LTE-3371T IR-Emitter Datenblatt - Hochleistungs-Infrarotdiode 940nm - Durchlassspannung 1,6V - 150mW - Klargehäuse - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTE-3371T ist ein Hochleistungs-Infrarot (IR)-Emitter, der für Anwendungen konzipiert ist, die eine robuste optische Ausgangsleistung und zuverlässigen Betrieb unter anspruchsvollen elektrischen Bedingungen erfordern. Sein zentrales Designkonzept zielt darauf ab, eine hohe Strahlungsleistung bei gleichzeitig niedrigem Durchlassspannungsabfall zu liefern, was ihn sowohl für kontinuierliche als auch gepulste Ansteuerung effizient macht. Das Bauteil emittiert Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern, was ideal für Anwendungen ist, bei denen Sichtbarkeit für das menschliche Auge unerwünscht ist, wie z.B. in Nachtsichtsystemen, Fernbedienungen und optischen Sensoren.

Der Emitter ist in einem klaren, transparenten Gehäuse untergebracht, das die Lichtauskopplung maximiert und einen großen Abstrahlwinkel bietet, wodurch gleichmäßige Strahlungscharakteristiken sichergestellt werden. Dieses Produkt eignet sich besonders für industrielle, automotive und Consumer-Electronics-Anwendungen, bei denen eine konsistente Leistung über einen Bereich von Temperaturen und Strömen entscheidend ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten elektrischen und optischen Hauptparameter und erläutert deren Bedeutung für Entwicklungsingenieure.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (150 mW):Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits riskiert eine Überhitzung des Halbleiterübergangs, was zu beschleunigtem Degradationsprozess oder katastrophalem Ausfall führen kann. Entwickler müssen sicherstellen, dass das thermische Management der Leiterplatte und der Umgebung die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen hält, insbesondere bei Betrieb mit hohen Dauerströmen.
• Spitzen-Durchlassstrom (2 A @ 300pps, 10μs Puls):Das Bauteil kann sehr hohe Momentanströme verkraften, jedoch nur unter spezifischen Pulsbedingungen (300 Pulse pro Sekunde, jeweils 10 Mikrosekunden breit). Dieser Grenzwert ist entscheidend für Anwendungen wie Infrarotkommunikation, bei denen Daten in kurzen, hochleistungsstarken Bursts übertragen werden. Der mittlere Strom während des Pulsbetriebs muss dennoch so gesteuert werden, dass er innerhalb der Grenzwerte für Dauerstrom und Verlustleistung bleibt.
• Dauer-Durchlassstrom (100 mA):Der maximale Gleichstrom, der unter spezifizierten Bedingungen dauerhaft durch das Bauteil fließen darf. Der Betrieb nahe diesem Grenzwert erfordert eine ausgezeichnete Wärmeableitung.
• Sperrspannung (5 V):Die maximale Spannung, die in Sperrrichtung angelegt werden darf. Das Überschreiten kann zum Durchbruch und sofortigem Ausfall führen. Ein Schaltungsschutz, wie z.B. ein Vorwiderstand oder eine parallel geschaltete Schutzdiode, ist oft notwendig.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereiche:Das Bauteil ist für industrietaugliche Temperaturbereiche ausgelegt (-40°C bis +85°C Betrieb, -55°C bis +100°C Lagerung), was Robustheit für raue Umgebungen anzeigt.
• Löt-Temperatur der Anschlüsse (260°C für 5 Sekunden):Gibt Richtlinien für Wellen- oder Handlötung vor und spezifiziert die maximale Temperatur und Zeit, der die Anschlüsse in 1,6mm Abstand vom Gehäusekörper ausgesetzt werden dürfen.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

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

• Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e) & Strahlstärke (I_E):Dies sind die zentralen optischen Ausgangsparameter. E_emisst die Leistungsdichte (mW/cm²), während I_Edie pro Raumwinkel abgegebene Leistung (mW/sr) misst. Beide werden bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA getestet. Die Werte sind gebinnt (siehe Abschnitt 3), mit typischen Bereichen von 0,64-1,20 mW/cm² (Bin B) bis zu 4,0 mW/cm² (Bin G). Höhere Bins liefern deutlich mehr optische Leistung.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_Peak):Nominell 940 nm. Diese Wellenlänge wird von Silizium-Fotodioden effizient detektiert und ist weitgehend unsichtbar, was sie perfekt für verdeckte Beleuchtung macht.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Etwa 50 nm. Dies spezifiziert die spektrale Bandbreite; eine schmalere Breite deutet auf eine monochromatischere Quelle hin, was für das Herausfiltern von Umgebungslicht in Sensoranwendungen wichtig sein kann.
• Durchlassspannung (V_F):Ein zentraler Parameter für die elektrische Effizienz. Typische V_Fbeträgt 1,6V bei 50mA und 2,1V bei 250mA. Die relativ niedrige V_Fbei hohem Strom (1,65V min, 2,1V max @ 250mA) ist ein herausragendes Merkmal, das den Leistungsverlust und die Wärmeentwicklung in der LED selbst reduziert.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Ein niedriger Leckstrom ist wünschenswert.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):40 Grad (Minimum). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) abfällt. Ein großer Abstrahlwinkel von 40° bietet breite, gleichmäßige Ausleuchtung, geeignet für Anwendungen wie Annäherungssensoren oder Flächenbeleuchtung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Der LTE-3371T verwendet ein strenges Binning-System für seine Strahlungsleistung, kategorisiert von Bin B bis Bin G. Dieses System gewährleistet Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge und ermöglicht es Entwicklern, Bauteile entsprechend ihrer spezifischen optischen Leistungsanforderungen auszuwählen.

• Optische Leistungs-Binning:Der primäre Binning-Parameter ist die Strahlstärke (I_E) und die Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e). Beispielsweise haben Bin D-Bauteile einen typischen I_E-Bereich von 8,42-16,84 mW/sr, während Bin G-Bauteile mit 30 mW/sr (Minimum) spezifiziert sind. Für Bin G ist keine Obergrenze angegeben, was darauf hindeutet, dass es die leistungsstärksten Einheiten aus der Produktion repräsentiert.
• Auswirkung auf das Design:Bei der Systementwicklung ist die Angabe des Bin-Codes für eine vorhersagbare Leistung essenziell. Die Verwendung eines niedrigeren Bins kann einen höheren Treiberstrom erfordern, um die gleiche optische Ausgangsleistung wie bei einem höheren Bin zu erreichen, was sich auf die Systemeffizienz und das thermische Design auswirkt. Für kosten-sensitive Anwendungen kann ein niedrigerer Bin ausreichend sein, während Hochleistungssysteme Bin E, F oder G benötigen.
• Wellenlängen-Konsistenz:Das Datenblatt spezifiziert eine einzelne Spitzenwellenlänge (940nm) ohne Binning, was auf eine enge Kontrolle des epitaktischen Wachstumsprozesses hindeutet, was zu konsistenten spektralen Eigenschaften über alle Bins führt.

4. Analyse der Kennlinien

Die bereitgestellten Diagramme bieten entscheidende Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter nicht-standardisierten Bedingungen.

4.1 Spektrale Verteilung (Abb. 1)

Diese Kurve bestätigt die Spitzenemission bei 940nm und die ungefähre spektrale Halbwertsbreite von 50nm. Die Form ist typisch für einen auf AlGaAs basierenden IR-Emitter. Die Kurve zeigt minimale Emission im sichtbaren Spektrum, was seine verdeckte Natur bestätigt.

4.2 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb. 2)

Diese Entlastungskurve ist entscheidend für das thermische Management. Sie zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Bei 85°C ist der maximal zulässige Strom deutlich niedriger als der Nennwert von 100mA bei 25°C. Entwickler müssen dieses Diagramm nutzen, um den sicheren Betriebsstrom für die ungünstigste Umgebungstemperatur ihrer Anwendung zu bestimmen.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb. 3)

Dies ist die Standard I-V-Kennlinie, die die exponentielle Beziehung zeigt. Die Kurve ermöglicht es Entwicklern, den Spannungsabfall und die Verlustleistung (V_F* I_F) für jeden gegebenen Betriebsstrom abzuschätzen, was für die Auswahl eines geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder Treiberschaltkreises entscheidend ist.

4.4 Relative Strahlstärke vs. Umgebungstemperatur (Abb. 4) & Durchlassstrom (Abb. 5)

Abbildung 4 zeigt, dass die optische Ausgangsleistung mit steigender Temperatur abnimmt (ein negativer Temperaturkoeffizient), eine häufige Eigenschaft von LEDs. Abbildung 5 zeigt den überproportionalen Anstieg der Ausgangsleistung mit dem Strom. Während die Ausgangsleistung mit dem Strom steigt, sinkt die Effizienz bei sehr hohen Strömen oft aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung. Diese Kurven helfen, den Kompromiss zwischen Ausgangsleistung, Effizienz und Bauteillebensdauer auszubalancieren.

4.5 Strahlungsdiagramm (Abb. 6)

Dieses Polardiagramm stellt den Abstrahlwinkel visuell dar. Die konzentrischen Kreise repräsentieren die relative Intensität (von 0 bis 1,0). Das Diagramm bestätigt das breite, annähernd lambertstrahlende (kosinusähnliche) Emissionsmuster, wobei die Intensität bei etwa ±20° von der Mittelachse (40° insgesamt) auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein Standard-Durchsteckgehäuse mit einer klaren Harzlinse. Wichtige dimensionale Hinweise aus dem Datenblatt umfassen:

• Alle Maße sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.
• Ein maximaler Harzüberstand von 1,5mm unter dem Flansch ist zulässig, was für den Leiterplattenabstand und die Reinigung berücksichtigt werden muss.
• Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse aus dem Gehäusekörper austreten, was für das Leiterplatten-Footprint-Design entscheidend ist.
• Das Gehäuse enthält einen Flansch, der die mechanische Stabilität während des Lötens unterstützt und eine visuelle und physische Referenz für die Ausrichtung bietet.

Polaritätskennzeichnung:Das Datenblatt impliziert die Standard-LED-Polarität (typischerweise ist der längere Anschluss die Anode). Entwickler sollten jedoch stets die spezifische Gehäusezeichnung für die Anoden/Kathoden-Markierung überprüfen, die oft durch eine abgeflachte Stelle am Gehäuseflansch oder eine Kerbe angezeigt wird.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Die Einhaltung dieser Richtlinien ist für die Zuverlässigkeit essenziell.

• Löten:Der absolute Grenzwert spezifiziert das Löten der Anschlüsse bei 260°C für maximal 5 Sekunden, gemessen 1,6mm vom Gehäusekörper entfernt. Dies ist mit Standard-Wellen- oder Handlötprozessen kompatibel. Für Reflow-Löten sollte ein Profil mit einer Spitzentemperatur unter 260°C und begrenzter Zeit oberhalb der Liquidustemperatur verwendet werden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse oder der internen Die-Bond-Verbindung zu verhindern.
• Handhabung:Standard-ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) sollten beachtet werden, da der Halbleiterübergang durch statische Elektrizität beschädigt werden kann.
• Reinigung:Das klare Harzgehäuse kann empfindlich gegenüber bestimmten aggressiven Lösungsmitteln sein. Die Kompatibilität sollte überprüft werden, wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist.
• Lagerung:Bauteile sollten innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-55°C bis +100°C) in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit und nicht-korrosiver Atmosphäre gelagert werden. Feuchtigkeitsempfindliche Bauteile sollten in versiegelten Beuteln mit Trockenmittel aufbewahrt werden, wenn sie vor der Verwendung nicht getrocknet (gebakt) werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarotbeleuchtung für CCTV/Nachtsicht:Arrays dieser Emitter können zur verdeckten Beleuchtung für Sicherheitskameras mit IR-empfindlichen Sensoren eingesetzt werden.
• Annäherungs- und Präsenzerkennung:In Kombination mit einem Fotodetektor kann der Emitter in berührungslosen Schaltern, Objekterkennung und Füllstandssensoren verwendet werden.
• Optische Datenübertragung:Geeignet für kurze, niedrige Datenraten IR-Kommunikationsverbindungen (z.B. Fernbedienungen, industrielle Telemetrie) aufgrund seiner hohen Pulsstromfähigkeit.
• Industrielle Automatisierung:Verwendung in optischen Encodern, Objektzählung auf Produktionslinien und Lichtschranken.

7.2 Design-Überlegungen

• Stromtreibung:Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Verwenden Sie stets eine Konstantstromquelle oder einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit einer Spannungsquelle. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom unter allen Bedingungen den gewünschten Wert nicht überschreitet.
• Thermisches Management:Für Dauerbetrieb bei hohen Strömen (z.B. >50mA) ist die Verlustleistung (P_D= V_F* I_F) zu berücksichtigen. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichende Kupferfläche (Thermal Pads) verfügt, um Wärme von den Anschlüssen abzuleiten. Siehe Entlastungskurve (Abb. 2).
• Optisches Design:Der große Abstrahlwinkel kann für Langstreckenanwendungen Linsen oder Reflektoren zur Kollimation des Lichts erfordern. Für diffuse Beleuchtung ist der große Winkel vorteilhaft.
• Elektrischer Schutz:Erwägen Sie, einen Widerstand mit kleinem Wert in Reihe mit der LED zu schalten, um den Einschaltstrom zu begrenzen, und eine in Sperrrichtung geschaltete Schutzdiode parallel zur LED, wenn die Treiberschaltung eine Sperrspannung induzieren könnte.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Basierend auf seinen Spezifikationen differenziert sich der LTE-3371T in mehreren Schlüsselbereichen:

• Hohe Stromtragfähigkeit:Der Spitzenpulsstrom von 2A ist für ein Bauteil in dieser Gehäuseausführung bemerkenswert hoch und ermöglicht sehr helle, kurze Pulse, ideal für Langstreckensensorik oder Kommunikation.
• Niedrige Durchlassspannung:Die typische V_Fvon 1,6V bei 50mA ist für einen Hochleistungs-IR-Emitter relativ niedrig. Dies führt direkt zu einer höheren elektrischen Effizienz und weniger Abwärme für eine gegebene optische Ausgangsleistung im Vergleich zu Bauteilen mit höherer V_F.
• Großer Abstrahlwinkel & klares Gehäuse:Die Kombination bietet eine gleichmäßige, hocheffiziente Lichtabgabe ohne den streuenden Effekt eines getönten Gehäuses und maximiert den abgegebenen Gesamtlichtstrom.
• Industrielle Temperaturklassifizierung:Der Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C macht ihn geeignet für Automotive- und Outdoor-Anwendungen, bei denen Standard-Komponenten für den kommerziellen Bereich versagen könnten.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

Nein, nicht direkt.Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin liefert typischerweise einen begrenzten Strom (z.B. 20-40mA) und hätte nicht die benötigte Spannungsreserve. Sie müssen eine Treiberschaltung verwenden. Die einfachste Methode ist ein Vorwiderstand: Für eine 5V-Versorgung und einen Ziel-I_Fvon 50mA, unter Verwendung der maximalen V_Fvon 1,6V, R = (5V - 1,6V) / 0,05A = 68Ω. Die Widerstandsbelastbarkeit sollte P = I²R = (0,05)²* 68 = 0,17W betragen, daher ist ein 1/4W-Widerstand ausreichend.

9.2 Was ist der Unterschied zwischen Strahlstärke (mW/sr) und Apertur-Bestrahlungsstärke (mW/cm²)?

Strahlstärke (I_E)ist ein Maß dafür, wie viel optische Leistung die Quellepro Raumwinkeleinheitin eine bestimmte Richtung (üblicherweise auf der Achse) emittiert. Sie beschreibt die "Konzentration" des Strahls.Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e)ist die Leistungsdichte (Leistung pro Flächeneinheit), gemessen in einem bestimmten Abstand, typischerweise über die aktive Fläche eines senkrecht zum Strahl platzierten Detektors. Für eine gegebene LED sind sie miteinander verbunden, aber I_Eist grundlegender für die Charakterisierung der Quelle selbst, während E_epraktischer für die Berechnung des Signals auf einem spezifischen Detektor ist.

9.3 Warum nimmt die optische Ausgangsleistung mit steigender Temperatur ab (Abb. 4)?

Dies ist auf mehrere Halbleiterphysik-Phänomene zurückzuführen. Hauptsächlich erhöht eine steigende Temperatur die Wahrscheinlichkeit von nicht-strahlenden Rekombinationsereignissen im aktiven Bereich der LED. Anstatt ein Photon (Licht) zu erzeugen, wird die Energie des rekombinierenden Elektron-Loch-Paares in Gitterschwingungen (Wärme) umgewandelt. Dies reduziert die interne Quanteneffizienz des Bauteils. Zusätzlich kann sich die Spitzenemissionswellenlänge leicht mit der Temperatur verschieben.

10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines Kurzstrecken (1-Meter) IR-Annäherungssensors zur Erkennung der Anwesenheit eines Objekts.

• Emitter-Ansteuerung:Verwenden Sie den LTE-3371T (Bin D für gute Ausgangsleistung). Steuern Sie ihn mit einem 100mA, 1ms Puls alle 100ms (1% Tastverhältnis) von einer 5V-Versorgung über einen MOSFET-Schalter an. Der mittlere Strom beträgt 1mA, gut innerhalb der Grenzwerte. Ein Vorwiderstand von (5V - 2,1V_max)/0,1A ≈ 30Ω ist erforderlich.
• Detektor:Verwenden Sie einen Silizium-Fototransistor oder eine Fotodiode mit einem spektralen Empfindlichkeitsmaximum nahe 940nm. Platzieren Sie ihn einige Zentimeter vom Emitter entfernt, um direkte Kopplung zu vermeiden.
• Optik:Der große 40° Abstrahlwinkel des LTE-3371T ist perfekt, um einen diffusen "Lichtvorhang" vor dem Sensorpaar zu erzeugen. Für diese Kurzstrecken-, diffuse Anwendung sind keine zusätzlichen Linsen erforderlich.
• Signalverarbeitung:Die Ausgabe des Detektors zeigt einen Basislinienpegel (Umgebungslicht) und einen Ausschlag, wenn der emittierte Puls von einem nahen Objekt reflektiert wird. Eine synchrone Detektionsschaltung (die das Signal nur während des 1ms-Pulses sucht) kann die Immunität gegenüber Umgebungslichtrauschen erheblich verbessern.

11. Funktionsprinzip

Der LTE-3371T ist eine Halbleiter-Licht emittierende Diode (LED). Sein Betrieb basiert auf Elektrolumineszenz in einem direkten Bandlücken-Halbleitermaterial, wahrscheinlich Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich (den p-n-Übergang) injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie frei. In einem direkten Bandlückenmaterial wie AlGaAs wird diese Energie primär als Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge von 940nm wird durch die Bandlückenenergie des im aktiven Bereich verwendeten Halbleitermaterials bestimmt, die während des epitaktischen Wachstumsprozesses entwickelt wird. Das klare Epoxidharzgehäuse dient zum Schutz des Halbleiterchips, bietet mechanische Unterstützung für die Anschlüsse und fungiert als Linse zur Formung des emittierten Lichts.

12. Technologietrends

Die Infrarot-Emitter-Technologie entwickelt sich weiter, parallel zu breiteren Optoelektronik-Trends. Wichtige Entwicklungsbereiche umfassen:

• Erhöhte Leistungsdichte & Effizienz:Laufende Verbesserungen im epitaktischen Wachstum und Chipdesign zielen darauf ab, mehr optische Leistung aus einer gegebenen Chipgröße zu extrahieren und gleichzeitig die Durchlassspannung zu minimieren, was die Effizienz (Lumen pro Watt oder elektrische zu optische Watt) direkt verbessert.
• Fortschrittliche Gehäusetechnik:Trends umfassen Oberflächenmontage (SMD)-Gehäuse mit verbesserter thermischer Leistung (z.B. Chip-on-Board oder COB-Designs), die höhere Dauerbetriebsströme und bessere Zuverlässigkeit ermöglichen. Es gibt auch Entwicklungen bei Gehäusen mit integrierten Linsen oder Diffusoren für spezifische Strahlprofile.
• Multi-Wellenlängen & VCSELs:Für Sensoranwendungen wie Time-of-Flight (ToF) und LiDAR gibt es ein signifikantes Wachstum bei Vertikalresonator-Oberflächenemitterlasern (VCSELs), die eine schmalere spektrale Breite, schnellere Modulationsgeschwindigkeiten und geringere Divergenz als traditionelle LED-Emitter wie den LTE-3371T bieten. LEDs bleiben jedoch für viele Anwendungen äußerst kosteneffektiv und zuverlässig.
• Integration mit Treibern:Es gibt einen Trend zu intelligenteren Komponenten, wobei einige Emitter einfache Treiberschaltungen oder Schutzfunktionen (wie ESD-Dioden) innerhalb des Gehäuses integrieren.

Der LTE-3371T, mit seinem Fokus auf Hochstrom-Pulsfähigkeit, niedriger V_Fund robuster Konstruktion, repräsentiert eine ausgereifte und zuverlässige Lösung in dieser sich entwickelnden Landschaft, die besonders für Anwendungen geeignet ist, bei denen kosteneffektive, hochleistungsstarke IR-Beleuchtung erforderlich ist.