Infrarot-LED-Emitter 5mm Wasserklares Gehäuse - Abmessungen 5,0mm Durchmesser x 8,6mm Höhe - Durchlassspannung 1,6-2,0V - Spitzenwellenlänge 850nm - Strahlungsintensität 30-45mW/sr - Technisches Datenblatt DE

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer diskreten Infrarot-Leuchtdiode (IRED), die für ein breites Spektrum optoelektronischer Anwendungen konzipiert ist. Die Komponente ist darauf ausgelegt, eine hohe Strahlungsleistung bei niedriger Durchlassspannung zu liefern, was sie für stromsparende Designs geeignet macht. Ihre Hauptemission liegt im nahen Infrarotspektrum mit einer Spitzenwellenlänge von 850 Nanometern.

Die Kernvorteile dieser Komponente umfassen ihre Fähigkeit zum Betrieb mit hohen Strömen, was direkt in eine hohe optische Ausgangsleistung resultiert. Sie ist in einem standardmäßigen 5mm-Format mit wasserklarer Linse verpackt, die einen weiten Abstrahlwinkel für großflächige Beleuchtung oder Empfang bietet. Dies macht sie zu einer vielseitigen Wahl für Systeme, die zuverlässige Infrarotsignalisierung erfordern.

Der Zielmarkt und typische Anwendungsszenarien umfassen Unterhaltungselektronik, Industriesteuerungen und Sicherheitssysteme. Häufige Anwendungen sind Infrarot-Fernbedienungen für Fernseher und Audiogeräte, kurze drahtlose Datenverbindungen, Bewegungsmelder in Sicherheitsalarmanlagen und optische Encoder. Ihre Leistungsparameter sind für den gepulsten Betrieb optimiert, der in Fernbedienungs- und Datenübertragungsprotokollen Standard ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Ein Betrieb der Komponente über diese Grenzwerte hinaus kann dauerhafte Schäden verursachen. Der maximale Dauer-Durchlassstrom ist mit 80 mA spezifiziert, wobei unter gepulsten Bedingungen (300 pps, 10μs Pulsbreite) ein Spitzen-Durchlassstrom von 1 A zulässig ist. Die maximale Verlustleistung beträgt 200 mW, was das thermische Design der Anwendung bestimmt. Die Komponente hält eine Sperrspannung von bis zu 5V aus, ist jedoch nicht für den Betrieb in diesem Bereich ausgelegt. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt bei -40°C bis +85°C bzw. -55°C bis +100°C, was Zuverlässigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen gewährleistet. Das Löten der Anschlüsse muss bei 260°C für maximal 5 Sekunden erfolgen, wobei die Lötspitze mindestens 1,6mm vom Epoxid-Gehäuse entfernt positioniert sein muss.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Die wichtigsten Leistungsparameter werden unter Standardtestbedingungen bei einem Durchlassstrom (I_F) von 50 mA und einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C gemessen.

• Strahlungsintensität (I_E):Die optische Ausgangsleistung pro Raumwinkel, mit einem Minimum von 30 mW/sr bis zu einem typischen Wert von 45 mW/sr. Dies ist ein direktes Maß für die Helligkeit der LED in ihrer Hauptrichtung.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):Die Nennwellenlänge beträgt 850 nm, was sie in den nahen Infrarotbereich einordnet. Dieser ist ideal für Silizium-Fotodetektoren und für das menschliche Auge weniger sichtbar als kürzere Wellenlängen.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Ungefähr 50 nm. Dies definiert die spektrale Bandbreite und gibt den Bereich der um den Peak emittierten Wellenlängen an.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 1,6V, maximal 2,0V bei I_F=50mA. Die niedrige V_Fist ein Schlüsselmerkmal für hocheffiziente, batteriebetriebene Geräte.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 μA bei V_R=5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; die Komponente ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung vorgesehen.
• Anstiegs-/Abfallzeit (T_r/T_f):30 Nanosekunden. Diese schnelle Schaltgeschwindigkeit ermöglicht hochfrequenten gepulsten Betrieb für die Datenübertragung.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):30 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, und definiert die Strahlaufweitung.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für den Schaltungsentwurf und die Leistungsvorhersage entscheidend sind.

3.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Diese Kurve zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Sie ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Die Kurve ermöglicht es Entwicklern, die erforderliche Treiberspannung für einen gewünschten Betriebsstrom zu bestimmen und die Verlustleistung (V_F* I_F) zu berechnen. Die niedrige Kniespannung ist aus dem typischen V_F-Wert von 1,6V ersichtlich.

3.2 Relative Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie sich die optische Ausgangsleistung mit dem Eingangsstrom skaliert. Im Allgemeinen steigt die Strahlungsintensität im normalen Betriebsbereich linear mit dem Strom an. Diese Linearität ist für Analogmodulationsanwendungen wichtig. Entwickler können dies nutzen, um einen geeigneten Treiberstrom für eine bestimmte Helligkeitsstufe auszuwählen.

3.3 Relative Strahlungsintensität vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve ist entscheidend für das Verständnis thermischer Effekte. Die Strahlungsintensität einer LED nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Dieses Diagramm quantifiziert diese Degradation und zeigt die Ausgangsleistung relativ zu ihrem Wert bei 25°C über den gesamten Betriebstemperaturbereich. Für einen zuverlässigen Betrieb muss das thermische Management berücksichtigt werden, um die Ausgangsstabilität aufrechtzuerhalten, insbesondere bei Anwendungen mit hohem Strom oder hoher Umgebungstemperatur.

3.4 Spektrale Verteilung

Das Spektraldiagramm veranschaulicht die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen. Es bestätigt den Peak bei 850 nm und die ungefähre Halbwertsbreite von 50 nm. Diese Information ist entscheidend, wenn die LED mit einem Fotodetektor abgeglichen wird, da die Empfindlichkeit des Detektors wellenlängenabhängig ist.

3.5 Strahlungsdiagramm

Dieses Polardiagramm stellt den Abstrahlwinkel visuell dar. Das Muster zeigt die Intensitätsverteilung und bestätigt den Halbwinkel von 30 Grad. Es hilft beim Entwurf optischer Systeme für spezifische Abdeckungsbereiche, z.B. um sicherzustellen, dass ein Empfänger innerhalb des LED-Strahls liegt.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Abmessungen

Die Komponente entspricht einem standardmäßigen 5mm runden LED-Gehäuse. Wichtige Abmessungen sind ein Gehäusedurchmesser von 5,0mm und eine typische Höhe von 8,6mm von der Unterseite des Flansches bis zur Oberseite der Linse. Der Anschlussabstand, gemessen an der Stelle, an der die Anschlüsse das Gehäuse verlassen, beträgt standardmäßig 2,54mm (0,1 Zoll). Toleranzen betragen typischerweise ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Ein maximaler Harzüberstand von 1,5mm unter dem Flansch ist zulässig. Die Anode (positiver Anschluss) ist typischerweise durch den längeren Anschlussdraht gekennzeichnet.

5. Richtlinien für Lötung und Montage

5.1 Lagerbedingungen

Komponenten sollten in einer Umgebung unter 30°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Sobald die original versiegelte Verpackung geöffnet ist, müssen die Komponenten innerhalb von 3 Monaten unter einer kontrollierten Umgebung von <25°C und <60% r.F. verwendet werden, um Anschlussoxidation zu verhindern, die die Lötbarkeit beeinträchtigen kann.

5.2 Reinigung

Falls eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Aggressive Chemikalien können die Epoxidlinse beschädigen.

5.3 Anschlussbeinformung

Falls Anschlüsse gebogen werden müssen, muss dies vor dem Löten und bei normaler Raumtemperatur erfolgen. Die Biegung sollte an einem Punkt mindestens 3mm von der Basis der LED-Linse entfernt vorgenommen werden. Die Basis des Anschlussrahmens sollte während des Biegens nicht als Drehpunkt verwendet werden, um Belastungen der internen Chipverbindung zu vermeiden.

5.4 Lötprozess

Handlötung (Lötkolben):Maximale Temperatur von 350°C für nicht mehr als 3 Sekunden pro Anschluss. Die Lötspitze muss mindestens 2mm von der Basis der Epoxidlinse entfernt sein.
Wellenlötung:Das empfohlene Profil umfasst ein Vorwärmen auf bis zu 100°C für maximal 60 Sekunden, gefolgt von einer Lötwellenphase bei maximal 260°C für 5 Sekunden. Die Eintauchposition muss mindestens 2mm von der Basis der Linse entfernt sein.
Kritische Warnung:Das Eintauchen der Linse in das Lot muss vermieden werden. Übermäßige Temperatur oder Zeit kann zu Linsendeformation oder katastrophalem Ausfall führen. Infrarot (IR)-Reflow-Lötung ist für diesen Durchsteckmontage-Gehäusetyp NICHT geeignet.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Komponenten sind in antistatischen Beuteln verpackt. Die Standardverpackungskonfiguration ist 1000 Stück pro Beutel. Acht Beutel werden in einen Innenkarton gepackt, und acht Innenkartons bilden einen äußeren Versandkarton, was insgesamt 64.000 Stück pro Außenkarton ergibt.

7. Empfehlungen für das Anwendungsdesign

7.1 Treiberschaltungsdesign

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen und Stromkonzentration zu verhindern, wird dringend empfohlen, für jede LED einen Reihenstrombegrenzungswiderstand zu verwenden, selbst wenn mehrere LEDs parallel an eine Spannungsquelle angeschlossen sind. Das einfache Schaltungsmodell (A) mit einem Widerstand in Reihe zu jeder LED ist der korrekte Ansatz. Das alternative Modell (B), bei dem mehrere LEDs direkt parallel ohne individuelle Widerstände geschaltet werden, wird nicht empfohlen, da geringe Unterschiede in der Durchlassspannung (V_F) jeder LED zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich der Helligkeit führen.

Der Wert des Reihenwiderstands (R_s) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_s= (V_versorgung- V_F) / I_F, wobei I_Fder gewünschte Betriebsstrom (z.B. 50mA) und V_Fdie typische Durchlassspannung aus dem Datenblatt (z.B. 1,6V) ist.

7.2 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Diese Komponente ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Während der Handhabung und Montage müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen implementiert werden:

• Personal sollte geerdete Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe tragen.
• Alle Arbeitsplätze, Werkzeuge und Geräte müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
• Verwenden Sie Ionisatoren, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich auf der Kunststofflinse ansammeln können.
• Lagern und transportieren Sie Komponenten in leitfähiger oder antistatischer Verpackung.

7.3 Anwendungsbereich und Zuverlässigkeit

Dieses Produkt ist für den Einsatz in Standard-Handels- und Industrie-Elektronikgeräten vorgesehen, einschließlich Büroautomatisierung, Kommunikation und Haushaltsgeräten. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Verkehrssicherheitssysteme), sind vor der Integration spezifische Beratung und Qualifizierung erforderlich.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Diese 850nm IRED unterscheidet sich durch ihre Kombination aushoher Ausgangsleistung(30-45 mW/sr) undniedriger Durchlassspannung(typ. 1,6V). Im Vergleich zu Standard-Sichtlicht-LEDs oder leistungsschwächeren IREDs ermöglicht dies hellere Beleuchtung oder größere Reichweite in batteriebetriebenen Geräten. Der 30-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine gute Balance zwischen fokussierter Intensität und Abdeckungsbereich. Die schnelle Schaltzeit von 30ns macht sie sowohl für einfache Ein/Aus-Fernbedienungen als auch für höherfrequente Datenübertragungsprotokolle geeignet, im Gegensatz zu langsameren Bauteilen, die auf grundlegendes Schalten beschränkt sind.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?
A: Nein. Sie müssen immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Ein Mikrocontroller-Pin hat eine begrenzte Stromquellen-/Senken-Fähigkeit und keine präzise Stromregelung. Ein direkter Anschluss der LED würde wahrscheinlich den maximalen Strom des Pins überschreiten, den Mikrocontroller beschädigen und die LED überlasten.

F: Warum ist der Sperrstromwert nur für Tests und nicht für den Betrieb?
A: Die LED ist eine Diode, die für den Durchlassbetrieb optimiert ist. Das Anlegen einer Sperrspannung, selbst innerhalb der maximalen 5V-Grenze, führt nicht zu einer sinnvollen Funktion. Der spezifizierte Sperrstrom ist ein Leckageparameter für Qualitätstests, kein Entwurfsparameter für den Schaltungsbetrieb.

F: Wie berechne ich den benötigten Widerstand für eine 5V-Versorgung bei 50mA?
A: Unter Verwendung des typischen V_F-Werts von 1,6V: R = (5V - 1,6V) / 0,05A = 68 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert ist 68Ω. Die Leistungsaufnahme des Widerstands sollte mindestens P = I²R = (0,05)²* 68 = 0,17W betragen, daher ist ein 1/4W-Widerstand ausreichend.

F: Was ist der Zweck des wasserklaren Gehäuses, wenn das Licht unsichtbar ist?
A: Das wasserklare Epoxidharz ist für das 850nm-Infrarotlicht hochtransparent und minimiert optische Verluste innerhalb des Gehäuses selbst. Eine farbige Linse würde einen Teil der IR-Ausgangsleistung absorbieren und die Effizienz verringern. Das klare Gehäuse ermöglicht maximale Strahlungsintensität.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines einfachen Infrarot-Fernbedienungssenders.
Das Ziel ist es, codierte Befehle von einer Handheld-Einheit zu einem Empfänger in bis zu 10 Metern Entfernung in einem typischen Wohnzimmer zu übertragen.

Komponentenauswahl:Diese 850nm IRED ist eine ausgezeichnete Wahl aufgrund ihrer hohen Ausgangsleistung (für gute Reichweite), des Niederspannungsbetriebs (kompatibel mit kleinen Batterien wie 2xAA-Zellen mit 3V) und der schnellen Schaltgeschwindigkeit (fähig, die in Fernbedienungen übliche 38kHz-Trägerfrequenz zu verarbeiten).

Schaltungsdesign:Der Kern des Sendeschaltkreises besteht aus einem Mikrocontroller, der den modulierten Code erzeugt. Der Mikrocontroller-Pin steuert einen Transistor (z.B. einen einfachen NPN wie 2N3904) in einer Schalterkonfiguration. Die IRED und ihr Strombegrenzungswiderstand befinden sich im Kollektorkreis des Transistors. Der Transistor fungiert als Hochgeschwindigkeitsschalter, der es dem Mikrocontroller ermöglicht, die LED mit dem erforderlichen hohen Strom (z.B. 100mA-Pulse) zu pulsieren, ohne den MCU-Pin direkt zu belasten. Der Wert des Reihenwiderstands wird basierend auf der Batteriespannung (3V), der LED-V_F(~1,6V) und dem gewünschten Pulsstrom berechnet.

Überlegungen:Der weite 30-Grad-Abstrahlwinkel der LED stellt sicher, dass die Fernbedienung nicht präzise auf den Empfänger gerichtet werden muss. Die ESD-Vorsichtsmaßnahmen sind während der Montage der Handheld-Einheit entscheidend. Die Lagerrichtlinien stellen sicher, dass die LEDs während des Produktionsprozesses lötbar bleiben.

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IRED) ist ein Halbleiter-pn-Übergangsbauteil. 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, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge des emittierten Lichts (in diesem Fall 850 nm) wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, das hier auf Galliumarsenid (GaAs) oder Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) basiert. Das "wasserklare" Epoxidharzgehäuse umschließt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und fungiert als Linse zur Formung des Ausgangsstrahls.

12. Technologietrends

Diskrete Infrarotkomponenten entwickeln sich weiter. Trends umfassen die Entwicklung von Bauteilen mit noch höherer Leistungsdichte und Effizienz für Anwendungen mit größerer Reichweite wie LiDAR und Time-of-Flight-Sensorik. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung in Oberflächenmontage (SMD)-Gehäuse für automatisierte Montage und kleinere Bauformen. Darüber hinaus werden Komponenten mit enger tolerierten Wellenlängen und schmaleren spektralen Bandbreiten für spezialisierte Sensor- und optische Kommunikationsanwendungen entwickelt, um Interferenzen zu reduzieren und das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Das grundlegende Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleiterübergängen bleibt konstant, aber Materialwissenschaft und Gehäusetechnologie treiben Leistungsverbesserungen voran.