LTE-4208 Infrarot-Emitter Datenblatt - 940nm Wellenlänge - T-1 3/4 Gehäuse - 5V Sperrspannung - 100mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTE-4208 Serie ist eine Infrarot-Emissionsdiode mit hoher Strahlungsleistung, konzipiert für Anwendungen, die zuverlässige und effiziente IR-Emission erfordern. Mit einer Peak-Wellenlänge von 940nm ist dieses Bauteil in einem standardmäßigen T-1 3/4-Gehäuse mit wasserklarer Linse untergebracht, was es für verschiedene Sensor- und Detektionssysteme geeignet macht.

1.1 Kernmerkmale und Zielmarkt

Die Hauptvorteile des LTE-4208 sind seine hohe Strahlungsintensität, die klare Linse für ungehinderte Emission und seine spektrale Abstimmung auf entsprechende Phototransistoren wie die LTR-3208 Serie, was für eine optimierte Empfängerleistung entscheidend ist. Es handelt sich um ein bleifreies und RoHS-konformes Produkt. Seine Hauptanwendungsgebiete liegen in Rauchmeldesystemen und universellen Infrarot-Emitter-Schaltungen, in denen präzise, gepulste IR-Signale benötigt werden.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für Dauerbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):100 mW. Dies ist die maximal zulässige Verlustleistung innerhalb des Bauteils, hauptsächlich als Wärme, berechnet aus Durchlassspannung und -strom.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):3 A unter gepulsten Bedingungen (300 pps, 10µs Pulsbreite). Diese hohe Stromtragfähigkeit ermöglicht sehr helle, kurzzeitige Pulse für Reichweiten-Sensorik.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):50 mA. Der maximale Gleichstrom für zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C bzw. -55°C bis +100°C, was auf ein robustes Bauteil für industrielle Umgebungen hindeutet.
• Löt-Temperatur der Anschlüsse:260°C für 5 Sekunden in 1,6mm Abstand vom Gehäuse, definiert das thermische Profil für Hand- oder Wellenlötung.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei 25°C.

• Strahlungsintensität (I_E):Der zentrale optische Ausgangsparameter, gemessen in mW/sr (Milliwatt pro Steradiant). Er ist über mehrere BIN-Codes (A bis D4) mit Minimal- und Typwerten spezifiziert, was eine Auswahl basierend auf der benötigten Ausgangsleistung ermöglicht. Beispielsweise bietet BIN A 3,31-7,22 mW/sr, während BIN D4 15,72 mW/sr (Min.) bietet.
• Peak-Emissionswellenlänge (λ_Peak):940 nm. Dies liegt im nahen Infrarotspektrum, ist für das menschliche Auge unsichtbar und eine gängige Wellenlänge für Fernbedienungen und Sensoren, da sie Störungen durch Umgebungslicht vermeidet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):50 nm. Dies definiert die Bandbreite des emittierten Lichts; eine schmalere Bandbreite würde eine monochromatischere Quelle anzeigen.
• Durchlassspannung (V_F):1,6 V (Typ.) bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der Diode im leitenden Zustand, wichtig für den Treiberschaltungsentwurf.
• Sperrstrom (I_R):100 µA (Max.) bei V_R=5V. Ein Leckage-Parameter; das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass dieser Zustand nur für Tests gilt und das Bauteil nicht für Sperrbetrieb vorgesehen ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):20 Grad. Dieser enge Strahlwinkel bündelt die Strahlungsintensität in einen gerichteten Strahl, ideal für zielgerichtete Sensoranwendungen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Der LTE-4208 verwendet ein Binning-System basierend auf der Strahlungsintensität. Bauteile werden getestet und basierend auf ihrer gemessenen Strahlungsleistung bei einem Standard-Teststrom von 20mA in verschiedene Leistungsgruppen (BINs) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit garantiertem minimalem optischem Ausgang für ihre Anwendung auszuwählen und sorgt für Konsistenz in der Systemleistung, insbesondere wenn mehrere Emitter verwendet werden. Die BINs reichen von A (niedrigste Ausgangsleistung) bis D4 (höchste Ausgangsleistung). Entwickler müssen bei der Bestellung den erforderlichen BIN-Code angeben, um das optische Leistungsniveau zu garantieren.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere wichtige Diagramme für die Entwurfsanalyse.

4.1 Spektrale Verteilung (Abb.1)

Diese Kurve zeigt die relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge, zentriert um den 940nm-Peak mit der definierten 50nm Halbwertsbreite. Sie bestätigt, dass die Emission im beabsichtigten IR-Band liegt.

4.2 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb.2)

Diese Derating-Kurve zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Bei 85°C ist der maximale Strom deutlich niedriger als bei 25°C, was für das thermische Management im Entwurf entscheidend ist.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb.3)

Die Standard I-V-Kennlinie einer Diode. Sie zeigt die exponentielle Beziehung, mit dem typischen V_Fvon 1,6V bei 20mA markiert. Diese Kurve ist essenziell für die Dimensionierung des in Reihe geschalteten Vorwiderstands zur Strombegrenzung der LED.

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

Abb.4 veranschaulicht die Temperaturabhängigkeit der optischen Ausgangsleistung, typischerweise zeigt sich eine Abnahme der Effizienz bei steigender Temperatur. Abb.5 zeigt die sublineare Beziehung zwischen Treiberstrom und Lichtausgang; eine Verdopplung des Stroms verdoppelt nicht den Ausgang, ein häufiges Merkmal von LEDs.

4.5 Strahlungsdiagramm (Abb.6)

Ein Polardiagramm, das den 20-Grad-Abstrahlwinkel visuell darstellt. Die Intensität ist normiert und zeigt die Bündelung des Strahls.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

Das Bauteil verwendet ein Durchsteckmontage-Gehäuse T-1 3/4 (5mm). Die Umrisszeichnung spezifiziert wichtige Abmessungen inklusive Anschlussdrahtdurchmesser, Linsendurchmesser und Gesamthöhe. Kritische Hinweise umfassen: alle Maße in mm, eine Toleranz von ±0,25mm, einen maximalen Harzvorsprung unter dem Flansch von 1,0mm, und dass der Anschlussabstand am Austrittspunkt der Anschlüsse aus dem Gehäuse gemessen wird. Die Polarität wird typischerweise durch einen längeren Anodenanschluss oder eine flache Stelle am Gehäuseflansch angezeigt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Lagerung

Bauteile sollten bei <30°C und <70% rel. Luftfeuchte gelagert werden. Nach Öffnen der feuchtigkeitsempfindlichen Verpackung müssen sie innerhalb von 3 Monaten in einer kontrollierten Umgebung (<25°C, <60% rel. LF) verwendet werden, um Anschluss-Oxidation zu verhindern, die die Lötbarkeit beeinträchtigt.

6.2 Reinigung

Es werden nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol (IPA) empfohlen.

6.3 Anschluss-Formgebung

Biegungen müssen mindestens 3mm von der Linsenbasis entfernt vorgenommen werden. Die Basis darf nicht als Drehpunkt verwendet werden. Die Formgebung muss bei Raumtemperatur und vor dem Löten erfolgen.

6.4 Löten

Zwei Methoden werden mit strengen Grenzwerten spezifiziert, um thermische Schäden zu verhindern:
Anschlusslöten:Max. 350°C für 3 Sekunden, wobei der Lötpunkt nicht näher als 1,6mm an der Linsenbasis sein darf.
Wellenlöten:Vorwärmen auf max. 100°C für 60s, Lötwellenbad bei max. 260°C für 5s, wobei der Eintauchpunkt nicht tiefer als 1,6mm von der Basis sein darf.
Kritische Warnung:Die Linse darf NIEMALS in das Lötzbad getaucht werden. IR-Reflow-Löten ist für dieses Durchsteckmontage-Gehäuse NICHT geeignet. Übermäßige Hitze oder Zeit kann die Linse verformen oder die LED zerstören.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Rauchmelder:Verwendung in fotoelektrischen Rauchmeldern, bei denen der emittierte IR-Strahl von Rauchpartikeln auf einen Empfänger gestreut wird.
• Näherungs- & Objekterkennung:Gepaart mit einem abgestimmten Phototransistor (z.B. LTR-3208) in unterbrechenden oder reflektierenden Sensor-Konfigurationen.
• Industrieautomatisierung:Für Objektzählung, Positionserfassung und Kantendetektion.

7.2 Entwurfsüberlegungen und Ansteuerungsmethode

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs sicherzustellen, ist eszwingend erforderlich, einen individuellen Vorwiderstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A). Die Verwendung eines einzelnen Widerstands für eine Parallelschaltung (Schaltungsmodell B) wird aufgrund von Schwankungen in der Durchlassspannung (V_F) einzelner LEDs nicht empfohlen, was zu ungleichmäßiger Stromverteilung und damit ungleichmäßiger Helligkeit führt. Der Widerstandswert wird mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.

berechnet.

7.3 ESD-Schutz (Elektrostatische Entladung)

Infrarot-LEDs sind empfindlich gegenüber ESD. Zwingende Vorsichtsmaßnahmen umfassen: Verwendung geerdeter Handgelenkbänder und Arbeitsplätze, Einsatz von Ionisatoren zur Neutralisierung statischer Aufladung auf Kunststofflinsen und Sicherstellung, dass alle mit den Bauteilen umgehenden Personen ESD-geschult sind. Eine detaillierte Checkliste für statisch geschützte Bereiche ist im Datenblatt enthalten.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die Hauptunterscheidungsmerkmale des LTE-4208 sind seine hohe gepulste Stromtragfähigkeit (3A), die sehr hohe momentane Strahlungsleistung für Reichweiten- oder störungsunempfindliche gepulste Betriebsarten ermöglicht, und seine spezifische Abstimmung auf die LTR-3208 Phototransistor-Serie. Der enge 20-Grad-Abstrahlwinkel bietet im Vergleich zu Emittern mit breiterem Winkel eine höhere Intensität auf der Achse, was ihn besser für gerichtete Strahl-Anwendungen geeignet macht. Die klare Binning-Struktur ermöglicht eine vorhersehbare optische Leistung.

9. Häufig gestellte Fragen basierend auf technischen Parametern
F: Kann ich diese LED direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?_FA: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand in Reihe verwenden. Beispiel: Bei einer Versorgungsspannung von 5V, einem V_Fvon 1,6V und einem gewünschten I

von 20mA wäre der Widerstand (5V - 1,6V) / 0,02A = 170 Ohm (verwenden Sie einen Standard-180-Ohm-Widerstand).
F: Was ist der Zweck des BIN-Codes?

A: Er garantiert eine minimale Strahlungsintensität. Für eine kritische Anwendung wie einen Rauchmelder, bei dem die Signalstärke entscheidend ist, sorgt die Spezifikation eines höheren BINs (z.B. D2) für einen stärkeren IR-Strahl im Vergleich zu einem niedrigeren BIN (z.B. A).
F: Warum ist der Abstrahlwinkel so eng?

A: Ein enger Strahl bündelt die optische Leistung in einen kleineren Raumwinkel und erhöht so die Intensität entlang der Mittelachse. Dies verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis bei gerichteten Sensoranwendungen und ermöglicht größere Erfassungsdistanzen.
F: Kann ich diesen für Dauerstrichbetrieb (CW) bei seinem Spitzenstrom verwenden?

A: Nein. Die 3A-Bewertung gilt NUR für gepulsten Betrieb (10µs Pulse). Der maximale Dauerstrom beträgt 50mA. Das Überschreiten des Dauerstrom-Grenzwerts führt zur Überhitzung und Beschädigung des Bauteils.

10. Praktischer Entwurf und Anwendungsbeispiel
Beispiel: Entwurf eines schlitzförmigen Objektzählers.

Ein LTE-4208 IR-Emitter wird auf einer Seite eines Schlitzes platziert, und ein LTR-3208 Phototransistor wird direkt gegenüber angeordnet. Wenn kein Objekt im Schlitz ist, trifft der IR-Strahl den Empfänger und erzeugt ein hohes Signal. Wenn ein Objekt durchläuft, unterbricht es den Strahl, wodurch das Empfängersignal abfällt. Die hohe gepulste Stromtragfähigkeit des LTE-4208 ermöglicht es dem Entwickler, die LED mit einem hohen Strom (z.B. 1A) für sehr kurze Dauer zu pulsen. Dies erzeugt einen sehr hellen Blitz, der Umgebungs-IR-Störungen überwinden kann und die Systemzuverlässigkeit erhöht. Der Entwickler wählt BIN C LEDs, um ausreichende Strahlstärke über den Spalt hinweg sicherzustellen. Individuelle 10-Ohm-Widerstände werden in Reihe mit jeder LED in einem Multi-Sensor-Array verwendet, um einen konsistenten Strom sicherzustellen. Die Montage folgt den Lötrichtlinien, um thermische Schäden während der Bestückung der Leiterplatte zu verhindern.

11. Prinzipielle Einführung

Eine Infrarot-Emissionsdiode (IRED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode, die inkohärentes Infrarotlicht emittiert, wenn sie in Durchlassrichtung vorgespannt ist. Elektronen rekombinieren mit Löchern innerhalb des Bauteils und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge dieser Photonen wird durch die Bandlückenenergie des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt (z.B. Galliumarsenid-Varianten für 940nm). Das T-1 3/4-Gehäuse beherbergt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und enthält eine Epoxidlinse, die den emittierten Lichtstrahl formt (in diesem Fall zu einem 20-Grad-Muster).

12. Entwicklungstrends