Infrarot-Emissionsdiode 940nm T-1 3/4 Gehäuse - 5,0mm Ø x 8,6mm H - Durchlassspannung 1,6V - Strahlungsstärke 40mW/sr - Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer leistungsstarken Infrarot-Emissionsdiode. Die Komponente ist darauf ausgelegt, Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern (nm) im nicht sichtbaren Spektrum zu emittieren, was sie ideal für Anwendungen macht, die unsichtbare Beleuchtung erfordern. Das Bauteil ist in einem standardmäßigen T-1 3/4 Durchsteckgehäuse mit wasserklarer Linse untergebracht, das ein breites Abstrahlverhalten bietet.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieses IR-Emitters umfassen seine hohe Strahlungsstärke, einen weiten Betrachtungswinkel von 45 Grad für eine große Abdeckung und ein für hohe Betriebsströme bei niedriger Durchlassspannung optimiertes Design. Diese Merkmale machen ihn zu einer kostengünstigen und zuverlässigen Lösung. Die Hauptanwendungsgebiete liegen vorwiegend in der Unterhaltungselektronik und Sensorik, insbesondere für Infrarot-Fernbedienungen von Fernsehern, Set-Top-Boxen und Audiogeräten sowie für Annäherungs- oder Präsenzerkennungssensoren in verschiedenen Geräten.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die Leistung des Bauteils ist unter Standard-Umgebungstemperaturbedingungen (25°C) definiert. Das Verständnis dieser Parameter ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und einen zuverlässigen Betrieb entscheidend.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb an oder über diesen Grenzen ist nicht garantiert. Zu den wichtigsten Grenzen gehören ein Dauer-Durchlassstrom (I_F) von 100 mA, ein Spitzen-Durchlassstrom von 1 A unter gepulsten Bedingungen (300 pps, 10μs Pulsbreite) und eine maximale Verlustleistung von 160 mW. Das Bauteil hält eine Sperrspannung (V_R) von bis zu 5V aus, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass dies nur zu Testzwecken dient und das Bauteil nicht für den Betrieb unter Sperrspannung ausgelegt ist. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter festgelegten Testbedingungen. Die Strahlungsstärke (I_E), ein Maß für die optische Leistung pro Raumwinkel, beträgt typischerweise 40 Milliwatt pro Steradiant (mW/sr) bei einem Betriebsstrom von 100 mA. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,6 Volt bei einem Betriebsstrom von 50 mA, was auf einen relativ geringen elektrischen Leistungsverlust hindeutet. Die spektralen Eigenschaften sind auf 940 nm zentriert mit einer spektralen Halbwertsbreite (Δλ) von etwa 50 nm, die die Bandbreite des emittierten Infrarotlichts definiert.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen. Diese sind wesentlich, um Nichtlinearitäten und Temperaturabhängigkeiten zu verstehen.

3.1 Spektrale Verteilung

Die Kurve der spektralen Verteilung (Abb.1) zeigt die relative Strahlungsstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Sie bestätigt die Spitzenemission bei 940 nm und die Halbwertsbreite von 50 nm, was die Bandbreite der emittierten Wellenlängen angibt. Dies ist wichtig für die Abstimmung auf die Empfindlichkeit von Empfangssensoren oder Fotodioden.

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

Die I-V-Kennlinie (Abb.3) zeigt die Beziehung zwischen dem durch die Diode fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Sie ist nichtlinear, was charakteristisch für eine Halbleiterdiode ist. Diese Kurve ist entscheidend, um die erforderliche Treiberspannung für einen gewünschten Betriebsstrom zu bestimmen und die Verlustleistung (P_D = V_F × I_F) zu berechnen.

3.3 Thermische Eigenschaften

Abbildung 2 zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms mit steigender Umgebungstemperatur. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Fähigkeit des Bauteils, Wärme abzuführen, ab, daher muss der maximal sichere Betriebsstrom reduziert werden, um die Grenz-Sperrschichttemperatur nicht zu überschreiten. Abbildung 4 zeigt, wie die relative Strahlungsstärke bei festem Betriebsstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt, ein Phänomen, das als thermisches Absinken (Thermal Droop) bekannt ist. Dies muss in Entwürfen berücksichtigt werden, die eine stabile Ausgangsleistung über einen weiten Temperaturbereich erfordern.

3.4 Relative Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom

Abbildung 5 verdeutlicht, dass die Lichtausbeute nicht linear zum Strom proportional ist, insbesondere bei höheren Strömen, wo die Effizienz aufgrund von Erwärmung und anderen Effekten sinken kann. Dieses Diagramm hilft bei der Auswahl eines geeigneten Arbeitspunkts, um Helligkeit, Effizienz und Bauteillebensdauer in Einklang zu bringen.

3.5 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm (Abb.6) stellt den Betrachtungswinkel grafisch dar. Die 2θ½-Spezifikation von 45 Grad bedeutet den Winkel, bei dem die Strahlungsstärke auf die Hälfte ihres Wertes bei 0 Grad (auf der Achse) abfällt. Dieses breite Abstrahlverhalten ist vorteilhaft für Anwendungen wie Fernbedienungen, bei denen die genaue Ausrichtung zwischen Sender und Empfänger nicht garantiert ist.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Abmessungen

Das Bauteil entspricht dem T-1 3/4 (5mm) Gehäusestandard. Zu den Hauptabmessungen gehören ein Gehäusedurchmesser von etwa 5,0 mm, eine Gesamthöhe von etwa 8,6 mm von der Unterseite der Anschlüsse bis zur Oberseite der Linse und ein Anschlussabstand von 2,54 mm (0,1 Zoll) an der Austrittsstelle aus dem Gehäuse. Ein maximaler Harzüberstand unter dem Flansch ist mit 1,0 mm spezifiziert. Für das Leiterplatten-Layout sollten detaillierte mechanische Zeichnungen mit Toleranzen (typischerweise ±0,25 mm) herangezogen werden.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Bei Durchsteck-LEDs ist die Anode (Plus-Anschluss) typischerweise der längere Anschluss. Die Umrisszeichnung im Datenblatt sollte zur Bestätigung des physikalischen Kennzeichens herangezogen werden, bei dem es sich oft um eine abgeflachte Stelle am Gehäuserand oder eine Kerbe handelt, die die Kathodenseite (Minus-Anschluss) anzeigt.

5. Löt- und Montagerichtlinien

Ein sachgemäßer Umgang ist entscheidend, um Schäden während der Fertigung zu vermeiden.

5.1 Anschlussbiegung

Falls die Anschlüsse gebogen werden müssen, muss dies an einer Stelle erfolgen, die mindestens 3 mm von der Basis der Epoxidlinse entfernt ist. Der Gehäusekörper sollte während des Biegens nicht als Drehpunkt verwendet werden. Dieser Vorgang muss bei Raumtemperatur und vor dem Lötprozess durchgeführt werden.

5.2 Lötparameter

Es werden zwei Lötverfahren behandelt:
Lötkolben:Maximale Temperatur von 360°C für maximal 3 Sekunden. Die Lötspitze darf nicht näher als 1,6 mm an der Basis der Epoxidlinse sein.
Wellenlöten:Die Vorwärmtemperatur sollte 100°C für bis zu 60 Sekunden nicht überschreiten. Die Temperatur der Lötwellen sollte maximal 260°C bei einer Kontaktzeit unter 5 Sekunden betragen. Das Bauteil sollte nicht tiefer als 2,0 mm von der Basis der Epoxidlinse getaucht werden.
Wichtiger Hinweis:Infrarot-Rückflusslöten (IR-Reflow) wird ausdrücklich als ungeeignet für diesen Durchsteckgehäusetyp angegeben. Übermäßige Hitze oder Zeit kann die Kunststofflinse schmelzen oder interne Schäden verursachen.

5.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol (IPA) verwendet werden.

6. Lagerung und Handhabung

Für die Langzeitlagerung außerhalb der original feuchtigkeitsdichten Verpackung wird empfohlen, die Bauteile in einer Umgebung mit nicht mehr als 30°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit aufzubewahren. Wenn sie aus der Originalverpackung entnommen wurden, sollten sie innerhalb von drei Monaten verwendet werden. Für eine längere Lagerung wird empfohlen, sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre aufzubewahren.

7. Anwendungsentwurfsüberlegungen

7.1 Treiberschaltungsentwurf

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Das Datenblatt empfiehlt dringend, für jede LED einen seriellen strombegrenzenden Widerstand zu verwenden, wenn mehrere Einheiten parallel geschaltet sind (Schaltungsmodell A). Dies liegt daran, dass die Durchlassspannung (V_F) von Bauteil zu Bauteil leicht variieren kann. Das direkte Parallelschalten von LEDs (Schaltungsmodell B) ohne individuelle Widerstände kann zu einer ungleichen Stromaufteilung führen, bei der die LED mit der niedrigstenV_Funverhältnismäßig mehr Strom zieht, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und möglicher Überlastung und Ausfall dieses Bauteils führt.

7.2 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Vorbeugende Maßnahmen müssen in der Handhabungs- und Montageumgebung umgesetzt werden:

• Personal muss geerdete Handgelenkbänder oder Fersenbänder/leitfähige Schuhe auf leitfähigem Boden tragen.
• Arbeitsplätze, Geräte und Lagerregale müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
• Verwenden Sie Ionisatoren, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich auf der Kunststofflinse ansammeln können.
• Regelmäßige Kontrollen und Schulungen für Personal in ESD-geschützten Bereichen sind unerlässlich.

7.3 Anwendungsbereich und Vorsichtsmaßnahmen

Die Komponente ist für Standard-Verbraucher- und Industrie-Elektronik vorgesehen. Der Hersteller gibt an, dass eine Beratung erforderlich ist, wenn das Bauteil in sicherheitskritischen Anwendungen (z.B. medizinische Lebenserhaltung, Luftfahrt, Verkehrssteuerung) eingesetzt werden soll, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte.

8. Funktionsprinzip und technologischer Kontext

Dieses Bauteil ist eine Halbleiter-Licht emittierende Diode (LED), die nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz arbeitet. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Materialzusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts; in diesem Fall ist sie auf 940 nm Infrarot-Emission abgestimmt. Infrarot-LEDs dieses Typs sind ausgereifte, hochzuverlässige Komponenten. Ihre Entwicklung konzentrierte sich auf die Steigerung der Effizienz (Strahlungsstärke pro Eingangsleistung), die Verbesserung des Wärmemanagements für höhere Betriebsströme und die Sicherstellung der Kompatibilität mit Umweltvorschriften wie RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe). Das Gehäuse mit weitem Betrachtungswinkel ist ein wesentliches Konstruktionsmerkmal, das die Nutzbarkeit in Anwendungen verbessert, die eine breite Abdeckung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.