Infrarot-LED-Emitter LTE-209 Datenblatt - Gehäuseabmessungen 5,0mm - Durchlassspannung 1,6V - Spitzenwellenlänge 940nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTE-209-Serie stellt eine Familie von Infrarot (IR)-Leuchtdioden (LEDs) dar, die für zuverlässige optoelektronische Anwendungen konzipiert ist. Diese Bauteile sind darauf ausgelegt, Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern zu emittieren, die sich im nahen Infrarotspektrum befindet. Diese spezifische Wellenlänge wird üblicherweise in Anwendungen verwendet, die nicht sichtbare Lichtquellen erfordern, wie z.B. Näherungssensoren, Objekterkennung und optische Encoder. Der Kernvorteil dieser Serie liegt in ihrer präzisen Fertigung, die eine konsistente Strahlungsintensität und spektrale Eigenschaften gewährleistet. Das Bauteil ist in einem kostengünstigen, miniaturisierten Kunststoffgehäuse mit Endblick-Konfiguration untergebracht, was es für platzbeschränkte Designs geeignet macht. Ein Hauptmerkmal ist seine mechanische und spektrale Abstimmung auf bestimmte Serien von Fototransistoren, was die Entwicklung optimierter Sender-Empfänger-Paare für verbesserte Systemleistung und Signalintegrität erleichtert.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Diese Werte sind bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C spezifiziert. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 60 mA, mit einer Fähigkeit zum Spitzen-Durchlassstrom von 1 A unter gepulsten Bedingungen (300 Pulse pro Sekunde, 10 μs Pulsbreite). Die maximale Verlustleistung beträgt 90 mW. Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5 V aus. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, während der Lagertemperaturbereich von -55°C bis +100°C reicht. Für die Montage können die Anschlüsse bei einer Temperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden gelötet werden, gemessen 1,6 mm vom Gehäusekörper entfernt.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optischen Eigenschaften sind die wichtigsten Leistungsparameter, die unter Standardtestbedingungen gemessen werden (T_A=25°C, I_F=20mA). Die Strahlungsintensität (I_E), ein Maß für die pro Raumwinkeleinheit emittierte optische Leistung, hat einen typischen Wert von 1,383 mW/sr. Die Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e), die die Leistungsdichte darstellt, beträgt typischerweise 0,184 mW/cm². Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_Peak) liegt bei 940 nm, mit einer spektralen Halbwertsbreite (Δλ) von 50 nm, welche die spektrale Reinheit des emittierten Lichts definiert. Die Durchlassspannung (V_F) liegt typischerweise im Bereich von 1,2V bis maximal 1,6V beim Teststrom. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 100 μA, wenn eine 5V-Sperrvorspannung angelegt wird. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2), bei dem die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt, beträgt 16 Grad, was auf ein relativ schmales Strahlprofil hinweist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Während das vorliegende Datenblatt kein Multiparameter-Binning-System im Detail beschreibt, weist es darauf hin, dass die Bauteile \"NACH SPEZIFISCHEN ONLINE-INTENSITÄTS- UND STRAHLUNGSINTENSITÄTSBEREICHEN AUSGEWÄHLT WERDEN.\" Dies impliziert einen Auswahl- oder Sortierprozess basierend auf gemessener Strahlungsintensität und möglicherweise Bestrahlungsstärkewerten. Diese Vorauswahl stellt sicher, dass die für eine bestimmte Bestellung gelieferten Komponenten innerhalb einer engeren Toleranzbandbreite für diese wichtigen optischen Parameter liegen als die in den allgemeinen Spezifikationen angegebenen absoluten Minimal- und Maximalgrenzen. Diese Praxis erhöht die Konsistenz der Anwendungsleistung, insbesondere in Systemen, bei denen die Abstimmung der optischen Ausgangsleistung kritisch ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Spektrale Verteilung

Abbildung 1 zeigt die spektrale Verteilungskurve, die die relative Strahlungsintensität über der Wellenlänge darstellt. Sie bestätigt die Spitzenemission bei 940 nm und die ungefähre spektrale Halbwertsbreite von 50 nm und zeigt die Streuung der emittierten Wellenlängen um das Maximum.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Abbildung 3 zeigt die Kennlinie des Durchlassstroms in Abhängigkeit von der Durchlassspannung. Diese Kurve ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Sie zeigt den Zusammenhang, bei dem eine kleine Spannungserhöhung über die Einschaltspannung hinaus zu einem schnellen Anstieg des Stroms führt. Die spezifizierte V_Fvon 1,2V bis 1,6V bei 20mA kann im Kontext dieser Kurve betrachtet werden.

4.3 Relative Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom

Abbildung 5 veranschaulicht, wie sich die optische Ausgangsleistung (relative Strahlungsintensität) mit dem Durchlasstreiberstrom ändert. Im Allgemeinen steigt die Ausgangsleistung mit dem Strom, aber die Beziehung ist möglicherweise über den gesamten Betriebsbereich nicht perfekt linear. Diese Kurve ist wesentlich, um den erforderlichen Treiberstrom zu bestimmen, um ein gewünschtes optisches Ausgangsniveau zu erreichen.

4.4 Temperaturabhängigkeit

Die Abbildungen 2 und 4 zeigen die Auswirkungen der Umgebungstemperatur. Abbildung 2 (Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur, wahrscheinlich bei konstanter Spannung) und Abbildung 4 (Relative Strahlungsintensität vs. Umgebungstemperatur, bei konstantem Strom) zeigen, dass sowohl die elektrischen als auch die optischen Eigenschaften der LED temperaturabhängig sind. Typischerweise nimmt für Infrarot-LEDs die Durchlassspannung ab und die optische Ausgangsleistung sinkt, wenn die Temperatur steigt. Diese Kurven sind entscheidend für den Entwurf von Schaltungen mit Temperaturkompensation oder für die Abschätzung der Leistung in nicht-umgebungsüblichen Umgebungen.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 6 ist das Abstrahldiagramm oder das Abstrahlwinkel-Muster. Es handelt sich um ein Polardiagramm, das die Winkelverteilung der emittierten Strahlungsintensität zeigt. Der 16-Grad-Halbwinkel ist hier visuell dargestellt und zeigt, dass die Intensität bei ±8 Grad von der Mitte auf 50% des Wertes auf der Achse abfällt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein miniaturisiertes Kunststoff-Endblick-Gehäuse. Wichtige Abmessungen aus der Gehäusezeichnung sind der Gehäusedurchmesser, der Anschlussabstand und die Gesamtlänge. Die Anschlüsse treten mit einem spezifischen Abstand aus dem Gehäuse aus, der für das PCB-Layout entscheidend ist. Das Gehäuse enthält einen Flansch, und Anmerkungen geben einen maximalen Harzvorsprung unter diesem Flansch an. Die Anmerkungen klären auch, dass der Anschlussabstand an der Stelle gemessen wird, an der die Anschlüsse den Gehäusekörper verlassen, und dass die allgemeinen Toleranzen, sofern nicht anders angegeben, ±0,25 mm betragen. Die physikalische Konfiguration ist so gestaltet, dass sie mechanisch auf entsprechende Fototransistoren abgestimmt ist und eine korrekte Ausrichtung in montierten Modulen gewährleistet.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre Montagerichtlinie betrifft die Löttemperatur. Der absolute Maximalwert gibt an, dass die Anschlüsse einer Temperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden ausgesetzt werden können. Dieser Wert wird in einem Abstand von 1,6 mm (0,063\") vom Gehäusekörper gemessen. Diese Information ist entscheidend für die Definition von Reflow-Lötprofilen oder Handlötverfahren. Das Überschreiten dieser Temperatur oder Zeit kann die interne Die-Bond-Verbindung, die Bonddrähte oder das Kunststoffgehäusematerial selbst beschädigen. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden. Das Bauteil sollte innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -55°C bis +100°C in einer trockenen Umgebung gelagert werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu \"Popcorning\" führen könnte.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Datenblatt identifiziert die Teilenummer als LTE-209. Die \"Spec No.\" ist DS-50-92-0001, und die Revision ist C. Spezifische Details zur Tape-and-Reel-Verpackung, zu Spulenmengen oder zur Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) werden im Auszug nicht bereitgestellt. Die Bestellung erfolgt typischerweise auf Basis der Basisteilenummer LTE-209, mit möglichen Suffixen, die spezifische Intensitäts-Bins anzeigen, wie durch den im Merkmalsabschnitt erwähnten Auswahlprozess impliziert.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die LTE-209 ist ideal für Anwendungen, die eine kompakte, effiziente Infrarotquelle benötigen. Ihre 940nm-Wellenlänge ist für das menschliche Auge unsichtbar und eignet sich gut für:

• Optische Schalter und Objekterkennung:Gepaart mit einem Fototransistor (wie der erwähnten LTR-4206-Serie), um die Anwesenheit, Abwesenheit oder Position eines Objekts durch Unterbrechung des IR-Strahls zu erkennen.
• Näherungserkennung:Verwendung in Geräten zur Erkennung der Nähe eines Benutzers oder Objekts, oft unter Einsatz von reflektiver Erfassung.
• Encoder:Bereitstellung der Lichtquelle für inkrementelle oder absolute optische Encoder in Motorsteuerungs- und Positionserfassungssystemen.
• Datenübertragung:Kann für kurze, niedrige Datenraten Infrarot-Kommunikationsverbindungen verwendet werden (z.B. Fernbedienungssysteme), obwohl ihr enger Abstrahlwinkel eine Ausrichtung erfordern kann.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie immer einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle, um den Durchlassstrom auf den gewünschten Arbeitspunkt zu begrenzen, und überschreiten Sie niemals die absoluten Maximalwerte.
• Thermisches Management:Berücksichtigen Sie die Verlustleistung (V_F* I_F) und die Auswirkung der Umgebungstemperatur auf die Ausgangsleistung. Für Hochzuverlässigkeitsanwendungen reduzieren Sie den maximalen Strom bei erhöhten Temperaturen.
• Optische Ausrichtung:Der enge 16-Grad-Abstrahlwinkel erfordert eine präzise mechanische Ausrichtung mit dem gepaarten Detektor oder dem Zielbereich für eine optimale Signalstärke.
• Schutzschaltungen:Obwohl es eine Sperrspannungsfestigkeit von 5V hat, ist der Einbau von Schutzmaßnahmen gegen Sperrspannung oder Spannungsspitzen in der Schaltung eine gute Praxis.
• Abgestimmtes Paar:Für beste Leistung in Erfassungsanwendungen verwenden Sie das Bauteil wie vorgeschlagen mit seinem spektral und mechanisch abgestimmten Fototransistor.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der LTE-209-Serie sind, wie dargestellt, ihre spezifische Auswahl für Intensitätsparameter und ihre abgestimmte Paarung mit einer Fototransistor-Serie. Im Vergleich zu generischen IR-LEDs bietet diese Vorauswahl eine größere Konsistenz der optischen Ausgangsleistung, was die Schaltungskalibrierung vereinfachen und die Ausbeute in der Massenproduktion verbessern kann. Die mechanische Abstimmung stellt sicher, dass bei Verwendung mit dem vorgesehenen Fototransistor die physikalische Ausrichtung und die optische Kopplung optimiert sind, was zu stärkeren und zuverlässigeren Signalen führt. Die Verwendung von Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) auf einem Galliumarsenid (GaAs)-Substrat ist eine Standardtechnologie zur Herstellung effizienter Nahinfrarot-Emitter mit einer Wellenlänge um 940nm.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Was ist der Zweck der 940nm-Wellenlänge?

A: 940nm liegt im nahen Infrarotspektrum und ist für das menschliche Auge unsichtbar. Sie wird häufig in der Sensorik und Kommunikation verwendet, um sichtbare Lichtinterferenzen zu vermeiden, und wird von Silizium-Fotodetektoren effizient erfasst.

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

A: Nein. Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Mit einer typischen V_Fvon 1,6V bei 20mA wäre der Widerstandswert für eine 5V-Versorgung R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω. Ein Standard-180Ω-Widerstand würde zu einem Strom von etwa 19mA führen.

F: Wie beeinflusst die Temperatur die Leistung?

A: Wie in den Kennlinien gezeigt, verringert eine steigende Temperatur im Allgemeinen die optische Ausgangsleistung bei einem gegebenen Strom und verringert die Durchlassspannung. Designs für weite Temperaturbereiche müssen dies berücksichtigen.

F: Was bedeutet \"spektral abgestimmt\"?

A: Es bedeutet, dass das Emissionsspektrum der LED (zentriert bei 940nm) gut mit dem Bereich der maximalen Empfindlichkeit des spezifizierten Fototransistors übereinstimmt. Dies maximiert die Menge des emittierten Lichts, die der Detektor in ein elektrisches Signal umwandeln kann.

11. Praktische Design- und Verwendungsbeispiele

Beispiel 1: Objekterkennungstor:Zwei LTE-209 IR-LEDs können auf einer Seite eines Förderbands platziert werden, jede gepaart mit einem abgestimmten Fototransistor auf der gegenüberliegenden Seite, wodurch zwei unabhängige Erfassungsstrahlen entstehen. Ein Mikrocontroller überwacht die Ausgänge der Fototransistoren. Wenn ein Objekt durchläuft, unterbricht es einen oder beide Strahlen, wodurch das System Objekte zählen, die Größe messen (durch Zeitmessung der Strahlunterbrechung) oder eine Aktion auslösen kann.

Beispiel 2: Reflektiver Näherungssensor:Eine LTE-209 und ihr abgestimmter Fototransistor werden nebeneinander auf einer Leiterplatte platziert, in die gleiche Richtung zeigend. Die LED emittiert einen Strahl. Wenn sich ein Objekt nähert, reflektiert es einen Teil dieses Lichts zurück zum Fototransistor. Die Stärke des erfassten Signals korreliert mit der Nähe des Objekts. Dieser Aufbau ist bei berührungslosen Wasserhähnen oder automatischen Seifenspendern üblich.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie freigesetzt. Im hier verwendeten spezifischen Materialsystem (GaAlAs/GaAs) entspricht diese Energie Photonen im Infrarotspektrum mit einer Wellenlänge von etwa 940 nm. Die Struktur der Diode, einschließlich der erwähnten Fensterschicht, ist so gestaltet, dass dieses erzeugte Licht effizient aus dem Halbleitermaterial austreten kann. Das Kunststoffgehäuse dient zum Schutz des Halbleiterchips, bietet mechanische Struktur und kann auch als Linse wirken, um den emittierten Lichtstrahl zu formen, was zum spezifizierten 16-Grad-Abstrahlwinkel beiträgt.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Die Infrarot-Emitter-Technologie entwickelt sich weiter. Allgemeine Trends in diesem Bereich sind:

• Erhöhte Effizienz:Entwicklung neuer Halbleitermaterialien und -strukturen (z.B. Multi-Quantentöpfe), um bei gegebenem elektrischem Eingang eine höhere optische Ausgangsleistung zu erreichen, wodurch der Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert werden.
• Miniaturisierung:Fortlaufende Verkleinerung der Gehäusegröße (z.B. Chip-Scale-Packages), um die Integration in immer kleinere Consumer-Electronics- und IoT-Geräte zu ermöglichen.
• Erweiterte Funktionalität:Integration des Emitters mit Treiberschaltungen, Fotodetektoren oder sogar Mikrocontrollern in einzelne Module oder System-in-Package (SiP)-Lösungen.
• Wellenlängendiversifizierung:Während 940 nm Standard bleibt, werden andere IR-Wellenlängen (z.B. 850 nm, 1050 nm) für spezifische Anwendungen wie augensichere Systeme oder verschiedene atmosphärische Transmissionsfenster optimiert.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Fortschritte bei Gehäusematerialien und Die-Bond-Technologien, um höheren Temperaturen und anspruchsvolleren Umweltbedingungen standzuhalten, wie sie z.B. in Automobilanwendungen erforderlich sind.