Техническая документация на инфракрасный светодиод 5мм HIR333C/H0 - Корпус 5.0мм - Длина волны 850нм - Прямое напряжение 1.65В

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики инфракрасного (ИК) излучающего диода в корпусе для монтажа в отверстия диаметром 5.0 мм (T-1 3/4). Устройство предназначено для излучения света с пиковой длиной волны 850 нм, что делает его подходящим для различных применений в инфракрасных датчиках и системах передачи данных. Оно размещено в прозрачном пластиковом корпусе, обеспечивающем высокую мощность излучения.

1.1 Ключевые преимущества

Основные преимущества данного компонента включают высокую надежность и высокую силу излучения. Он характеризуется низким прямым напряжением, что способствует энергоэффективности в схемах. Устройство изготовлено из бессвинцовых материалов и соответствует основным экологическим и нормам безопасности, включая RoHS, EU REACH и стандарты по отсутствию галогенов (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).

1.2 Целевой рынок и области применения

Спектр излучения данного инфракрасного светодиода согласован с распространенными кремниевыми фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приемными модулями. Типичные области применения включают:

• Системы передачи данных по свободному пространству.
• Пульты дистанционного управления с повышенной выходной мощностью.
• Системы обнаружения дыма.
• Общие инфракрасные системы для сенсорных и детектирующих применений.

2. Подробный анализ технических параметров

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

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Эти характеристики определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для непрерывной работы.

• Непрерывный прямой ток (IF):100 мА
• Пиковый прямой ток (IFP):1.0 А (Длительность импульса ≤100мкс, Скважность ≤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):260°C в течение ≤5 секунд
• Рассеиваемая мощность (Pd) при 25°C:150 мВт

2.2 Электрооптические характеристики

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

• Сила излучения (Ie):Минимальное типичное значение составляет 7.8 мВт/ср при прямом токе (IF) 20мА. В импульсном режиме (IF=100мА, Длительность импульса ≤100мкс, Скважность ≤1%) типичная сила излучения составляет 80 мВт/ср. При пиковом токе 1А в тех же импульсных условиях она достигает 800 мВт/ср.
• Пиковая длина волны (λp):850 нм (типично) при IF=20мА.
• Спектральная ширина (Δλ):45 нм (типично) при IF=20мА, что указывает на ширину спектра на уровне половины максимальной интенсивности.
• Прямое напряжение (VF):Диапазон от 1.45В (типично) до максимума 1.65В при IF=20мА. Оно увеличивается с ростом тока, достигая максимума 2.40В при 100мА и 5.25В при 1А в импульсном режиме.
• Обратный ток (IR):Максимум 10 мкА при VR=5В.
• Угол излучения (2θ1/2):30 градусов (типично) при IF=20мА, определяет угловой разброс, где сила излучения составляет не менее половины пикового значения.

2.3 Тепловые характеристики

Характеристики устройства зависят от температуры. Максимальная рассеиваемая мощность составляет 150 мВт на открытом воздухе при 25°C. Конструкторам необходимо учитывать снижение этого значения при работе при более высоких температурах окружающей среды для обеспечения долгосрочной надежности и предотвращения теплового пробоя.

3. Объяснение системы бининга

Продукт доступен в различных классах производительности, или "бинах", на основе силы излучения, измеренной при IF=20мА. Это позволяет разработчикам выбрать компонент, точно соответствующий требованиям чувствительности их приложения.

Структура бининга для силы излучения следующая:

• Бин M:7.8 - 12.5 мВт/ср
• Бин N:11.0 - 17.6 мВт/ср
• Бин P:15.0 - 24.0 мВт/ср
• Бин Q:21.0 - 34.0 мВт/ср
• Бин R:30.0 - 48.0 мВт/ср

В документации также указано, что устройство доступно с рангами для доминирующей длины волны (HUE) и прямого напряжения (REF), хотя конкретные коды бинов для этих параметров в предоставленном отрывке не детализированы.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают более глубокое понимание поведения устройства в различных условиях.

4.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает снижение максимально допустимого прямого тока по мере увеличения температуры окружающей среды выше 25°C. Для поддержания надежности рабочий ток должен быть уменьшен при более высоких температурах.

4.2 Спектральное распределение

График иллюстрирует относительную мощность излучения в спектре длин волн с центром вокруг пика 850нм. Ширина полосы 45нм указывает на диапазон излучаемых длин волн.

4.3 Пиковая длина волны излучения в зависимости от температуры окружающей среды

Эта зависимость показывает, как пиковая длина волны (λp) смещается с изменением температуры перехода. Как правило, длина волны слегка увеличивается с ростом температуры, что является критическим фактором в приложениях, требующих точного спектрального согласования с детектором.

4.4 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта фундаментальная кривая изображает экспоненциальную зависимость между напряжением, приложенным к диоду, и результирующим током. Она необходима для проектирования схемы ограничения тока (например, выбора последовательного резистора).

4.5 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Этот график демонстрирует, что сила излучения увеличивается сверхлинейно с ростом прямого тока. Однако работа при очень высоких токах (особенно постоянных) приводит к увеличению тепловыделения и потенциальной потере эффективности, что делает импульсный режим предпочтительным для требований высокой интенсивности.

4.6 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма визуально представляет угол излучения (2θ1/2 = 30°). Она показывает, как интенсивность уменьшается по мере удаления угла наблюдения от центральной оси (0°), что крайне важно для проектирования оптических систем и юстировки излучателей с детекторами.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство соответствует стандартному радиальному корпусу T-1 3/4 (5мм) с выводами. Ключевые размеры включают общий диаметр примерно 5.0 мм и стандартный шаг выводов 2.54 мм (0.1 дюйма), совместимый со стандартными перфорированными платами. Чертеж размеров определяет допуски ±0.25 мм, если не указано иное. Точная форма линзы и длина выводов определены в подробном чертеже корпуса.

5.2 Определение полярности

Катод обычно идентифицируется по плоскому срезу на ободке пластиковой линзы или по более короткому выводу. Правильная полярность должна соблюдаться во время сборки схемы для предотвращения повреждения от обратного смещения.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Правильное обращение критически важно для предотвращения механических и термических повреждений.

6.1 Формовка выводов

• Изгиб должен производиться на расстоянии не менее 3 мм от основания эпоксидной колбы.
• Формуйте выводы перед пайкой.
• Избегайте приложения напряжения к корпусу во время изгиба.
• Обрезайте выводы при комнатной температуре.
• Убедитесь, что отверстия в печатной плате идеально совпадают с выводами светодиода, чтобы избежать монтажных напряжений.

6.2 Условия хранения

• Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤70%.
• Максимальный срок хранения в оригинальной упаковке составляет 3 месяца.
• Для более длительного хранения (до 1 года) используйте герметичный контейнер с азотной атмосферой и осушителем.
• Избегайте резких перепадов температуры во влажной среде для предотвращения конденсации.

6.3 Параметры пайки

Ручная пайка:Температура жала паяльника ≤300°C (для паяльника мощностью до 30Вт), время пайки ≤3 секунды на вывод. Соблюдайте минимальное расстояние 3 мм от места пайки до эпоксидной колбы.

Волновая/погружная пайка:Температура предварительного нагрева ≤100°C в течение ≤60 секунд. Температура ванны припоя ≤260°C в течение ≤5 секунд. Соблюдайте правило расстояния 3 мм.

Общие правила:Не прикладывайте механические нагрузки к выводам при высокой температуре. Избегайте пайки одного и того же устройства более одного раза. Защищайте устройство от ударов/вибрации при охлаждении до комнатной температуры. Не используйте процессы быстрого охлаждения. Следуйте рекомендованному температурному профилю для волновой пайки.

6.4 Очистка

В документации упоминается, что очистку следует проводить только при необходимости, хотя конкретные рекомендации по чистящим средствам или параметры ультразвуковой очистки в предоставленном отрывке не детализированы. Стандартной практикой является использование мягких, неагрессивных чистящих средств, совместимых с эпоксидной смолой.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация упаковки

Устройство упаковано в антистатические пакеты для защиты от электростатического разряда. Стандартный поток упаковки:

1. 500 штук в антистатическом пакете.

2. 5 пакетов (2,500 штук) во внутренней коробке.

3. 10 внутренних коробок (25,000 штук) в основной внешней коробке.

7.2 Форма этикетки

Этикетки продукта содержат ключевую информацию для прослеживаемости и идентификации:

- CPN (Номер детали заказчика)

- P/N (Номер детали производителя: HIR333C/H0)

- QTY (Количество в упаковке)

- CAT (Ранг светового/силы излучения, напр., M, N, P, Q, R)

- HUE (Ранг доминирующей длины волны)

- REF (Ранг прямого напряжения)

- LOT No. (Номер партии для прослеживаемости)

- Дата-код

8. Особенности проектирования приложений

8.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенная схема управления - простой последовательный резистор для ограничения прямого тока. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (Vcc - Vf) / If, где Vcc - напряжение питания, Vf - прямое напряжение светодиода (используйте максимальное значение для надежности), а If - желаемый прямой ток. Для импульсного режима (например, в пультах ДУ) обычно используется транзисторный ключ для подачи высоких пиковых токов (до 1А) при сохранении низкой скважности, чтобы удерживать среднюю мощность в пределах нормы.

8.2 Примечания по оптическому проектированию

Угол излучения 30 градусов обеспечивает хороший баланс между концентрацией луча и зоной покрытия. Для приложений с большей дальностью или более узким лучом могут потребоваться вторичные оптические элементы (линзы). Прозрачная линза оптимальна для передачи на 850нм. Убедитесь, что приемник (фототранзистор, фотодиод или ИС) спектрально чувствителен в области 850нм для максимальной эффективности системы.

8.3 Тепловой режим

Хотя корпус может рассеивать 150мВт при 25°C, для непрерывной работы при высоких токах или повышенных температурах окружающей среды необходимы эффективный теплоотвод через выводы или тщательная разводка платы. Использование импульсного режима управления значительно снижает среднюю рассеиваемую мощность и тепловую нагрузку.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными видимыми светодиодами или другими ИК-светодиодами, ключевыми отличительными особенностями данного устройства являются сочетаниевысокой силы излучения(до 48 мВт/ср в бине R),низкого прямого напряжения(типично 1.45В), иполного соответствия экологическим нормам(RoHS, REACH, без галогенов). Использование материала кристалла GaAlAs является стандартным для высокоэффективного излучения на 850нм. Корпус 5мм предлагает надежную конструкцию для монтажа в отверстия, подходящую для широкого спектра промышленных и потребительских применений, где SMD-компоненты могут быть не идеальны.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Могу ли я питать этот светодиод непрерывно током 100мА?

О: Предельное значение для непрерывного прямого тока составляет 100мА. Однако непрерывная работа при этом максимальном токе приведет к значительному нагреву (Pd ≈ Vf * If). Для надежной долгосрочной работы рекомендуется снижать ток, особенно если температура окружающей среды выше 25°C, или использовать теплоотвод.

В: В чем разница между бинами (M, N, P, Q, R)?

О: Бины классифицируют минимальную и максимальную силу излучения светодиода при токе 20мА. Бин M имеет самый низкий выход (7.8-12.5 мВт/ср), а бин R - самый высокий (30.0-48.0 мВт/ср). Выбирайте бин на основе требуемой силы сигнала и чувствительности вашей приемной схемы.

В: Почему прямое напряжение при 1А выше, чем при 20мА?

О: Это связано с внутренним последовательным сопротивлением полупроводникового кристалла и проводящих перемычек. При увеличении тока падение напряжения на этом сопротивлении (V = I*R) увеличивается, что приводит к более высокому общему прямому напряжению.

В: Как достичь силы излучения 800 мВт/ср?

О: Эта интенсивность указана для импульсных условий: прямой ток 1А, длительность импульса 100 микросекунд или менее, скважность 1% или менее. Это минимизирует нагрев, позволяя достичь очень высокого мгновенного оптического выхода.

11. Примеры проектирования и использования

Пример 1: Дальнодействующий инфракрасный пульт дистанционного управления

Разработчику нужен пульт ДУ с дальностью действия более 30 метров. Он выбирает HIR333C/H0 в бине R для максимальной выходной мощности. Схема использует микроконтроллер для генерации модулированных импульсов данных. Светодиод управляется импульсами 1А (длительность 100мкс, скважность 1%) через ключ на NPN-транзисторе. Высокая пиковая интенсивность обеспечивает сильный сигнал на удаленном приемнике, а низкая скважность минимизирует потребление батареи и нагрев устройства.

Пример 2: Датчик приближения в промышленной среде

Автоматизированной машине требуется надежный датчик приближения. ИК-светодиод и фототранзистор размещены друг напротив друга по обе стороны конвейерной линии. Светодиод питается постоянным током 50мА (сниженным от максимума 100мА для надежности). Длина волны 850нм менее подвержена помехам от окружающего видимого света по сравнению с видимыми красными светодиодами. Луч шириной 30 градусов обеспечивает достаточное покрытие без чрезмерного рассеивания. Датчик обнаруживает, когда объект прерывает луч.

12. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) - это полупроводниковый p-n переход. При приложении прямого напряжения электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активной области кристалла. Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный материал, используемый в активной области кристалла (в данном случае, арсенид галлия-алюминия - GaAlAs), определяет длину волны излучаемых фотонов. Для GaAlAs это приводит к инфракрасному излучению с пиковой длиной волны около 850нм, невидимой для человеческого глаза, но легко обнаруживаемой кремниевыми фотодетекторами.

13. Технологические тренды

Тренд в инфракрасных светодиодах продолжается в сторону повышения эффективности (больше излучаемой мощности на ватт электрической мощности), что позволяет либо снизить энергопотребление, либо увеличить выходную мощность при том же корпусе. Также наблюдается стремление к повышению скорости модуляции для применений в передаче данных, таких как IrDA и оптические беспроводные сети. Конструкция корпусов развивается в сторону SMD-компонентов с улучшенными тепловыми характеристиками для мощных применений, хотя корпуса для монтажа в отверстия, такие как 5мм, остаются популярными благодаря своей механической прочности и удобству для прототипирования. Интеграция схемы управления и фотодетекторов в единые модули - еще один распространенный тренд для упрощения проектирования систем.