LTE-3277 IR-Emitter und -Detektor Datenblatt - Hochgeschwindigkeit, Hochleistung, Klargehäuse - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTE-3277 ist eine hochwertige optoelektronische Komponente, die für Anwendungen entwickelt wurde, die schnelle Ansprechzeiten und eine signifikante Strahlungsleistung erfordern. Seine Kernvorteile liegen in der Kombination aus Hochgeschwindigkeitsbetrieb und hoher Strahlungsintensität, was ihn für pulsbetriebene Systeme geeignet macht. Das Bauteil ist in einem klaren, transparenten Gehäuse untergebracht, was für Anwendungen vorteilhaft ist, bei denen eine präzise optische Ausrichtung oder eine minimale Beeinträchtigung des emittierten/erfassten Lichts durch das Gehäuse erforderlich ist. Der Zielmarkt umfasst Industrieautomation, Kommunikationssysteme (wie Infrarot-Datenübertragung), Sensoranwendungen und Sicherheitssysteme, bei denen eine zuverlässige Infrarotsignalgebung oder -erfassung entscheidend ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer ein dauerhafter Schaden am Bauteil auftreten kann. Ein kontinuierlicher Betrieb des Bauteils an oder nahe diesen Grenzen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung (P_D):120 mW. Dies ist die maximale Gesamtleistung, die das Bauteil unter allen Betriebsbedingungen als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):1 A. Dieser hohe Stromwert gilt nur unter Pulsbedingungen (300 Pulse pro Sekunde, 10 µs Pulsbreite). Er unterstreicht die Fähigkeit des Bauteils zu kurzen, hochintensiven Lichtimpulsen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):100 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 führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C. Dieser weite Bereich gewährleistet Zuverlässigkeit unter rauen Umweltbedingungen.
• Lötemperatur der Anschlüsse:260°C für 6 Sekunden in 1,6mm Abstand vom Gehäuse. Dies ist kritisch für Leiterplatten-Montageprozesse, um thermische Schäden zu vermeiden.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C spezifiziert und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Strahlungsintensität (I_E):20 mW/sr (Min), 36 mW/sr (Typ) bei I_F= 20mA. Dies misst die optische Leistung pro Raumwinkeleinheit und gibt Aufschluss über seine Helligkeit.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):865 nm (Typisch). Dies platziert das Bauteil im nahen Infrarotspektrum, für das menschliche Auge unsichtbar, aber durch Silizium-Photodioden erfassbar.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):25 nm (Typisch). Dies gibt Aufschluss über die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts.
• Durchlassspannung (V_F):1,45V (Typ), 1,65V (Max) bei I_F= 20mA. Dies ist der Spannungsabfall über dem Bauteil im leitenden Zustand.
• Durchlassspannungsänderung (ΔV_F):0,4V (Max). Definiert als V_F@50mA - V_F@20mA, gibt sie die dynamische Widerstandskennlinie an.
• Sperrstrom (I_R):10 µA (Max) bei V_R= 5V. Dies ist der Leckstrom, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):25° (Min), 30° (Typ). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, und definiert die Strahlaufweitung.
• Chipzentrum:0 bis 0,12 mm. Dies spezifiziert die Toleranz für die Position des Halbleiterchips innerhalb des Gehäuses, wichtig für die optische Ausrichtung.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die wichtige Zusammenhänge veranschaulichen. Diese sind für den Schaltungsentwurf und das Verständnis der Leistung unter nicht-standardisierten Bedingungen wesentlich.

3.1 Spektrale Verteilung (Abb. 1)

Diese Kurve zeigt die relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Sie bestätigt das Maximum bei etwa 865 nm und die 25 nm Halbwertsbreite und gibt Einblick in die spektralen Eigenschaften, die für die Filterung und Empfängerauswahl nützlich sind.

3.2 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, um sicherzustellen, dass das Bauteil innerhalb seines sicheren Arbeitsbereichs (SOA) und seiner Verlustleistungsgrenzen bleibt.

3.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb. 3)

Dies ist die Standard I-V-Kennlinie. Sie zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung, die grundlegend für den Entwurf der Ansteuerschaltung ist, sei es Konstantstrom oder Pulsbetrieb.

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

Abbildung 4 zeigt, wie die optische Ausgangsleistung bei festem Treiberstrom (z.B. 20mA) mit steigender Temperatur abnimmt. Dieser Temperaturkoeffizient ist für Anwendungen mit stabiler Ausgangsleistung entscheidend. Abbildung 5 zeigt, wie die Ausgangsleistung mit dem Treiberstrom zunimmt, und hebt die nichtlineare Beziehung und Sättigungseffekte bei höheren Strömen hervor.

3.5 Strahlungsdiagramm (Abb. 6)

Dieses Polardiagramm stellt den Abstrahlwinkel (2θ_1/2≈ 30°) visuell dar. Die konzentrischen Kreise repräsentieren relative Intensitätspegel (z.B. 1,0; 0,8; 0,6...). Dieses Diagramm ist wesentlich für den Entwurf optischer Systeme, Linsen und für das Verständnis der räumlichen Verteilung des emittierten Lichts.

4. Mechanische & Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verwendet ein Standard-Durchsteckgehäuse. Wichtige dimensionale Hinweise aus dem Datenblatt sind:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben (Zoll in Klammern).
• Es gilt eine allgemeine Toleranz von ±0,25mm(.010"), sofern nicht anders angegeben.
• Der maximale Harzüberstand unter dem Flansch beträgt 1,5mm(.059").
• Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse aus dem Gehäusekörper austreten.

Das klare transparente Gehäusematerial minimiert die Absorption des emittierten IR-Lichts und ermöglicht eine Sichtprüfung des internen Chips.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Bei einem Standard-LED-Gehäuse kennzeichnet typischerweise der längere Anschluss die Anode (Pluspol) und der kürzere Anschluss oder eine abgeflachte Seite am Gehäuserand die Kathode (Minuspol). Entwickler müssen die spezifische Gehäusezeichnung für eine eindeutige Identifikation konsultieren.

5. Löt- & Montagerichtlinien

Der absolute Maximalwert für das Löten der Anschlüsse ist explizit angegeben: 260°C für maximal 6 Sekunden, gemessen in einem Abstand von 1,6mm (0,063 Zoll) vom Gehäusekörper. Dieser Parameter ist kritisch für Wellenlöt- oder Handlötprozesse.

• Reflow-Löten:Obwohl für SMD nicht explizit angegeben, deutet das 260°C-Limit auf Kompatibilität mit vielen bleifreien Reflow-Profilen hin, vorausgesetzt, die Spitzentemperatur und die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur werden sorgfältig kontrolliert, um die Anschlüsse an der Gehäuseschnittstelle innerhalb der Spezifikation zu halten.
• Vorsichtsmaßnahmen:Vermeiden Sie mechanische Belastung der Anschlüsse. Verwenden Sie angemessene thermische Entlastung während des Lötens. Überschreiten Sie nicht die spezifizierte Temperatur und Zeit.
• Lagerbedingungen:Lagern Sie in einer trockenen, antistatischen Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-40°C bis +85°C), um Feuchtigkeitsaufnahme (die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" führen kann) und elektrostatische Entladungsschäden zu verhindern.

6. Anwendungsvorschläge

6.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarot-Datenübertragung:Seine Hochgeschwindigkeitsfähigkeit macht ihn geeignet für IrDA-konforme Datenverbindungen, Fernbedienungen und Kurzstrecken-Funkkommunikation.
• Industrielle Sensorik:Verwendung in Annäherungssensoren, Objekterkennung, Zählsystemen und Kantenerkennung in der Automatisierung. Das klare Gehäuse ist hier vorteilhaft.
• Sicherheitssysteme:Kann in Lichtschranken für Einbruchalarme oder als unsichtbare Lichtquelle für CCTV-Beleuchtung in Kombination mit IR-empfindlichen Kameras verwendet werden.
• Optische Schalter & Encoder:Die schnelle Ansprechzeit ist ideal zum Erfassen schneller Positions- oder Geschwindigkeitsänderungen.

6.2 Designüberlegungen

• Ansteuerschaltung:Für Pulsbetrieb (unter Ausnutzung des 1A-Spitzenstroms) ist eine schnell schaltende Transistor- oder MOSFET-Treiberstufe erforderlich. Für DC-Betrieb ist ein strombegrenzender Widerstand zwingend erforderlich, um das Überschreiten des 100mA Dauerstroms zu verhindern.
• Thermisches Management:Selbst bei maximal 120mW Verlustleistung sollte eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder Kühlkörper vorhanden sein, wenn nahe der Maximalwerte gearbeitet wird, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen. Siehe Entlastungskurve (Abb. 2).
• Optisches Design:Der 30° Abstrahlwinkel und das Strahlungsdiagramm (Abb. 6) müssen bei der Kombination mit Linsen, Blenden oder Empfängern berücksichtigt werden, um die gewünschte Strahlform und Detektionsempfindlichkeit zu erreichen.
• Empfängerpaarung:Bei Verwendung als Emitter sollte er mit einem Fotodetektor (Photodiode oder Phototransistor) gepaart werden, der um 865 nm empfindlich ist, um eine optimale Systemleistung zu erzielen.

7. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Infrarot-LEDs unterscheidet sich der LTE-3277 hauptsächlich durch seineHochgeschwindigkeits-undHochleistungs-fähigkeiten in einem klaren Gehäuse. Viele Standard-IR-LEDs haben niedrigere Spitzenstromwerte und langsamere Anstiegs-/Abfallzeiten, was ihren Einsatz in Hochbandbreiten-Pulsanwendungen einschränkt. Die Kombination aus 1A Spitzenstrom und Eignung für Pulsbetrieb deutet auf einen optimierten Halbleiteraufbau und eine Gehäusekonstruktion für schnelle Wärmeableitung während kurzer Pulse hin, was hellere, schnellere Signale ermöglicht.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt mit einer 5V-Versorgung betreiben?
A: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand in Reihe schalten. Zum Beispiel, um I_F=20mA mit einer V_F~1,5V aus einer 5V-Versorgung zu erreichen: R = (5V - 1,5V) / 0,02A = 175Ω. Verwenden Sie den nächsthöheren Standardwert (z.B. 180Ω) und prüfen Sie die Verlustleistung am Widerstand.

F: Was bedeutet "für Pulsbetrieb geeignet" praktisch?
A: Es bedeutet, dass der Halbleiterübergang und das Gehäuse so ausgelegt sind, dass sie sehr hohe Momentanströme (bis zu 1A) für sehr kurze Dauer (10µs) ohne Degradation verkraften, was eine viel höhere optische Spitzenausgangsleistung ermöglicht, als seine DC-Nennwerte vermuten lassen. Dies ist entscheidend, um in gepulsten Systemen große Reichweiten oder ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen.

F: Warum ist der Abstrahlwinkel wichtig?
A: Er bestimmt die räumliche Abdeckung des emittierten Lichts. Ein enger Winkel (wie 30°) erzeugt einen fokussierteren Strahl, geeignet für gerichtete Kommunikation über größere Entfernungen. Ein weiterer Winkel ist besser für Kurzstrecken-Breitflächenbeleuchtung oder -erfassung.

9. Praktisches Anwendungsbeispiel

Entwurf eines Annäherungssensors:Der LTE-3277 kann als Emitter in einem reflektierenden Annäherungssensor verwendet werden. Er würde mit 1A für 10µs bei einem niedrigen Tastverhältnis (z.B. 1%) gepulst. Ein passender, in der Nähe platzierter Fotodetektor würde das von einem Objekt reflektierte IR-Licht erfassen. Der Zeitpunkt und die Amplitude des erfassten Impulses zeigen Präsenz und ungefähre Entfernung an. Die hohe Spitzenleistung gewährleistet ein starkes Rückkehrsignal, während das klare Gehäuse das emittierte oder reflektierte Licht nicht abschwächt. Die Schaltung muss einen Treiber für den Hochstromimpuls und einen empfindlichen Verstärker für das Detektorsignal enthalten.

10. Funktionsprinzip

Der LTE-3277 arbeitet, wenn er als Infrarot-Emitter fungiert, nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Bei Flusspolung (Anode positiv gegenüber Kathode) werden Elektronen und Löcher über den Übergang injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen frei. Die verwendeten spezifischen Halbleitermaterialien (typischerweise Aluminiumgalliumarsenid - AlGaAs) sind so gewählt, dass sie Photonen mit einer Energie erzeugen, die Infrarotlicht entspricht, mit einem Maximum bei etwa 865 nm Wellenlänge. Die "Hochgeschwindigkeit" bezieht sich auf die schnelle Rate, mit der der Übergang ein- und ausgeschaltet werden kann, bestimmt durch die Ladungsträgerlebensdauer und die Schaltungskapazität.

11. Technologietrends

Im Bereich der Infrarot-Optoelektronik umfassen die Trends die Entwicklung von Bauteilen mit noch höheren Modulationsgeschwindigkeiten für Datenkommunikation (z.B. für Li-Fi oder Hochgeschwindigkeits-Industriebusse), erhöhter Leistungseffizienz (mehr mW/sr pro mA) und die Integration von Emittern und Detektoren in Mehrfach-Arrays oder in Kombination mit Treiber-ICs in intelligenten Sensormodulen. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung in Oberflächenmontagegehäusen (SMD) bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der thermischen Leistung. Der Trend zu klaren Gehäusen unterstützt Anwendungen, die eine präzise optische Kopplung und minimalen Signalverlust erfordern.