IR-Emitter LTE-3220L-032A Datenblatt - 850nm Wellenlänge - 30° Abstrahlwinkel - 150mW Leistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTE-3220L-032A ist eine diskrete Infrarot-Emitter-Komponente, die für eine Vielzahl optoelektronischer Anwendungen konzipiert ist. Er gehört zu einer breiten Produktlinie, die Bauteile für Fernbedienungssysteme, Infrarot-Datenübertragung, Sicherheitsalarme und ähnliche Anwendungen umfasst. Das Bauteil ist in Halbleitertechnologie gefertigt und emittiert Licht im Infrarotspektrum.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Komponente sind ihre Konformität mit Umweltvorschriften, ihre hohe Betriebsgeschwindigkeit und ihr enger Abstrahlwinkel, der eine gerichtete Infrarotsignalübertragung ermöglicht. Sie eignet sich für Pulsbetrieb und ist daher ideal für digitale Kommunikationsprotokolle. Der Zielmarkt umfasst Hersteller von Unterhaltungselektronik, Industrieautomatisierung, Sicherheitssystem-Integratoren und Entwickler von drahtlosen Datenverbindungen, bei denen eine zuverlässige, nicht sichtbare Lichtübertragung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Limits, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Die maximale Verlustleistung beträgt 150 mW. Es kann einen Spitzenstrom von 1 A unter Pulsbedingungen (300 Pulse pro Sekunde, 10μs Pulsbreite) verkraften, während der maximale Dauerstrom 100 mA beträgt. Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5 V stand. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, und die Lagerung ist in Umgebungen von -55°C bis +100°C möglich. Die Anschlüsse können bei 260°C für maximal 5 Sekunden gelötet werden, sofern der Lötpunkt mindestens 4,0 mm vom Bauteilkörper entfernt ist.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Diese Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C spezifiziert. Die wichtigsten Leistungskennzahlen sind:

• Strahlstärke (Ie):Dies misst die abgegebene optische Leistung pro Raumwinkeleinheit. Typischerweise beträgt sie 24 mW/sr bei einem Durchlassstrom (IF) von 20mA und 60 mW/sr bei IF=50mA.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λPeak):Die Wellenlänge, bei der das Bauteil die meiste optische Leistung emittiert, typischerweise 850 Nanometer (nm).
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Die Bandbreite des emittierten Lichts, typischerweise 50 nm, was die Streuung der Wellenlängen um den Spitzenwert herum angibt.
• Durchlassspannung (Vf):Der Spannungsabfall über dem Bauteil im leitenden Zustand, typischerweise 2,0 Volt bei IF=50mA.
• Sperrstrom (IR):Der geringe Leckstrom bei angelegter Sperrspannung, maximal 100 μA bei VR=5V.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der Winkelbereich, in dem die Strahlstärke mindestens die Hälfte ihres Maximalwertes beträgt. Dieses Bauteil hat einen relativ engen Abstrahlwinkel von 30 Grad.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

3.1 Spektrale Verteilung

Abbildung 1 zeigt die relative Strahlstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die Kurve ist um 850 nm zentriert und hat eine charakteristische Form, die durch die Bandlücke des Halbleitermaterials und andere physikalische Eigenschaften definiert ist. Die Halbwertsbreite ist als Breite der Kurve auf halber Höhe des Maximums sichtbar.

3.2 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Abbildung 2 zeigt, wie der maximal zulässige Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Diese Entlastungskurve ist entscheidend für das thermische Management im Anwendungsdesign, um ein Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur zu verhindern.

3.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Abbildung 3 ist die Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kennlinie). Sie zeigt die für eine Halbleiterdiode typische exponentielle Beziehung. Die Kurve hilft bei der Auslegung der Treiberschaltung, insbesondere zur Bestimmung der erforderlichen Spannung für einen gewünschten Betriebsstrom.

3.4 Relative Strahlstärke vs. Umgebungstemperatur und Durchlassstrom

Die Abbildungen 4 und 5 zeigen, wie sich die optische Ausgangsleistung mit Temperatur und Treiberstrom ändert. Abbildung 4 zeigt, dass die Ausgangsleistung mit steigender Temperatur generell abnimmt. Abbildung 5 zeigt, dass die Ausgangsleistung mit dem Treiberstrom zunimmt, jedoch nicht unbedingt perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen, wo der Wirkungsgrad sinken kann.

3.5 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 6 ist ein Polardiagramm, das die räumliche Verteilung des emittierten Infrarotlichts veranschaulicht. Der enge 30-Grad-Abstrahlwinkel ist deutlich zu erkennen, wobei die Intensität außerhalb dieses Kegels stark abfällt. Dieses Muster ist wichtig für die Ausrichtung des Emitters auf einen Detektor in einem System.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Abmessungen

Die Komponente hat eine standardisierte Bauform. Wichtige Maßangaben sind: Alle Maße sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Harz unter dem Flansch kann maximal 1,5 mm hervorstehen. Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse aus dem Gehäuse austreten.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Obwohl im bereitgestellten Text nicht explizit detailliert, sind Infrarot-Emitter Dioden und haben daher eine Polarität (Anode und Kathode). Der längere Anschluss ist typischerweise die Anode. Die Maßzeichnung im Datenblatt würde dies normalerweise anzeigen. Die korrekte Polarität muss beim Schaltungsaufbau beachtet werden.

5. Verpackung für die automatische Bestückung

Das Bauteil wird auf einer geprägten Trägerbahn geliefert, zur Verwendung mit automatischen Pick-and-Place-Maschinen. Abschnitt 6 enthält detaillierte Spezifikationen für Bahn und Rolle, darunter:

• Bahnbreite (W3): 17,5 bis 19,0 mm
• Taschenabstand (P): 12,5 bis 12,9 mm
• Taschentiefe/-höhe (H): 10,5 bis 11,5 mm von der Basisbahn aus gemessen
• Anschlussabstand innerhalb der Tasche (F): 2,3 bis 3,0 mm

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Die wichtigste Richtlinie ist die Löttemperatur für die Anschlüsse: 260°C für maximal 5 Sekunden, mit der Auflage, dass der Lötpunkt mindestens 4,0 mm vom Kunststoffgehäuse der Komponente entfernt sein muss. Dies dient dem Schutz des Epoxidgehäuses vor thermischer Schädigung. Für Reflow-Löten ist ein Standard-Infrarot- oder Konvektions-Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C anwendbar. Die Bauteile sollten gemäß dem Lagertemperaturbereich in einer trockenen Umgebung gelagert werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Der LTE-3220L-032A eignet sich hervorragend für:

• Infrarot-Fernbedienungen:Für Fernseher, Audiosysteme und andere Haushaltsgeräte.
• Kurzstrecken-Datenverbindungen:Für drahtlose Kommunikation zwischen Geräten wie Smartphones, Computern oder Industriesensoren, wo Kabel unpraktisch sind.
• Näherungs- und Objekterkennung:In Sicherheitssystemen, automatischen Türen oder industriellen Zählsystemen, oft gepaart mit einem Fotodetektor.
• Optische Schalter und Encoder:Wo das Unterbrechen oder Reflektieren eines IR-Strahls eine Position oder Bewegung anzeigt.

7.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Ein Vorwiderstand ist unerlässlich, wenn die LED von einer Spannungsquelle angesteuert wird, um den gewünschten Durchlassstrom (IF) einzustellen. Die Schaltung muss die absoluten Grenzwerte für Dauer- und Pulsstrom einhalten.
• Thermisches Management:Sorgen Sie für ausreichende Kühlung oder eine ausreichend große Kupferfläche auf der Leiterplatte, wenn das Bauteil nahe den Grenzwerten oder bei erhöhter Umgebungstemperatur betrieben wird. Nutzen Sie dazu die Entlastungskurve als Leitfaden.
• Optische Ausrichtung:Der enge 30-Grad-Abstrahlwinkel erfordert eine präzise mechanische Ausrichtung zwischen Emitter und Empfangsdetektor für eine optimale Signalstärke.
• Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungslicht:In Umgebungen mit starkem Umgebungs-IR-Licht (z.B. Sonnenlicht) sind eine Modulation des emittierten Signals (Pulsung) und eine entsprechende Demodulation am Empfänger für einen zuverlässigen Betrieb notwendig.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu IR-Emittern mit breiterem Winkel bietet der LTE-3220L-032A mit seinem 30-Grad-Abstrahlwinkel eine höhere Intensität in einem stärker fokussierten Strahl. Dies ermöglicht größere Übertragungsdistanzen oder einen geringeren erforderlichen Treiberstrom für eine gegebene Reichweite, was die Energieeffizienz verbessert. Seine 850nm-Wellenlänge ist ein gängiger Standard und bietet eine gute Kompatibilität mit Silizium-Fotodetektoren, die in diesem Bereich eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Die Eignung für Pulsbetrieb macht ihn vielseitig für digitale Kommunikationsprotokolle.

9. Häufig gestellte Fragen basierend auf technischen Parametern

F: Was ist der Unterschied zwischen Strahlstärke (mW/sr) und Gesamtausgangsleistung (mW)?

A: Strahlstärke ist Leistung pro Raumwinkel und beschreibt, wie konzentriert der Strahl ist. Die Gesamtleistung würde die Integration der Intensität über das gesamte Abstrahlmuster erfordern. Bei einem Bauteil mit engem Winkel kann eine hohe Strahlstärke selbst mit moderater Gesamtleistung erreicht werden.

F: Kann ich diese LED direkt mit einer 5V-Versorgung betreiben?

A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,0V bei 50mA. Ein direkter Anschluss an 5V würde einen übermäßigen Strom verursachen und das Bauteil zerstören. Sie müssen einen Vorwiderstand (oder eine Konstantstromquelle) verwenden, um den Strom auf den gewünschten Wert (z.B. 20mA oder 50mA) zu begrenzen.

F: Warum ist die Spitzenwellenlänge 850nm, wenn es sich um ein Infrarot-Bauteil handelt?

A: 850nm liegt im nahen Infrarotspektrum, knapp außerhalb des sichtbaren roten Lichts. Es ist eine beliebte Wahl, weil Silizium-Fotodetektoren bei dieser Wellenlänge sehr empfindlich sind und sie weniger anfällig für Störungen durch sichtbares Licht ist als längere IR-Wellenlängen.

F: Wie interpretiere ich die Angabe \"300pps, 10μs Puls\" für den Spitzenstrom?

A: Dies bedeutet, dass das Bauteil kurze, hochstromstarke Pulse verkraften kann. Der Spitzenstrom von 1A ist nur zulässig, wenn die Pulsbreite 10 Mikrosekunden oder weniger beträgt und die Pulsfolgefrequenz 300 Pulse pro Sekunde oder niedriger ist. Dies ermöglicht Helligkeitsstöße in Kommunikationssystemen.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Entwurf eines einfachen Näherungssensors:Der LTE-3220L-032A kann als Sender in einem reflektierenden Objektsensor verwendet werden. Er wird mit einem daneben platzierten Fototransistor gepaart. Der Emitter wird mit einem gepulsten Strom (z.B. 50mA-Pulse) angesteuert. Wenn sich ein Objekt nähert, reflektiert es einen Teil des Infrarotlichts zurück zum Fototransistor. Die mit dem Fototransistor verbundene Schaltung detektiert diesen Stromanstieg. Der Pulsbetrieb hilft, das Signal vom Umgebungslicht zu unterscheiden. Der enge Abstrahlwinkel des Emitters hilft, ein präziseres Erfassungsfeld zu definieren.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Bei Anlegen einer Durchlassspannung werden Elektronen und Löcher in den Übergangsbereich injiziert, wo sie rekombinieren. In diesem spezifischen Materialsystem wird die bei der Rekombination freigesetzte Energie als Photonen mit einer Wellenlänge emittiert, die der Bandlücke des Halbleiters entspricht, die auf etwa 850nm (Infrarot) ausgelegt ist. Das klare, transparente Epoxidgehäuse lässt dieses Licht effizient austreten.

12. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei Infrarotkomponenten geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt), höherer Geschwindigkeit für schnellere Datenübertragung und kleinerer Bauformen für die Integration in kompakte Geräte. Es gibt auch laufende Entwicklungen in spezifischen Wellenlängenbereichen für Anwendungen wie Gassensorik oder optische Kommunikation. Der Umstieg auf bleifreie und RoHS-konforme Fertigung, wie bei dieser Komponente zu sehen, ist eine branchenübliche Anforderung, die durch Umweltvorschriften vorangetrieben wird. Die Integration von Emittern mit Treibern oder Detektoren in Multi-Chip-Modulen ist ein weiterer Fortschrittsbereich.