Dokumen Teknikal LTE-4208M - Pemancar Inframerah 940nm - Pakej T-1 3/4 (5mm) - Voltan Hadapan 1.6V - Penyerakan Kuasa 100mW

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTE-4208M ialah diod pancaran inframerah (IR) berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi yang memerlukan pancaran cahaya bukan nampak yang cekap dan boleh dipercayai. Fungsi terasnya adalah untuk menukar tenaga elektrik kepada sinaran inframerah pada panjang gelombang puncak 940 nanometer (nm). Panjang gelombang ini adalah ideal untuk aplikasi di mana gangguan cahaya nampak mesti diminimumkan, kerana ia hampir tidak kelihatan oleh mata manusia sementara sangat mudah dikesan oleh pengesan foto berasaskan silikon seperti fototransistor dan fotodiod.

Peranti ini dibungkus dalam pakej standard T-1 3/4 (diameter lebih kurang 5mm) dengan kanta lutsinar. Pakej plastik mini ini menawarkan penyelesaian yang menjimatkan kos sambil memberikan keteguhan mekanikal. Ciri reka bentuk utama ialah keserasian spektrum dan mekanikalnya dengan siri fototransistor yang sepadan (contohnya, LTR-3208), yang memudahkan reka bentuk sistem optik dengan memastikan penjajaran dan gandingan isyarat yang optimum antara pasangan pemancar dan pengesan.

1.1 Kelebihan Teras dan Pasaran Sasaran

Kelebihan utama LTE-4208M termasuklah output keamatan sinaran yang tinggi, prestasi konsisten melalui proses pengelasan (binning) yang ketat, dan faktor bentuknya yang padat serta kos rendah. Ia telah dipilih awal ke dalam julat keamatan sinaran tertentu (bin), membolehkan pereka memilih komponen yang memenuhi keperluan kepekaan sistem mereka dengan tepat tanpa memerlukan litar kalibrasi atau pelarasan luaran. Kebolehramalan ini meningkatkan hasil pembuatan dan kebolehpercayaan sistem.

Pasaran sasaran untuk komponen ini terutamanya adalah elektronik industri dan pengguna yang memerlukan penderiaan jarak dekat, pengesanan objek, atau pengekodan optik. Aplikasi paling ketaranya adalah dalam pengesan asap, di mana pancaran IR digunakan untuk mengesan zarah asap dengan mengukur serakan atau pelemahan cahaya. Aplikasi berpotensi lain termasuk suis tanpa sentuh, penghantaran data jarak pendek (contohnya, sistem kawalan jauh), sensor automasi industri, dan penghitung objek.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Memahami parameter elektrik dan optik adalah penting untuk reka bentuk litar yang boleh dipercayai dan memastikan LED beroperasi dalam Kawasan Operasi Selamat (SOA).

2.1 Penarafan Mutlak Maksimum

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan yang jika dilampaui boleh menyebabkan kerosakan kekal pada peranti. Operasi pada atau berhampiran had ini tidak disyorkan untuk tempoh yang berpanjangan.

• Penyerakan Kuasa (Pd):100 mW. Ini adalah jumlah kuasa maksimum yang boleh diserakkan oleh peranti sebagai haba pada suhu persekitaran (TA) 25°C. Melebihi had ini berisiko menyebabkan pelarian haba dan kegagalan.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP):3 A. Ini adalah arus segera maksimum yang dibenarkan di bawah keadaan berdenyut (300 denyutan sesaat, lebar denyut 10μs). Ia jauh lebih tinggi daripada penarafan arus berterusan, menyerlahkan keupayaan peranti untuk letusan intensiti tinggi yang singkat.
• Arus Hadapan Berterusan (I_F):50 mA. Ini adalah arus DC maksimum yang boleh dikenakan secara berterusan tanpa melebihi penarafan penyerakan kuasa, dengan mengandaikan voltan hadapan tipikal.
• Voltan Songsang (V_R):5 V. Peranti mempunyai toleransi yang sangat rendah untuk pincang songsang. Mengenakan voltan lebih daripada 5V secara songsang boleh menyebabkan kerosakan serta-merta. Dokumen data dengan jelas menyatakan peranti ini tidak direka untuk operasi songsang.
• Suhu Operasi & Penyimpanan:-40°C hingga +85°C dan -55°C hingga +100°C, masing-masing. Julat ini mentakrifkan keadaan persekitaran untuk operasi yang boleh dipercayai dan penyimpanan tanpa operasi.
• Suhu Pateri Kaki:260°C selama 5 saat pada jarak 4.0mm dari badan pakej. Ini adalah kritikal untuk proses pateri gelombang atau reflow bagi mengelakkan kerosakan pada die semikonduktor dalaman atau pakej plastik.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Parameter ini diukur di bawah keadaan ujian piawai (TA=25°C, I_F=20mA melainkan dinyatakan) dan mentakrifkan prestasi tipikal peranti.

• Keamatan Sinaran (I_E):Ini adalah parameter output optik teras, diukur dalam miliwatt per steradian (mW/sr). Ia menunjukkan kuasa optik yang dipancarkan per unit sudut pepejal. Peranti ini disusun ke dalam bin (A hingga G) dengan nilai minimum dan tipikal antara 3.6/13.2 mW/sr (Bin A) hingga 28.8 mW/sr (Bin G). Pengelasan ini membolehkan pemilihan berdasarkan kekuatan isyarat yang diperlukan.
• Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λ_Puncak):940 nm. Ini adalah panjang gelombang di mana kuasa optik yang dipancarkan adalah maksimum. Ia berada dalam spektrum inframerah dekat.
• Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ):50 nm. Parameter ini, juga dikenali sebagai Lebar Penuh pada Separuh Maksimum (FWHM), mentakrifkan lebar jalur spektrum. Lebar 50nm bermakna cahaya yang dipancarkan meliputi panjang gelombang dari lebih kurang 915nm hingga 965nm pada separuh keamatan puncak.
• Voltan Hadapan (V_F):1.2V (Min), 1.6V (Tip.). Ini adalah susutan voltan merentasi diod apabila mengalirkan 20mA. Ia penting untuk mengira nilai perintang siri dalam litar pemacu: R = (V_bekalan- V_F) / I_F.
• Arus Songsang (I_R):100 μA (Maks.) pada V_R=5V. Ini adalah arus bocor kecil yang mengalir apabila diod dipincang songsang pada penarafan maksimumnya.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2):20 darjah. Ini adalah sudut penuh di mana keamatan sinaran jatuh kepada separuh daripada nilai maksimumnya (pada paksi). Sudut 20° menunjukkan pancuran yang agak sempit dan fokus, yang bermanfaat untuk aplikasi penderiaan terarah.

3. Penjelasan Sistem Pengelasan (Binning)

LTE-4208M menggunakan satu parameter pengelasan kritikal: Keamatan Sinaran. Peranti diuji dan disusun ke dalam kumpulan (Bin A hingga G) berdasarkan output yang diukur pada arus ujian piawai 20mA. Sistem ini memberikan beberapa faedah:

1. Konsistensi Reka Bentuk:Jurutera boleh memilih bin tertentu untuk memastikan tahap isyarat optik yang konsisten merentasi semua unit dalam satu pusingan pengeluaran, meningkatkan keseragaman produk.
2. Pemadanan Prestasi:Apabila digunakan dengan pengesan foto yang dipadankan, pemilihan bin pemancar membolehkan kawalan yang lebih ketat terhadap kepekaan keseluruhan dan julat dinamik sistem sensor optik.
3. Pengoptimuman Kos:Aplikasi dengan keperluan kepekaan yang kurang ketat berpotensi menggunakan bahagian berbin rendah (contohnya, Bin A, B), yang mungkin lebih menjimatkan kos.

Dokumen data tidak menunjukkan pengelasan untuk voltan hadapan atau panjang gelombang untuk model ini, mencadangkan kawalan proses yang ketat pada parameter tersebut atau ia bukan pembeza kritikal untuk aplikasi sasarannya.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Lengkung ciri tipikal memberikan gambaran visual tentang bagaimana peranti berkelakuan di bawah pelbagai keadaan, yang penting untuk reka bentuk sistem yang teguh melebihi titik nominal 25°C.

4.1 Taburan Spektrum (Rajah 1)

Lengkung menunjukkan taburan seperti Gaussian berpusat pada 940nm dengan FWHM lebih kurang 50nm. Ini mengesahkan sifat monokromatik output LED, yang penting untuk menapis gangguan cahaya persekitaran dalam aplikasi penderiaan. Bentuk lengkung adalah tipikal untuk LED IR berasaskan AlGaAs.

4.2 Arus Hadapan vs. Suhu Persekitaran (Rajah 2)

Lengkung penyahkadaratan ini penting untuk pengurusan haba. Ia menunjukkan arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan berkurangan apabila suhu persekitaran meningkat. Pada 85°C (suhu operasi maksimum), arus yang dibenarkan adalah jauh kurang daripada penarafan 50mA pada 25°C. Pereka mesti menggunakan graf ini untuk memastikan arus operasi tidak melebihi lengkung pada suhu persekitaran maksimum yang dijangkakan sistem.

4.3 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Rajah 3)

Ini adalah lengkung I-V piawai untuk diod. Ia menunjukkan hubungan eksponen antara arus dan voltan. Lengkung ini membolehkan pereka menganggarkan V_Fpada arus selain daripada keadaan ujian 20mA, yang penting untuk reka bentuk bekalan kuasa dan pengiraan kecekapan.

4.4 Keamatan Sinaran Relatif vs. Suhu Persekitaran (Rajah 4)

Graf ini menggambarkan kebergantungan suhu pada output optik. Keamatan sinaran relatif berkurangan apabila suhu meningkat. Sebagai contoh, pada 85°C, output mungkin hanya lebih kurang 60-70% daripada nilainya pada 25°C. Pekali suhu negatif ini mesti diambil kira dalam sistem yang direka untuk beroperasi dalam julat suhu yang luas bagi mengelakkan kehilangan isyarat pada suhu tinggi.

4.5 Keamatan Sinaran Relatif vs. Arus Hadapan (Rajah 5)

Lengkung ini menunjukkan bahawa output optik adalah lebih kurang berkadar dengan arus hadapan dalam julat operasi tipikal (contohnya, sehingga 50mA). Walau bagaimanapun, hubungannya tidak linear sempurna, dan kecekapan (keamatan sinaran per mA) mungkin berkurangan sedikit pada arus yang sangat tinggi disebabkan oleh kesan haba yang meningkat dan ketidakidealan lain dalam semikonduktor.

4.6 Gambarajah Sinaran (Rajah 6)

Plot kutub ini secara visual mentakrifkan sudut pandangan. Keamatan ternormal diplotkan terhadap sudut dari paksi tengah (0°). Plot mengesahkan sudut separuh 20°, menunjukkan penurunan keamatan yang cepat melebihi lebih kurang ±10° dari pusat. Corak ini adalah ciri LED dengan kanta kubah ringkas, menyediakan pancuran fokus yang sesuai untuk aplikasi terarah.

5. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

5.1 Dimensi Garis Besar

Peranti mematuhi dimensi pakej lubang-lalu standard T-1 3/4. Ukuran utama termasuk diameter badan lebih kurang 5mm, jarak kaki tipikal 2.54mm (0.1") di mana kaki muncul dari pakej, dan panjang keseluruhan. Penonjolan resin maksimum 1.0mm di bawah flensa dicatatkan. Kaki biasanya diperbuat daripada aloi tembaga bertin. Pakej ini mempunyai kanta epoksi jernih dan tidak berwarna.

5.2 Pengenalpastian Kutub

Untuk pakej lubang-lalu seperti T-1 3/4, kutub biasanya ditunjukkan oleh panjang kaki (kaki yang lebih panjang biasanya adalah anod, atau sisi positif) dan/atau titik rata pada flensa plastik berhampiran kaki katod (negatif). Lukisan dokumen data harus dirujuk untuk penanda khusus yang digunakan pada komponen ini.

6. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Pematuhan kepada spesifikasi pateri adalah kritikal untuk mengelakkan kejutan haba dan kegagalan laten.

• Pateri Tangan:Gunakan besi pateri terkawal suhu. Hadkan masa pateri per kaki kepada 3-5 saat pada suhu tidak melebihi 350°C. Kenakan haba pada kaki, bukan pada badan pakej.
• Pateri Gelombang/Reflow:Keadaan yang ditetapkan ialah 260°C selama 5 saat, diukur 4.0mm dari badan pakej. Ini membayangkan komponen boleh menahan profil reflow inframerah atau perolakan tipikal, tetapi jisim haba kaki mesti dipertimbangkan untuk memastikan pakej itu sendiri tidak terlalu panas.
• Pembersihan:Jika pembersihan diperlukan selepas pateri, gunakan pelarut yang serasi dengan bahan pakej epoksi. Elakkan pembersihan ultrasonik melainkan disahkan selamat untuk komponen.
• Penyimpanan:Simpan dalam persekitaran kering, anti-statik dalam julat suhu yang ditetapkan (-55°C hingga +100°C). Peranti sensitif lembapan harus disimpan dalam beg tertutup dengan bahan pengering jika tidak dibakar sebelum digunakan.

7. Cadangan Aplikasi & Pertimbangan Reka Bentuk

7.1 Aplikasi Tipikal: Pengesan Asap

Dalam pengesan asap fotoelektrik, LTE-4208M diletakkan dalam kebuk supaya pancurannya tidak mengenai fototransistor berpasangan secara langsung dalam keadaan udara jernih. Apabila zarah asap memasuki kebuk, ia menyebarkan cahaya IR, menyebabkan sebahagian daripadanya dibelokkan ke fototransistor. Peningkatan arus pengesan yang terhasil mencetuskan penggera. Untuk aplikasi ini:

• Pilih bin keamatan sinaran yang memberikan isyarat mencukupi untuk pengesanan asap yang boleh dipercayai sambil meminimumkan penggunaan kuasa.
• Pacu LED dengan arus berdenyut (contohnya, denyutan tinggi singkat seperti 100mA selama 10μs) dan bukannya DC untuk meningkatkan isyarat puncak bagi nisbah isyarat-ke-hingar yang lebih baik dan mengurangkan penggunaan kuasa purata, melanjutkan hayat bateri.
• Pertimbangkan penyahkadaratan suhu bagi kedua-dua keamatan sinaran dan arus maksimum, kerana pengesan mungkin dipasang di loteng atau persekitaran lain dengan ayunan suhu yang luas.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk Umum

• Had Arus:Sentiasa gunakan perintang siri atau pemacu arus malar untuk menghadkan arus hadapan. Jangan sekali-kali menyambungkan LED terus ke sumber voltan.
• Perlindungan Voltan Songsang:Dalam litar di mana transien voltan songsang mungkin berlaku (contohnya, beban induktif, palam panas), pertimbangkan untuk menambah diod perlindungan selari dengan LED (katod ke anod) untuk menjepit sebarang voltan songsang di bawah 0.7V.
• Penyingkiran Haba:Untuk operasi berterusan berhampiran penarafan arus maksimum, pertimbangkan susun atur PCB. Menyediakan kawasan kuprum yang mencukupi di sekeliling kaki membantu menyerakkan haba.
• Reka Bentuk Optik:Sudut pandangan sempit 20° memudahkan reka bentuk optik untuk pelurusan tetapi memerlukan penjajaran mekanikal yang teliti dengan penerima. Untuk liputan yang lebih luas, penyebar atau kanta mungkin diperlukan.

8. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan LED IR generik tanpa pengelasan, pembeza utama LTE-4208M ialah bin keamatan sinaran yang dijamin, menawarkan prestasi yang boleh diramal. Berbanding dengan LED IR peranti pemasangan permukaan (SMD), pakej lubang-lalu T-1 3/4 menawarkan penyerakan kuasa yang lebih tinggi mungkin disebabkan oleh jisim haba yang lebih besar dan kaki yang lebih panjang, berpotensi membenarkan arus pemacu berterusan atau berdenyut yang lebih tinggi. Pakej jernihnya adalah lebih baik berbanding pakej berwarna atau tersebar apabila output cahaya hadapan maksimum dan definisi pancuran diperlukan, walaupun ia tidak menawarkan perisai semula jadi daripada cahaya nampak.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Bolehkah saya memacu LED ini dengan 3A secara berterusan memandangkan penarafan puncak ialah 3A?

J: Tidak boleh. Penarafan 3A adalah untuk denyutan yang sangat singkat (10μs) di bawah kitar tugas tertentu. Arus berterusan maksimum ialah 50mA. Melebihi ini akan cepat memusnahkan peranti kerana terlalu panas.

S: Mengapakah penarafan voltan songsang hanya 5V?

J: LED inframerah dioptimumkan untuk konduksi hadapan. Struktur semikonduktor tidak direka untuk menahan pincang songsang tinggi. Sentiasa pastikan litar menghalang penggunaan voltan songsang.

S: Bagaimanakah saya memilih bin yang betul (A hingga G)?

J: Pilih berdasarkan kekuatan isyarat yang diperlukan oleh sistem anda pada penerima. Jika litar pengesan anda mempunyai gandaan tinggi dan anda perlu meminimumkan kuasa, bin rendah (A, B) mungkin mencukupi. Untuk jarak lebih jauh, pengesan lebih lemah, atau sistem yang memerlukan nisbah isyarat-ke-hingar tinggi, pilih bin lebih tinggi (E, F, G). Ujian dengan laluan optik khusus anda adalah disyorkan.

S: Voltan hadapan ialah 1.6V tipikal. Apakah perintang yang patut saya gunakan dengan bekalan 5V untuk 20mA?

J: R = (V_bekalan- V_F) / I_F= (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 Ohm. Gunakan nilai piawai terdekat (contohnya, 180 Ohm) dan semak arus sebenar: I_F= (5V - 1.6V) / 180 = ~18.9mA, yang boleh diterima.

10. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario:Mereka bentuk penghitung objek berkuasa rendah, beroperasi bateri untuk tali sawat penghantar industri. Sistem menggunakan sensor pancaran-terus di mana LTE-4208M menghadap fototransistor LTR-3208 merentasi tali sawat.

Langkah Reka Bentuk:

1. Matlamat:Maksimumkan hayat bateri sambil memastikan pengesanan semua objek yang boleh dipercayai.
2. Kaedah Pacuan:Gunakan operasi berdenyut. Mikropengawal menjana denyutan 100Hz, kitar tugas 10% (1ms HIDUP, 9ms MATI).
3. Pengiraan Arus:Untuk kekal dalam had kuasa purata, pilih arus denyut. Dengan Pd=100mW dan V_F~1.6V, purata I_Fboleh jadi ~62.5mA. Untuk kitar tugas 10%, denyut I_Fboleh mencapai sehingga 625mA. Arus denyut konservatif 100mA dipilih untuk isyarat yang kuat.
4. Pemilihan Komponen:Pilih LTE-4208M dari Bin D atau E untuk kekuatan isyarat yang baik. Pilih fototransistor LTR-3208 yang dipadankan.
5. Litar:Gunakan pin GPIO mikropengawal untuk memacu transistor (contohnya, BJT NPN atau MOSFET saluran-N) yang menukar denyutan 100mA melalui LED. Perintang siri menetapkan arus: R = (3.3V_GPIO- V_CE(tep)- V_F) / I_F. Output fototransistor disambungkan ke pembanding atau ADC mikropengawal.
6. Pertimbangan:Ambil kira cahaya persekitaran dengan menyegerakkan pengesanan dengan denyutan LED (pengesanan segerak). Pertimbangkan kesan suhu pada keamatan output.

Pendekatan ini mengurangkan penggunaan arus purata kepada lebih kurang 10mA (100mA * 10%) dan bukannya 20-50mA berterusan, melanjutkan hayat bateri dengan ketara sambil mengekalkan denyutan cahaya yang kuat dan boleh dikesan.

11. Prinsip Operasi

LTE-4208M ialah diod simpang p-n semikonduktor yang diperbuat daripada bahan seperti Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs). Apabila voltan hadapan melebihi tenaga jurang jalur bahan dikenakan, elektron dari rantau-n dan lubang dari rantau-p disuntik ke dalam rantau simpang. Apabila pembawa cas ini bergabung semula, mereka membebaskan tenaga. Dalam diod pemancar cahaya (LED), tenaga ini dibebaskan terutamanya sebagai foton (cahaya). Panjang gelombang (warna) cahaya yang dipancarkan ditentukan oleh tenaga jurang jalur bahan semikonduktor. Untuk AlGaAs yang ditala kepada 940nm, tenaga jurang jalur adalah lebih kurang 1.32 volt elektron (eV). Pakej epoksi jernih bertindak sebagai kanta, membentuk corak pancaran dan memberikan perlindungan persekitaran.

12. Trend Teknologi

Teknologi pemancar inframerah terus berkembang. Trend yang berkaitan dengan peranti seperti LTE-4208M termasuk:

• Kecekapan Meningkat:Penyelidikan sains bahan yang berterusan bertujuan untuk meningkatkan kecekapan dinding-soket (kuasa optik keluar / kuasa elektrik masuk) LED IR, mengurangkan penjanaan haba dan penggunaan kuasa untuk output optik yang sama.
• Modulasi Kelajuan Lebih Tinggi:Pembangunan LED yang mampu pensuisan lebih pantas untuk aplikasi dalam komunikasi data optik (contohnya, IrDA, Li-Fi) dan penderiaan berkelajuan tinggi.
• Integrasi:Pergerakan ke arah pemasangan optoelektronik bersepadu yang menggabungkan pemancar, pengesan, dan kadangkala litar pemacu dalam satu modul, memudahkan reka bentuk dan meningkatkan penjajaran serta konsistensi prestasi.
• Panjang Gelombang Alternatif:Pengembangan ke panjang gelombang inframerah dekat lain (contohnya, 850nm, 880nm) untuk aplikasi khusus seperti penjejakan mata (di mana 940nm lebih disukai kerana kurang kelihatan) atau keserasian dengan kepekaan pengesan silikon yang berbeza.
• Pengecilan Pembungkusan:Walaupun pakej lubang-lalu kekal popular untuk aplikasi kuasa tinggi atau kebolehpercayaan tinggi, terdapat trend kuat ke arah teknologi pemasangan permukaan (SMD) untuk pemasangan automatik dan reka bentuk terhad ruang.

LTE-4208M, dengan pakej T-1 3/4 yang terbukti, output sinaran tinggi, dan pengelasan ketat, mewakili penyelesaian matang dan boleh dipercayai yang sangat sesuai untuk aplikasi utamanya, terutamanya di mana pemasangan lubang-lalu lebih disukai atau diperlukan.