LTE-2872U IR-Emitter Datenblatt - 5mm-Gehäuse - 1,6V Durchlassspannung - 940nm Wellenlänge - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTE-2872U ist eine leistungsstarke Infrarot (IR)-Emissionsdiode, die für zuverlässigen Betrieb in Sensor- und Detektionsanwendungen konzipiert ist. Ihre Kernfunktion ist die Emission von Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern, die für das menschliche Auge unsichtbar, aber ideal für elektronische Detektionssysteme ist. Die im Datenblatt hervorgehobene Hauptanwendung ist für Rauchmelder, für die die Komponente eine UL-Zulassung besitzt, was ihre Zuverlässigkeit und Sicherheit für kritische Sicherheitseinrichtungen unterstreicht. Das Bauteil wird in einem kostengünstigen, klaren transparenter Kunststoff-Gehäuse mit Endblickrichtung angeboten, das ein schmales Abstrahlmuster bietet, wodurch die Richtwirkung und die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die wesentlichen Vorteile der LTE-2872U-Serie ergeben sich aus ihren spezifischen Designentscheidungen. Sie ist mechanisch und spektral auf die passenden Fototransistoren der LTR-3208-Serie abgestimmt, was eine optimale Leistung in üblichen Sender-Empfänger-Paaren für Schlitzsensoren (z.B. für Papiererfassung in Druckern, Objekterkennung) gewährleistet. Diese Abstimmung vereinfacht das Design und verbessert die Signalintegrität. Die schmale Abstrahlcharakteristik erhöht die Intensität auf einer kleineren Fläche und verbessert so das Signal-Rausch-Verhältnis in ausgerichteten Systemen. Die Verwendung einer Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs)-Fensterschicht auf einem Gallium-Arsenid (GaAs)-Substrat ist eine Standardtechnologie für effiziente IR-Emission. Der primäre Zielmarkt sind Industrie- und Konsumelektronik, die robuste, kostengünstige Infrarotsensorik benötigen, mit einer zertifizierten Nische in Rauchmeldesystemen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Das Datenblatt enthält absolute Maximalwerte und detaillierte elektrische/optische Kennwerte, die für Schaltungsdesign und Zuverlässigkeitsbewertung entscheidend sind.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann. Das Bauteil kann bis zu 250 mW Leistung dissipieren. Der zulässige Dauer-Durchlassstrom beträgt 150 mA, während unter gepulsten Bedingungen (300 pps, 10 µs Pulsbreite) ein wesentlich höherer Spitzen-Durchlassstrom von 3 A erlaubt ist, was für das Ansteuern von hochintensiven kurzen Bursts nützlich ist. Die maximale Sperrspannung beträgt 5 V, was die begrenzte Toleranz der Diode gegenüber Sperrspannung anzeigt. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, die Lagertemperatur von -55°C bis +100°C, was den Einsatz in rauen Umgebungen ermöglicht. Die Lötstellentemperatur für die Anschlüsse ist mit 260°C für 5 Sekunden in einem Abstand von 1,6mm vom Gehäusekörper spezifiziert und gibt eine Richtlinie für den Bestückungsprozess.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Die Parameter werden bei einem Standard-Durchlassstrom (I_F) von 20 mA und einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C geprüft. Die Durchlassspannung (V_F) liegt typischerweise im Bereich von 1,2V bis 1,6V. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_Peak) beträgt 940 nm, und die spektrale Bandbreite (Δλ), definiert als Halbwertsbreite, beträgt 50 nm. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 16 Grad, was die Spezifikation des schmalen Strahls bestätigt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LTE-2872U verwendet ein strenges Binning-System für ihre Strahlungsleistung, was für Anwendungen mit konsistenter optischer Leistung entscheidend ist. Zwei Schlüsselparameter werden gebinnt: Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e, in mW/cm²) und Strahlstärke (I_E, in mW/sr).

3.1 Binning der Strahlungsleistung

Das Datenblatt listet mehrere Bins (A, B, C, D1, D2, D3, D4) für sowohl E_eals auch I_E auf. Die Bins repräsentieren sortierte Bereiche der optischen Leistung. Beispielsweise hat Bin A für die Strahlstärke einen typischen Bereich von 3,31 bis 7,22 mW/sr, während Bin D4 bei 17,17 mW/sr beginnt. Dies ermöglicht es Entwicklern, eine Komponente mit dem für ihre Anwendung benötigten präzisen Ausgangspegel auszuwählen, um eine ausreichende Signalstärke sicherzustellen, ohne überzudimensionieren. Höhere Bin-Nummern entsprechen im Allgemeinen hocheffizienteren oder leistungsstärkeren Bauteilen. Entwickler müssen beim Bestellen die spezifischen Bin-Codes konsultieren, um die geforderte Leistung zu garantieren.

4. Analyse der Kennlinien

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

4.1 Spektrale Verteilung

Abbildung 1 zeigt die spektrale Verteilung mit einem scharfen Peak bei 940 nm und der bereits erwähnten Halbwertsbreite von 50 nm. Diese Kurve ist entscheidend, um die Kompatibilität mit der spektralen Empfindlichkeit des gekoppelten Detektors (wie dem LTR-3208) sicherzustellen.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Abbildung 3 zeigt die IV (Strom-Spannungs)-Kennlinie. Sie zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Kurve ermöglicht es Entwicklern, die notwendige Ansteuerspannung für einen gewünschten Betriebsstrom zu bestimmen, was für das Design der strombegrenzenden Schaltung wesentlich ist.

4.3 Relative Strahlstärke vs. Durchlassstrom

Abbildung 5 zeigt, dass die optische Ausgangsleistung (Strahlstärke) im typischen Arbeitsbereich nahezu linear mit dem Durchlassstrom verläuft. Diese Linearität vereinfacht die Modulation und Steuerung der Lichtausgabe.

4.4 Relative Strahlstärke vs. Umgebungstemperatur

Abbildung 4 ist entscheidend für das Verständnis thermischer Effekte. Sie zeigt, dass die Strahlstärke mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Diese Entlastung muss in Designs berücksichtigt werden, die über den gesamten Temperaturbereich betrieben werden sollen, insbesondere nahe der oberen Grenze (+85°C), um eine ausreichende Signalreserve sicherzustellen.

4.5 Abstrahldiagramm

Abbildung 6 zeigt ein polares Abstrahldiagramm, das den 16-Grad-Abstrahlwinkel visuell bestätigt. Das Diagramm zeigt die Winkelverteilung des emittierten Infrarotlichts, was für die optische Ausrichtung und das Verständnis des effektiven Erfassungsbereichs wichtig ist.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges 5mm-Radialgehäuse (oft als T-1¾ bezeichnet). Wichtige Abmessungen sind der Gehäusedurchmesser, der Anschlussabstand und die Gesamtlänge. Die Zeichnung spezifiziert, dass der Anschlussabstand dort gemessen wird, wo die Anschlüsse aus dem Gehäuse austreten. Ein maximaler Harzvorsprung unter dem Flansch wird mit 1,5mm angegeben. Alle Abmessungen haben eine Standardtoleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Bei einem Standard-IR-Emitter in diesem Gehäuse ist der längere Anschluss typischerweise die Anode (Pluspol) und der kürzere Anschluss die Kathode (Minuspol). Die abgeflachte Seite am Gehäuserand kann ebenfalls die Kathodenseite anzeigen. Entwickler müssen dies während der Bestückung überprüfen, um eine Verpolung zu verhindern.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

Das Datenblatt enthält spezifische Anweisungen zum Löten, um thermische Schäden am Halbleiterübergang und am Kunststoffgehäuse zu verhindern.

6.1 Hand- oder Wellenlöten

Der absolute Maximalwert spezifiziert, dass Anschlüsse bei 260°C für maximal 5 Sekunden gelötet werden können, unter der Bedingung, dass der Lötpunkt mindestens 1,6mm (.063\") vom Gehäusekörper entfernt ist. Dieser Abstand ermöglicht es der Wärme, sich entlang des Anschlusses zu verteilen, bevor sie die empfindlichen Komponenten im Gehäuseinneren erreicht. Die Verwendung einer Wärmesenken-Klemme am Anschluss zwischen Lötstelle und Gehäuse ist eine empfohlene Praxis.

6.2 Lagerbedingungen

Obwohl über den Lagertemperaturbereich (-55°C bis +100°C) hinaus nicht explizit detailliert, ist es Standardpraxis, feuchtigkeitsempfindliche Bauteile in einer trockenen Umgebung oder in versiegelten, feuchtigkeitsdichten Beuteln mit Trockenmittel zu lagern, um \"Popcorning\" während des Reflow-Lötens zu verhindern, obwohl diese Komponente primär für die Durchsteckmontage vorgesehen ist.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Rauchmelder:Die UL-Zulassung macht sie zur ersten Wahl. Sie wird in fotoelektrischen Rauchmeldern eingesetzt, wo Rauchpartikel den IR-Strahl vom Emitter zu einem Fotodetektor streuen.
• Objekt-/Schlitzerfassung:Gepaart mit einem abgestimmten Fototransistor (z.B. LTR-3208) über einen Spalt, um die An- oder Abwesenheit eines Objekts zu erkennen (Papier in einem Drucker, Münze in einem Verkaufsautomaten).
• Näherungserkennung:Verwendung in Systemen, bei denen reflektiertes IR-Licht erfasst wird, um Entfernung oder Anwesenheit zu messen.
• Industrieautomatisierung:Für Zählen, Positionieren und Lichtschranken-Sicherheitsvorhänge.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand, um den Durchlassstrom auf den gewünschten Wert zu begrenzen (z.B. 20 mA für Spezifikationsmessungen). Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.
• Wärmemanagement:Berücksichtigen Sie den Abfall der Ausgangsleistung mit der Temperatur (siehe Abb. 4). Für Hochtemperatur- oder Hochstrombetrieb stellen Sie sicher, dass die Verlustleistung (I_F* V_F) 250 mW nicht überschreitet, und ziehen Sie eine Entlastung in Betracht.
• Optische Ausrichtung:Der schmale 16-Grad-Strahl erfordert eine präzise mechanische Ausrichtung mit dem Detektor für optimale Signalstärke.
• Elektrische Störungen:Für gepulsten Betrieb sorgen Sie für eine schnelle Ansteuerschaltung und ziehen Sie eine Abschirmung in Betracht, um zu verhindern, dass elektromagnetische Störungen empfindliche Detektorschaltungen beeinflussen.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Während ein direkter Wettbewerbsvergleich nicht im Datenblatt enthalten ist, können die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale der LTE-2872U abgeleitet werden. Ihr primärer Vorteil ist die garantierte Abstimmung auf die LTR-3208-Fototransistor-Serie, was die Designunsicherheit reduziert. Die Verfügbarkeit mehrerer Ausgangs-Bins ermöglicht eine Kosten-Leistungs-Optimierung. Der schmale Abstrahlwinkel ist ein spezifisches Merkmal, das nicht bei allen IR-Emittern zu finden ist; Emitter mit breiterem Winkel bieten an einem bestimmten Punkt weniger Intensität, decken aber eine größere Fläche ab. Die UL-Zertifizierung für Rauchmelder ist eine bedeutende Qualifikation, die nicht alle IR-LEDs besitzen, und öffnet die Tür zu einem regulierten Markt.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Zweck der verschiedenen Bins (A, B, C, D1 usw.)?
A1: Die Bins kategorisieren die LEDs basierend auf ihrer gemessenen Strahlungsleistung (Intensität). Dies ermöglicht es Ihnen, eine Komponente auszuwählen, die die für Ihre Anwendung erforderliche Mindestausgangsleistung zuverlässig erfüllt. Die Verwendung eines höheren Bins gewährleistet ein stärkeres Signal, kann aber etwas mehr kosten.

F2: Kann ich diese LED direkt mit einer 5V-Versorgung betreiben?
A2: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 1,2-1,6V. Ein direkter Anschluss an 5V würde einen übermäßigen Strom verursachen und die LED zerstören. Sie müssen stets einen strombegrenzenden Vorwiderstand in Reihe schalten.

F3: Warum sinkt die Ausgangsleistung bei höheren Temperaturen?
A3: Dies ist eine grundlegende Eigenschaft von Halbleiterlichtquellen. Erhöhte Temperatur steigert die nicht-strahlende Rekombination innerhalb des Halbleitermaterials, was die Effizienz der Lichterzeugung (Elektrolumineszenz) verringert.

F4: Was bedeutet \"spektral abgestimmt\"?
A4: Es bedeutet, dass die Spitzen-Emissionswellenlänge des Emitters (940nm) eng mit der Spitzenwellenlänge der spektralen Empfindlichkeit des spezifizierten Fototransistor-Detektors übereinstimmt. Dies maximiert die Menge des emittierten Lichts, das der Detektor \"sehen\" und in ein elektrisches Signal umwandeln kann.

10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Papierleer-Sensors für einen Drucker.Eine häufige Anwendung ist die Erkennung, wenn kein Papier in einem Fach vorhanden ist. Ein LTE-2872U IR-Emitter wird auf einer Seite des Papierwegs platziert, und ein LTR-3208-Fototransistor wird direkt gegenüber platziert. Wenn Papier vorhanden ist, blockiert es den IR-Strahl, und die Ausgabe des Fototransistors ist niedrig (oder hoch, abhängig von der Schaltungskonfiguration). Wenn kein Papier vorhanden ist, erreicht der Strahl den Detektor und ändert seinen Ausgangszustand.Designschritte:1) Wählen Sie ein geeignetes Bin (z.B. Bin C) für ausreichende Signalreserve. 2) Entwerfen Sie die Treiberschaltung: Verwenden Sie einen Mikrocontroller-GPIO-Pin. Bei einer 3,3V-Versorgung und einem Ziel-I_Fvon 20 mA, berechnen Sie R = (3,3V - 1,4V) / 0,02A = 95Ω. Verwenden Sie einen Standard-100Ω-Widerstand. 3) Entwerfen Sie die Detektorschaltung: Schalten Sie den Fototransistor in einer Emitterschaltung mit einem Pull-up-Widerstand, um ein digitales Signal zu erzeugen. 4) Konstruieren Sie den Halter mechanisch so, dass eine präzise Ausrichtung von Emitter und Detektor über den Papierweg gewährleistet ist, und nutzen Sie den schmalen 16-Grad-Strahl für eine genaue Kantenerkennung.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Die LTE-2872U ist eine Leuchtdiode (LED), die im Infrarotspektrum arbeitet. Ihr Kernprinzip ist die Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. 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, setzen sie Energie frei. In diesem spezifischen Materialsystem (GaAlAs/GaAs) entspricht die freigesetzte Energie einem Photon mit einer Wellenlänge von etwa 940 nm, die im nahen Infrarotbereich liegt. Der schmale Strahl wird durch die Geometrie des Halbleiterchips und den Linseneffekt des klaren Kunststoff-Kuppelgehäuses erreicht, der das emittierte Licht kollimiert.

12. Technologietrends und Kontext

Infrarot-Emitter wie die LTE-2872U basieren auf ausgereifter III-V-Halbleitertechnologie. Trends in diesem Bereich umfassen die Entwicklung von Emittern mit verschiedenen Wellenlängen (z.B. 850nm für einige Überwachungskameras, 1050nm für augensichere Anwendungen) und mit höheren Ausgangsleistungen und Wirkungsgraden. Es gibt auch einen Trend hin zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen für die automatisierte Bestückung, obwohl Durchsteckgehäuse wie dieser 5mm-Typ für Prototyping, Reparatur und Anwendungen, die eine höhere Leistungsfähigkeit oder einfachere manuelle Bestückung erfordern, beliebt bleiben. Das Prinzip abgestimmter Sender-Empfänger-Paare bleibt grundlegend für zuverlässige optoelektronische Sensorik. Die Integration von Emitter, Treiber und manchmal auch Detektor in ein einzelnes Modul ist ein weiterer Trend, der das Systemdesign für Endanwender vereinfacht.