Техническая документация на инфракрасный светодиод HIR234C 3мм - Корпус T-1 - Пиковая длина волны 850нм - Прямое напряжение 1.65В

1. Обзор продукта

HIR234C — это инфракрасный светоизлучающий диод высокой интенсивности в стандартном 3мм (T-1) корпусе из прозрачного пластика. Он предназначен для излучения света с пиковой длиной волны 850 нм, что обеспечивает спектральную совместимость с распространёнными кремниевыми фототранзисторами, фотодиодами и ИК-приёмными модулями. Данное устройство разработано для применений, требующих надёжной и эффективной инфракрасной передачи.

1.1 Ключевые преимущества

• Высокая сила излучения:Обеспечивает мощный оптический выход, подходит для систем с большой дальностью действия или с низкой чувствительностью приёмника.
• Высокая надёжность:Сконструирован для стабильной работы и длительного срока службы.
• Низкое прямое напряжение:Обычно 1.65В при 20мА, что способствует снижению энергопотребления в проектах.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт соответствует стандартам RoHS, EU REACH и является бесгалогенным (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Стандартный корпус:Знакомая форм-фактор T-1 (3мм) с расстоянием между выводами 2.54 мм обеспечивает лёгкую интеграцию в существующие конструкции и разводку печатных плат.

1.2 Целевые области применения

Данный инфракрасный светодиод подходит для различных систем, требующих невидимой световой связи или сенсорного обнаружения.

• Блоки инфракрасных пультов дистанционного управления, особенно с повышенными требованиями к мощности.
• Оптические линии передачи данных в свободном пространстве.
• Системы обнаружения дыма.
• Универсальные инфракрасные прикладные системы, включая датчики приближения и счётчики объектов.

2. Анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Эти характеристики 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
• Рассеиваемая мощность (P_d):150 мВт (при температуре окружающей среды 25°C или ниже)
• Температура пайки (T_sol):260°C в течение ≤ 5 секунд

2.2 Электрооптические характеристики

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

• Сила излучения (I_e):
  • 7.8 мВт/ср (Мин.) / 15 мВт/ср (Тип.) при I_F= 20мА (постоянный ток).
  • 50 мВт/ср (Тип.) при I_F= 100мА (импульсный).
  • 300 мВт/ср (Тип.) при I_F= 1А (импульсный).
• Пиковая длина волны (λ_p):850 нм (Типичная) при I_F= 20мА.
• Спектральная ширина (Δλ):45 нм (Типичная) при I_F= 20мА.
• Прямое напряжение (V_F):
  • 1.45В (Мин.) / 1.65В (Тип.) / 1.65В (Макс.) при I_F= 20мА.
  • 1.80В (Тип.) / 2.40В (Макс.) при I_F= 100мА (импульсный).
  • 4.10В (Тип.) / 5.25В (Макс.) при I_F= 1А (импульсный).
• Обратный ток (I_R):10 мкА (Макс.) при V_R= 5В.
• Угол излучения (2θ_1/2):30 градусов (Типичный) при I_F= 20мА.

Допуски измерений:Прямое напряжение ±0.1В, Сила излучения ±10%, Пиковая длина волны ±1.0нм.

3. Анализ характеристических кривых

В технической документации представлены несколько характеристических кривых, которые имеют решающее значение для понимания поведения устройства в различных рабочих условиях.

3.1 Зависимости от температуры и тока

Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.1):Эта кривая показывает снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры окружающей среды. Для обеспечения надёжности и соблюдения предела рассеиваемой мощности, ток накачки должен быть уменьшен при более высоких температурах.

Пиковая длина волны излучения в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.3):Пиковая длина волны светодиода имеет температурный коэффициент, обычно слегка смещаясь с температурой. Эта кривая количественно определяет это смещение для HIR234C, что важно для применений, где критически важна точная спектральная совместимость.

Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Рис.4):Это фундаментальная ВАХ диода. Она показывает экспоненциальную зависимость между током и напряжением. Кривая помогает в проектировании схемы ограничения тока и понимании падения напряжения на светодиоде при различных режимах накачки.

3.2 Характеристики оптического излучения

Спектральное распределение (Рис.2):Этот график отображает относительную силу излучения в зависимости от длины волны. Он визуально подтверждает пик на 850нм и спектральную ширину примерно 45нм, показывая диапазон излучаемых длин волн.

Сила излучения в зависимости от прямого тока (Рис.5):Эта кривая демонстрирует взаимосвязь между оптической выходной мощностью (в мВт/ср) и входным электрическим током. Она, как правило, линейна в среднем диапазоне, но может насыщаться при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности.

Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения (Рис.6):Эта полярная диаграмма определяет диаграмму направленности светодиода. Она показывает, как интенсивность падает при удалении от центральной оси (0°), в конечном итоге определяя угол излучения в 30 градусов, при котором интенсивность падает до половины своего пикового значения.

Сила излучения в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.7):Оптическая выходная мощность уменьшается с ростом температуры перехода. Эта кривая количественно определяет типичное снижение силы излучения при увеличении температуры окружающей среды (и, следовательно, перехода), что жизненно важно для проектирования систем, работающих в широком диапазоне температур.

Относительное прямое напряжение в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.8):Прямое напряжение диода имеет отрицательный температурный коэффициент. Эта кривая показывает, как V_Fобычно уменьшается с ростом температуры, что может быть фактором в схемах с постоянным напряжением накачки или при использовании светодиода в качестве датчика температуры.

4. Механические данные и информация о корпусе

4.1 Конструкция и выбор компонента

• Материал кристалла:GaAlAs (арсенид галлия-алюминия).
• Линза/Цвет:Прозрачный пластик.

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

Устройство соответствует стандартным размерам круглого светодиодного корпуса T-1 (3мм). Ключевые механические примечания из документации включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах (мм).
• Стандартные допуски размеров составляют ±0.25 мм, если не указано иное.
• На чертеже обычно показаны диаметр корпуса (3.0мм), расстояние между выводами (2.54мм) и общие габариты, включая форму линзы и длину/диаметр выводов.

Идентификация полярности:Катод обычно идентифицируется по плоскому срезу на ободке пластиковой линзы и/или более короткому выводу. Всегда обращайтесь к чертежу корпуса для точной идентификации.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

• Ручная пайка:Используйте паяльник с регулировкой температуры. Ограничьте время пайки каждого вывода максимум 3 секундами при температуре не выше 350°C.
• Волновая пайка:Может использоваться, но время предварительного нагрева и воздействия должно контролироваться для минимизации термического напряжения на пластиковом корпусе.
• Пайка оплавлением:Устройство может выдерживать пиковую температуру пайки 260°C в течение максимум 5 секунд, согласно Предельным эксплуатационным характеристикам. Это совместимо со стандартными профилями бессвинцовой пайки оплавлением (например, IPC/JEDEC J-STD-020).
• Общие меры предосторожности:
  • Избегайте приложения механических напряжений к выводам или линзе во время обработки.
  • Не превышайте указанный диапазон температур хранения.
  • Соблюдайте меры предосторожности от электростатического разряда (ESD) во время обработки и сборки.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Спецификация упаковки

• Стандартная упаковка: от 200 до 1000 штук в пакете.
• 5 пакетов упаковываются в 1 коробку.
• 10 коробок упаковываются в 1 гофрокартон.

6.2 Информация на этикетке

Этикетка продукта включает ключевые идентификаторы для прослеживаемости и проверки:

• CPN:Номер детали заказчика
• P/N:Производственный номер (HIR234C)
• QTY:Количество в упаковке
• CAT:Ранги/Категории (например, бины яркости)
• HUE:Информация о пиковой длине волны
• REF:Ссылка
• LOT No:Производственный номер партии для прослеживаемости

7. Рекомендации по проектированию приложений

7.1 Управление светодиодом

Управление постоянным током:Светодиоды — это устройства, управляемые током. Для стабильного и предсказуемого оптического выхода используйте источник постоянного тока или токоограничивающий резистор, включённый последовательно с источником напряжения. Значение резистора можно рассчитать по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Всегда используйте максимальное значение V_Fиз документации для консервативного проектирования.

Импульсный режим работы:Для применений, требующих очень высокой мгновенной интенсивности (например, пульты ДУ большой дальности), светодиод может накачиваться короткими импульсами высокого тока (до 1А), как указано. Это должно выполняться при строгом соблюдении ограничений по длительности импульса (≤100мкс) и скважности (≤1%) для предотвращения перегрева.

7.2 Оптическое проектирование

Выбор линзы:Прозрачная линза излучает луч с углом 30 градусов. Для получения более узких или иной формы лучей могут использоваться вторичная оптика (пластиковые линзы, отражатели).

Совместимость с приёмником:Пиковая длина волны 850 нм оптимально детектируется кремниевыми сенсорами. Убедитесь, что выбранный фототранзистор, фотодиод или ИК-приёмный модуль имеет пиковую чувствительность в диапазоне 800-900 нм.

Защита от фоновой засветки:В средах с сильным фоновым освещением (особенно солнечным светом, содержащим ИК), рассмотрите возможность модуляции сигнала накачки светодиода на определённой частоте и использования приёмника, настроенного на эту частоту, для подавления фонового шума.

8. Техническое сравнение и позиционирование

HIR234C позиционируется как универсальный, высоконадёжный инфракрасный излучатель в повсеместно распространённом 3мм корпусе.

• По сравнению со стандартными 5мм ИК-светодиодами:Корпус 3мм предлагает меньшую занимаемую площадь, что может быть преимуществом в миниатюрных конструкциях, при этом обеспечивая значительную силу излучения.
• По сравнению с SMD ИК-светодиодами:Выводной корпус T-1 часто предпочтительнее для прототипирования, ручной сборки или применений, где требуется более высокая механическая прочность или более лёгкий отвод тепла через выводы по сравнению с поверхностно-монтируемыми устройствами.
• Ключевое отличие:Сочетаниевысокой импульсной силы излучения (300 мВт/ср)истандартного корпусаделает его подходящим для применений, требующих мощных вспышек ИК-света от общедоступного форм-фактора.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: В чём разница между силой излучения (мВт/ср) и выходной мощностью (мВт)?

О1: Сила излучения измеряет оптическую мощность на единицу телесного угла (стерадиан). Она указывает, насколько сконцентрирован луч. Полный световой поток (мВт) потребовал бы интегрирования силы излучения по всей диаграмме направленности. Для светодиода с углом 30 градусов полная мощность значительно ниже значения пиковой интенсивности.

В2: Могу ли я накачивать этот светодиод постоянным током 100мА?

О2: Предельная характеристика для постоянного прямого тока составляет 100мА. Однако непрерывная работа на этом максимальном токе будет генерировать значительное тепло, повышая температуру перехода. Для надёжной долгосрочной работы рекомендуется работать на более низком токе (например, 20-50мА) или обеспечить адекватный теплоотвод, особенно при высоких температурах окружающей среды.

В3: Почему прямое напряжение при импульсном токе 1А (макс. 5.25В) так сильно выше, чем при постоянном токе 20мА (макс. 1.65В)?

О3: Это связано с последовательным сопротивлением внутри кристалла светодиода и корпуса. При очень высоких токах падение напряжения на этом внутреннем сопротивлении становится значительным, приводя к более высокому общему V_F. Это общая характеристика всех светодиодов.

В4: Видим ли светодиод 850нм?

О4: 850нм находится в ближнем инфракрасном (БИК) спектре. Он, как правило, невидим для человеческого глаза. Однако некоторые люди могут заметить очень слабое тёмно-красное свечение от мощных светодиодов 850нм, так как спектр излучения имеет небольшой "хвост", заходящий в видимую красную область. Для полностью скрытной работы обычно используются светодиоды 940нм.

10. Пример проектирования и использования

Пример: Передатчик для пульта ДУ большой дальности

Цель:Спроектировать пульт дистанционного управления, который должен надёжно работать на расстоянии 15 метров в типичной гостиной.

Выбор проектных решений:

1. Выбор светодиода:HIR234C выбран из-за его высокой импульсной силы излучения (тип. 300 мВт/ср при 1А).
2. Схема накачки:Используется простой транзисторный ключ для импульсной накачки светодиода от батареи 3В. Последовательный резистор рассчитан для ограничения импульсного тока примерно до 800мА (безопасно ниже максимума 1А), с учётом падения напряжения на батарее и V_Fсветодиода при высоком токе.
3. Модуляция сигнала:Импульсы накачки кодируются с несущей частотой 38кГц, что является общим стандартом для ИК-пультов.
4. Оптика:Простая пластиковая коллимирующая линза размещается перед светодиодом, чтобы сузить луч с 30 градусов примерно до 10 градусов, концентрируя больше излучаемой энергии в направлении удалённого приёмника.

Результат:Сочетание высокоинтенсивной импульсной накачки и коллимации луча обеспечивает сильный, детектируемый сигнал, достигающий ИК-приёмного модуля на целевой дистанции, даже при наличии умеренного фонового ИК-шума.

11. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переход. 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 случае материала GaAlAs, используемого в HIR234C, эта энергия соответствует фотонам с длиной волны около 850 нанометров, что находится в инфракрасной части электромагнитного спектра. Конкретная длина волны определяется шириной запрещённой зоны полупроводникового материала. Прозрачная эпоксидная оболочка действует как линза, формируя излучаемый свет в заданный угол излучения.

12. Технологические тренды

Технология инфракрасных светодиодов продолжает развиваться вместе с технологией видимых светодиодов. Общие тренды, актуальные для таких устройств, как HIR234C, включают:

• Повышение эффективности:Постоянные улучшения материалов и эпитаксиального роста приводят к повышению световой отдачи (больше светового выхода на ватт электрической мощности), снижая энергопотребление и тепловыделение.
• Более высокая скорость модуляции:Разработка светодиодов, способных к более быстрому переключению, стимулируется применениями в оптической передаче данных (IrDA, Li-Fi) и передовыми методами сенсорики, такими как измерение времени пролёта (ToF).
• Миниатюризация:Хотя выводные корпуса остаются популярными, наблюдается сильный рыночный сдвиг в сторону поверхностно-монтируемых (SMD) корпусов (например, 0805, 0603, чип-скейл) для автоматизированной сборки и конструкций с ограниченным пространством.
• Многоспектральные источники и VCSEL:Для специализированных применений в сенсорике (например, анализ газов, биометрия) появляются многоспектральные ИК-источники. Вертикально-излучающие лазеры с резонатором (VCSEL) также набирают популярность в высокопроизводительных системах 3D-сенсорики и структурированного освещения благодаря своим точным характеристикам луча.

HIR234C представляет собой зрелое, надёжное и экономически эффективное решение в этой развивающейся среде, идеально подходящее для своих целевых применений в потребительской электронике и промышленной сенсорике.