Техническая документация на инфракрасный светодиод HIR204C/H0 3мм - Длина волны 850нм - Прямое напряжение 1.45В

1. Обзор продукта

HIR204C/H0 — это высокоинтенсивный инфракрасный излучающий диод в прозрачном пластиковом корпусе диаметром 3.0 мм. Он предназначен для применений, требующих надежного инфракрасного излучения с определенными спектральными характеристиками.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

Устройство предлагает несколько ключевых преимуществ для проектирования ИК-систем:

• Высокая надежность:Спроектирован для стабильной работы и длительного срока службы.
• Высокая излучательная способность:Обеспечивает мощный инфракрасный выход, подходит для применений средней дальности.
• Пиковая длина волны:Излучение сосредоточено на типичной длине волны (λp) 850 нанометров, что является общим стандартом для многих ИК-приемников и датчиков.
• Низкое прямое напряжение:Обычно 1.45В при 20мА, что способствует снижению энергопотребления в схеме управления.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт не содержит свинца, соответствует регламенту ЕС REACH и требованиям по отсутствию галогенов (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Сам продукт соответствует спецификациям RoHS.
• Стандартный шаг выводов:Шаг выводов 2.54мм (0.1 дюйма), совместим со стандартными макетными платами и разводкой печатных плат.

1.2 Целевые применения

Этот инфракрасный светодиод спектрально согласован с распространенными фототранзисторами, фотодиодами и модулями ИК-приемников, что делает его подходящим для различных систем, включая:

• Системы передачи данных или сигналов по воздуху.
• Пульты дистанционного управления, требующие большей выходной мощности для увеличения дальности или работы через препятствия.
• Датчики дыма, где ИК-лучи используются для обнаружения частиц.
• Другие общие ИК-системы, такие как обнаружение объектов, датчики приближения и промышленная автоматизация.

2. Подробный анализ технических характеристик

2.1 Абсолютные максимальные параметры

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

• Постоянный прямой ток (IF):100 мА
• Пиковый прямой ток (IFP):1.0 А. Этот параметр применяется в импульсном режиме при длительности импульса ≤ 100мкс и скважности ≤ 1%.
• Обратное напряжение (VR):5 В
• Рабочая температура (Topr):от -40°C до +85°C
• Температура хранения (Tstg):от -40°C до +85°C
• Температура пайки (Tsol):максимум 260°C в течение не более 5 секунд.
• Рассеиваемая мощность (Pd):150 мВт при температуре окружающей среды 25°C или ниже на открытом воздухе.

2.2 Электрооптические характеристики

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

• Сила излучения (Ie):Мера инфракрасной мощности, излучаемой на единицу телесного угла.
  • Типичное значение составляет 20 мВт/ср при прямом токе (IF) 20мА.
  • В импульсном режиме (IF=100мА, длительность импульса ≤100мкс, скважность ≤1%) типичная сила излучения составляет 40 мВт/ср.
• Пиковая длина волны (λp):850 нм (типично) при IF=20мА. Это длина волны, на которой интенсивность излучения максимальна.
• Спектральная ширина (Δλ):45 нм (типично) при IF=20мА. Определяет диапазон излучаемых длин волн вокруг пика.
• Прямое напряжение (VF):
  • 1.45В (типично), 1.65В (максимум) при IF=20мА.
  • 1.80В (типично), 2.40В (максимум) при IF=100мА в импульсном режиме.
• Обратный ток (IR):Максимум 10 мкА при приложенном обратном напряжении (VR) 5В.
• Угол обзора (2θ1/2):40 градусов (типично) при IF=20мА. Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины своего максимального значения (на оси).

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

3. Объяснение системы сортировки

HIR204C/H0 доступен в различных классах производительности или \"бинах\", в основном на основе силы излучения. Это позволяет разработчикам выбирать устройство, соответствующее конкретным требованиям к выходной мощности их приложения.

3.1 Сортировка по силе излучения

Сортировка определена при стандартных условиях испытаний IF = 20мА. Единица измерения силы излучения — мВт/ср.

• Бин N:Минимум 11.0, Максимум 17.6
• Бин P:Минимум 15.0, Максимум 24.0
• Бин Q:Минимум 21.0, Максимум 34.0
• Бин R:Минимум 30.0, Максимум 48.0

Выбор более высокого бина (например, R вместо N) гарантирует более высокий минимальный гарантированный излучаемый выход, что может означать большую дальность или более сильный сигнал в приложении.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях. Понимание этих кривых имеет решающее значение для надежного проектирования схем.

4.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает снижение максимально допустимого постоянного прямого тока с ростом температуры окружающей среды. При 25°C максимум составляет 100мА. При повышении температуры этот максимальный ток должен быть уменьшен, чтобы не превысить предел рассеиваемой мощности устройства и не вызвать теплового повреждения. Кривая обычно показывает линейное снижение с 100мА при 25°C до меньшего значения при 85°C.

4.2 Спектральное распределение

На этом графике отображена относительная сила излучения в зависимости от длины волны. Он визуально подтверждает пиковую длину волны (λp) 850нм и спектральную ширину (Δλ) примерно 45нм. Кривая обычно имеет гауссову форму с центром на 850нм.

4.3 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Это ключевая кривая для проектирования. Она показывает, что сила излучения (Ie) увеличивается с ростом прямого тока (IF), но зависимость не является идеально линейной, особенно при высоких токах. Существует точка убывающей отдачи, где увеличение тока дает меньше дополнительного оптического выхода и генерирует значительно больше тепла. Разработчики часто эксплуатируют светодиод на рекомендуемом постоянном токе (20мА или 100мА импульсном) или ниже, основываясь на этой кривой и тепловых соображениях.

4.4 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма иллюстрирует пространственную диаграмму направленности светодиода. Она показывает, как интенсивность падает при удалении от центральной оси (0°). \"Угол обзора\" 40° определяется там, где интенсивность падает до 50% от значения на оси. Эта информация жизненно важна для оптического проектирования, определения покрытия луча и совмещения светодиода с приемником.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габариты корпуса

Светодиод размещен в стандартном круглом корпусе диаметром 3.0 мм. Подробный механический чертеж в техническом описании содержит все критические размеры, включая:

• Общий диаметр и высоту эпоксидной линзы.
• Диаметр и длину выводов.
• Расстояние от основания линзы до изгиба выводов.
• Плоскость установки.

Общий допуск:Если не указано иное, размеры имеют допуск ±0.25мм. Необходимо обращаться к точному чертежу для размещения отверстий на печатной плате и механической посадки.

5.2 Идентификация полярности

<>Корпус обычно использует плоскую сторону на ободке или более длинный вывод для обозначения катода (отрицательной стороны). Чертеж в техническом описании четко указывает анод и катод. Правильная полярность должна соблюдаться при сборке схемы.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение критически важно для сохранения надежности и производительности устройства.

6.1 Формовка выводов

• Изгиб должен выполняться в точке не менее чем в 3 мм от основания эпоксидной колбы.
• Всегда формируйте выводыдопайки компонента.
• Избегайте приложения напряжения к корпусу светодиода или его основанию во время формовки, так как это может повредить внутренние соединения или вызвать трещины в эпоксидной смоле.
• Обрезайте выводы при комнатной температуре. Резка при высокой температуре может вызвать отказы.
• Убедитесь, что отверстия на печатной плате идеально совпадают с выводами светодиода, чтобы избежать монтажного напряжения.

6.2 Условия хранения

• Рекомендуемые условия хранения после получения: ≤ 30°C и ≤ 70% относительной влажности.
• Срок годности в этих условиях составляет 3 месяца.
• Для более длительного хранения (до 1 года) поместите в герметичный контейнер с азотной атмосферой и осушителем.
• После вскрытия оригинальной упаковки используйте компоненты в течение 24 часов.
• Избегайте резких перепадов температуры во влажной среде, чтобы предотвратить конденсацию.

6.3 Рекомендации по пайке

Пайка должна находиться на расстоянии не менее 3 мм от эпоксидной колбы.

• Ручная пайка:Температура жала паяльника ≤ 300°C (для паяльника мощностью до 30Вт). Время пайки ≤ 3 секунды на вывод.
• Волновая/погружная пайка:Температура предварительного нагрева ≤ 100°C в течение ≤ 60 секунд. Температура ванны припоя ≤ 260°C в течение ≤ 5 секунд.
• Общие правила:
  • Избегайте напряжения на выводах во время и сразу после пайки, пока устройство горячее.
  • Не выполняйте погружную/ручную пайку более одного раза.
  • Защищайте светодиод от механических ударов/вибрации, пока он не остынет до комнатной температуры после пайки.
  • Избегайте процессов быстрого охлаждения.
  • Всегда используйте минимально эффективную температуру и время пайки.

6.4 Очистка

• Если очистка необходима, используйте изопропиловый спирт при комнатной температуре не более одной минуты. Высушите на воздухе при комнатной температуре.
• Избегайте ультразвуковой очистки.Если это абсолютно необходимо, требуется обширная предварительная квалификация, чтобы убедиться, что конкретная ультразвуковая мощность и условия сборки не повредят кристалл светодиода или проволочные соединения.

6.5 Тепловой менеджмент

Хотя в этом техническом описании не указаны конкретные значения теплового сопротивления, управление теплом подчеркивается. Номинальная рассеиваемая мощность (Pd) 150мВт указана для открытого воздуха при 25°C. В реальных приложениях, особенно при работе на более высоких токах или в закрытых пространствах, температура перехода светодиода будет повышаться. Это может снизить световую отдачу и срок службы. Разработчики должны учитывать теплоотвод, площадь меди на печатной плате и условия окружающей среды на этапе проектирования приложения, чтобы обеспечить работу светодиода в безопасных температурных пределах.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация маркировки

Маркировка на упаковке содержит ключевую информацию для прослеживаемости и идентификации:

• CPN:Номер продукта заказчика
• P/N:Номер продукта (например, HIR204C/H0)
• QTY:Количество в упаковке
• CAT:Ранг светового потока (код бина, например, N, P, Q, R)
• HUE:Ранг доминирующей длины волны
• REF:Ранг прямого напряжения
• LOT No:Номер производственной партии
• X:Месяц производства
• REF:Референсный номер маркировки

7.2 Спецификация упаковки

• Первичная упаковка:Антистатические пакеты.
• Вторичная упаковка:Внутренние коробки.
• Третичная упаковка:Внешние транспортные коробки.
• Стандартное количество упаковки:
  • От 200 до 1000 штук в антистатическом пакете.
  • 5 пакетов упакованы в 1 внутреннюю коробку.
  • 10 внутренних коробок упакованы в 1 внешнюю коробку.

8. Соображения по проектированию приложений

8.1 Проектирование схемы управления

Для работы светодиода обязательна схема ограничения тока. Для базовых применений часто достаточно простого последовательного резистора. Значение резистора (R) можно рассчитать по закону Ома: R = (Vпитания - Vf) / If. Например, при питании 5В, Vf 1.45В и желаемом If 20мА: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ом. Подошел бы стандартный резистор 180Ом. Для импульсной работы при более высоких токах (например, 100мА) рекомендуется использовать транзистор или специализированную микросхему драйвера светодиода для обеспечения необходимого импульса тока.

8.2 Оптическое проектирование и юстировка

Угол обзора 40 градусов обеспечивает достаточно широкий луч. Для применений с большей дальностью или фокусировкой перед светодиодом может быть добавлена линза. И наоборот, для очень широкого покрытия может потребоваться несколько светодиодов. Точное механическое совмещение с принимающим датчиком (фототранзистором, модулем ИК-приемника) имеет решающее значение для оптимальной производительности системы. Следует обращаться к кривой пространственного распределения излучения, чтобы понять силу сигнала под разными углами.

8.3 Помехи и помехоустойчивость

Инфракрасные системы могут быть подвержены помехам от окружающего света, особенно от солнечного света и ламп накаливания, которые содержат ИК-компоненты. Стратегии для снижения этого включают:

• Использование модулированных ИК-сигналов (например, несущая 38кГц) и приемника, настроенного на ту же частоту.
• Добавление оптического фильтра, блокирующего видимый свет, но пропускающего ИК 850нм, на стороне приемника.
• Физическое экранирование пары светодиод-приемник от прямых источников окружающего света.

9. Техническое сравнение и позиционирование

HIR204C/H0 занимает определенную позицию на рынке инфракрасных светодиодов. По сравнению с меньшими SMD ИК-светодиодами, он предлагает более высокую потенциальную излучаемую мощность благодаря большему размеру кристалла и корпусу, что делает его подходящим для применений, требующих большей мощности. По сравнению с более крупными, специализированными мощными ИК-излучателями, он более компактен и проще в управлении с помощью простых схем. Его длина волны 850нм является наиболее распространенной, что обеспечивает широкую совместимость с приемниками. Ключевыми отличительными особенностями являются его прозрачный корпус (без оттенка), стандартный шаг выводов 2.54мм для удобства прототипирования и четко определенная структура сортировки для согласованности выходных параметров.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 В чем разница между постоянным током (IF) и пиковым током (IFP)?

Постоянный прямой ток (IF=100мА)— это максимальный постоянный ток, который может протекать через светодиод неограниченно долго без повреждения, при условии соблюдения тепловых ограничений.Пиковый прямой ток (IFP=1.0А)— это максимальный ток, допустимый только в условиях очень коротких импульсов (длительность импульса ≤100мкс, скважность ≤1%). Это позволяет создавать кратковременные высокоинтенсивные вспышки света для применений, таких как пульты ДУ большой дальности, но средняя мощность должна оставаться в пределах рассеиваемой мощности устройства.

10.2 Как выбрать правильный бин (N, P, Q, R)?

Выбирайте на основе минимальной силы излучения, требуемой вашим приложением на рабочем расстоянии и в наихудших условиях (например, низкий заряд батареи, высокая температура). Если ваши расчеты показывают, что вам нужно не менее 18 мВт/ср, вы должны выбрать бин Q (Мин. 21.0) или бин R (Мин. 30.0). Бин N (Мин. 11.0) не гарантирует работу. Выбор более высокого бина обеспечивает больший запас по проектированию.

10.3 Почему расстояние пайки (3 мм от колбы) так важно?

Эпоксидная смола, из которой сделана линза, имеет коэффициент теплового расширения, отличный от металлических выводов. Приложение высокой температуры пайки слишком близко к эпоксидной смоле может вызвать термическое напряжение, потенциально приводящее к микротрещинам в эпоксидной смоле или повреждению внутреннего крепления кристалла. Эти трещины могут впоследствии позволить влаге проникнуть внутрь, что приведет к преждевременному отказу. Расстояние 3 мм позволяет теплу рассеиваться вдоль вывода до достижения чувствительного корпуса.

11. Пример проектирования и использования

11.1 Пример: Увеличение дальности бытового ИК-пульта ДУ

Сценарий:Разработчик создает универсальный пульт дистанционного управления, который должен надежно работать на расстоянии до 10 метров, даже под небольшими углами, в типичной гостиной.

Выбор проектных решений с использованием HIR204C/H0:

1. Ток управления:Вместо использования типичного постоянного тока 20мА разработчик использует импульсную схему управления. Они подают на светодиод импульсы 100мА с очень малой скважностью (например, 0.5%), чтобы генерировать высокоинтенсивные вспышки, используя рейтинг IFP. Это значительно увеличивает пиковую оптическую мощность и, следовательно, эффективную дальность.
2. Выбор бина:Чтобы обеспечить стабильную производительность всех выпускаемых устройств и учесть падение напряжения батареи, разработчик указывает светодиоды бина R. Это гарантирует высокий минимальный выход даже в конце срока службы батареи.
3. Размещение и линза:Два светодиода размещены на небольшом расстоянии друг от друга и развернуты на несколько градусов, чтобы создать более широкую эффективную диаграмму направленности, улучшая вероятность попадания на приемник под разными углами. На светодиоды устанавливается простая недорогая пластиковая линза для небольшой коллимации луча и улучшения направленности.
4. Тепловые соображения:Поскольку скважность очень мала (0.5%), средняя мощность невелика (100мА * 1.65В * 0.005 = 0.825мВт), что значительно ниже номинала Pd 150мВт. На печатной плате не требуется специального теплоотвода.

Этот подход демонстрирует, как понимание импульсных параметров, системы сортировки и тепловых параметров из технического описания позволяет создать оптимизированное, экономически эффективное решение для требовательного приложения.

12. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) работает по тому же фундаментальному принципу, что и стандартный видимый светодиод, но использует другие полупроводниковые материалы для генерации света в инфракрасном спектре. HIR204C/H0 использует кристалл из арсенида галлия-алюминия (GaAlAs). Когда прямое напряжение прикладывается к P-N переходу светодиода, электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводника. Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов. Удельная ширина запрещенной зоны материала GaAlAs определяет длину волны этих фотонов, которая в данном случае сосредоточена около 850 нанометров, что помещает его в ближнюю инфракрасную область, невидимую для человеческого глаза. Прозрачный эпоксидный корпус не фильтрует и не окрашивает свет, позволяя максимальному количеству генерируемого инфракрасного излучения выходить наружу.

13. Технологические тренды

Область инфракрасных излучателей продолжает развиваться. Общие тенденции, наблюдаемые в отрасли, включают:

• Повышение эффективности:Разработка новых эпитаксиальных структур полупроводников для достижения более высокой силы излучения (мВт/ср) при том же входном токе (мА), улучшая общую энергоэффективность системы.
• Миниатюризация:Хотя выводные корпуса, такие как 3мм, остаются популярными из-за надежности и простоты использования, наблюдается сильная тенденция к корпусам для поверхностного монтажа (SMD) (например, 0805, 0603) для автоматизированной сборки и конструкций с ограниченным пространством, таких как смартфоны (для датчиков приближения) и крошечные IoT-устройства.
• Диверсификация длин волн:Хотя 850нм и 940нм доминируют, растет использование других длин волн для конкретных применений, таких как 810нм для медицинских устройств или определенные узкие полосы для газового анализа.
• Интеграция:Объединение ИК-светодиода со схемой управления, модулятором или даже фотодетектором в одном корпусе для создания более интеллектуальных, простых в использовании \"сенсорных модулей\".
• Расширенные данные по надежности:Современные технические описания все чаще предоставляют более подробные данные о сроке службы и надежности (например, показатели L70, L50 при различных условиях нагрузки) для поддержки проектов для автомобильной, промышленной и медицинской отраслей, где долгосрочная производительность имеет решающее значение.

HIR204C/H0 представляет собой зрелый, надежный и хорошо изученный компонент, который выигрывает от этих продолжающихся достижений в материалах и производстве, обеспечивая его постоянную актуальность в широком спектре электронных конструкций.