Техническая спецификация инфракрасного светодиода HIR204C 3мм 850нм - Корпус T-1 - Прямое напряжение 1.45В - Мощность 150мВт

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики высокоинтенсивного инфракрасного светодиода (ИК-светодиода) диаметром 3мм (корпус T-1). Устройство предназначено для излучения света с пиковой длиной волны 850 нанометров (нм), что делает его пригодным для различных применений в области инфракрасного сенсорного контроля и передачи данных. Его основные преимущества включают высокую надежность, значительную излучательную мощность и низкое требование к прямому напряжению.

Светодиод изготовлен на основе кристалла из арсенида галлия-алюминия (GaAlAs) и заключен в прозрачный пластиковый корпус. Данный спектральный выход специально подобран для совместимости с распространенными инфракрасными приемниками, такими как фототранзисторы, фотодиоды и интегрированные приемные модули. Продукт соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).

1.1 Целевые области применения

Устройство разработано для систем, требующих надежной инфракрасной сигнализации. Ключевые области применения включают:

• Системы оптической передачи данных по свободному пространству.
• Блоки инфракрасных пультов дистанционного управления, особенно те, которые требуют более высокой выходной мощности.
• Системы обнаружения дыма и пожарной сигнализации, использующие принципы оптического детектирования.
• Универсальные системы на основе инфракрасного излучения для промышленного или потребительского использования.

2. Анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Постоянный прямой ток (I_F): 100 мА
• Пиковый прямой ток (I_FP): 1.0 А (Длительность импульса ≤ 100мкс, Скважность ≤ 1%)
• Обратное напряжение (V_R): 5 В
• Рабочая температура (T_opr): от -40°C до +85°C
• Температура хранения (T_stg): от -40°C до +100°C
• Температура пайки (T_sol): 260°C (в течение ≤ 5 секунд)
• Рассеиваемая мощность (P_d): 150 мВт (при температуре окружающей среды 25°C или ниже)

2.2 Электрооптические характеристики (T_a= 25°C)

Эти параметры определяют типичные характеристики устройства в указанных условиях испытаний.

• Излучательная интенсивность (I_e):
  • Типичное значение: 17.6 мВт/ср при I_F= 20 мА.
  • Типичное значение: 90 мВт/ср при I_F= 100 мА (импульсный режим).
  • Типичное значение: 900 мВт/ср при I_F= 1 А (импульсный режим).
• Пиковая длина волны (λ_p): Типичное значение 850 нм при I_F= 20 мА.
• Спектральная ширина полосы (Δλ): Типичное значение 45 нм при I_F= 20 мА.
• Прямое напряжение (V_F):
  • Типичное: 1.45 В, Максимальное: 1.65 В при I_F= 20 мА.
  • Типичное: 1.80 В, Максимальное: 2.40 В при I_F= 100 мА (импульсный режим).
  • Типичное: 4.10 В, Максимальное: 5.25 В при I_F= 1 А (импульсный режим).
• Обратный ток (I_R): Максимум 10 мкА при V_R= 5 В.
• Угол обзора (2θ_1/2): Типичное значение 25 градусов при I_F= 20 мА.

Примечание: Погрешности измерений указаны для прямого напряжения (±0.1В), излучательной интенсивности (±10%) и доминирующей длины волны (±1.0нм).

3. Анализ характеристических кривых

В спецификации представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях. Они имеют решающее значение для инженеров-конструкторов при прогнозировании производительности в реальных условиях применения.

3.1 Зависимость прямого тока от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры окружающей среды. Способность устройства рассеивать мощность уменьшается с повышением температуры, что необходимо учитывать при тепловом проектировании для предотвращения перегрева.

3.2 Спектральное распределение

График спектрального выхода подтверждает пик излучения на 850нм с определенной шириной полосы. Это важно для обеспечения совместимости со спектральной чувствительностью целевого приемника (например, кремниевого фотодетектора, который наиболее чувствителен в диапазоне 800-900нм).

3.3 Зависимость излучательной интенсивности от прямого тока

Этот график демонстрирует взаимосвязь между током накачки и оптической мощностью. Обычно наблюдается сублинейный рост, что означает возможное снижение эффективности при очень высоких токах. Конструкторы используют это для выбора рабочей точки, которая балансирует выходную мощность, эффективность и срок службы устройства.

3.4 Относительная излучательная интенсивность в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма определяет пространственную диаграмму направленности излучения (угол обзора). Типичный полуугол в 25 градусов указывает на умеренно сфокусированный луч, что полезно для направления инфракрасной энергии на конкретную цель или датчик.

3.5 Зависимость пиковой длины волны излучения от температуры окружающей среды

Инфракрасные светодиоды демонстрируют смещение пиковой длины волны с температурой, обычно около 0.2-0.3 нм/°C. Эта кривая количественно определяет это смещение для HIR204C, что важно для применений, где критично точное соответствие длины волны.

3.6 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Фундаментальная электрическая характеристика диода. Эта кривая используется для определения падения напряжения на светодиоде при заданном рабочем токе, что необходимо для проектирования схемы управления (например, выбора токоограничивающего резистора или разработки драйвера постоянного тока).

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса (T-1, 3мм)

Устройство соответствует стандартным габаритным размерам корпуса T-1 (3мм) с радиальными выводами. Ключевые механические характеристики включают:

• Общий диаметр корпуса составляет приблизительно 3.0мм.
• Стандартное расстояние между выводами (между центрами) составляет 2.54мм (0.1 дюйма).
• В спецификации представлен подробный чертеж с размерами, указывающий длины, диаметры и калибры выводных проводов с общей допускаемой погрешностью ±0.25мм, если не указано иное.

4.2 Определение полярности

Светодиод имеет плоскую сторону на линзе или более короткий вывод для обозначения катодного (отрицательного) вывода. Правильную полярность необходимо соблюдать при сборке схемы.

5. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение имеет решающее значение для сохранения надежности и производительности устройства.

5.1 Формовка выводов

• Изгиб должен производиться на расстоянии не менее 3мм от основания эпоксидной линзы, чтобы избежать напряжения на внутреннем кристалле и проводных соединениях.
• Формуйте выводы перед пайкой.
• Избегайте приложения напряжения к корпусу. Отверстия на печатной плате должны идеально совпадать с выводами светодиода, чтобы предотвратить монтажное напряжение.
• Обрезайте выводы при комнатной температуре.

5.2 Условия хранения

• Рекомендуемые условия хранения: ≤ 30°C и ≤ 70% относительной влажности (RH).
• Срок годности после отгрузки составляет 3 месяца при этих условиях.
• Для более длительного хранения (до 1 года) используйте герметичный контейнер с азотной атмосферой и осушителем.
• Избегайте резких перепадов температуры во влажной среде, чтобы предотвратить конденсацию.

5.3 Рекомендации по пайке

Соблюдайте минимальное расстояние 3мм от места пайки до эпоксидной колбы.

• Ручная пайка: Температура жала паяльника ≤ 300°C (макс. 30Вт), время пайки ≤ 3 секунды.
• Волновая/погружная пайка: Предварительный нагрев ≤ 100°C (макс. 60 сек), температура ванны припоя ≤ 260°C, время погружения ≤ 5 секунд.
• Избегайте напряжения на выводах во время высокотемпературных операций.
• Не выполняйте погружную/ручную пайку более одного раза.
• После пайки дайте устройству постепенно остыть до комнатной температуры, защищая его от ударов или вибрации во время охлаждения.

5.4 Очистка

• При необходимости очищайте только изопропиловым спиртом при комнатной температуре в течение ≤ 1 минуты. Высушите на воздухе.
• Ультразвуковая очистка не рекомендуется. Если это неизбежно, необходимо тщательно оценить ее потенциальное воздействие.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Упаковочные материалы и спецификация

Устройства упакованы с использованием влагостойких материалов для предотвращения повреждений во время хранения и транспортировки. Иерархия упаковки следующая:

1. Устройства помещаются в антистатические пакеты.
2. Пакеты помещаются во внутренние картонные коробки.
3. Внутренние коробки упаковываются в основные транспортные коробки.

6.2 Количества упаковки

• Минимум от 200 до 1000 штук на один антистатический пакет.
• 5 пакетов на одну внутреннюю коробку.
• 10 коробок на одну основную транспортную коробку.

6.3 Объяснение маркировки

Маркировка на упаковке содержит ключевые идентификаторы:

• CPN: Производственный номер заказчика
• P/N: Производственный номер (артикул)
• QTY: Количество в упаковке
• CAT: Ранги (классы производительности)
• HUE: Доминирующая длина волны
• REF: Ссылка
• LOT No: Номер партии для прослеживаемости

7. Соображения по проектированию приложений

7.1 Проектирование схемы управления

Из-за экспоненциальной ВАХ диода обязательным является использование драйвера постоянного тока или токоограничивающего резистора. Значение резистора (R_limit) можно рассчитать по закону Ома: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Всегда используйте максимальное значение V_Fиз спецификации для заданного I_F, чтобы обеспечить достаточный ток при любых условиях. Для импульсного режима работы (например, пульты ДУ) убедитесь, что драйвер может обеспечить высокий пиковый ток (до 1А) с правильной скважностью.

7.2 Тепловой менеджмент

Хотя корпус может рассеивать 150мВт при 25°C, этот параметр снижается с ростом температуры окружающей среды. В закрытых пространствах или при высоких температурах окружающей среды убедитесь, что фактическая рассеиваемая мощность (I_F* V_F) остается ниже сниженного предела. Для непрерывной работы с высоким током может потребоваться достаточная площадь медной подложки на печатной плате или другие средства теплоотвода.

7.3 Оптическое проектирование

Угол обзора 25 градусов обеспечивает баланс между концентрацией луча и зоной покрытия. Для применений на большие расстояния могут использоваться вторичная оптика (линзы) для коллимации луча. Для широкой зоны покрытия может потребоваться рассеиватель. Убедитесь, что поле зрения и спектральная чувствительность приемника соответствуют выходным характеристикам светодиода.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевыми отличительными особенностями HIR204C в своем классе (ИК-светодиоды 3мм) являются сочетаниевысокой излучательной интенсивности(до 900 мВт/ср в импульсном режиме) иотносительно низкого прямого напряжения(типичное 1.45В при 20мА). Это делает его эффективным, снижая энергопотребление и тепловыделение для заданной световой мощности по сравнению с устройствами с более высоким V_F. Длина волны 850нм является стандартом для кремниевых приемников, обеспечивая хороший баланс между чувствительностью приемника и относительной невидимостью. Его прочная конструкция и прозрачный материал корпуса способствуют заявленной высокой надежности.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 В чем разница между номиналами постоянного и импульсного тока?

Номинальный постоянный ток (100мА) - это максимальный постоянный ток, который светодиод может выдерживать неограниченно долго без риска повреждения. Номинальный импульсный ток (1А) значительно выше, но может применяться только в течение очень коротких импульсов (≤100мкс) при очень низкой скважности (≤1%). Это позволяет создавать кратковременные вспышки очень высокой яркости, характерные для сигналов пультов ДУ, без перегрева устройства.

9.2 Почему прямое напряжение выше при 1А по сравнению с 20мА?

Это связано с присущим светодиоду внутренним последовательным сопротивлением кристалла и корпуса. С увеличением тока падение напряжения на этом внутреннем сопротивлении (V = I * R) увеличивается, что приводит к более высокому общему прямому напряжению. В спецификации представлены эти данные, чтобы драйверы могли быть спроектированы для подачи необходимого напряжения при целевом рабочем токе.

9.3 Можно ли использовать этот светодиод для передачи данных?

Да, его способность к быстрому переключению (подразумеваемая его использованием в пультах ДУ) делает его пригодным для модулированной передачи данных в системах по свободному пространству. Достижимая скорость передачи данных будет зависеть от способности схемы управления быстро переключать ток и от полосы пропускания приемника.

10. Пример практического применения

10.1 Проектирование простого ИК-маяка

Цель: Создать постоянно включенный ИК-маяк для обнаружения приближения на расстоянии в несколько метров.

Этапы проектирования:

1. Выбор рабочей точки: Выберите I_F= 50мА для баланса хорошей выходной мощности и умеренного энергопотребления. По ВАХ оцените V_F≈ 1.6В.
2. Расчет драйвера: Используя источник питания 5В и последовательный резистор: R = (5В - 1.6В) / 0.05А = 68Ом. Мощность на резисторе: P = I²R = (0.05)² * 68 = 0.17Вт. Используйте резистор 68Ом, 0.25Вт.
3. Тепловая проверка: Рассеиваемая мощность светодиода: P_LED= V_F* I_F= 1.6В * 0.05А = 80мВт. Это значительно ниже номинала 150мВт при 25°C. Если ожидается, что температура окружающей среды составит 50°C, обратитесь к кривой снижения номинальных характеристик, чтобы убедиться, что 80мВт все еще безопасно.
4. Монтаж: Установите на печатную плату с отверстиями, совмещенными с выводами. Припаяйте, сохраняя расстояние от места пайки до корпуса линзы >3мм.
5. Сопряжение: Используйте фототранзистор или приемный модуль, чувствительный к свету с длиной волны 850нм, размещенный в пределах 25-градусного конуса луча светодиода.

11. Принцип работы

Инфракрасный светодиод представляет собой полупроводниковый p-n переходный диод. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия в виде фотонов (света). Используемый конкретный полупроводниковый материал (в данном случае GaAlAs) определяет ширину запрещенной зоны, которая напрямую задает длину волны излучаемых фотонов — в данном случае в ближней инфракрасной области около 850нм. Прозрачный эпоксидный корпус действует как линза, формируя выходной луч, и защищает хрупкий полупроводниковый кристалл.

12. Технологические тренды

Разработка инфракрасных светодиодов продолжает фокусироваться на нескольких ключевых направлениях:Повышение эффективности(больше оптической мощности на ватт электрической мощности),Увеличение плотности мощности(меньшие корпуса, способные выдерживать больший ток), иУлучшение надежностив суровых условиях окружающей среды. Также ведутся работы по созданию устройств на других специфических длинах волн (например, 940нм для улучшения скрытности или определенных длин волн для газового анализа). Интеграция с драйверными схемами и приемниками в компактные модули является еще одним значительным трендом, упрощающим проектирование систем для конечных пользователей. HIR204C представляет собой зрелую, надежную технологию, хорошо подходящую для своих целевых применений.