IR-Emitter-LED LTE-1650 Datenblatt - Klare Bauform - Durchlassspannung 1,6V - Leistung 100mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTE-1650 ist ein miniaturisierter, endseitig abstrahlender Infrarot (IR)-Emitter, der für Anwendungen entwickelt wurde, die hohe Stromtriebfähigkeit und niedrige Durchlassspannung erfordern. Seine Hauptfunktion ist die Emission von Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern. Das Bauteil ist in einem klaren, transparenten Kunststoffgehäuse untergebracht, was eine kostengünstige Lösung für verschiedene optoelektronische Systeme darstellt. Die Kernvorteile dieser Komponente umfassen ihre Fähigkeit, signifikante Impulsströme zu verarbeiten, ihren Niederspannungsbetrieb, der den Stromverbrauch in Treiberschaltungen reduziert, sowie ihren großen Abstrahlwinkel, der die optische Justage in Endanwenderanwendungen vereinfacht. Er ist typischerweise für Märkte bestimmt, die Fernbedienungssysteme, Annäherungssensoren, Objekterkennung und Industrieautomatisierung umfassen, wo zuverlässige IR-Signalübertragung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Das Bauteil ist für den Betrieb innerhalb strenger Grenzen spezifiziert, um Zuverlässigkeit und Langlebigkeit zu gewährleisten. Die maximale kontinuierliche Verlustleistung beträgt 100 mW bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C. Es hält einem Spitzen-Durchlassstrom von 1 Ampere unter Impulsbedingungen stand (300 Impulse pro Sekunde, 10 Mikrosekunden Impulsbreite). Der maximale kontinuierliche Durchlassstrom ist mit 60 mA angegeben. Eine Sperrspannung von bis zu 5 Volt kann angelegt werden, ohne den Übergang zu beschädigen. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, während der Lagertemperaturbereich von -55°C bis +100°C reicht, was auf eine robuste Umgebungstoleranz hinweist. Die Anschlüsse können bei einer Temperatur von 260°C für eine Dauer von 5 Sekunden gelötet werden, gemessen 1,6 mm vom Gehäusekörper entfernt.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei T_A=25°C gemessen. Die Ausgabe wird sowohl durch die Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e, in mW/cm²) als auch durch die Strahlstärke (I_E, in mW/sr) charakterisiert, beide bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA getestet. Diese Parameter sind gebinnt (siehe Abschnitt 3). Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P) beträgt typischerweise 940 nm, was im nahen Infrarotspektrum liegt und ideal für viele Sensor- und Kommunikationsanwendungen ist, da es für das menschliche Auge unsichtbar ist. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 50 nm und definiert die spektrale Reinheit des emittierten Lichts. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,6 Volt bei I_F=50mA, maximal 1,8V, was den Niederspannungsbetrieb bestätigt. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 60 Grad und bietet ein breites Abstrahlungsmuster.

3. Erklärung des Binning-Systems

Der LTE-1650 verwendet ein Leistungs-Binning-System, das hauptsächlich auf Strahlstärke und Apertur-Bestrahlungsstärke basiert. Dieses System kategorisiert Komponenten in verschiedene Leistungsklassen (Bins A, B, C, D), um Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Beispielsweise haben bei I_F=20mA Bauteile der Bin A eine Strahlstärke von 1,383 bis 4,06 mW/sr, während Bauteile der Bin D bei 5,11 mW/sr beginnen. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Komponenten auszuwählen, die den spezifischen Empfindlichkeitsanforderungen ihres Detektors oder der erforderlichen Signalstärke für ihre Anwendung entsprechen. In diesem Datenblatt wird kein explizites Binning für Durchlassspannung oder Wellenlänge angezeigt; die Wellenlänge wird als typischer Wert von 940nm spezifiziert.

4. Analyse der Leistungskennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die wichtige Zusammenhänge veranschaulichen. Abbildung 1 zeigt die spektrale Verteilung, die die relative Strahlstärke über der Wellenlänge aufträgt. Diese Kurve bestätigt das Maximum bei 940nm und die spektrale Breite von 50nm. Abbildung 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Umgebungstemperatur und verdeutlicht, wie der maximal zulässige Dauerstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt, um innerhalb der Verlustleistungsgrenzen zu bleiben. Abbildung 3 ist die Durchlassstrom-Durchlassspannung (I-V)-Kennlinie, die den charakteristischen exponentiellen Zusammenhang der Diode und ihre niedrige V_F zeigt. Abbildung 4 zeigt, wie sich die relative Strahlstärke mit der Umgebungstemperatur ändert, typischerweise mit einer Abnahme der Ausgangsleistung bei steigender Temperatur. Abbildung 5 veranschaulicht, wie sich die relative Strahlstärke mit dem Durchlassstrom ändert und zeigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Treiberstrom und Lichtausgang. Schließlich ist Abbildung 6 das Abstrahldiagramm, ein Polardiagramm, das den 60-Grad-Abstrahlwinkel visuell darstellt und die Winkelverteilung des emittierten Infrarotlichts zeigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein miniaturisiertes Kunststoffgehäuse in endseitiger Bauweise. Wichtige Maßangaben umfassen: 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 Gehäusekörper austreten. Das Gehäuse ist klar und transparent, was für Anwendungen vorteilhaft ist, bei denen der Emitter sichtbar sein könnte oder wo die genaue Chip-Position für die optische Justage identifiziert werden muss. Die endseitige Bauweise bedeutet, dass die primäre Lichtemission von der Oberseite des Gehäuses erfolgt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre Lötvorgabe betrifft die Löttemperatur der Anschlüsse. Die Anschlüsse halten einer Temperatur von 260°C für 5 Sekunden stand, gemessen 1,6 mm (0,063 Zoll) vom Gehäusekörper entfernt. Dies ist ein kritischer Parameter für Wellenlöt- oder Handlötprozesse. Für Reflow-Löten können im Allgemeinen Standard-Infrarot (IR)- oder Konvektions-Reflow-Profile für kunststoffgehäuste Bauteile verwendet werden, jedoch sollte die maximale Gehäusekörpertemperatur über einen längeren Zeitraum das Lagertemperaturmaximum von 100°C nicht überschreiten. Es ist ratsam, mechanische Belastung der Anschlüsse während und nach der Montage zu vermeiden. Richtige Lagerbedingungen umfassen die Aufbewahrung der Komponenten in einer trockenen, statisch geschützten Umgebung innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs (-55°C bis +100°C), um Feuchtigkeitsaufnahme oder anderen Abbau zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das spezifische Verpackungsformat (z.B. Band und Rolle, Schüttgut) wird im bereitgestellten Inhalt nicht detailliert beschrieben. Die Artikelnummer ist eindeutig als LTE-1650 identifiziert. Das Datenblatt selbst wird mit der Spezifikationsnummer: DS-50-95-0017, Revision B, referenziert. Der Binning-Code (A, B, C, D) wäre ein kritischer Teil der Bestellinformationen, um sicherzustellen, dass die richtige Leistungsklasse geliefert wird. Konstrukteure müssen bei der Bestellung die erforderliche Bin angeben, um die Strahlstärkeeigenschaften für ihre Anwendung zu garantieren.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Der LTE-1650 eignet sich gut für eine Vielzahl von Anwendungen. Seine hohe Impulsstromfähigkeit macht ihn ideal für Infrarot-Fernbedienungssender, wo kurze, hochleistungsfähige Bursts zur Signalübertragung verwendet werden. Der große Abstrahlwinkel ist vorteilhaft bei Annäherungssensoren und Objekterkennung, wo die genaue Ausrichtung zwischen Emitter und Detektor möglicherweise nicht perfekt kontrolliert werden kann. Er kann in der Industrieautomatisierung für Zählen, Sortieren oder Positionserfassung eingesetzt werden. Weitere mögliche Anwendungen umfassen Datenübertragung über kurze Entfernungen, Unterbrechungen von Sicherheitssystemstrahlen und berührungslose Schalter.

8.2 Designüberlegungen

Bei der Konstruktion mit dem LTE-1650 müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Die Treiberschaltung muss den Dauerstrom auf 60mA oder darunter begrenzen und dabei die Entlastungskennlinie bei höheren Umgebungstemperaturen beachten. Für Impulsbetrieb muss sichergestellt werden, dass Impulsbreite und Tastverhältnis nicht dazu führen, dass die durchschnittliche Verlustleistung 100mW überschreitet. Die niedrige Durchlassspannung ermöglicht den direkten Betrieb von Niederspannungslogik (z.B. 3,3V- oder 5V-Systemen) mit einem einfachen Vorwiderstand zur Strombegrenzung. Die Wahl der Bin (A bis D) beeinflusst direkt die vom Detektor empfangene Signalstärke; eine höhere Bin bietet mehr Intensität, was das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern oder größere Betriebsabstände ermöglichen kann. Das klare Gehäuse filtert das Licht nicht, daher können externe optische Filter erforderlich sein, wenn eine spezifische Wellenlängenblockierung benötigt wird. Eine Kühlkörpermontage ist für dieses Gehäuse unter normalen Betriebsbedingungen im Allgemeinen nicht erforderlich, aber das Leiterplattenlayout sollte eine gewisse Wärmeableitung über die Anschlüsse ermöglichen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-IR-Emittern sind die wichtigsten differenzierenden Vorteile des LTE-1650 seine Kombination aushoher Strombelastbarkeit(1A Impuls, 60mA Dauer) undniedriger Durchlassspannung(typ. 1,6V). Viele IR-Emitter opfern das eine für das andere. Diese Kombination macht ihn effizienter und einfacher von gängigen Stromversorgungen anzusteuern. Dergroße 60-Grad-Abstrahlwinkelist ein weiterer bedeutender Vorteil gegenüber Emittern mit engerem Winkel und reduziert die Anforderungen an die Justagegenauigkeit bei Montage und Produktnutzung. Dasklare transparente Gehäusebietet keine inhärente Wellenlängenfilterung, was je nach Anwendung ein Vorteil oder Nachteil sein kann; es liefert das vollständige spektrale Ausgangssignal des Chips, während getönte Gehäuse möglicherweise einen Teil des gewünschten IR- oder sichtbaren roten Lichts absorbieren, das einige Chips emittieren.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Ja, aber Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Zum Beispiel, mit V_versorgung=5V, V_F=1,6V und einem gewünschten I_F=20mA, R = (5 - 1,6) / 0,02 = 170 Ohm. Verwenden Sie den nächsthöheren Standardwert, z.B. 180 Ohm.

F: Was ist der Unterschied zwischen Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e) und Strahlstärke (I_E)?

A: Strahlstärke (I_E, mW/sr) misst die optische Leistung pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) und beschreibt, wie fokussiert der Strahl ist. Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e, mW/cm²) ist die Leistungsdichte, die auf eine Oberfläche (wie einen Detektor) in einer bestimmten Entfernung einfällt, was sowohl von der Intensität als auch von der Entfernung/Geometrie abhängt. I_Eist eine Eigenschaft der Quelle; E_eist das, was ein Detektor sieht.

F: Wie beeinflusst die Temperatur die Leistung?

A: Wie in den Kennlinien gezeigt, reduziert eine steigende Umgebungstemperatur den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom (Abb. 2) und verringert typischerweise die Strahlungsausgabe für einen gegebenen Strom (Abb. 4). Die Durchlassspannung hat auch einen negativen Temperaturkoeffizienten (nimmt mit steigender Temperatur ab), was in Konstantstrom-Treiberdesigns berücksichtigt werden sollte.

F: Warum wird das Bauteil gebinnt?

A: Fertigungsschwankungen verursachen leichte Unterschiede in der Lichtausgangseffizienz zwischen einzelnen LEDs. Das Binning sortiert sie in Leistungsgruppen (A, B, C, D), sodass Konstrukteure eine konsistente Leistungsstufe für ihre Schaltung wählen können, um ein vorhersehbares Systemverhalten sicherzustellen.

11. Praktische Anwendungsfallstudie

Fall: Einfacher Objekterkennungssensor.Eine häufige Verwendung ist in einem modulierten Infrarot-Erkennungssystem, um Störungen durch Umgebungslicht zu vermeiden. Der LTE-1650 wird durch einen Transistorschalter mit einer 38kHz-Rechteckwelle (eine häufige Frequenz für IR-Empfänger) angesteuert, was Impulsströme bis zur 1A-Nennleistung für starke Signalübertragung ermöglicht. Er wird mit einem entsprechenden, auf 38kHz abgestimmten IR-Fotodetektor gepaart. Der große 60-Grad-Abstrahlwinkel des LTE-1650 ermöglicht es, Emitter und Detektor nebeneinander auf einer Leiterplatte zu platzieren, wobei sich ihre Sichtfelder vor dem Sensor überlappen. Wenn ein Objekt in diese Überlappungszone eintritt, reflektiert es das modulierte IR-Licht vom Emitter zum Detektor. Die Systemelektronik erkennt dann dieses reflektierte Signal. Für diesen reflektierenden Erfassungsmodus würde die hohe Ausgangsleistung von Bin C oder D LEDs gewählt, um sicherzustellen, dass genügend Signal zum Detektor zurückkehrt. Die niedrige Durchlassspannung ermöglicht es, die gesamte Schaltung, einschließlich des LED-Treibers, von einer einzigen 3,3V- oder 5V-Schiene zu versorgen.

12. Funktionsprinzip

Der LTE-1650 ist eine Halbleiter-Licht emittierende Diode (LED). Sein Betrieb basiert auf 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 Bauteil ist das Halbleitermaterial (typischerweise basierend auf Aluminiumgalliumarsenid, AlGaAs) so ausgelegt, dass diese Energie hauptsächlich als Photonen von Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge um 940 nm freigesetzt wird. Das klare Epoxidharzgehäuse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und wirkt als Linse, die das emittierte Licht in das spezifizierte 60-Grad-Abstrahlmuster formt.

13. Technologietrends und Kontext

Infrarot-Emitter wie der LTE-1650 repräsentieren eine ausgereifte und zuverlässige Technologie. Aktuelle Trends in diesem Bereich konzentrieren sich auf die Steigerung der Effizienz (mehr Lichtausgang pro Einheit elektrischer Eingangsleistung), die Ermöglichung höherer Modulationsgeschwindigkeiten für schnellere Datenübertragung und die weitere Miniaturisierung von Gehäusen. Es gibt auch einen Trend zur Integration des Emitters mit einer Treiberschaltung oder sogar einem Detektor in einem einzigen Modul, um das Systemdesign zu vereinfachen. Die 940nm-Wellenlänge bleibt sehr beliebt, da sie einen guten Kompromiss zwischen der Empfindlichkeit von Siliziumdetektoren (die bei etwa 900-1000nm ihren Höhepunkt erreicht) und geringer Absorption in der Atmosphäre bietet. Während neuere Materialien leicht unterschiedliche Wellenlängenoptionen oder höhere Effizienzen bieten können, bleiben die grundlegenden Prinzipien und Anwendungsbereiche für Bauteile wie den LTE-1650 stabil und weit verbreitet in der Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerungen und Automobilsystemen.