LTE-306 IR-Emitter-LED Datenblatt - Seitlich abstrahlendes Gehäuse - Spitzenwellenlänge 940nm - Durchlassspannung 1,6V - Öffnungswinkel 30 Grad - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTE-306 ist ein miniaturisierter, seitlich abstrahlender Infrarot (IR)-Emitter, der für den Einsatz in optoelektronischen Erfassungs- und Detektionssystemen konzipiert ist. Seine Kernfunktion ist die Emission von Infrarotlicht mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern (nm). Diese Komponente ist mechanisch und spektral auf korrespondierende Phototransistoren der LTR-306-Serie abgestimmt, was eine optimale Leistung in Sender-Empfänger-Paaren für Anwendungen wie Objekterkennung, Positionserfassung und Datenübertragung gewährleistet. Der Hauptvorteil dieser Komponente liegt in ihrer kostengünstigen Bauweise innerhalb eines kompakten Kunststoffgehäuses, kombiniert mit der Verfügbarkeit vorsortierter Bins für eine konsistente Strahlungsintensität.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C definiert. Zu den wichtigsten Werten gehören ein Dauer-Durchlassstrom (I_F) von 50 mA und ein Spitzen-Durchlassstrom von 1 A für gepulsten Betrieb (300 Pulse pro Sekunde, 10 µs Pulsbreite). Die maximale Verlustleistung beträgt 75 mW. Die maximale Sperrspannung liegt bei 5 V, was bedeutet, dass die LED keiner Sperrspannung über diesem Wert ausgesetzt werden sollte. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, der Lagerbereich von -55°C bis +100°C. Die Lötstellentemperatur für die Anschlussdrähte wird mit 260°C für 5 Sekunden spezifiziert, gemessen in 1,6mm Abstand vom Gehäuse.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Alle Kenngrößen werden bei T_A=25°C gemessen. Die primären optischen Parameter sind die Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e) und die Strahlstärke (I_E), beide getestet bei einem Durchlassstrom von 20 mA. Diese Parameter sind in Bins (A bis H) gruppiert, die eine Auswahl an Minimal- und Typisch-/Maximalwerten basierend auf den Anwendungsanforderungen bieten. Beispielsweise bietet Bin A E_e-Werte von 0,088 bis 0,168 mW/cm² und I_E-Werte von 0,662 bis 1,263 mW/sr, während Bin H eine höhere Ausgangsleistung bietet. Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_Peak) beträgt typischerweise 940 nm mit einer spektralen Halbwertsbreite (Δλ) von 50 nm. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typisch 1,6V bei 20 mA. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 100 µA bei einer Sperrspannung von 5V. Der Öffnungswinkel (2θ_1/2) beträgt 30 Grad.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein System zur Binning nach Strahlstärke. Die Bauteile werden getestet und basierend auf ihrer gemessenen Strahlstärke (I_E) und Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e) bei einem Standard-Durchlassstrom von 20 mA in Gruppen (Bins A bis H) sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Komponenten mit garantierten Mindestlichtausgangswerten auszuwählen, was die Konsistenz der Systemleistung sicherstellt. Dies ist besonders wichtig in Anwendungen, bei denen der Detektionsschwellwert oder die Signalstärke kritisch ist. Die Bins bieten eine abgestufte Skala der Ausgangsleistung.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf mehrere typische Kennlinien. Abbildung 1 zeigt die spektrale Verteilung und illustriert die Lichtausgabe um 940 nm herum. Abbildung 2 stellt den Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Umgebungstemperatur dar, wichtig für das Verständnis der Entlastung. Abbildung 3 ist die Durchlassstrom-Durchlassspannung (I-V)-Kurve, die die Einschaltcharakteristik der Diode zeigt. Abbildung 4 zeigt, wie die relative Strahlstärke mit der Umgebungstemperatur variiert, was auf eine Abnahme der Ausgangsleistung bei steigender Temperatur hinweist. Abbildung 5 stellt die relative Strahlstärke über dem Durchlassstrom dar und zeigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Treiberstrom und Lichtausgabe. Abbildung 6 ist das Strahlungsdiagramm, ein Polardiagramm, das den 30-Grad-Öffnungswinkel und die räumliche Verteilung des emittierten Infrarotlichts visualisiert.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein miniaturisiertes, seitlich abstrahlendes Kunststoffgehäuse. Die Abmessungen sind in einer Zeichnung angegeben (im Text referenziert, aber nicht vollständig detailliert). Wichtige Hinweise spezifizieren, dass alle Maße in Millimetern angegeben sind, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Der Anschlussdrahtabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Drähte das Gehäuse verlassen. Die seitlich abstrahlende Ausrichtung bedeutet, dass die primäre Emissionsrichtung senkrecht zur Achse der Anschlussdrähte verläuft, was ein wesentlicher Unterschied zu oben abstrahlenden LEDs ist.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Die primäre Richtlinie betrifft das Löten der Anschlussdrähte: Die Temperatur an einem Punkt 1,6mm (0,063 Zoll) vom Gehäuse entfernt darf für eine Dauer von 5 Sekunden 260°C nicht überschreiten. Dies ist entscheidend, um Schäden am internen Halbleiterchip und am Kunststoffgehäuse zu verhindern. Für die moderne Montage bedeutet dies eine sorgfältige Kontrolle der Wellenlötparameter oder den Einsatz selektiver Löttechniken. Handlötungen sollten schnell mit einem temperaturgeregelten Lötkolben durchgeführt werden.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Der LTE-306 ist ideal für Anwendungen, die nicht sichtbare Lichtemission zur Erfassung benötigen. Typische Einsatzgebiete sind Objekterkennung und -zählung (z.B. in Verkaufsautomaten, Druckern), Positionserfassung (z.B. Papierranderkennung), Schlitzsensoren und Näherungsschalter. Seine spektrale Abstimmung auf den LTR-306-Phototransistor macht ihn perfekt für den Aufbau kompakter Opto-Unterbrecher oder reflektiver Objektsensoren.

7.2 Designüberlegungen

Konstrukteure müssen mehrere Faktoren berücksichtigen: Erstens, verwenden Sie stets einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit der LED, wenn sie von einer Spannungsquelle gespeist wird, um das Überschreiten des maximalen Dauer-Durchlassstroms (50 mA) zu verhindern. Zweitens, wählen Sie den passenden Intensitäts-Bin (A-H) basierend auf der erforderlichen Erfassungsdistanz und der Empfindlichkeit des gekoppelten Detektors. Drittens, berücksichtigen Sie den 30-Grad-Öffnungswinkel bei der Ausrichtung von Sender und Detektor in einem System; Fehlausrichtung reduziert die Signalstärke. Viertens, beachten Sie die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf die Strahlungsleistung (siehe Abbildung 4), insbesondere in rauen Umgebungen. Fünftens, stellen Sie sicher, dass die Sperrspannung an der LED niemals 5V überschreitet, was in einigen Schaltungskonfigurationen möglicherweise Schutzschaltungen erfordert.

8. Technischer Vergleich

Die wesentlichen differenzierenden Vorteile dieser Komponente sind ihr seitlich abstrahlendes Gehäuse und die vorab sortierte Intensität. Im Vergleich zu standardmäßigen oben abstrahlenden IR-LEDs ermöglicht die seitlich abstrahlende Bauform ein flexibleres PCB-Layout und kann schlankere Produktdesigns ermöglichen. Die Verfügbarkeit mehrerer Intensitäts-Bins bietet eine Leistungsabstufung, die bei kostengünstigen IR-Emittern nicht immer verfügbar ist, und gibt Konstrukteuren die Möglichkeit, die Systemleistung fein abzustimmen und Kosten zu senken, indem sie nicht überdimensionieren. Die explizite mechanische und spektrale Abstimmung auf eine bestimmte Phototransistor-Serie vereinfacht das Design zuverlässiger optischer Paare.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck des Binning-Systems?

A: Das Binning (A-H) garantiert ein Mindestmaß an Strahlstärke. Dies gewährleistet Konsistenz in der Produktion. Sie können einen niedrigeren Bin für weniger anspruchsvolle/Kurzstrecken-Anwendungen oder einen höheren Bin für größere Reichweiten oder zuverlässigere Detektion wählen.

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung betreiben?

A: Ja, aber Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Bei einem typischen V_Fvon 1,6V bei 20mA beträgt der Widerstandswert (3,3V - 1,6V) / 0,02A = 85 Ohm. Berechnen Sie den Widerstand stets basierend auf Ihrem gewünschten Strom und der tatsächlichen Versorgungsspannung.

F: Warum ist der Öffnungswinkel wichtig?

A: Der 30-Grad-Öffnungswinkel definiert den Kegel, innerhalb dessen der Großteil des Lichts emittiert wird. In einem gepaarten Sensorsystem haben sowohl Sender als auch Detektor Öffnungswinkel. Ihre Überlappung definiert die effektive Erfassungszone. Ein engerer Winkel kann eine präzisere Detektion ermöglichen.

F: Wie beeinflusst Temperatur die Leistung?

A: Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die Strahlstärke typischerweise ab (siehe Abbildung 4). Die Durchlassspannung nimmt bei einem gegebenen Strom ebenfalls leicht ab. In kritischen Anwendungen kann eine Temperaturkompensation in der Treiber- oder Empfangsschaltung notwendig sein.

10. Praktischer Anwendungsfall

Fall: Entwurf eines Papierpräsenzsensors in einem Drucker.Ein LTE-306 IR-Emitter wird mit einem LTR-306-Phototransistor über den Papierweg hinweg gepaart, um einen transmissiven Sensor zu bilden. Wenn kein Papier vorhanden ist, erreicht Licht vom Emitter den Detektor. Wenn Papier vorhanden ist, blockiert es das Licht. Das seitlich abstrahlende Gehäuse ermöglicht es, beide Komponenten flach auf der Hauptplatine zu montieren, wobei ihre optischen Achsen über den Spalt hinweg ausgerichtet sind. Der Konstrukteur wählt Bin-D-Emitter, um eine ausreichende Signalstärke am Detektor über die gesamte Produktlebensdauer trotz möglicher Verschmutzung (Staub) sicherzustellen. Ein Mikrocontroller überwacht den Ausgang des Phototransistors, um die Papierpräsenz zu bestimmen.

11. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Emitter-LED ist eine Halbleiterdiode. Bei Durchlasspolung (positive Spannung an der Anode relativ zur Kathode) rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleitermaterials (typischerweise auf Galliumarsenid-Basis). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung und Struktur des Halbleiters bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts. Beim LTE-306 führt dies zu Photonen hauptsächlich im Infrarotspektrum um 940 nm, die für das menschliche Auge unsichtbar, aber durch Silizium-Photodetektoren erfassbar sind.

12. Technologietrends

Der Trend bei solchen diskreten optoelektronischen Bauteilen geht in Richtung weiterer Miniaturisierung, höherer Effizienz (mehr Lichtausgang pro Einheit elektrischer Eingangsleistung) und erhöhter Integration. Während diskrete Sender-Detektor-Paare weiterhin verbreitet sind, gibt es einen Trend zu integrierten Modulen, die die LED, den Photodetektor und manchmal auch Signalaufbereitungsschaltungen in einem einzigen Gehäuse vereinen. Dies vereinfacht das Design und verbessert die Zuverlässigkeit. Zudem gibt es laufende Entwicklungen, um präzisere und stabilere Wellenlängenemission und eine engere Öffnungswinkelkontrolle für spezialisierte Sensoranwendungen zu erreichen. Die Nachfrage nach stromsparenden Komponenten für batteriebetriebene IoT-Geräte treibt ebenfalls Effizienzverbesserungen voran.