Техническая документация на инфракрасный светодиод IR8353-14C - 5 мм корпус - прямое напряжение 1.2В-1.8В - длина волны 940 нм

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики мощного 5-мм инфракрасного (ИК) излучающего диода. Устройство заключено в прозрачный пластиковый корпус, что делает его подходящим для различных применений в инфракрасном зондировании и передаче данных. Его спектральная характеристика специально согласована для эффективной работы с распространенными фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приемными модулями.

1.1 Ключевые преимущества

• Высокая надежность:Спроектирован для стабильной работы и длительной эксплуатации.
• Высокая сила излучения:Обеспечивает мощный инфракрасный выход для эффективной передачи сигнала.
• Низкое прямое напряжение:Обычно 1.2 В при 20 мА, что способствует энергоэффективной работе.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт соответствует директивам RoHS, EU REACH и не содержит галогенов (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.2 Целевые области применения

Данный ИК-светодиод предназначен для использования в различных инфракрасных системах, включая, но не ограничиваясь: пульты дистанционного управления, датчики приближения, обнаружение объектов, оптические переключатели и передача данных на короткие расстояния.

2. Анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

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

• Непрерывный прямой ток (I_F):100 мА
• Пиковый прямой ток (I_FP):1.0 А (Длительность импульса ≤100 мкс, 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 окружающего воздуха 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):7.8 - 17.6 мВт/ср (при I_F=20 мА, в зависимости от бина). До 50 мВт/ср типично при I_F=100 мА.
• Пиковая длина волны (λ_p):940 нм (при I_F=20 мА).
• Спектральная ширина (Δλ):45 нм (при I_F=20 мА).
• Прямое напряжение (V_F):1.2 В (тип.) / 1.5 В (макс.) при 20 мА; 1.4 В (тип.) / 1.8 В (макс.) при 100 мА.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.) при V_R=5 В.
• Угол излучения (2θ_1/2):от 27° до 43° (при I_F=20 мА).

3. Объяснение системы сортировки

Сила излучения данного светодиода разделена на различные группы (бины) для обеспечения стабильности в проектировании приложений. Сортировка определена при прямом токе 20 мА.

• Бин M:Диапазон силы излучения от 7.80 мВт/ср до 12.50 мВт/ср.
• Бин N:Диапазон силы излучения от 11.0 мВт/ср до 17.6 мВт/ср.

Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с гарантированным минимальным выходным сигналом в соответствии с требованиями к чувствительности их конкретных приложений.

4. Анализ характеристических кривых

Техническое описание включает несколько характеристических кривых, необходимых для проектирования схемы и управления тепловым режимом.

4.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая снижения номинала показывает максимально допустимый непрерывный прямой ток как функцию температуры окружающей среды. С ростом температуры максимальный ток должен быть уменьшен, чтобы предотвратить превышение пределов рассеиваемой мощности устройства и обеспечить долгосрочную надежность. Разработчики должны использовать эту кривую для выбора соответствующего рабочего тока для тепловых условий своего приложения.

4.2 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Этот график иллюстрирует зависимость между током управления и оптической выходной мощностью (силой излучения). Выходная мощность, как правило, линейна в определенном диапазоне, но насыщается при очень высоких токах. Это имеет решающее значение для определения необходимого тока управления для достижения желаемой силы сигнала на приемнике.

4.3 Спектральное распределение

Спектральная кривая подтверждает пик излучения на 940 нм с типичной шириной полосы 45 нм. Эта длина волны идеальна, так как находится за пределами видимого спектра, минимизируя помехи от видимого света, и хорошо согласуется с чувствительностью кремниевых фотодетекторов.

4.4 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма определяет угол излучения (2θ_1/2), который представляет собой угол, при котором сила излучения падает до половины своего значения при 0° (на оси). Указанный диапазон от 27° до 43° указывает на ширину луча. Более узкий угол обеспечивает более сфокусированный свет, в то время как более широкий угол предлагает большее покрытие.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство размещено в стандартном 5-мм круглом корпусе светодиода. Ключевые размеры включают общий диаметр (5.0 мм типично), расстояние между выводами (2.54 мм / 0.1 дюйма стандартно) и расстояние от основания до линзы. Диаметр выводов обычно составляет 0.45 мм. Все размеры имеют допуск ±0.25 мм, если не указано иное. Подробный чертеж с размерами приведен в оригинальном техническом описании для точной компоновки печатной платы.

5.2 Определение полярности

Катод (отрицательный вывод) обычно идентифицируется по плоскому срезу на ободке пластиковой линзы и/или по более короткой длине вывода. Анод (положительный вывод) длиннее. Правильную полярность необходимо соблюдать при сборке схемы.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Формовка выводов

• Изгибы должны выполняться на расстоянии не менее 3 мм от основания эпоксидной колбы.
• Формовка должна выполняться перед пайкой и при комнатной температуре.
• Избегайте механических нагрузок на корпус во время изгиба или резки.
• Отверстия в печатной плате должны идеально совпадать с выводами светодиода, чтобы избежать монтажных напряжений.

6.2 Условия хранения

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

6.3 Параметры пайки

Ручная пайка:

• Температура жала паяльника: макс. 300°C (макс. 30 Вт)
• Время пайки: макс. 3 секунды на вывод.
• Минимальное расстояние от паяного соединения до эпоксидной колбы: 3 мм.

Волновая/погружная пайка:

• Температура предварительного нагрева: макс. 100°C (макс. 60 сек)
• Температура ванны припоя: макс. 260°C
• Время в ванне: макс. 5 секунд
• Минимальное расстояние от паяного соединения до эпоксидной колбы: 3 мм.

Критические замечания:

• Избегайте нагрузок на выводы, пока светодиод горячий.
• Не паяйте (погружением или вручную) более одного раза.
• Защищайте светодиод от ударов/вибрации, пока он не остынет до комнатной температуры.
• Используйте минимально возможную температуру пайки, обеспечивающую надежное соединение.

6.4 Очистка

• При необходимости очищайте только изопропиловым спиртом при комнатной температуре в течение ≤1 минуты.
• Не используйте ультразвуковую очистку, если она не была предварительно проверена, так как это может вызвать повреждения.

7. Тепловой режим

Эффективный отвод тепла критически важен для производительности и срока службы светодиода. Ток должен быть снижен в соответствии с кривой "Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды". Температура вокруг светодиода в конечном приложении должна контролироваться. Это может включать использование соответствующей площади меди на печатной плате для теплоотвода, обеспечение адекватной вентиляции или использование радиаторов, если постоянно используются высокие токи.

8. Упаковка и информация для заказа

8.1 Спецификация упаковки

• Светодиоды упакованы в антистатические пакеты.
• Количество в упаковке:200-500 штук в пакете. 5 пакетов во внутренней коробке. 10 внутренних коробок в основной (внешней) коробке.

8.2 Информация на этикетке

Этикетка продукта включает ключевые идентификаторы: Номер детали заказчика (CPN), Номер продукта (P/N), Количество в упаковке (QTY), Ранг силы света (CAT), Ранг доминирующей длины волны (HUE), Ранг прямого напряжения (REF), Номер партии и дата-код.

9. Рекомендации по проектированию приложений

9.1 Управление светодиодом

Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор. Значение резистора можно рассчитать по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Используйте максимальное значение V_Fиз технического описания для консервативного проектирования. Для импульсного режима работы (например, пульты ДУ) убедитесь, что пределы пикового тока (I_FP) и скважности не превышены, чтобы избежать перегрева.

9.2 Оптическое проектирование

Учитывайте угол излучения при проектировании линз или отражателей для системы. Длина волны 940 нм невидима, поэтому для подтверждения работы пользователем может потребоваться светодиод-индикатор или обратная связь по цепи. Убедитесь, что приемник (фототранзистор, ИС) спектрально согласован с 940 нм для оптимальной чувствительности.

9.3 Помехоустойчивость

В условиях электрических помех рассмотрите возможность экранирования пары светодиод/приемник, использования модулированных ИК-сигналов (например, несущая 38 кГц) с соответствующим демодулирующим приемником и реализации программной фильтрации для отсеивания окружающего света и импульсных помех.

10. Техническое сравнение и позиционирование

Этот 5-мм ИК-светодиод на 940 нм предлагает баланс производительности и стоимости для универсальных инфракрасных применений. Его ключевыми отличиями являются относительно высокая сила излучения (до 17.6 мВт/ср) в стандартном 5-мм корпусе и низкое прямое напряжение, что снижает энергопотребление. По сравнению со старыми светодиодами на 880 нм или 850 нм, излучение на 940 нм менее заметно (нет слабого красного свечения), что делает его более подходящим для незаметных применений. Для приложений, требующих чрезвычайно узких углов луча или более высокой мощности, более подходящими были бы альтернативные типы корпусов (например, бокового свечения, мощные SMD).

11. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

11.1 В чем разница между бином M и бином N?

Бины M и N классифицируют светодиод на основе его гарантированной минимальной силы излучения при 20 мА. Светодиоды бина N имеют более высокий минимальный выход (11.0 мВт/ср) по сравнению с бином M (7.8 мВт/ср). Выбирайте бин N для приложений, требующих более сильного сигнала или большей дальности действия.

11.2 Можно ли непрерывно питать этот светодиод током 100 мА?

Да, абсолютный максимальный рейтинг для непрерывного прямого тока составляет 100 мА. Однако вы должны обратиться к кривой снижения номинала. При температуре окружающей среды 25°C допустим ток 100 мА, но с ростом температуры окружающей среды максимально допустимый непрерывный ток уменьшается, чтобы поддерживать температуру перехода в безопасных пределах. Адекватный теплоотвод критически важен для непрерывной работы с высоким током.

11.3 Почему важно минимальное расстояние пайки (3 мм)?

Расстояние 3 мм предотвращает передачу избыточного тепла по выводу и повреждение внутреннего полупроводникового кристалла или эпоксидной герметизации во время процесса пайки. Избыточное тепло может вызвать растрескивание, расслоение или необратимое ухудшение электрических характеристик.

12. Пример использования в проектировании

Сценарий: Простой датчик приближения объекта.

Проектирование:Расположите ИК-светодиод и фототранзистор рядом, направленными в одну сторону. Питайте светодиод постоянным током 20 мА (используя резистор от источника 5 В: R = (5В - 1.5В) / 0.02А = 175 Ом, используйте стандартное значение 180 Ом). Когда объект оказывается в пределах досягаемости, инфракрасный свет отражается от объекта и попадает на фототранзистор, вызывая увеличение его коллекторного тока. Это изменение тока можно преобразовать в напряжение через подтягивающий резистор и подать на компаратор или АЦП микроконтроллера для обнаружения присутствия объекта. Длина волны 940 нм помогает отсеивать видимый окружающий свет. Выбор между бином M или N зависит от требуемой дистанции обнаружения и отражательной способности объекта.

13. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переходный диод. При прямом смещении (положительное напряжение приложено к аноду относительно катода) электроны и дырки рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов. Используемый конкретный полупроводниковый материал (в данном случае арсенид галлия-алюминия - GaAlAs) определяет длину волны излучаемого света. Для GaAlAs это приводит к инфракрасному излучению с центром около 940 нанометров, что находится за пределами видимого спектра. Прозрачная линза не фильтрует и не окрашивает свет, обеспечивая максимальную передачу инфракрасного излучения.

14. Технологические тренды

Хотя дискретные 5-мм выводные светодиоды остаются популярными для прототипирования, любительских проектов и некоторых промышленных применений, отраслевой тренд сильно смещен в сторону корпусов для поверхностного монтажа (SMD). SMD ИК-светодиоды предлагают такие преимущества, как меньшая занимаемая площадь, лучшая пригодность для автоматизированной сборки, и часто улучшенные тепловые характеристики благодаря непосредственному монтажу на печатной плате. Также продолжается разработка по повышению эффективности (больше излучаемой мощности на ватт электрической мощности) и надежности ИК-излучателей. Однако фундаментальный принцип работы и ключевые параметры, такие как длина волны, сила излучения и угол обзора, остаются критическими критериями выбора для любого ИК-приложения.