Техническая спецификация SIR204C - Инфракрасный светодиод 3мм - 1.3В прямое напряжение - 875нм длина волны - 150мВт рассеиваемая мощность

1. Обзор продукта

SIR204C — это высокоинтенсивный инфракрасный излучающий диод в стандартном 3мм (T-1) прозрачном пластиковом корпусе. Он предназначен для применений, требующих надежного инфракрасного излучения с хорошим спектральным соответствием кремниевым фотодетекторам. Устройство использует чип GaAlAs для генерации света с пиковой длиной волны 875 нм, что делает его идеальным для различных систем датчиков и передачи данных.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Данный светодиод предлагает несколько ключевых преимуществ, включая высокую надежность, низкое прямое напряжение и компактный форм-фактор со стандартным шагом выводов 2.54 мм. Он спектрально согласован с распространенными фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приемными модулями. Продукт соответствует стандартам RoHS, EU REACH и бесгалогенным требованиям (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm). Основные целевые рынки включают потребительскую электронику, промышленную автоматизацию и оборудование безопасности, требующее инфракрасной сигнализации или сенсорных функций.

2. Подробный анализ технических параметров

В следующих разделах представлен детальный разбор электрических, оптических и тепловых характеристик устройства.

2.1 Абсолютные максимальные 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):-40°C до +85°C
• Температура хранения (T_stg):-40°C до +100°C
• Температура пайки (T_sol):260°C (не более 5 секунд)
• Рассеиваемая мощность (P_d):150 мВт (при температуре окружающей среды 25°C или ниже)

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены при температуре окружающей среды (T_a) 25°C и определяют типичные характеристики устройства.

• Сила излучения (I_e):4.0 мВт/ср (Мин.) до 6.4 мВт/ср (Тип.) при I_F=20мА. В импульсном режиме (I_F=100мА, скважность 1%) может достигать 30 мВт/ср, и до 300 мВт/ср при I_F=1А.
• Пиковая длина волны (λ_p):875 нм (Типичная) при I_F=20мА.
• Спектральная ширина (Δλ):80 нм (Типичная) при I_F=20мА.
• Прямое напряжение (V_F):1.3В (Тип.) до 1.6В (Макс.) при I_F=20мА. Увеличивается при работе с более высокими импульсными токами.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при V_R=5В.
• Угол излучения (2θ_1/2):30 градусов (Типичный) при I_F=20мА.

Примечание: Погрешность измерений составляет ±0.1В для V_F, ±10% для I_e и ±1.0нм для λ_p.

3. Анализ характеристических кривых

В спецификации представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях.

3.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает зависимость максимально допустимого постоянного прямого тока от температуры окружающей среды. С ростом температуры максимально допустимый ток линейно уменьшается, чтобы не превысить лимит рассеиваемой мощности и обеспечить долгосрочную надежность.

3.2 Спектральное распределение

График спектрального излучения подтверждает пик на 875 нм с типичной шириной полосы 80 нм. Такая широкая полоса обеспечивает хорошую совместимость с кремниевыми детекторами, которые имеют широкую спектральную чувствительность в ближнем инфракрасном диапазоне.

3.3 Пиковая длина волны в зависимости от температуры окружающей среды

Пиковая длина волны незначительно смещается с изменением температуры, что является общей характеристикой полупроводниковых светодиодов. Конструкторам необходимо учитывать это смещение в приложениях, критичных к длине волны, особенно в полном рабочем диапазоне температур от -40°C до +85°C.

3.4 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Эта ВАХ демонстрирует экспоненциальную зависимость между током и напряжением. Типичное прямое напряжение низкое (1.3В при 20мА), что способствует энергоэффективной работе. Кривая важна для проектирования соответствующей схемы ограничения тока.

3.5 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Сила излучения увеличивается с ростом прямого тока, но демонстрирует сублинейную зависимость при высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. График помогает определить оптимальный ток накачки для требуемой выходной интенсивности.

3.6 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма определяет пространственную диаграмму направленности, характеризующуюся половинным углом 30 градусов. Интенсивность максимальна при 0° (на оси) и уменьшается по косинусоидальной функции, что важно для проектирования оптических систем для обеспечения правильного выравнивания и силы сигнала.

4. Механическая информация и информация о корпусе

4.1 Габариты корпуса

SIR204C использует стандартный круглый корпус T-1 (3мм). Ключевые размеры включают диаметр корпуса 3.0 мм, типичный шаг выводов 2.54 мм и общую длину. Все допуски размеров составляют ±0.25 мм, если не указано иное. Линза прозрачная, что позволяет полному инфракрасному спектру проходить без значительного поглощения.

4.2 Определение полярности

У светодиода имеется плоская сторона на ободке пластиковой линзы, которая обычно указывает на катодный (отрицательный) вывод. Более длинный вывод обычно является анодом (положительным). Правильную полярность необходимо соблюдать при сборке схемы, чтобы предотвратить повреждение от обратного смещения.

5. Рекомендации по пайке и сборке

Может использоваться ручная или волновая пайка. Абсолютная максимальная температура пайки составляет 260°C, а время пайки не должно превышать 5 секунд. Рекомендуется держать корпус светодиода на расстоянии не менее 1.5 мм от поверхности печатной платы во время волновой пайки, чтобы минимизировать термическое напряжение на эпоксидном корпусе. Устройство должно храниться в сухой антистатической среде при температуре от -40°C до +100°C.

6. Информация об упаковке и заказе

6.1 Спецификация количества в упаковке

Светодиоды обычно упакованы в пакеты и коробки: 200-1000 штук в пакете, 5 пакетов в коробке и 10 коробок в картонной коробке.

6.2 Спецификация формы этикетки

Этикетки продукта включают ключевые идентификаторы: Производственный номер заказчика (CPN), Производственный номер (P/N), Количество в упаковке (QTY), Категория (CAT), Пиковая длина волны (HUE), Ссылка (REF) и Номер партии (LOT No).

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Системы передачи в свободном пространстве:Пульты дистанционного управления, короткодистанционные каналы передачи данных.
• Оптоэлектронные переключатели:Обнаружение объектов, определение положения, щелевые датчики.
• Датчики дыма:Используются в камерах обнаружения дыма затеняющего типа.
• Общие инфракрасные системы:Осветители ночного видения, системы безопасности.
• Накопители на гибких дисках:Историческое применение для обнаружения нулевой дорожки.

7.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока для ограничения I_F до желаемого значения, обычно между 20мА и 100мА для непрерывной работы.
• Управление теплом:Хотя рассеиваемая мощность низкая, обеспечьте достаточную площадь меди на печатной плате или теплоотвод, если работа ведется вблизи максимальных параметров или при высоких температурах окружающей среды.
• Оптическое проектирование:Учитывайте угол излучения 30 градусов при проектировании линз, отражателей или апертур для эффективного сбора или коллимации излучаемого света.
• Защита от обратного напряжения:Низкий номинал обратного напряжения (5В) делает устройство уязвимым к повреждениям от статического разряда или неправильной полярности. Рассмотрите возможность добавления параллельного защитного диода в схемах, где возможны переходные процессы обратного напряжения.

8. Техническое сравнение и дифференциация

SIR204C отличается сочетанием стандартного 3мм корпуса, относительно высокой силы излучения (до 6.4 мВт/ср при 20мА) и низкого прямого напряжения. По сравнению с некоторыми старыми инфракрасными светодиодами, он предлагает лучшую надежность и соответствие современным экологическим нормам (RoHS, бесгалогенный). Его спектральное соответствие кремниевым детекторам является ключевым преимуществом перед светодиодами с другими пиковыми длинами волн, максимизируя чувствительность системы.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 В чем разница между постоянным и пиковым прямым током?

Постоянный прямой ток (100мА) — это максимальный постоянный ток, который можно подавать неограниченно долго без риска повреждения. Пиковый прямой ток (1А) — это гораздо более высокий ток, который можно подавать только очень короткими импульсами (≤100мкс) с очень низкой скважностью (≤1%). Это позволяет создавать кратковременные вспышки высокой интенсивности для дальнего обнаружения или синхронизации.

9.2 Как температура окружающей среды влияет на производительность?

Как показано на характеристических кривых, повышение температуры снижает максимально допустимый постоянный ток и может вызвать небольшое смещение пиковой длины волны. Сила излучения также может снижаться при более высоких температурах. Конструкции, предназначенные для работы в крайних точках диапазона от -40°C до +85°C, должны использовать пониженные рабочие токи.

9.3 Требуется ли радиатор?

Для большинства применений, работающих при постоянном токе 50мА или ниже, специальный радиатор не требуется, если печатная плата обеспечивает некоторую площадь меди для рассеивания тепла. Для работы при постоянном токе 100мА, особенно при повышенных температурах окружающей среды, рекомендуется тщательное тепловое проектирование, чтобы поддерживать температуру перехода в безопасных пределах.

10. Практический пример проектирования и использования

Пример: Датчик приближения объекта

В типичном оптоэлектронном переключателе SIR204C используется в паре с фототранзистором. Светодиод питается током 20-50мА, часто модулированным на определенной частоте (например, 38кГц) для подавления помех от окружающего света. Излучаемый инфракрасный свет отражается от близлежащего объекта и обнаруживается фототранзистором. Угол излучения светодиода 30 градусов обеспечивает хороший баланс между дальностью обнаружения и полем зрения. Низкое прямое напряжение позволяет эффективно питать датчик от источника питания логики 3.3В или 5В с помощью простого токоограничивающего резистора. Конструкторы должны обеспечить механическое выравнивание светодиода и детектора и могут использовать перегородку для предотвращения прямой оптической перекрестной помехи.

11. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переход. При прямом смещении электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. При рекомбинации этих носителей заряда энергия высвобождается в виде фотонов. Длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала (в данном случае арсенида галлия-алюминия — GaAlAs), который разработан для генерации фотонов в ближнем инфракрасном спектре около 875 нм. Эта длина волны невидима для человеческого глаза, но эффективно обнаруживается кремниевыми датчиками.

12. Тенденции и развитие в отрасли

Тенденция в инфракрасных светодиодах продолжается в сторону повышения эффективности (больше излучаемой мощности на ватт), увеличения плотности мощности для приложений с большей дальностью, таких как LiDAR и наблюдение, и уменьшения размеров корпусов для интеграции в компактные потребительские устройства. Также уделяется внимание повышению скорости модуляции для высокоскоростной передачи данных (например, IrDA, Li-Fi). Многокомпонентные корпуса с несколькими длинами волн или двойными излучателями становятся более распространенными для продвинутых сенсорных приложений. Соответствие экологическим нормам (RoHS, REACH, бесгалогенный) теперь является стандартным требованием во всей отрасли. SIR204C представляет собой надежную, отработанную технологию, хорошо подходящую для экономически эффективных, массовых применений, требующих проверенной производительности.