Technisches Datenblatt IR-Emitter LTE-2871 - T-1 3/4-Gehäuse - Durchlassspannung 1,6V - Spitzenwellenlänge 940nm

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine hochleistungsfähige Infrarot (IR)-Emitter-Komponente. Das Bauteil ist darauf ausgelegt, eine hohe Strahlungsintensität innerhalb eines engen Abstrahlwinkels zu liefern, was es für Anwendungen geeignet macht, die eine gerichtete Infrarotbeleuchtung erfordern. Seine Kernvorteile umfassen ein kostengünstiges Design kombiniert mit spezialisierten Leistungsmerkmalen für eine hohe Ausgangsleistung. Die primären Zielmärkte sind Industrieautomatisierung, Sensorsysteme, Annäherungserkennung und optische Kommunikationsverbindungen, bei denen zuverlässiges, fokussiertes Infrarotlicht essenziell ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Alle Grenzwerte gelten bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen.

• Verlustleistung:90 mW
• Spitzen-Durchlassstrom:1 A (unter gepulsten Bedingungen: 300 pps, 10 μs Pulsbreite)
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):60 mA
• Sperrspannung (V_R):5 V
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C
• Lagertemperaturbereich:-55°C bis +100°C
• Löttemperatur der Anschlüsse:260°C für 5 Sekunden (gemessen 1,6mm vom Gehäusekörper)

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei T_A=25°C mit einem Standard-Prüfstrom von I_F= 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Durchlassspannung (V_F):Typisch 1,6 V, Maximal 1,6 V bei I_F=20mA. Dieser Parameter definiert den Spannungsabfall über den Emitter im Betrieb.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 μA bei V_R=5V. Dies gibt den Leckstrom an, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_Peak):940 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der der Emitter seine maximale optische Leistung abstrahlt, was ihn in den nahen Infrarotbereich einordnet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):50 nm. Dies spezifiziert die Bandbreite des emittierten Lichts, gemessen als volle Breite auf halber Höhe (FWHM) der spektralen Verteilungskurve.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):16 Grad. Dieser enge Strahlwinkel bestätigt die fokussierte Abstrahlung des Bauteils, definiert als der volle Winkel, bei dem die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die Komponente wird basierend auf ihrer Strahlungsleistung in Leistungsklassen (Bins) eingeteilt. Dies ermöglicht eine Auswahl basierend auf den erforderlichen Intensitätsniveaus. Die wichtigsten binnenspezifischen Parameter sind die Apertur-Bestrahlungsstärke (E_ein mW/cm²) und die Strahlstärke (I_Ein mW/sr), beide gemessen bei I_F=20mA.

• Bin A: E_e: 0,44 - 0,96 mW/cm²; I_E: 3,31 - 7,22 mW/sr.
• Bin B: E_e: 0,64 - 1,20 mW/cm²; I_E: 4,81 - 9,02 mW/sr.
• Bin C: E_e: 0,80 - 1,68 mW/cm²; I_E: 6,02 - 12,63 mW/sr.
• Bin D: E_e: 1,12 mW/cm² (Min); I_E: 8,42 mW/sr (Min). Dies stellt die Klasse mit der höchsten Ausgangsleistung dar.

Entwickler müssen den erforderlichen Bin-Code angeben, um sicherzustellen, dass die optische Leistung den Empfindlichkeitsanforderungen des Detektorsystems in der Anwendung entspricht.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere grafische Darstellungen des Bauteilverhaltens unter verschiedenen Bedingungen.

4.1 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgangskurve (Abb.1) konzentriert sich scharf um die Spitzenwellenlänge von 940nm mit einer definierten Halbwertsbreite von 50nm. Diese Eigenschaft ist entscheidend für die Anpassung an Silizium-Fotodetektoren, die in diesem Bereich ihre maximale Empfindlichkeit haben, und um die Kompatibilität mit optischen Filtern zur Unterdrückung von Umgebungslicht sicherzustellen.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die I-V-Kennlinie (Abb.3) zeigt den typischen exponentiellen Zusammenhang für eine Halbleiterdiode. Die spezifizierte Durchlassspannung von 1,6V (max) bei 20mA liefert die notwendigen Daten für den Entwurf der strombegrenzenden Treiberschaltung. Die Kurve hilft bei der Berechnung der Verlustleistung (V_F* I_F) unter verschiedenen Betriebsströmen.

4.3 Relative Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom

Diese Kurve (Abb.5) zeigt, wie sich die optische Ausgangsleistung mit dem Treiberstrom skaliert. Sie ist typischerweise über einen signifikanten Bereich linear, kann aber bei sehr hohen Strömen Sättigung oder einen Effizienzabfall aufweisen. Diese Daten sind wesentlich, um den Arbeitspunkt zu bestimmen, um die gewünschte optische Ausgangsleistung zu erreichen, ohne die absoluten Grenzwerte zu überschreiten.

4.4 Temperaturabhängigkeit

Zwei Kurven beschreiben das thermische Verhalten. Abbildung 2 zeigt, wie sich der maximal zulässige Durchlassstrom bei steigender Umgebungstemperatur über 25°C reduziert (Derating) – eine kritische Überlegung für die Zuverlässigkeit. Abbildung 4 stellt die relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur dar und zeigt den typischen Abfall der Ausgangseffizienz bei steigender Temperatur, der in Präzisions-Sensoranwendungen kompensiert werden muss.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Das polare Abstrahldiagramm (Abb.6) bestätigt visuell den engen Abstrahlwinkel von 16 Grad. Das Diagramm zeigt die räumliche Verteilung des emittierten Infrarotlichts, was für den Entwurf der optischen Ausrichtung und die Sicherstellung, dass die beleuchtete Spotgröße den Anwendungsanforderungen entspricht, von entscheidender Bedeutung ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäusetyp und Abmessungen

Das Bauteil verwendet ein modifiziertes T-1 3/4 (5mm) Durchsteckgehäuse. Wichtige Abmessungshinweise aus der Zeichnung sind:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern (Zoll in Klammern).
• Die Standardtoleranz beträgt ±0,25mm (±0,010"), sofern nicht für ein bestimmtes Merkmal eine andere Toleranz gefordert ist.
• Der maximale Harzüberstand unter dem Gehäuseflansch beträgt 1,0mm (0,039").
• Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse den Gehäusekörper verlassen, was für das PCB-Footprint-Design wichtig ist.

Das Gehäuse ist für Standard-Lötverfahren wie Wellenlöten oder Handlöten ausgelegt.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Bei Durchsteckgehäusen wird die Polarität typischerweise durch eine Abflachung am Gehäuserand oder durch Anschlüsse unterschiedlicher Länge angezeigt (der längere Anschluss ist üblicherweise die Anode). Für das genaue Kennzeichnungsschema sollte die Abmessungszeichnung im Datenblatt konsultiert werden. Die korrekte Polarität ist wesentlich, um eine Sperrspannungsanwendung über das 5V-Limit hinaus zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die strikte Einhaltung der Lötprofile ist notwendig, um thermische Schäden am Halbleiterchip und der Epoxidlinse zu verhindern.

• Löttemperatur:Die Anschlüsse halten einer Temperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden stand. Diese Messung wird 1,6mm (0,063") vom Gehäusekörper entfernt vorgenommen.
• Prozessempfehlung:Für Wellenlöten ist ein Standardprofil mit Vorwärm-, Halte- und Abkühlphasen anwendbar. Das Limit von 260°C/5s sollte an der Übergangsstelle Anschluss-Gehäuse nicht überschritten werden.
• Reinigung:Falls eine Reinigung erforderlich ist, sollten Lösungsmittel verwendet werden, die mit dem Epoxidmaterial des Gehäuses kompatibel sind, um ein Trüben oder Rissbildung der Linse zu vermeiden.
• Lagerbedingungen:Bauteile sollten in der original Feuchtigkeitssperrbeutel innerhalb des spezifizierten Lagerbereichs (-55°C bis +100°C) und in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit gelagert werden, um eine Oxidation der Anschlüsse zu verhindern.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Die Kombination aus hoher Intensität und engem Strahl macht diesen Emitter ideal für:

• Annäherungs- und Präsenzerkennung:Verwendung in automatischen Wasserhähnen, Seifenspendern, Händetrocknern und Präsenzerkennung.
• Industrielle optische Sensoren:Objekterkennung, Kantendetektion und Positionserfassung in Fertigungsstraßen.
• Lichtschranken und -unterbrecher:Erzeugung eines fokussierten Strahls für die Objekterkennung in Sicherheitssystemen oder Maschinenschutzvorhängen.
• Kurzstrecken-Datenverbindungen:Infrarot-Datenübertragung (IrDA), bei der gerichtetes Licht Interferenzen reduziert und den Stromverbrauch senkt.
• Nachtbeleuchtung:Als unsichtbare Lichtquelle für Überwachungskameras mit IR-empfindlichen Sensoren.

7.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Eine Konstantstromquelle oder ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit der LED ist zwingend erforderlich, um I_F einzustellen. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei für ein sicheres Design der maximale V_F-Wert verwendet werden sollte.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, erfordert der Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem maximalen Dauerstrom Beachtung der Derating-Kurven. Sorgen Sie für ausreichende Belüftung auf der Leiterplatte.
• Optische Ausrichtung:Der enge Strahl erfordert eine präzise mechanische Ausrichtung mit dem gekoppelten Fotodetektor oder dem Zielbereich. Verwenden Sie das Abstrahldiagramm für das optische Design.
• Elektrischer Schutz:Integrieren Sie Schutzmaßnahmen gegen Verpolung und Spannungstransienten auf der Versorgungsleitung, da die maximale Sperrspannung nur 5V beträgt.
• Bin-Auswahl:Wählen Sie die passende Ausgangsklasse (A bis D) basierend auf der Empfindlichkeit des Empfängers und dem erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnis für die Anwendung. Höhere Klassen bieten mehr optische Leistung, können aber Kostenimplikationen haben.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-IR-Emittern ohne Fokussierung bietet dieses Bauteil deutliche Vorteile:

• Höhere Strahlstärke in einem engen Strahl:Standard-Emitter haben oft Abstrahlwinkel von 30° oder mehr und verteilen das Licht über einen größeren Bereich. Diese Komponente konzentriert ihre Ausgangsleistung in einen 16°-Strahl, was eine höhere Intensität auf der Achse liefert. Dies ermöglicht größere mögliche Erfassungsabstände oder einen geringeren erforderlichen Treiberstrom für das gleiche empfangene Signal.
• Optimiert für die Sensorik:Der enge Strahl reduziert die Wahrscheinlichkeit von optischen Übersprechen in Multi-Sensor-Arrays und minimiert Reflexionen von ungewollten Oberflächen, was die Systemgenauigkeit und -zuverlässigkeit verbessert.
• Kosteneffiziente Leistung:Es bietet eine fokussierte Strahlcharakteristik, die oft mit teureren gelinsten Gehäusen assoziiert wird, jedoch in einem standardmäßigen, kostengünstigen T-1 3/4-Format.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Unterschied zwischen Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e) und Strahlstärke (I_E)?

A1: Strahlstärke (I_E, mW/sr) ist ein Maß für die pro Raumwinkeleinheit abgestrahlte optische Leistung und beschreibt die "Konzentration" des Strahls. Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e, mW/cm²) ist die Leistungsdichte, die auf eine Oberfläche (wie einen Detektor) in einer bestimmten Entfernung einfällt, abhängig von sowohl Intensität als auch Entfernung. I_E ist eine intrinsische Eigenschaft des Emitters; E_e hängt von der Systemgeometrie ab.

F2: Kann ich diesen Emitter mit einer 3,3V-Versorgung betreiben?

A2: Ja, typischerweise. Mit einem typischen V_F von 1,6V bei 20mA kann ein Vorwiderstand verwendet werden, um die restliche Spannung (3,3V - 1,6V = 1,7V) abzufallen. Der Widerstandswert wäre R = 1,7V / 0,02A = 85 Ohm. Ein Standard-82- oder 100-Ohm-Widerstand wäre geeignet, wobei der tatsächliche Strom neu berechnet werden muss.

F3: Warum ist die Spitzenwellenlänge 940nm und nicht 850nm?

A3: 940nm ist für das menschliche Auge weniger sichtbar (erscheint als schwächeres Rot oder unsichtbar) im Vergleich zu 850nm, was es für unauffällige Beleuchtung besser geeignet macht. Beide Wellenlängen werden von Silizium-Fotodioden effizient erfasst, wobei die Empfindlichkeit bei 850nm etwas höher ist. Die Wahl hängt vom Bedarf an Sichtbarkeit gegenüber maximaler Detektorantwort ab.

F4: Wie interpretiere ich die Binning-Codes (A, B, C, D)?

A4: Die Bins repräsentieren sortierte Gruppen basierend auf der gemessenen optischen Ausgangsleistung im Werk. Bin D hat die höchste garantierte Mindestausgangsleistung, während Bin A die niedrigste hat. Wählen Sie einen Bin basierend auf der minimalen optischen Leistung, die Ihre Empfängerschaltung benötigt, um unter allen Bedingungen (einschließlich Temperatureffekten und Alterung) zuverlässig zu funktionieren.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines Blattzählers für einen Drucker.

Der Emitter und ein Fototransistor werden auf gegenüberliegenden Seiten des Papierwegs platziert. Der enge 16°-Strahl des LTE-2871 ist entscheidend. Er stellt sicher, dass das Licht fokussiert direkt über den Spalt zum Detektor gelenkt wird, wodurch Streuung und Reflexionen von den internen Druckermechaniken minimiert werden, die zu Fehlzählungen führen könnten. Ein Emitter der Klasse C oder D würde ausgewählt, um auch bei leichter Staubablagerung auf der Linse ein starkes Signal zu liefern. Die Treiberschaltung würde einen Konstantstrom von 20-40mA verwenden, und die Empfängerschaltung wäre darauf ausgelegt, den deutlichen Signalabfall zu erkennen, wenn ein Blatt Papier den fokussierten Strahl unterbricht. Die Temperatur-Derating-Kurven würden konsultiert, um einen zuverlässigen Betrieb innerhalb des Druckers sicherzustellen, wo die Umgebungstemperatur 50-60°C erreichen kann.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Ein Infrarot-Emitter ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Bei Durchlassbetrieb (positive Spannung an der Anode relativ zur Kathode) rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleitermaterials (typischerweise basierend auf Aluminiumgalliumarsenid - AlGaAs). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die Wellenlänge der emittierten Photonen; bei diesem Bauteil ist sie auf 940nm ausgelegt, was im nahen Infrarotbereich liegt. Das modifizierte Gehäuse enthält eine Epoxidlinse, die das emittierte Licht in das spezifizierte enge Strahlprofil formt und die Ausgabe für gerichtete Anwendungen kollimiert.

12. Technologietrends

Im Bereich der Infrarot-Emitter konzentrieren sich allgemeine Trends auf die Steigerung der Effizienz (mehr optische Ausgangsleistung pro elektrischer Eingangswatt), die Ermöglichung höherer Betriebsgeschwindigkeiten für die Datenkommunikation und die Entwicklung von Oberflächenmontage (SMD)-Gehäusen für die automatisierte Montage. Es gibt auch laufende Arbeiten, um Wellenlängenoptionen für spezifische Sensoranwendungen (z.B. Gassensorik) zu erweitern und Emitter mit Treibern und Kontrolllogik in intelligente Module zu integrieren. Das grundlegende Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien bleibt die Basis dieser Technologie.