LTE-3226 IR-Emitter Datenblatt - 5,0mm-Gehäuse - 850nm Wellenlänge - 1,6V Durchlassspannung - 120mW Verlustleistung - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der LTE-3226 ist ein leistungsstarker Infrarot (IR)-Emitter, der für Anwendungen entwickelt wurde, die schnelle Ansprechzeiten und eine signifikante optische Ausgangsleistung erfordern. Seine Kernvorteile umfassen Hochgeschwindigkeitsbetrieb, hohe Strahlungsleistung, Eignung für gepulste Ansteuerung und ein klares, transparentes Gehäuse, das eine präzise optische Ausrichtung erleichtert. Dieses Bauteil ist typischerweise für Märkte bestimmt, die Fernbedienungssysteme, optische Schalter, Industriesensoren und Kurzstrecken-Datenkommunikationsverbindungen umfassen, wo zuverlässige Infrarotsignalübertragung essentiell ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder nahe diesen Grenzwerten über längere Zeiträume wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung (P_D):120 mW. Dies ist die maximale Gesamtleistung, die das Bauteil unter allen Betriebsbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):1 A. Dieser hohe Strom ist nur unter spezifischen gepulsten Bedingungen zulässig: einer Pulsbreite von 10 µs und einer Pulsfolgefrequenz von maximal 300 Pulsen pro Sekunde (pps). Dieser Grenzwert ist entscheidend für Anwendungen wie hochhellige, kurzzeitige Signalgebung.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):60 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an das Bauteil angelegt werden kann.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Dieser weite Bereich gewährleistet Zuverlässigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen.
• Lötemperatur der Anschlüsse:260°C für 6 Sekunden, gemessen 1,6mm vom Gehäusekörper entfernt. Dies definiert die Toleranz des thermischen Profils für Montageprozesse.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter werden bei T_A=25°C gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils unter spezifizierten Testbedingungen.

• Strahlstärke (I_e):Ein wesentlicher optischer Ausgangsparameter. Typische Werte sind 26 mW/sr bei I_F=20mA und 65 mW/sr bei I_F=50mA. Der deutliche Anstieg mit dem Strom unterstreicht die Fähigkeit des Bauteils zur Hochleistungsabgabe.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):850 nm (typisch). Dies platziert das Bauteil im nahen Infrarotspektrum, welches ideal für Silizium-Fotodetektoren ist und für das menschliche Auge weniger sichtbar ist als kürzere Wellenlängen.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):40 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Bandbreite des emittierten Lichts an.
• Durchlassspannung (V_F):1,6 V (typisch), mit einem Maximum von 2,0 V bei I_F=50mA. Diese niedrige Spannung ist vorteilhaft für den Entwurf stromsparender Schaltungen.
• Sperrstrom (I_R):100 µA (maximal) bei V_R=5V.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):25 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, und definiert die Winkelausbreitung des Strahls.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt bietet mehrere grafische Darstellungen des Bauteilverhaltens, die für die Designoptimierung entscheidend sind.

3.1 Spektrale Verteilung (Abb. 1)

Diese Kurve zeigt die relative Strahlstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge, zentriert um das 850nm-Maximum mit der charakteristischen 40nm Halbwertsbreite. Sie bestätigt, dass das Bauteil im beabsichtigten Infrarotband emittiert.

3.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb. 3)

Diese I-V-Kennlinie veranschaulicht den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung. Die typische V_Fvon 1,6V bei 50mA ist sichtbar. Entwickler nutzen dies, um Vorwiderstandswerte und die Verlustleistung in der LED zu berechnen.

3.3 Relative Strahlstärke vs. Durchlassstrom (Abb. 5)

Dieses Diagramm zeigt den überlinearen Anstieg der optischen Ausgangsleistung mit dem Treiberstrom, was den Einsatz gepulsten Hochstrombetriebs (bis zum 1A Spitzenwert) rechtfertigt, um sehr hohe momentane Helligkeit zu erreichen.

3.4 Relative Strahlstärke vs. Umgebungstemperatur (Abb. 4)

Diese Kurve zeigt den negativen Temperaturkoeffizienten der optischen Ausgangsleistung. Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die Strahlstärke ab. Dies muss in Designs, die über den gesamten Temperaturbereich arbeiten, berücksichtigt werden, um eine konsistente Signalstärke zu gewährleisten.

3.5 Strahlungsdiagramm (Abb. 6)

Dieses Polardiagramm stellt den 25-Grad-Abstrahlwinkel visuell dar und zeigt die räumliche Verteilung des emittierten Infrarotlichts. Es ist essentiell für den Entwurf von Linsen, Reflektoren und die Ausrichtung des Emitters mit einem Detektor.

4. Mechanische & Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Der LTE-3226 ist in einem standardmäßigen 5,0mm-Radialgehäuse mit klarer, transparenter Linse erhältlich. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen: Alle Maße sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm; der maximale Harzüberstand unter dem Flansch beträgt 1,5mm; und der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse den Gehäusekörper verlassen.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Das Bauteil hat eine abgeflachte Seite am Gehäusekörper, die typischerweise die Kathode (negativer Anschluss) kennzeichnet. Der längere Anschluss ist üblicherweise die Anode (positiv). Überprüfen Sie stets die Polarität vor dem Anschluss, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

5. Löt- & Montagerichtlinien

Die Einhaltung der Lötvorschriften ist für die Zuverlässigkeit entscheidend. Der absolute Grenzwert spezifiziert, dass die Anschlüsse 260°C für 6 Sekunden ausgesetzt werden können, gemessen 1,6mm vom Gehäusekörper entfernt. Dies impliziert, dass während Wellen- oder Handlötung die Hitzeeinwirkungszeit minimiert werden sollte. Für Reflow-Lötung wird ein Profil mit einer Spitzentemperatur unter 260°C empfohlen, um innerhalb dieser Grenze zu bleiben. Längere Exposition gegenüber hohen Temperaturen kann das interne Epoxidharz und die Halbleitermaterialien schädigen.

6. Anwendungsvorschläge

6.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarot-Fernbedienungen:Die hohe Geschwindigkeit und Leistung machen ihn geeignet für die Übertragung kodierter Datenpulse.
• Optische Schalter & Sensoren:Eingesetzt in der Objekterkennung, Zählung und Positionserfassung, wenn er mit einem Fotodetektor gepaart wird.
• Industrielle Datenverbindungen:Für störungsunempfindliche serielle Kommunikation auf kurze Distanz in elektrisch verrauschten Umgebungen.
• Sicherheitssysteme:Als unsichtbare Lichtquelle für IR-empfindliche Kameras.

6.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle, um den Durchlassstrom auf das gewünschte Niveau zu begrenzen (z.B. 20mA, 50mA oder gepulst 1A). Schließen Sie ihn niemals direkt an eine Spannungsquelle an.
• Wärmemanagement:Obwohl das Gehäuse 120mW abführen kann, kann der Betrieb bei hohen Dauerströmen oder in hohen Umgebungstemperaturen eine Berücksichtigung der thermischen Umgebung erfordern, um Leistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten.
• Optisches Design:Der 25-Grad-Abstrahlwinkel und das klare Gehäuse ermöglichen eine einfache Kopplung mit Linsen oder Lichtleitern, um den Strahl für spezifische Anwendungen zu formen.
• Schutzschaltung:Erwägen Sie das Hinzufügen einer in Sperrrichtung geschalteten Schutzdiode parallel, wenn die Schaltung die LED potenziellen Spannungsumkehrungen über 5V aussetzt.

7. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Niedrigleistungs-IR-LEDs sind die Hauptunterscheidungsmerkmale des LTE-3226 seineHochgeschwindigkeitsfähigkeitundHochleistungsabgabe, insbesondere unter gepulsten Bedingungen. Der Spitzenstrom von 1A ist deutlich höher als bei typischen Anzeige-IR-LEDs. Das klare Gehäuse, im Gegensatz zu einem diffundierenden oder getönten, bietet einen gerichteteren und effizienteren Strahl, was für fokussierte Anwendungen vorteilhaft ist. Seine 850nm Wellenlänge ist ein gängiger Standard und gewährleistet breite Kompatibilität mit Silizium-Fotodetektoren und -Empfängern.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Nein. Ein typischer Mikrocontroller-Pin kann nicht kontinuierlich 50-60mA liefern, und die LED benötigt eine Strombegrenzung. Sie müssen einen Transistorschalter (z.B. BJT oder MOSFET) verwenden, der vom MCU-Pin angesteuert wird, mit einem Vorwiderstand, um den LED-Strom basierend auf der Versorgungsspannung und der V_F.

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

A: Strahlstärke misst die optische Leistung pro Raumwinkel (Steradiant) und beschreibt, wie konzentriert der Strahl ist. Aperturbestrahlungsstärke misst die Leistungsdichte, die auf eine bestimmte Flächeneinheit (cm²) in einer gegebenen Entfernung trifft. Letzteres ist direkter nützlich für die Berechnung des Signalpegels auf einem Detektor bekannter Fläche.

F: Wie beeinflusst der 25-Grad-Abstrahlwinkel mein Design?

A: Er definiert die Strahlaufweitung. Für Langstrecken- oder Schmalstrahl-Anwendungen benötigen Sie möglicherweise eine Kollimatorlinse. Für breitere Abdeckung kann der native Winkel ausreichen, oder ein Diffusor könnte verwendet werden.

9. Praktisches Designbeispiel

Szenario: Entwurf eines Langstrecken-Infrarot-Leuchtfeuers.

Ziel: Maximierung der Erkennungsreichweite für ein gepulstes Leuchtfeuer.

Design-Ansatz:

1. Ansteuerschaltung:Verwenden Sie einen MOSFET-Schalter, gesteuert von einem Timer-IC, um die LED mit ihrem Maximalwert zu pulsen: 1A-Pulse mit 10µs Breite und einem niedrigen Tastverhältnis (z.B. <0,3% bei 300pps). Dies liefert eine Spitzen-Lichtleistung, die den DC-Betrieb bei weitem übertrifft.

2. Stromeinstellung:Berechnen Sie den Vorwiderstand: R = (V_versorgung- V_F) / I_FP. Für eine 5V-Versorgung und V_F~1,8V bei hohem Strom, R = (5 - 1,8) / 1 = 3,2Ω. Verwenden Sie einen 3,3Ω Widerstand mit hoher Belastbarkeit.

3. Optik:Kombinieren Sie die LED mit einer kleinen Kollimatorlinse, um den effektiven Strahlwinkel von 25 Grad auf vielleicht 5-10 Grad zu reduzieren und die emittierte Leistung in einen engeren Strahl zu bündeln, um die Intensität in der Entfernung zu erhöhen.

4. Thermische Prüfung:Berechnen Sie die mittlere Leistung: P_avg= V_F* I_FP* Tastverhältnis. Mit einem Tastverhältnis von 0,3%, P_avg≈ 1,8V * 1A * 0,003 = 5,4mW, deutlich innerhalb der 120mW Verlustleistungsgrenze, was Überhitzung verhindert.

10. Einführung in das Funktionsprinzip

Der LTE-3226 ist eine Leuchtdiode (LED). Sein Betrieb basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-pn-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das interne Potenzial des Übergangs übersteigt (etwa 1,6V für dieses Material), werden Elektronen aus der n-Region und Löcher aus der p-Region in die aktive Region injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die verwendeten spezifischen Halbleitermaterialien (typischerweise Aluminiumgalliumarsenid - AlGaAs) bestimmen die Wellenlänge der emittierten Photonen, die in diesem Fall im 850nm-Infrarotbereich liegt. Das klare Epoxidharzgehäuse fungiert als Linse und formt den Ausgangsstrahl.

11. Technologietrends

Im Bereich der Infrarot-Emitter umfassen allgemeine Trends:

Erhöhte Effizienz:Entwicklung von Materialien und Strukturen, um mehr optische Leistung (Lumen oder Strahlungsfluss) pro Einheit elektrischer Eingangsleistung (Watt) zu erzeugen, wodurch Wärmeentwicklung und Energieverbrauch reduziert werden.

Höhere Geschwindigkeit:Optimierung für schnellere Modulationsraten, um höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten in optischen Kommunikationsanwendungen zu unterstützen.

Miniaturisierung:Bewegung hin zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen für automatisierte Montage und kleinere Bauformen, obwohl radiale Gehäuse wie das 5mm für Prototyping und bestimmte Hochleistungs-/Bestandsanwendungen beliebt bleiben.

Wellenlängendiversifizierung:Während 850nm und 940nm Standards sind, werden andere Wellenlängen für spezifische Sensoranwendungen entwickelt (z.B. Gassensorik, biomedizinische Überwachung). Der LTE-3226 als 850nm-Bauteil bleibt aufgrund seiner Kompatibilität mit Siliziumdetektoren eine Mainstream-Komponente.