Dokumen Teknikal LTE-3271T-A - Pemancar LED Inframerah 940nm - Arus Tinggi & Voltan Hadapan Rendah - Pakej Jernih Air

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTE-3271T-A ialah diod pemancar cahaya (LED) inframerah (IR) berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi yang memerlukan keluaran optik yang mantap dan operasi yang boleh dipercayai di bawah keadaan elektrik yang mencabar. Falsafah reka bentuk terasnya berpusat pada penghantaran kuasa sinaran tinggi sambil mengekalkan voltan hadapan yang agak rendah, menjadikannya cekap untuk sistem di mana penggunaan kuasa menjadi perhatian. Peranti ini dibungkus dalam resin jernih air, yang meminimumkan penyerapan cahaya inframerah yang dipancarkan, seterusnya memaksimumkan kecekapan sinaran luaran. Ia direka untuk menyokong kedua-dua mod pemacu berterusan dan berdenyut, menawarkan fleksibiliti untuk pelbagai aplikasi penderiaan, komunikasi, dan pencahayaan dalam spektrum inframerah dekat.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah atau pada had ini tidak dijamin.

• Pelesapan Kuasa (P_D):150 mW. Ini ialah kehilangan kuasa maksimum yang dibenarkan dalam peranti, terutamanya sebagai haba, dikira sebagai hasil darab arus hadapan dan voltan hadapan.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP):2 A. Penarafan arus yang sangat tinggi ini hanya dibenarkan di bawah keadaan berdenyut tertentu: lebar denyut 10 mikrosaat dan kadar ulangan denyut tidak melebihi 300 denyut per saat (pps). Ini membolehkan keluaran optik serta-merta yang sangat tinggi untuk pengukuran jarak dekat atau penghantaran data berkelajuan tinggi.
• Arus Hadapan Berterusan (I_F):100 mA. Arus DC maksimum yang boleh digunakan secara berterusan tanpa melebihi had pelesapan kuasa atau terma.
• Voltan Songsang (V_R):5 V. Melebihi voltan ini dalam arah pincang songsang boleh menyebabkan kerosakan simpang.
• Suhu Operasi & Penyimpanan:Peranti ini dinilai untuk julat suhu operasi persekitaran (T_A) dari -40°C hingga +85°C dan boleh disimpan dalam persekitaran dari -55°C hingga +100°C.
• Suhu Pateri Lead:320°C selama 3 saat, diukur pada jarak 4.0mm dari badan pakej. Garis panduan ini adalah kritikal untuk mengelakkan kerosakan terma semasa pemasangan PCB.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Parameter ini ditentukan pada suhu persekitaran (T_A) 25°C dan mentakrifkan prestasi tipikal peranti.

• Keamatan Sinaran (I_E):Metrik keluaran optik utama. Pada arus hadapan (I_F) 100 mA, keamatan sinaran tipikal ialah 30 mW/sr. Pada arus ujian lebih rendah 20 mA, julatnya dari 6 mW/sr (Min) hingga 10.5 mW/sr (Tip). Keamatan sinaran menerangkan kuasa optik yang dipancarkan per unit sudut pepejal.
• Kejadian Sinaran Apertur (E_e):0.80 hingga 1.4 mW/cm² pada I_F=20mA. Parameter ini, kadangkala dipanggil irradians, berguna untuk mengira ketumpatan kuasa optik yang jatuh pada permukaan pada jarak tertentu dari pemancar.
• Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λ_P):940 nm. Ini ialah panjang gelombang nominal di mana kuasa keluaran optik adalah maksimum. Ia berada dalam spektrum inframerah dekat (NIR), yang tidak kelihatan oleh mata manusia tetapi boleh dikesan oleh fotodiod silikon dan banyak sensor CMOS/CCD.
• Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ):50 nm (Tip). Ini menunjukkan lebar jalur spektrum di mana keamatan sinaran adalah sekurang-kurangnya separuh daripada nilai puncaknya. Nilai 50 nm adalah ciri bahan LED inframerah GaAlAs standard.
• Voltan Hadapan (V_F):Ini ialah parameter elektrik kritikal yang berbeza dengan arus.
  • Pada I_F= 50 mA: V_F(Tip) = 1.25V, (Maks) = 1.6V.
  • Pada I_F= 250 mA: V_F(Tip) = 1.65V, (Maks) = 2.1V.
  • Pada I_F= 450 mA: V_F(Tip) = 2.0V, (Maks) = 2.4V.
  • Pada I_F= 1 A: V_F(Tip) = 2.4V, (Maks) = 3.0V. Lembaran data menyerlahkan "voltan hadapan rendah" sebagai ciri, yang jelas dari nilai-nilai ini, terutamanya pada arus sederhana, menyumbang kepada kecekapan elektrik-ke-optik yang lebih tinggi.
• Arus Songsang (I_R):100 µA (Maks) pada voltan songsang (V_R) 5V. Ini ialah arus bocor apabila peranti dipincang songsang.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2):50° (Tip). Ini ialah sudut penuh di mana keamatan sinaran jatuh kepada separuh daripada nilainya pada 0° (paksi). Sudut 50° menyediakan corak sinaran yang luas, berguna untuk pencahayaan kawasan atau penderiaan di mana penjajaran kurang kritikal.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data menyediakan beberapa graf ciri yang penting untuk reka bentuk litar dan memahami prestasi di bawah keadaan bukan standard.

3.1 Taburan Spektrum (Rajah 1)

Lengkung menunjukkan keamatan sinaran relatif diplotkan terhadap panjang gelombang. Ia mengesahkan panjang gelombang puncak pada kira-kira 940 nm dengan separuh lebar spektrum yang luas. Bentuknya adalah tipikal untuk LED inframerah, dengan keluaran mengecil di kedua-dua belah puncak. Pereka sistem optik mesti mempertimbangkan spektrum ini untuk memastikan keserasian dengan kepekaan spektrum pengesan yang dimaksudkan (contohnya, fototransistor atau fotodiod silikon dengan penapis).

3.2 Arus Hadapan vs. Suhu Persekitaran (Rajah 2)

Graf ini menggambarkan penurunan arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan apabila suhu persekitaran meningkat. Pada 25°C, keseluruhan 100 mA dibenarkan. Apabila suhu meningkat, arus maksimum mesti dikurangkan secara linear untuk mengelakkan melebihi had pelesapan kuasa 150 mW dan untuk mengurus suhu simpang. Ini adalah graf yang penting untuk memastikan kebolehpercayaan jangka panjang dalam persekitaran suhu tinggi.

3.3 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Rajah 3)

Ini ialah lengkung ciri arus-voltan (I-V). Ia menunjukkan hubungan eksponen tipikal diod. Lengkung ini penting untuk mereka bentuk litar pemacu had arus. Kecerunan lengkung dalam kawasan operasi membantu menentukan rintangan dinamik LED. Graf ini secara visual mengesahkan ciri V_Frendah merentasi julat arus yang luas.

3.4 Keamatan Sinaran Relatif vs. Arus Hadapan (Rajah 4)

Plot ini menunjukkan bagaimana keluaran optik (dinormalkan kepada nilainya pada 20 mA) meningkat dengan arus hadapan. Hubungannya secara amnya linear pada arus rendah tetapi mungkin menunjukkan tanda-tanda tepu atau kecekapan berkurangan pada arus yang sangat tinggi disebabkan oleh kesan terma yang meningkat dan kecekapan kuantum dalaman yang merosot. Lengkung ini membantu pereka memilih titik operasi yang mengimbangi kuasa keluaran dengan kecekapan dan tekanan peranti.

3.5 Keamatan Sinaran Relatif vs. Suhu Persekitaran (Rajah 5)

Graf ini menggambarkan pergantungan suhu keluaran optik. Biasanya, keamatan sinaran LED berkurangan apabila suhu simpang meningkat. Lengkung ini mengukur penurunan itu, menunjukkan kuasa keluaran ternormal relatif kepada nilainya pada 20 mA merentasi julat suhu dari -20°C hingga 80°C. Maklumat ini adalah penting untuk aplikasi yang memerlukan keluaran optik yang stabil dalam keadaan persekitaran yang berbeza-beza.

3.6 Gambarajah Sinaran (Rajah 6)

Plot kutub ini memberikan visualisasi terperinci corak pancaran spatial. Bulatan sepusat mewakili tahap keamatan sinaran relatif (contohnya, 1.0, 0.9, 0.7). Plot mengesahkan sudut pandangan yang luas, menunjukkan bagaimana keamatan diagihkan merentasi sudut yang berbeza dari 0° hingga 90°. Gambarajah ini sangat diperlukan untuk reka bentuk optik, membolehkan jurutera memodelkan profil pencahayaan pada permukaan sasaran.

4. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

4.1 Dimensi Pakej

Peranti menggunakan format pakej LED standard dengan flens untuk kestabilan mekanikal dan pelesapan haba. Nota dimensi utama dari lembaran data termasuk:

• Semua dimensi diberikan dalam milimeter, dengan toleransi biasanya ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya.
• Tonjolan kecil resin di bawah flens dibenarkan, dengan ketinggian maksimum 1.5mm.
• Jarak lead diukur pada titik di mana lead keluar dari badan pakej, yang kritikal untuk reka bentuk tapak kaki PCB.
• Lead dipateri untuk memastikan kebolehpaterian yang baik.

Bahan pakej jernih air dipilih khusus untuk pemancar inframerah kerana ia mempunyai penyerapan minimum dalam kawasan 940 nm, tidak seperti pakej epoksi berwarna yang digunakan untuk LED boleh lihat yang akan menyekat cahaya IR.

5. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Untuk memastikan integriti peranti semasa pemasangan PCB, garis panduan berikut mesti dipatuhi:

• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, ia harus dilakukan dengan cepat, menggunakan haba pada lead dan bukan pada badan pakej.
• Pateri Gelombang:Profil pateri gelombang standard boleh digunakan, tetapi jumlah masa pendedahan kepada haba pateri harus diminimumkan.
• Pateri Alir Semula:Peranti boleh menahan suhu lead 320°C untuk maksimum 3 saat, seperti yang ditentukan. Profil alir semula inframerah atau perolakan standard dengan suhu puncak di bawah had ini adalah sesuai. Spesifikasi jarak 4.0mm memastikan jisim terma lead melindungi simpang semikonduktor sensitif di dalam pakej.
• Pembersihan:Selepas pateri, proses pembersihan PCB standard boleh digunakan, tetapi keserasian dengan resin jernih harus disahkan.
• Penyimpanan:Peranti harus disimpan dalam beg penghalang kelembapan asal dalam persekitaran dalam julat suhu penyimpanan yang ditentukan (-55°C hingga +100°C) dan pada kelembapan rendah untuk mengelakkan pengoksidaan lead.

6. Cadangan Aplikasi

6.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pencahayaan Inframerah:Untuk kamera keselamatan, sistem penglihatan malam, dan pencahayaan penglihatan mesin di mana pencahayaan tidak kelihatan diperlukan.
• Penderiaan Kedekatan & Kehadiran:Dalam paip automatik, dispenser sabun, pengering tangan, dan suis tanpa sentuh. Sudut pandangan yang luas adalah bermanfaat di sini.
• Suis & Pengekod Optik:Untuk mengesan kedudukan, putaran, atau pergerakan dengan mengganggu atau memantulkan pancaran IR.
• Komunikasi Data Jarak Dekat:Dalam peranti yang serasi dengan IrDA atau pautan data bersiri mudah (contohnya, alat kawalan jauh, komunikasi antara peranti). Keupayaan arus denyut tinggi menyokong penghantaran data termodulat.
• Penderiaan Perindustrian:Pengiraan objek, pengesanan paras, dan sensor pancaran putus.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pemacu Arus:LED ialah peranti yang didorong arus. Sentiasa gunakan perintang had arus bersiri atau litar pemacu arus malar. Nilai perintang dikira menggunakan R = (V_bekalan- V_F) / I_F, menggunakan V_Fmaksimum dari lembaran data untuk memastikan arus tidak melebihi nilai yang dikehendaki.
• Pengurusan Terma:Untuk operasi berterusan pada arus tinggi (contohnya, hampir 100 mA), pertimbangkan pelesapan kuasa (P_D= V_F* I_F). Pastikan kawasan kuprum PCB atau penyejuk haba yang mencukupi untuk mengekalkan suhu simpang dalam had selamat, terutamanya dalam suhu persekitaran yang tinggi.
• Operasi Berdenyut:Untuk mencapai kuasa optik puncak yang sangat tinggi, gunakan spesifikasi mod berdenyut (2A, 10µs, 300pps). Ini memerlukan litar pemampu yang mampu menyampaikan denyut arus tinggi, seperti MOSFET yang ditukar oleh penjana denyut.
• Reka Bentuk Optik:Pertimbangkan corak sinaran (Rajah 6) semasa mereka bentuk kanta, pemantul, atau apertur untuk membentuk pancaran untuk aplikasi tertentu. Kanta jernih air adalah hemisfera, mempengaruhi perbezaan awal.
• Pemadanan Pengesan:Pasangkan pemancar dengan fotopengesan (fotodiod, fototransistor) yang mempunyai kepekaan puncak sekitar 940 nm. Menggunakan penapis IR pada pengesan boleh membantu menolak cahaya boleh lihat persekitaran.

7. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Walaupun lembaran data tidak membandingkan bahagian pesaing tertentu, ciri pembezaan utama LTE-3271T-A boleh disimpulkan:

• Keupayaan Arus Tinggi:Gabungan penarafan denyut 2A dan penarafan berterusan 100mA adalah ketara untuk pakej LED standard, menawarkan fleksibiliti keluaran tinggi.
• Voltan Hadapan Rendah:V_Fsekitar 1.25V pada 50mA adalah agak rendah untuk pemancar IR berkuasa tinggi, membawa kepada kecekapan kuasa yang lebih baik dan penjanaan haba yang berkurangan berbanding peranti dengan V_F.
• Pakej Jernih Air:Tidak seperti pakej berwarna yang melemahkan keluaran, ini memaksimumkan kecekapan kuantum luaran untuk cahaya IR.
• Sudut Pandangan Luas:Separuh sudut 50° menyediakan liputan yang luas, yang merupakan kelebihan untuk pencahayaan kawasan berbanding alternatif pancaran sempit.

8. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S1: Bolehkah saya memacu LED ini terus dari pin mikropengawal 5V?

J: Tidak. Pin GPIO mikropengawal biasanya tidak boleh membekalkan lebih daripada 20-50mA dan mempunyai voltan tetap berhampiran 5V atau 3.3V. Anda mesti menggunakan perintang had arus dan kemungkinan transistor (BJT atau MOSFET) sebagai suis untuk memacu LED, terutamanya pada arus melebihi 20mA.

S2: Apakah perbezaan antara Keamatan Sinaran (mW/sr) dan Kejadian Sinaran Apertur (mW/cm²)?

J: Keamatan Sinaran ialah ukuran berapa banyak kuasa yang dipancarkan oleh sumberper unit sudut pepejal(steradian). Ia menerangkan arah sumber. Kejadian Sinaran Apertur (atau Irradians) ialah kuasaper unit luasyang jatuh pada permukaan pada jarak tertentu. Mereka berkaitan melalui hukum kuasa dua songsang (untuk sumber titik) dan sudut pandangan.

S3: Mengapakah panjang gelombang puncak 940nm penting?

J: 940nm ialah panjang gelombang yang sangat biasa untuk sistem IR kerana ia berada di luar spektrum boleh lihat (tidak kelihatan), dan pengesan berasaskan silikon (fotodiod, sensor kamera) masih mempunyai kepekaan yang agak baik pada panjang gelombang ini. Ia juga mengelakkan panjang gelombang 850nm, yang mempunyai cahaya merah samar yang boleh kelihatan dalam kegelapan.

S4: Bagaimanakah saya mentafsir graf "Keamatan Sinaran Relatif"?

J: Graf ini menunjukkan bagaimana keluaran cahayaberubahrelatif kepada keadaan rujukan (biasanya pada I_F=20mA dan T_A=25°C). Mereka tidak memberikan nilai keluaran mutlak. Untuk mencari keluaran mutlak pada arus yang berbeza, anda akan mendarabkan faktor relatif dari Rajah 4 dengan nilai keamatan sinaran mutlak yang diberikan dalam jadual untuk 20mA.

9. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario: Mereka Bentuk Sensor Kedekatan untuk Suis Tanpa Sentuh.

1. Matlamat:Mengesan tangan dalam 10cm dari sensor.
2. Pilihan Reka Bentuk:
   • Operasikan LTE-3271T-A dalam mod berterusan pada I_F= 50mA untuk pencahayaan yang konsisten. Dari lembaran data, V_F≈ 1.4V (tipikal).
   • Bekalan kuasa ialah 5V. Perintang bersiri R = (5V - 1.4V) / 0.05A = 72Ω. Gunakan perintang standard 75Ω.
   • Letakkan fototransistor silikon yang dipadankan bertentangan dengan pemancar, dengan jurang kecil di antara mereka (konfigurasi "pancaran putus"). Apabila tangan mengganggu pancaran, isyarat pengesan jatuh.
   • Sebagai alternatif, gunakan konfigurasi pantulan di mana kedua-dua pemancar dan pengesan menghadap arah yang sama. Sudut pandangan luas 50° LTE-3271T-A membantu meliputi kawasan pengesanan yang lebih besar. Isyarat pada pengesan akan meningkat apabila tangan memantulkan cahaya kembali.
   • Gunakan litar penguat operasi untuk menguatkan fotokarus kecil dari pengesan dan membandingkannya dengan ambang yang ditetapkan oleh potensiometer untuk mengambil kira variasi cahaya persekitaran.
   • Pertimbangan terma: Pelesapan kuasa P_D= 1.4V * 0.05A = 70mW, yang jauh di bawah maksimum 150mW. Tiada penyejuk haba khas diperlukan.

10. Pengenalan Prinsip Teknikal

LED inframerah seperti LTE-3271T-A ialah peranti semikonduktor berasaskan bahan seperti Gallium Aluminum Arsenide (GaAlAs). Apabila voltan hadapan dikenakan, elektron dan lubang bergabung semula dalam kawasan aktif simpang semikonduktor. Tenaga yang dibebaskan semasa penggabungan semula ini dipancarkan sebagai foton (cahaya). Panjang gelombang khusus 940 nm ditentukan oleh tenaga jurang jalur bahan semikonduktor, yang direkayasa semasa proses pertumbuhan kristal. Pakej epoksi jernih air bertindak sebagai kanta, membentuk corak sinaran cahaya yang dipancarkan dan memberikan perlindungan persekitaran. Ciri "voltan hadapan rendah" dicapai melalui profil pendopan dan kualiti bahan yang dioptimumkan, mengurangkan penurunan voltan merentasi simpang untuk arus tertentu, yang secara langsung meningkatkan kecekapan penukaran elektrik-ke-optik.

11. Trend & Perkembangan Industri

Bidang optoelektronik inframerah terus berkembang. Trend yang berkaitan dengan peranti seperti LTE-3271T-A termasuk:

• Ketumpatan Kuasa Meningkat:Penyelidikan berterusan bertujuan untuk memasukkan lebih banyak kuasa optik ke dalam saiz pakej yang sama atau lebih kecil sambil mengurus pelesapan haba, didorong oleh permintaan untuk penderiaan dan pencahayaan jarak lebih jauh.
• Kecekapan Bertambah Baik:Pembangunan bahan dan struktur semikonduktor baru (contohnya, telaga kuantum berbilang) berusaha untuk meningkatkan Kecekapan Wall-Plug (WPE), iaitu nisbah kuasa keluaran optik kepada kuasa input elektrik.
• Integrasi:Terdapat trend ke arah mengintegrasikan pemancar IR dengan IC pemacu atau bahkan dengan fotopengesan dalam satu modul, memudahkan reka bentuk sistem untuk pengguna akhir.
• Kekhususan Panjang Gelombang:Walaupun 940nm kekal dominan, terdapat peningkatan penggunaan panjang gelombang IR lain (contohnya, 850nm, 1050nm) untuk aplikasi khusus seperti LiDAR selamat mata atau keserasian dengan jenis sensor yang berbeza.
• Inovasi Pembungkusan:Kemajuan dalam bahan pembungkusan dan reka bentuk kanta bertujuan untuk menyediakan corak sinaran yang lebih tepat dan boleh disesuaikan (contohnya, sayap kelawar, pancaran sisi) untuk aplikasi khusus.