LTE-1252 IR-Emitter und -Detektor Datenblatt - 940nm Wellenlänge - 100mA Durchlassstrom - 1,53V typ. Durchlassspannung - 5,0x3,8x3,5mm Gehäuse - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der LTE-1252 ist ein diskreter Infrarot (IR)-Emitter, der für ein breites Spektrum optoelektronischer Anwendungen konzipiert ist. Er arbeitet mit einer Spitzenemissionswellenlänge von 940nm, was ihn für den Einsatz in Umgebungen prädestiniert, in denen sichtbares Licht unerwünscht ist. Das Bauteil ist in einem klaren, transparenten Kunststoffgehäuse aufgebaut, bietet einen weiten Abstrahlwinkel und zeichnet sich durch seine hohe Strahlungsintensität sowie seine Eignung für Betrieb mit hohem Strom und niedriger Durchlassspannung aus.

1.1 Hauptmerkmale

• Bleifreie und RoHS-konforme Bauweise.
• Optimiert für Betrieb mit hohem Strom und niedriger Durchlassspannung.
• Kostengünstiges, miniaturisiertes Kunststoffgehäuse mit Endansicht.
• Weiter Abstrahlwinkel für große Abdeckung.
• Hohe Strahlungsintensität.
• Klares, transparentes Gehäuse.

1.2 Zielanwendungen

• Infrarot-Emitter für Fernbedienungen.
• Sensorsysteme für Annäherungs- oder Objekterkennung.
• Nachtbeleuchtung in Sicherheitssystemen.
• IR-Drahtlos-Datenübertragungsstrecken.
• Sicherheits-Alarmsysteme.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wesentlichen elektrischen und optischen Parameter, die für den LTE-1252 IR-Emitter spezifiziert sind.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):150 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits birgt das Risiko thermischer Schäden.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):1 A. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom unter spezifischen Bedingungen (300 Pulse pro Sekunde, 10μs Pulsbreite). Er liegt deutlich über dem Dauerstromwert und ermöglicht kurze, hochintensive Impulse.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):100 mA. Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann, ohne das Bauteil zu beschädigen.
• Sperrspannung (VR):5 V. Die maximale Spannung, die in Sperrrichtung angelegt werden kann. Das Datenblatt weist explizit darauf hin, dass dieser Zustand nur für Tests gilt und das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem der Betrieb des Bauteils spezifiziert ist.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-55°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Löt-Temperatur der Anschlüsse:260°C für 5 Sekunden, gemessen 2,0mm vom Gehäuse entfernt. Dies definiert das Grenzprofil für Handlötung.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen und garantierten Leistungsparameter, gemessen bei TA=25°C und unter spezifizierten Testbedingungen.

• Strahlungsstärke (Ie):40 mW/sr (Min), 70 mW/sr (Typ) bei IF=100mA, θ=0°. Dies misst die pro Raumwinkeleinheit entlang der Mittelachse abgegebene optische Leistung und gibt die Helligkeit an.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λPeak):940 nm (Typ) bei IF=100mA. Die Wellenlänge, bei der die abgegebene optische Leistung maximal ist.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):54 nm (Typ) bei IF=100mA. Dieser Parameter definiert die spektrale Bandbreite; ein Wert von 54nm zeigt, dass das emittierte Licht nicht monochromatisch ist, sondern einen Bereich von Wellenlängen um das Maximum herum umfasst.
• Durchlassspannung (VF):1,30V (Min), 1,53V (Typ), 1,83V (Max) bei IF=100mA. Der Spannungsabfall über dem Bauteil, wenn der spezifizierte Durchlassstrom fließt. Ein niedrigerer VF führt im Allgemeinen zu einem höheren Wirkungsgrad.
• Sperrstrom (IR):100 μA (Max) bei VR=5V. Der geringe Leckstrom, der fließt, wenn die spezifizierte Sperrspannung angelegt wird.
• Halbwertswinkel (θ0.5):40° (Typ). Der Abstrahlwinkel, bei dem die Strahlungsstärke auf die Hälfte ihres Wertes bei 0° abfällt. Ein Winkel von 40° bietet ein recht breites Abstrahlmuster.

3. Analyse der Kennlinien

Die typischen Kennlinien bieten einen visuellen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen.

3.1 Spektrale Verteilung (Abb.1)

Die Kurve zeigt die relative Strahlungsstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Sie bestätigt das Maximum bei 940nm und die spektrale Halbwertsbreite und verdeutlicht, dass der Emitter Infrarotlicht hauptsächlich im Bereich von 880nm bis 1000nm abgibt.

3.2 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb.2)

Dieses Diagramm zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms mit steigender Umgebungstemperatur. Es ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design, um sicherzustellen, dass das Bauteil innerhalb seines sicheren Betriebsbereichs (SOA) arbeitet.

3.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb.3)

Die I-V-Kennlinie zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung, typisch für eine Diode. Die Kurve ermöglicht es Entwicklern, die erforderliche Treiberspannung für einen gewünschten Betriebsstrom zu bestimmen.

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

Abbildung 4 zeigt, wie die optische Ausgangsleistung bei festem Strom mit steigender Temperatur abnimmt. Abbildung 5 zeigt den nahezu linearen Anstieg der Ausgangsleistung mit steigendem Durchlassstrom und unterstreicht die stromgesteuerte Natur von LEDs.

3.5 Strahlungsdiagramm (Abb.6)

Dieses Polardiagramm stellt die räumliche Verteilung des emittierten Lichts visuell dar, bestätigt den 40°-Halbwertswinkel und zeigt das Intensitätsmuster, was für die Ausrichtung des Emitters mit einem Detektor wichtig ist.

4. Mechanische & Gehäuseinformationen

4.1 Abmessungen

Das Bauteil verwendet ein Durchsteckgehäuse mit folgenden Hauptabmessungen (in mm, nominal):

• Gesamtlänge: 24,0 MIN
• Gehäusebreite: 5,0 ±0,3
• Gehäusehöhe: 3,8 ±0,3
• Linsendurchmesser/-höhe: 3,5 ±0,3
• Anschlussabstand: 2,54 NOM (Standard 0,1\" Rastermaß)
• Anschlussdurchmesser: 0,5 (max. hervorstehendes Harz unter dem Flansch)

Polaritätskennzeichnung:Der längere Anschluss ist die Anode (+), der kürzere die Kathode (-). Die Zeichnung zeigt auch eine abgeflachte Seite an der Linse, die als zusätzliche visuelle Markierung dienen kann.

4.2 Kritische Hinweise

• Die Toleranz beträgt ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.
• Der Anschlussabstand wird dort gemessen, wo die Anschlüsse aus dem Gehäusekörper austreten.
• Herstellungsstandorte sind angegeben.

5. Montage-, Löt- & Handhabungsrichtlinien

5.1 Anschlussverformung & Leiterplattenmontage

• Biegen Sie die Anschlüsse an einer Stelle, die mindestens 3mm von der Basis der LED-Linse entfernt ist.
• Verwenden Sie die Gehäusebasis nicht als Drehpunkt beim Biegen.
• Führen Sie die Anschlussverformung vor dem Löten bei Raumtemperatur durch.
• Verwenden Sie während der Leiterplattenmontage minimale Verpresskraft, um mechanische Belastung zu vermeiden.

5.2 Lötprozess

Handlöten (Lötkolben):

• Temperatur: Max. 350°C.
• Zeit: Max. 3 Sekunden (nur einmal).
• Position: Nicht näher als 2mm von der Basis der Epoxidlinse.

Wellenlöten:

• Vorwärmen: Max. 100°C für max. 60 Sekunden.
• Lötwellen-Temperatur: Max. 260°C.
• Lötzeit: Max. 5 Sekunden.
• Eintauchtiefe: Nicht tiefer als 2mm von der Basis der Epoxidlinse.

Kritische Warnung:Übermäßige Temperatur oder Zeit kann die Linse verformen oder zu katastrophalem Ausfall führen. IR-Reflow-Löten ist für diesen Durchsteckgehäusetyp NICHT geeignet.

5.3 Lagerung & Reinigung

• Lagerung:30°C oder 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreiten. Bei Entnahme aus der Originalverpackung innerhalb von 3 Monaten verwenden. Für längere Lagerung einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder eine Stickstoffatmosphäre verwenden.
• Reinigung:Bei Bedarf alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwenden.

6. Anwendungsdesign-Überlegungen

6.1 Treiberschaltungs-Design

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs sicherzustellen, wirddringend empfohleneinen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A). Die Verwendung eines einzelnen Widerstands für mehrere parallel geschaltete LEDs (Schaltungsmodell B) wird aufgrund von Schwankungen in der Durchlassspannung (I-V-Kennlinie) einzelner Bauteile nicht empfohlen, da dies zu ungleichmäßiger Stromverteilung und damit ungleichmäßiger Helligkeit führt.

6.2 Elektrostatische Entladung (ESD)-Schutz

Das Bauteil ist anfällig für Schäden durch statische Elektrizität. Präventive Maßnahmen umfassen:

• Verwendung von leitfähigen Handgelenkbändern oder antistatischen Handschuhen.
• Sicherstellen, dass alle Geräte, Arbeitsplätze und Lagerregale ordnungsgemäß geerdet sind.
• Verwendung von Ionisatoren, um statische Aufladung auf der Kunststofflinse zu neutralisieren.
• Aufrechterhaltung von ESD-zertifiziertem Personal und statisch sicheren Arbeitsbereichen (Oberflächen <100V).

6.3 Anwendungsbereich & Zuverlässigkeit

Das Bauteil ist für gewöhnliche elektronische Geräte (Büro, Kommunikation, Haushalt) vorgesehen. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (Luftfahrt, Medizin, Sicherheitssysteme), sind vor der Verwendung spezifische Beratung und Qualifizierung erforderlich.

7. Technische Prinzipien & Trends

7.1 Funktionsprinzip

Der LTE-1252 ist eine Infrarot-Emissionsdiode (IRED). Wenn eine die Schwellenspannung überschreitende Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters (wahrscheinlich basierend auf GaAs- oder AlGaAs-Material) und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Materialzusammensetzung und Bauteilstruktur sind darauf ausgelegt, Photonen hauptsächlich im 940nm-Infrarotbereich zu erzeugen, der für das menschliche Auge unsichtbar, aber von Silizium-Fotodioden und vielen Kamerasensoren leicht detektiert werden kann.

7.2 Branchenkontext & Trends

Diskrete IR-Bauteile wie der LTE-1252 bleiben grundlegende Bausteine in der Optoelektronik. Wichtige Trends, die diesen Sektor beeinflussen, sind die anhaltende Nachfrage nach Miniaturisierung, höherer Effizienz (mehr Strahlungsintensität pro mA) und engerer Integration mit Sensor-ICs. Es wird auch zunehmend Wert auf umweltkonforme Bauteile (RoHS, bleifrei) gelegt. Die 940nm-Wellenlänge ist besonders beliebt, da sie einen guten Kompromiss zwischen der Empfindlichkeit von Siliziumdetektoren und einer geringeren Sichtbarkeit im Vergleich zu 850nm-Quellen bietet, was sie ideal für verdeckte Beleuchtung in Sicherheits- und Verbraucheranwendungen wie Fernbedienungen macht.

8. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

8.1 Kann ich diese IR-LED direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?

Nein. Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin kann typischerweise nicht kontinuierlich 100mA liefern. Sie müssen einen Transistor (z.B. NPN-BJT oder N-Kanal-MOSFET) als Schalter verwenden, der vom GPIO gesteuert wird, um den notwendigen Strom aus der Stromversorgung bereitzustellen. Ein Reihenstrombegrenzungswiderstand ist im LED-Pfad weiterhin erforderlich.

8.2 Wie berechne ich den Wert des Reihenwiderstands?

Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (Vcc - VF) / IF. Zum Beispiel: Bei einer Vcc=5V-Versorgung und einem typischen VF=1,53V bei 100mA wäre der Widerstand R = (5 - 1,53) / 0,1 = 34,7 Ohm. Verwenden Sie den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 33 oder 39 Ohm) und prüfen Sie die Belastbarkeit: P = (IF)^2 * R = (0,1)^2 * 34,7 ≈ 0,347W, daher wird ein 0,5W- oder höherwertiger Widerstand empfohlen.

8.3 Warum beträgt die Sperrspannungsfestigkeit nur 5V, und was passiert, wenn ich sie überschreite?

IR-LEDs sind nicht dafür ausgelegt, signifikante Sperrspannungen zu blockieren. Das Überschreiten der 5V-Festigkeit kann einen plötzlichen Anstieg des Sperrstroms verursachen, was zu Lawinendurchbruch und dauerhafter Beschädigung des Halbleiterübergangs führt. Stellen Sie immer die korrekte Polarität in Ihrer Schaltung sicher. Für bidirektionalen Schutz bei Wechselstrom oder unsicherer Polarität sollte eine externe Schutzdiode verwendet werden.

8.4 Im Datenblatt wird ein \"Halbwertswinkel\" von 40° erwähnt. Wie wirkt sich das auf mein Design aus?

Der 40°-Halbwertswinkel bedeutet, dass die emittierte Lichtintensität in der Mitte am stärksten ist und bei ±20° von der Mittelachse auf 50% abfällt. Bei der Ausrichtung des Emitters mit einem Detektor (wie einem Fototransistor) müssen Sie sicherstellen, dass der Detektor innerhalb dieses effektiven Strahlungskegels liegt. Für eine breitere Abdeckung benötigen Sie möglicherweise mehrere Emitter oder einen Diffusor. Umgekehrt kann für gerichtete Langstreckenstrahlen eine Linse hinzugefügt werden, um das Licht zu kollimieren.

9. Praktische Design-Fallstudie

9.1 Einfache Objekterkennung / Lichtschranke

Szenario:Erkennen, wenn ein Objekt zwischen einem IR-Emitter und einem Detektor hindurchgeht.

Umsetzung:

1. Emitter-Seite:Betreiben Sie den LTE-1252 mit einem Konstantstrom von 50-100mA gemäß der in Abschnitt 6.1 beschriebenen Schaltung. Für Batteriebetrieb erwägen Sie, die LED mit einer bestimmten Frequenz zu pulsieren (z.B. 1kHz, 50% Tastverhältnis), um Energie zu sparen.
2. Detektor-Seite:Verwenden Sie einen passenden Fototransistor oder eine Fotodiode, die mit dem Emitter ausgerichtet ist. Platzieren Sie ihn innerhalb des 40°-Strahlungskegels des Emitters.
3. Signalaufbereitung:Die Ausgabe des Detektors ist hoch, wenn er IR-Licht empfängt, und fällt, wenn der Strahl unterbrochen wird. Verwenden Sie einen Komparator oder einen ADC-Eingang eines Mikrocontrollers, um dieses Signal zu digitalisieren. Wenn der Emitter gepulst wird, fügen Sie einen Filter oder eine synchrone Detektion in der Software hinzu, um Umgebungslichtrauschen zu unterdrücken.

Wesentliche Überlegungen:Die Ausrichtung ist aufgrund der gerichteten Natur des Strahls kritisch. Umgebungslicht (Sonne) oder andere IR-Quellen können Störungen verursachen, daher werden Modulations-/Demodulationstechniken für einen zuverlässigen Betrieb dringend empfohlen. Stellen Sie sicher, dass das Gehäuse Streulicht blockiert, das den Detektor direkt treffen könnte, ohne die Detektionszone zu passieren.