Техническая спецификация инфракрасного светодиода IR204-A - 3 мм корпус - 940 нм - 100 мА

1. Обзор продукта

IR204-A — это высокоинтенсивный инфракрасный излучающий диод в стандартном синем пластиковом корпусе диаметром 3 мм (T-1). Он предназначен для излучения света с пиковой длиной волны 940 нм, что обеспечивает спектральное соответствие с распространёнными фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приёмными модулями. Устройство характеризуется высокой надёжностью, высокой силой излучения и низким прямым напряжением, что делает его пригодным для различных применений в инфракрасной передаче данных.

1.1 Ключевые преимущества

• Высокая сила излучения:Обеспечивает мощный инфракрасный выход для надёжной передачи сигнала.
• Совпадение по длине волны:Пиковая длина волны 940 нм оптимизирована для совместимости со стандартными ИК-приёмниками.
• Компактность и стандартизация:Корпус 3 мм с расстоянием между выводами 2,54 мм позволяет легко интегрировать компонент в стандартные топологии печатных плат.
• Соответствие стандартам:Продукт соответствует директивам RoHS, EU REACH и стандартам по отсутствию галогенов (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.2 Целевые области применения

This infrared LED is primarily intended for systems requiring non-visible light communication. Key application areas include infrared remote control units with high power requirements, free-air transmission systems, smoke detectors, and other general infrared-based sensing or communication systems.

2. Технические параметры: Подробное объективное описание

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют границы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Постоянный прямой ток (IF):100 мА. Максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на диод.
• Импульсный прямой ток (IFP):1,0 А. Такой высокий ток допустим только в импульсном режиме (длительность импульса ≤ 100 мкс, скважность ≤ 1%).
• Обратное напряжение (VR):5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может повредить p-n-переход диода.
• Рабочая и температура хранения (Topr/Tstg):от -40°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленный температурный диапазон.
• Рассеиваемая мощность (Pd):150 мВт при 25°C. Максимальная мощность, которую корпус может рассеять без превышения тепловых ограничений.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены при стандартной температуре перехода 25°C и определяют производительность устройства в заданных условиях.

• Сила излучения (Ie):Ключевой показатель производительности. При стандартном токе накачки 20 мА типичная сила излучения составляет 5,6 мВт/ср. При работе в импульсном режиме с высоким током (100 мА, 1 А) выходная мощность значительно возрастает до 38 мВт/ср и 350 мВт/ср соответственно, что позволяет реализовывать приложения с большой дальностью или высокой яркостью импульса.
• Пиковая длина волны (λp):940 нм (типичное значение). Это ближний инфракрасный спектр, невидимый для человеческого глаза, но эффективно детектируемый кремниевыми сенсорами.
• Спектральная ширина (Δλ):Приблизительно 45 нм. Определяет спектральную ширину излучаемого света вокруг пиковой длины волны.
• Прямое напряжение (VF):Обычно 1,2 В при 20 мА, увеличивается с ростом тока. Это низкое напряжение способствует снижению энергопотребления в конструкциях.
• Угол обзора (2θ1/2):35 градусов. Это угловой разброс, при котором сила излучения падает до половины от пикового значения, определяя диаграмму направленности луча.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации представлена структура сортировки по силе излучения. Светодиоды сортируются на группы (K, L, M, N) на основе измеренной выходной мощности при IF=20 мА. Например, группа 'L' имеет минимальную интенсивность 5,6 мВт/ср и максимальную 8,9 мВт/ср. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с гарантированным минимальным уровнем производительности для обеспечения стабильной работы системы. Для данного конкретного артикула сортировка по длине волны или прямому напряжению не указана.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации представлено несколько характеристических кривых, имеющих решающее значение для проектирования.

4.1 Зависимость прямого тока от температуры окружающей среды (Рис.1)

Эта кривая показывает, как максимально допустимый постоянный прямой ток снижается с увеличением температуры окружающей среды выше 25°C. Разработчики должны использовать этот график, чтобы убедиться, что рабочий ток не превышает безопасный предел при максимальной температуре окружающей среды в приложении.

4.2 Спектральное распределение (Рис.2)

Иллюстрирует относительную излучаемую мощность в зависимости от длины волны, с центром вокруг пика 940 нм и указанной шириной полосы ~45 нм.

4.3 Зависимость пиковой длины волны излучения от температуры (Рис.3)

Показывает смещение пиковой длины волны при изменении температуры окружающей среды (и, следовательно, температуры перехода). Это важно для приложений, где критически важно точное спектральное соответствие с детектором.

4.4 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика) (Рис.4)

Изображает нелинейную зависимость между током и напряжением. Эта кривая необходима для проектирования схемы ограничения тока (например, расчёта последовательного резистора).

4.5 Относительная интенсивность в зависимости от прямого тока (Рис.5)

Демонстрирует, что световой выход не пропорционален току линейно, особенно при высоких токах, где эффективность может снижаться из-за нагрева и других эффектов.

4.6 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения (Рис.6)

Это пространственная диаграмма направленности, графически показывающая угол обзора 35 градусов. Она жизненно важна для оптического проектирования, чтобы обеспечить правильное выравнивание и покрытие.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный круглый корпус T-1 (3 мм). Подробный механический чертёж в спецификации предоставляет все критические размеры, включая диаметр корпуса (типично 3,0 мм), расстояние между выводами (2,54 мм) и диаметр выводов. Допуски обычно составляют ±0,25 мм, если не указано иное. Материал корпуса — синий пластик, который действует как встроенный фильтр.

5.2 Определение полярности

Более длинный вывод — это анод (+), а более короткий — катод (-). Это стандартное соглашение для светодиодов. Плоская сторона на ободке корпуса также может указывать на сторону катода.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

• Температура пайки:Максимальная температура пайки составляет 260°C.
• Время пайки:Выводы не должны подвергаться воздействию температуры пайки выше 260°C более 5 секунд.
• Общие правила обращения:Во время обращения и сборки следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР), чтобы предотвратить повреждение полупроводникового перехода.
• Условия хранения:Устройство должно храниться в сухой среде в пределах указанного температурного диапазона от -40°C до +85°C.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация упаковки

Светодиоды обычно упакованы в пакеты (по 200-1000 штук в пакете). Четыре пакета помещаются в коробку, а десять коробок составляют один картон.

7.2 Информация на этикетке

Этикетка на упаковке включает ключевую информацию, такую как номер детали (P/N), количество (QTY), сорт/группа (CAT), пиковая длина волны (HUE), номер партии (LOT No.) и референсный код. Эта прослеживаемость важна для контроля качества.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые схемы включения

В базовой схеме светодиод управляется источником напряжения через токоограничивающий резистор. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (Vcc - Vf) / If, где Vcc — напряжение питания, Vf — прямое напряжение светодиода (например, 1,2 В при 20 мА), а If — желаемый прямой ток. Для импульсной работы (например, в пультах ДУ) обычно используется транзисторный ключ для обеспечения высокого пикового тока (до 1 А) от конденсатора или непосредственно от источника питания.

8.2 Вопросы проектирования

• Управление током:Всегда управляйте светодиодом с помощью контролируемого тока, а не фиксированного напряжения. Используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока.
• Тепловой режим:Хотя корпус имеет низкое тепловое сопротивление, непрерывная работа при высоких токах (приближающихся к 100 мА) или при высоких температурах окружающей среды требует учёта кривой снижения мощности, чтобы избежать перегрева.
• Оптическое выравнивание:Угол обзора 35 градусов требует правильного выравнивания с принимающим сенсором для оптимальной силы сигнала. При необходимости для изменения диаграммы направленности луча можно использовать линзы или отражатели.
• Помехи от источника питания:В чувствительных аналоговых сенсорных приложениях убедитесь, что схема драйвера светодиода не вносит электрические помехи, которые могут повлиять на слабый сигнал от детектора.

9. Техническое сравнение и отличия

Основными отличительными особенностями IR204-A являются сочетание стандартного корпуса 3 мм, высокой импульсной силы излучения (до 350 мВт/ср) и точно определённой длины волны 940 нм. По сравнению с обычными ИК-светодиодами он предлагает гарантированную минимальную производительность (через сортировку) и соответствие современным экологическим нормам. Его материал чипа GaAlAs является стандартным для эффективного инфракрасного излучения.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 5 В или 3,3 В?

Нет, напрямую нельзя.Вывод микроконтроллера обычно не может выдавать 20 мА непрерывно (проверьте спецификацию вашего МК) и уж точно не может обеспечить пиковый ток 1 А. Что более важно, вы должны использовать последовательный резистор для ограничения тока до желаемого значения (например, 20 мА). Для коммутации более высоких токов, необходимых для светодиода, требуется транзистор (БЮТ или МОП-транзистор).

10.2 Почему сила излучения так сильно выше в импульсном режиме?

Более высокие импульсные параметры (100 мА, 1 А) позволяют подавать на переход значительно больший ток в течение очень коротких промежутков времени. Это генерирует больше света, не вызывая повышения средней температуры перехода до разрушительного уровня, поскольку тепловая масса кристалла и корпуса успевает остыть между импульсами. Это идеально подходит для пакетной связи, такой как пульты дистанционного управления.

10.3 Что означает \"спектральное соответствие с фототранзистором\"?

Кремниевые фототранзисторы и фотодиоды имеют пиковую чувствительность в ближнем инфракрасном диапазоне, около 800-900 нм. Излучение IR204-A на 940 нм попадает в эту полосу высокой чувствительности, обеспечивая приём детектором сильного сигнала, что улучшает соотношение сигнал/шум и рабочую дальность системы.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Простой передатчик для инфракрасного пульта ДУ.Распространённое применение — пульт от телевизора. Микроконтроллер генерирует модулированный цифровой код (например, несущая 38 кГц). Этот сигнал управляет базой транзистора. Транзистор коммутирует ток коллектора через IR204-A. Конденсатор рядом со светодиодом может обеспечить кратковременный импульс высокого тока (до 100 мА или более), необходимый для сильного сигнала. Светодиод импульсно включается на частоте 38 кГц. Свет с длиной волны 940 нм невидим, а высокая импульсная интенсивность позволяет сигналу отражаться от стен и всё равно детектироваться приёмником через всю комнату. Низкое прямое напряжение помогает экономить заряд батареи.

12. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый диод с p-n-переходом. При подаче прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия. В данном конкретном устройстве полупроводниковый материал (арсенид галлия-алюминия — GaAlAs) выбран таким образом, что эта энергия высвобождается в основном в виде фотонов света в инфракрасном спектре (длина волны 940 нанометров). Синий пластиковый корпус действует как фильтр, потенциально блокируя часть видимого света, а также может служить линзой для формирования выходного луча.

13. Тенденции развития

Тенденции в технологии инфракрасных светодиодов включают разработку устройств с ещё более высокой эффективностью (больше светового выхода на ватт электрической мощности), что обеспечивает более длительное время работы от батареи или большую дальность. Также ведутся работы по созданию светодиодов с более узкой спектральной полосой для приложений, требующих точного контроля длины волны, и для снижения чувствительности к шуму от окружающего света. Другой тенденцией является интеграция светодиода с драйверной ИС или фотодетектором в единый модуль, что упрощает проектирование системы. Продолжается стремление к увеличению плотности мощности в корпусах меньшего размера наряду с общеотраслевым стремлением к полному соответствию экологическим нормам и нормам безопасности.