenzung zu bieten. Die Pulsbreite muss ≤ 10µs gehalten werden und das Tastverhältnis niedrig genug, um die durchschnittliche Verlustleistung innerhalb der Grenzen zu halten. Zum Beispiel bei 300pps und 10µs Pulsbreite beträgt das Tastverhältnis 0,3%, sodass der Durchschnittsstrom sehr niedrig ist.

7.2 Optische Designüberlegungen

• Linsensysteme:Sekundäroptik (Kunststofflinsen) kann verwendet werden, um den Strahl für größere Reichweite zu kollimieren oder das Muster zu formen.
• Ausrichtung:Der große Abstrahlwinkel erleichtert die Ausrichtung mit Detektoren bei Annäherungssensorik. Für fokussierte Strahlanwendungen sind mechanische Halterungen entscheidend.
• Störungen:Sonnenlicht und andere IR-Quellen (Glühlampen) enthalten 940nm-Strahlung. Verwenden Sie modulierte (gepulste) Signale und synchrone Detektion im Empfänger, um Umgebungslichtrauschen zu unterdrücken.

7.3 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, wird bei höheren Dauerströmen (z.B. 50-100mA) die Verlustleistung signifikant (bis zu 150mW). Eine ausreichende Luftzirkulation oder in Extremfällen die Betrachtung der Leiterplatte als Kühlkörper über die Anschlüsse kann die Langzeitzuverlässigkeit verbessern und die Ausgangsstabilität aufrechterhalten.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTE-3223L-062A differenziert sich auf dem Markt der 5mm IR-Emitter durch ihre Kombination aushoher Pulsstromfähigkeit (2A)undniedriger Durchlassspannung. Viele vergleichbare Emitter können ähnliche Dauerstromwerte, aber niedrigere Spitzenpulswerte haben. Dies macht sie einzigartig geeignet für Anwendungen, die sehr hohe momentane Helligkeit erfordern. Das klare Gehäuse bietet eine geringfügig höhere Effizienz als diffuse oder getönte Gehäuse. Ihr 30° Abstrahlwinkel ist enger als bei einigen "Weitwinkel"-Varianten (die 40-60° sein können), bietet aber eine höhere Intensität auf der Achse und stellt einen Kompromiss zwischen Strahlkonzentration und Abdeckungsbereich dar.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Nein. Ein typischer GPIO-Pin kann 20-50mA liefern/aufnehmen, was im Dauerstrombereich liegt, aber er kann nicht den ~1,6V Durchlassspannungsabfall bereitstellen. Sie müssen einen Transistor als Schalter verwenden. Für den 2A-Puls ist eine spezielle Treiberschaltung unerlässlich.

F: Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsintensität (mW/sr) und Lichtstärke (mcd)?

A: Strahlungsintensität misst die gesamte optische Leistung, während Lichtstärke die vom menschlichen Auge wahrgenommene Leistung misst, gewichtet mit der photopischen Empfindlichkeitskurve. Da es sich um eine für Menschen unsichtbare IR-LED handelt, ist ihre Lichtstärke effektiv null oder nicht spezifiziert. Strahlungsintensität ist die korrekte Metrik.

F: Wie wähle ich einen passenden Fotodetektor?

A: Wählen Sie eine Fotodiode oder einen Fototransistor mit einer Spitzenempfindlichkeit um 940nm. Siliziumbauteile haben typischerweise eine Spitzenempfindlichkeit zwischen 800-900nm, was sie zu einer guten Wahl macht. Stellen Sie sicher, dass die aktive Fläche und das Sichtfeld des Detektors für Ihr optisches Design geeignet sind.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Designfall: Infrarot-Lichtschranke für große Reichweite.

Ziel: Erkennung eines Objekts, das einen Strahl über eine Entfernung von 5 Metern unterbricht.

Design: Verwenden Sie die LTE-3223L-062A im Pulsbetrieb. Steuern Sie sie mit einem MOSFET-Schalter mit 1A-Pulsen (deutlich unter dem 2A-Maximum), 10µs Breite, 1kHz Frequenz. Eine Kollimatorlinse wird davor gesetzt, um einen schmalen Strahl zu erzeugen. Auf der Empfängerseite sammelt eine Fokussierlinse das Licht auf eine passende Fotodiode mit einem Schmalband-Optikfilter, der auf 940nm zentriert ist. Die Empfängerschaltung ist auf die 1kHz-Modulationsfrequenz abgestimmt und unterdrückt konstantes Umgebungslicht und niederfrequentes Rauschen. Der hohe Pulsstrom gewährleistet ein starkes Signal am entfernten Detektor, während das niedrige Tastverhältnis die Durchschnittsleistung niedrig hält.

11. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang. Bei Flusspolung injizieren Elektronen aus der N-dotierten Region und Löcher aus der P-dotierten Region über den Übergang. Diese Ladungsträger rekombinieren im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifischen Halbleitermaterialien (typischerweise Aluminiumgalliumarsenid - AlGaAs) werden so gewählt, dass die Energiebandlücke der Photonenemission bei einer Wellenlänge von 940nm entspricht, die im Infrarotspektrum liegt. Das klare Epoxidharzgehäuse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und fungiert als Linse zur Formung des Ausgangsstrahls.

12. Technologietrends

Die Infrarot-Emitter-Technologie entwickelt sich weiter, parallel zur sichtbaren LED-Technologie. Trends umfassen:

Erhöhte Leistungsdichte:Entwicklung von Chip-Scale-Packages und fortschrittlichem Thermomanagement, um höhere optische Leistung bei kleinerer Baugröße zu liefern.

Wellenlängenspezifität:Emitter mit schmalerer spektraler Bandbreite für verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis in spektroskopischer Sensorik und optischer Kommunikation.

Integrierte Lösungen:Kombination von Emitter, Treiber und manchmal einem Detektor oder Sensor in einem einzigen Modul (z.B. Annäherungssensormodule, Gestenerkennungschips).

Hochgeschwindigkeitsmodulation:Optimierung von Bauteilen für sehr schnelles Schalten (Nanosekunden) zur Unterstützung von Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung über IR, wie bei IrDA-konformer Kommunikation oder Li-Fi-Prototypen.

Die LTE-3223L-062A stellt eine ausgereifte, hochzuverlässige Lösung in dieser sich entwickelnden Landschaft dar, besonders stark in Anwendungen, die hohe Pulsspitzenleistung erfordern.