LTE-3271T IR-Emitter Datenblatt - 940nm Wellenlänge - Hoher Strom & Niedrige Flussspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTE-3271T ist eine Hochleistungs-Infrarot-LED, die für Anwendungen mit hoher optischer Ausgangsleistung konzipiert ist. Seine Kernvorteile liegen im speziellen Aufbau für hohe Treiberströme bei gleichzeitig relativ niedriger Flussspannung, was zu höherer Effizienz in stromsparenden Designs beiträgt. Dieser Emitter arbeitet mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern im nahen Infrarotbereich, ideal für Anwendungen wie Annäherungssensoren, optische Schalter und Fernbedienungssysteme, bei denen sichtbare Lichtemission unerwünscht ist. Das Bauteil zeichnet sich durch einen großen Abstrahlwinkel aus, der ein breites und gleichmäßiges Abstrahlmuster für Flächenbeleuchtung oder -erfassung gewährleistet.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen maximalen Dauerstrom (I_F) von 100 mA ausgelegt. Es kann jedoch unter gepulstem Betrieb deutlich höhere Spitzenströme von bis zu 2 Ampere für Pulse von 10 Mikrosekunden Dauer bei einer Rate von 300 Pulsen pro Sekunde verarbeiten. Dies unterstreicht seine Eignung für gepulste Anwendungen wie Datenübertragung oder Burst-Mode-Erfassung. Die maximale Verlustleistung beträgt 150 mW. Die Betriebs- und Lagertemperaturbereiche sind mit -40°C bis +85°C bzw. -55°C bis +100°C spezifiziert, was eine robuste Leistung über einen weiten Umweltbereich anzeigt. Das Bauteil hält eine Sperrspannung (V_R) von bis zu 5 Volt stand.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C gemessen. Das Bauteil verfügt über ein Binning-System für seine Strahlungsleistung:

• BIN B:Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e) 0,64 - 1,20 mW/cm²; Strahlstärke (I_E) 4,81 - 9,02 mW/sr (beiI_F=20mA).
• BIN C: E_e0,80 - 1,68 mW/cm²;I_E6,02 - 12,63 mW/sr.
• BIN D: E_e1,12 mW/cm² (Min.);I_E8,42 mW/sr (Min.).

Die Flussspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,6V bei 50mA und 2,1V bei 250mA, was die Niederspannungseigenschaft bestätigt. Die Spitzenemissionswellenlänge liegt bei 940 nm mit einer typischen spektralen Halbwertsbreite (Δλ) von 50 nm. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 50 Grad und definiert den Kegel, in dem die Strahlstärke mindestens die Hälfte des Maximalwerts beträgt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein Leistungs-Binning-System basierend auf der Strahlungsleistung. Dieses System gruppiert Bauteile gemäß ihrer gemessenen optischen Leistung (Strahlstärke und Apertur-Bestrahlungsstärke) bei einem Standardteststrom von 20mA. Die Bins B, C und D repräsentieren verschiedene Stufen der optischen Ausgangsleistung, wobei Bin D die höchste garantierte Mindestleistung bietet. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die genau den Empfindlichkeitsanforderungen ihrer gekoppelten Detektoren oder den Beleuchtungsanforderungen ihrer Anwendung entsprechen, um eine konsistente Systemleistung sicherzustellen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Diagramme. Abbildung 1 zeigt dasSpektrale Verteilungsdiagramm, das das schmale Emissionsband um 940nm veranschaulicht. Abbildung 2 zeigt dieDerating-Kurve für Vorwärtsstrom vs. Umgebungstemperatur, die darstellt, wie der maximal zulässige Dauerstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt, um Überhitzung zu vermeiden. Abbildung 3 ist die standardmäßigeStrom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kurve), die den Zusammenhang zwischen Vorwärtsstrom und Flussspannung zeigt. Abbildung 4 zeigt, wie dieRelative Strahlstärkemit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Abbildung 5 zeigt, wie dieRelative Strahlstärkemit dem Vorwärtsstrom zunimmt, was die Skalierbarkeit der Ausgangsleistung demonstriert. Abbildung 6 ist dasAbstrahldiagramm, ein Polardiagramm, das den 50-Grad-Abstrahlwinkel visuell darstellt. Abbildung 7 zeigt detailliert den Zusammenhang zwischenSpitzenvorwärtsstrom und Pulsdauer und liefert damit entscheidende Daten für den Entwurf sicherer gepulster Treiberschaltungen, indem der maximal zulässige Strom für eine gegebene Pulsbreite und Tastverhältnis angegeben wird.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil ist in einem Standard-LED-Gehäuse mit Flansch ausgeführt. Wichtige Maßangaben: Alle Maße sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Der maximale Harzüberstand unter dem Flansch beträgt 1,5mm. Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse aus dem Gehäusekörper austreten. Die genaue Zeichnung im Datenblatt definiert Länge, Breite, Höhe, Anschlussdurchmesser und Positionierung exakt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte spezifizieren, dass die Anschlüsse bei einer Temperatur von 260°C für eine Dauer von 5 Sekunden gelötet werden können, gemessen in einem Abstand von 1,6mm (0,063 Zoll) vom Gehäusekörper. Dies ist ein kritischer Parameter für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse. Das Überschreiten dieser Temperatur oder Zeit kann den internen Halbleiterchip oder die Gehäuseintegrität beschädigen. Während der Handhabung und Montage sind Standard-ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) zu beachten.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Der LTE-3271T eignet sich gut für eine Vielzahl von Infrarotanwendungen, darunter:Infrarot-Fernbedienungenfür Unterhaltungselektronik,Annäherungs- und Präsenzsensorenin Haushaltsgeräten oder Sicherheitssystemen,Optische Schalter und Encoderin Industrieanlagen,Objekterkennungin der Automatisierung undNachtbeleuchtungin Kombination mit einer IR-empfindlichen Kamera.

7.2 Designüberlegungen

• Stromtreiber:Für eine stabile optische Ausgangsleistung wird eine Konstantstromquelle empfohlen, da die LED-Intensität primär stromabhängig ist. Die Treiberschaltung muss sowohl die Dauer- als auch die Pulsstromgrenzwerte einhalten.
• Thermisches Management:Obwohl das Bauteil einen weiten Betriebstemperaturbereich hat, gewährleistet eine niedrigere Sperrschichttemperatur eine längere Lebensdauer und stabile Ausgangsleistung. Für Anwendungen mit hohem Tastverhältnis oder hohem Strom ist eine Wärmesenke in Betracht zu ziehen.
• Optisches Design:Der 50-Grad-Abstrahlwinkel sollte bei der Linsen- oder Gehäuseauslegung berücksichtigt werden. Für Reichweitenanwendungen kann eine Sekundärlinse erforderlich sein, um den Strahl zu kollimieren.
• Kopplung mit Detektor:Stellen Sie sicher, dass der ausgewählte Fotodetektor oder Sensor im 940nm-Bereich empfindlich ist, um eine optimale Systemleistung zu erzielen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Niedrigstrom-IR-LEDs sind die Hauptunterscheidungsmerkmale des LTE-3271T seinehohe Stromtragfähigkeit(bis zu 2A gepulst) und seineniedrige Flussspannung. Diese Kombination ermöglicht eine höhere optische Leistung bei gegebener Versorgungsspannung und verbessert so die Effizienz. Das explizite Binning für die Strahlstärke bietet garantierte Leistungsniveaus und ist ein Vorteil gegenüber nicht gebinnten Teilen, deren Ausgangsleistung stark variieren kann. Der große Abstrahlwinkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine breite Abdeckung anstelle eines schmalen Strahls erfordern.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Nein. Ein Mikrocontroller-Pin kann typischerweise keine 100mA kontinuierlich liefern. Sie müssen einen Transistor oder eine spezielle Treiberschaltung verwenden. Darüber hinaus ist ein strombegrenzender Widerstand erforderlich, da die niedrige Flussspannung der LED bei direkter Verbindung mit 5V zu übermäßigem Strom führen würde.

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

A: Die Strahlstärke misst die optische Leistung pro Raumwinkel (Steradiant) und beschreibt, wie konzentriert das Licht ist. Die Apertur-Bestrahlungsstärke misst die Leistung pro Flächeneinheit in einem bestimmten Abstand/Position, was oft für Sensoren relevant ist. Beide sind über die Geometrie und das Abstrahlmuster miteinander verknüpft.

F: Wie wähle ich zwischen Bin B, C oder D?

A: Wählen Sie basierend auf der Empfindlichkeit Ihrer Empfängerschaltung und der erforderlichen Betriebsreichweite. Bin D bietet die höchste garantierte Ausgangsleistung für maximale Reichweite oder Signalstärke. Für weniger anspruchsvolle Anwendungen können Bin B oder C ausreichend und kostengünstig sein.

10. Praktisches Designbeispiel

Beispiel: Entwurf eines Langstrecken-Annäherungssensors.

Für einen Sensor mit einer Reichweite von 2 Metern würde der Entwickler den LTE-3271T in Bin D für maximale Ausgangsleistung wählen. Es würde eine gepulste Treiberschaltung entworfen, die mit dem maximal spezifizierten Strom von 2A für sehr kurze Pulse (z.B. 10μs) bei einem niedrigen Tastverhältnis (z.B. 1%) arbeitet, wie in Abbildung 7 gezeigt. Dies liefert eine hohe momentane optische Leistung für ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis am Detektor, ohne die Grenze der mittleren Verlustleistung zu überschreiten. Eine Linse würde über dem Emitter angebracht, um den Strahl vom ursprünglichen 50 Grad auf vielleicht 10-15 Grad zu verengen und die Energie auf den Zielbereich in 2 Metern Entfernung zu konzentrieren. Der gekoppelte Fotodetektor hätte einen Schmalbandfilter bei 940nm, um Umgebungslicht auszublenden.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wird eine Flussspannung angelegt, werden Elektronen aus dem n-Gebiet und Löcher aus dem p-Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) ab. Die spezifische Wellenlänge von 940nm wird durch die Bandlückenenergie der im Aufbau der Diode verwendeten Halbleitermaterialien (typischerweise Aluminiumgalliumarsenid, AlGaAs) bestimmt. Der große Abstrahlwinkel resultiert aus dem Gehäusedesign und der Platzierung des Halbleiterchips relativ zur Epoxidlinse.

12. Technologietrends

Der Trend in der IR-Emitter-Technologie geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr optische Ausgangsleistung pro elektrischer Eingangswatt), was Wärmeentwicklung und Stromverbrauch reduziert. Es gibt auch Entwicklungen hin zu höheren Modulationsgeschwindigkeiten für Datenkommunikationsanwendungen wie IrDA oder optische Drahtlosnetzwerke. Integration ist ein weiterer Trend, bei dem Emitter mit Treibern, Sensoren oder Logik in einzelne Module oder ICs kombiniert werden, um das Systemdesign zu vereinfachen. Das grundlegende Funktionsprinzip bleibt auf der Halbleiterphysik basiert, aber Fortschritte bei Materialien (wie neuen III-V-Verbindungen) und Verpackungstechniken treiben Leistungsverbesserungen voran.