Техническая документация на инфракрасный светодиод SIR323-5 - Корпус 5мм - Прямое напряжение 1.3В - Длина волны 875нм - Рассеиваемая мощность 150мВт

1. Обзор продукта

SIR323-5 — это высокоинтенсивный инфракрасный (ИК) излучающий диод в стандартном прозрачном пластиковом корпусе T-1 3/4 (5мм). Он предназначен для излучения света с пиковой длиной волны 875 нанометров (нм), что соответствует ближнему инфракрасному спектру. Устройство разработано для применений, требующих надежных и мощных источников инфракрасного света, при этом его спектральный выход специально согласован для совместимости с распространенными кремниевыми фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приемными модулями. Корпус имеет стандартный шаг выводов 2.54мм для удобства интеграции в печатные платы (ПП) с монтажом в отверстия.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества компонента включают высокую излучающую интенсивность, обеспечивающую сильную передачу сигнала, и низкое прямое напряжение, способствующее энергоэффективной работе. Он изготовлен из бессвинцовых материалов и соответствует директиве RoHS (Ограничение использования опасных веществ), регламенту ЕС REACH и стандартам на отсутствие галогенов (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), что делает его пригодным для мировых рынков со строгими экологическими требованиями. Устройство характеризуется высокой надежностью, что является критическим фактором для потребительской и промышленной электроники. Его основные области применения — беспроводные системы бесконтактной передачи сигналов.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, определенных в техническом описании.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за ними не гарантируется.

• Непрерывный прямой ток (I_F): 100 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на светодиод без риска деградации.
• Пиковый прямой ток (I_FP): 1.0 А. Такой высокий ток допустим только в импульсном режиме при длительности импульса ≤ 100мкс и скважности ≤ 1%. Это позволяет получать очень яркие короткие вспышки света, полезные для дальней передачи.
• Обратное напряжение (V_R): 5 В. Приложение обратного смещающего напряжения, превышающего это значение, может вызвать пробой p-n перехода.
• Рассеиваемая мощность (P_d): 150 мВт при температуре окружающей среды 25°C или ниже. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеивать в виде тепла. Превышение этого предела повышает температуру перехода, сокращая срок службы и снижая выходную мощность.
• Рабочая и температура хранения: Устройство может работать в диапазоне от -40°C до +85°C и храниться от -40°C до +100°C.
• Температура пайки: 260°C в течение времени не более 5 секунд, что соответствует стандартным профилям бессвинцовой пайки оплавлением.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C) и определяют производительность устройства.

• Излучающая интенсивность (I_e): Это оптическая мощность, излучаемая в единицу телесного угла (стерадиан). При прямом токе 20мА типичное значение составляет 7.8 мВт/ср, минимальное — 4.0 мВт/ср. В импульсном режиме (I_F=100мА, импульс ≤100мкс, скважность ≤1%) типичная излучающая интенсивность достигает 40 мВт/ср, демонстрируя его способность к мощным вспышкам.
• Пиковая длина волны (λ_p): 875 нм (тип.). Это длина волны, на которой излучаемая оптическая мощность максимальна. Спектральная ширина (Δλ) обычно составляет 45 нм, что указывает на диапазон длин волн вокруг пика.
• Прямое напряжение (V_F): При 20мА типичное прямое напряжение составляет 1.3В, максимальное — 1.65В. В импульсном режиме при 100мА оно возрастает до типичных 1.4В (макс. 1.8В). Это низкое V_Fвыгодно для проектирования низковольтных схем.
• Обратный ток (I_R): Максимум 10 мкА при обратном напряжении 5В, что указывает на хорошую изоляцию перехода.
• Угол обзора (2θ_1/2): 35 градусов (тип.). Это полный угол, при котором излучающая интенсивность падает до половины своего максимального значения (на оси). Угол 35 градусов обеспечивает умеренно сфокусированный луч, подходящий для направленных применений.

Примечание о погрешности измерений: В техническом описании указаны допуски для ключевых измерений: V_F(±0.1В), I_e(±10%) и λ_p(±1.0нм). Их необходимо учитывать в расчетах для прецизионного проектирования.

3. Анализ характеристических кривых

Техническое описание включает несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях.

3.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая (Рис.1) обычно показывает снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры окружающей среды. Чтобы не превысить максимальную температуру перехода и предел рассеиваемой мощности 150мВт, непрерывный прямой ток должен быть уменьшен при работе выше 25°C. Конструкторам необходимо обращаться к этому графику для применений при высоких температурах.

3.2 Спектральное распределение

График спектрального распределения (Рис.2) отображает относительную интенсивность в зависимости от длины волны. Он визуально подтверждает пиковую длину волны 875нм и спектральную ширину примерно 45нм. Эта кривая необходима для обеспечения совместимости со спектральной чувствительностью предполагаемого приемника (фототранзистора, фотодиода или ИС).

3.3 Относительная интенсивность в зависимости от прямого тока

Этот график (Рис.3) демонстрирует зависимость между током управления и световым выходом. Для светодиодов оптическая выходная мощность, как правило, пропорциональна прямому току в нормальном рабочем диапазоне. Однако эффективность может снижаться при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и других нелинейностей. Кривая помогает разработчикам выбрать подходящий ток управления для достижения желаемой излучающей интенсивности.

3.4 Относительная излучающая интенсивность в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма (Рис.4) отображает диаграмму направленности светодиода. Она показывает, как интенсивность уменьшается при отклонении угла наблюдения от центральной оси (0°). Угол обзора 35 градусов (где интенсивность составляет 50% от пиковой) определяется по этой кривой. Эта информация критически важна для проектирования оптических систем, определения покрытия луча и допусков на юстировку.

4. Механическая и упаковочная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный круглый светодиодный корпус 5мм (T-1 3/4). Подробный механический чертеж в техническом описании предоставляет все критические размеры, включая диаметр корпуса, форму линзы, длину и шаг выводов. Шаг выводов подтвержден как 2.54мм (0.1 дюйма), что является стандартом для компонентов с монтажом в отверстия. Все размеры имеют допуск ±0.25мм, если не указано иное. Материал линзы — прозрачный пластик, оптимизированный для пропускания инфракрасного излучения с минимальным поглощением.

4.2 Определение полярности

Для светодиодов с монтажом в отверстия полярность обычно указывается двумя признаками: длиной выводов и внутренней структурой. Более длинный вывод — это анод (плюс), более короткий — катод (минус). Кроме того, на многих корпусах имеется плоская площадка на ободке основания линзы рядом с катодным выводом. Всегда проверяйте полярность перед пайкой, чтобы предотвратить повреждение от обратного смещения.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Устройство рассчитано на волновую или ручную пайку. Ключевой параметр — максимальная температура пайки 260°C в течение не более 5 секунд. Это соответствует стандартам IPC/JEDEC J-STD-020 для бессвинцовых профилей оплавления. Длительное воздействие высокой температуры может повредить пластиковый корпус и внутренние проводящие соединения. При ручной пайке используйте паяльник с регулировкой температуры и минимизируйте время контакта. Убедитесь, что устройство хранится в сухой среде в соответствии с диапазоном температур хранения (-40 до +100°C), чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать "вспучивание" (popcorning) во время оплавления.

6. Информация об упаковке и заказе

6.1 Спецификация упаковки

Компоненты упакованы в антистатические пакеты для защиты. Стандартное количество в пакете — от 200 до 500 штук. Пять пакетов помещаются в одну коробку. Наконец, десять коробок упаковываются в одну транспортную тару.

6.2 Спецификация маркировки

Маркировка на упаковке содержит несколько ключевых идентификаторов:

• CPN: Производственный номер заказчика (специфичный для заказчика артикул).
• P/N: Производственный номер (артикул производителя, например, SIR323-5).
• QTY: Количество в упаковке.
• CAT: Ранги (могут указывать на сортировку по параметрам).
• HUE: Пиковая длина волны (например, 875нм).
• REF: Ссылка.
• LOT No: Номер партии для прослеживаемости.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Инфракрасные пульты дистанционного управления: Высокая излучающая интенсивность, особенно в импульсном режиме (тип. 40 мВт/ср), делает его идеальным для пультов ДУ дальнего действия для телевизоров, аудиосистем и другой потребительской электроники.
• Системы передачи по воздуху: Используется в беспроводных каналах передачи данных малой дальности, охранных сигнализациях и системах обнаружения объектов, где ИК-луч передается по воздуху к приемнику.
• Детекторы дыма: Часто применяется в оптических (фотоэлектрических) детекторах дыма. Луч ИК-светодиода рассеивается частицами дыма на фотодиод, вызывая срабатывание сигнализации.
• Общие инфракрасные системы: Включают промышленную автоматизацию (подсчет объектов, определение положения), сенсорные экраны и оптические энкодеры.

7.2 Соображения при проектировании и защита схемы

• Ограничение тока: Светодиод — это устройство, управляемое током. Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор (или источник постоянного тока), чтобы не превысить максимальный непрерывный прямой ток (100мА). Значение резистора рассчитывается по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F.
• Импульсный режим работы: Для высокоинтенсивных вспышек убедитесь, что схема управления может обеспечить пиковый ток 1А, строго соблюдая ограничения по длительности импульса (≤100мкс) и скважности (≤1%). Простой вывод GPIO микроконтроллера часто не может непосредственно выдавать такой ток и может потребовать транзисторного ключа (например, MOSFET).
• Защита от обратного напряжения: Хотя устройство выдерживает обратное напряжение до 5В, хорошей практикой является избегание обратного смещения. В схемах с гальванической развязкой по переменному току или там, где возможно обратное напряжение, рассмотрите возможность добавления защитного диода параллельно светодиоду (катод к аноду).
• Управление теплом: Несмотря на малый размер корпуса, при более высоких токах и температурах окружающей среды рассеиваемая мощность становится важной. Обеспечьте адекватную вентиляцию и учитывайте кривую снижения номинальных параметров при работе выше 25°C.
• Оптическое проектирование: Учитывайте угол обзора 35 градусов. Для сфокусированных лучей могут потребоваться внешние линзы или отражатели. Для широкоугольного освещения собственного угла может быть достаточно. Убедитесь, что приемник спектрально согласован с пиком 875нм.

8. Техническое сравнение и дифференциация

SIR323-5 выделяется на рынке 5мм ИК-светодиодов благодаря сочетанию ключевых параметров. По сравнению с обычными 5мм ИК-светодиодами, он предлагает более высокую типичную излучающую интенсивность (7.8 мВт/ср @20мА против часто 5-6 мВт/ср), что позволяет увеличить дальность или снизить энергопотребление при той же силе сигнала. Его низкое прямое напряжение (тип. 1.3В) является преимуществом для устройств с батарейным питанием. Длина волны 875нм является распространенным стандартом, обеспечивая широкую совместимость с кремниевыми приемниками. Его соответствие современным экологическим стандартам (RoHS, REACH, без галогенов) является обязательным требованием для большинства современных производителей электроники, что может не соблюдаться для более старых или более дешевых аналогов.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 В чем разница между Излучающей интенсивностью и Световой силой?

Излучающая интенсивность (I_e, измеряется в мВт/ср) — это оптическаямощность, излучаемая в единицу телесного угла, и она актуальна для всех длин волн. Световая сила (измеряется в канделах, кд) взвешена по чувствительности человеческого глаза (фотопическая кривая) и имеет смысл только для видимого света. Поскольку это инфракрасный светодиод, Излучающая интенсивность является правильной и указанной метрикой.

9.2 Можно ли управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3В или 5В?

Не следуетподключать его напрямую. Вывод GPIO микроконтроллера имеет ограничение по току (часто 20-40мА) и не может выдержать потенциальный потребляемый ток светодиода или импульс 1А. Что более важно, у вас должен быть последовательный резистор для ограничения тока. Например, от источника питания 5В для I=20мА и V_F=1.3В: R = (5В - 1.3В) / 0.02А = 185 Ом (используйте стандартный резистор 180 или 220 Ом). Вывод GPIO затем будет управлять базой/затвором транзистора, который коммутирует ток светодиода._F9.3 Почему Пиковый прямой ток (1А) так сильно превышает Непрерывный ток (100мА)?

Это связано с тепловыми ограничениями. Импульс 1А настолько короткий (≤100мкс) и редкий (скважность ≤1%), что полупроводниковый переход не успевает значительно нагреться. Номинальный непрерывный ток 100мА учитывает установившееся выделяемое тепло, которое корпус должен рассеивать в окружающую среду, чтобы поддерживать температуру перехода в безопасных пределах.

9.4 Как выбрать подходящий приемник для этого светодиода?

Ищите фототранзистор, фотодиод или ИК-приемный модуль, пиковая спектральная чувствительность которого находится около 875нм. Большинство кремниевых детекторов имеют пиковую чувствительность между 800нм и 950нм, что делает их хорошим совпадением. Всегда проверяйте кривую спектральной чувствительности приемника в его техническом описании.

10. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование пульта ДУ дальнего действия

Цель
: Передавать надежный сигнал на расстояние до 15 метров в типичной гостиной.Конструктивные решения
Режим управления:

1. : Использовать импульсный режим при I= 1А для максимизации излучающей интенсивности (тип. 40 мВт/ср) и достижения максимальной дальности._FPСхема
2. : Микроконтроллер генерирует кодированную последовательность импульсов. Вывод GPIO управляет N-канальным MOSFET. Светодиод и небольшой резистор для измерения тока включены последовательно между источником питания (например, 2xAA батареи ~3В) и стоком MOSFET. Значение резистора мало и служит только для установки пикового тока: R = (Vбатареи_{- V}F_импульс_{- V}DS_on_{) / 1А. Для MOSFET используется резистор в цепи затвора.}Временные параметры импульсов
3. : Убедитесь, что каждый высокий импульс в коде пульта ДУ (например, протокол NEC) имеет длительность ≤100мкс. Скважность в течение всей передаваемой посылки должна быть ≤1%. Это условие обычно легко выполняется для коротких кодов пультов ДУ.Оптика
4. : Собственный луч 35 градусов может быть достаточным. Для лучшей направленности и дальности перед светодиодом можно добавить простую пластиковую коллимирующую линзу.Этот подход использует ключевые преимущества SIR323-5: высокий импульсный выход и низкое прямое напряжение, что позволяет создать мощный пульт ДУ от небольшого батарейного источника.

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переходный диод. Когда прикладывается прямое напряжение (анод положителен относительно катода), электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия. В стандартном кремниевом диоде эта энергия в основном выделяется в виде тепла. В таких материалах, как арсенид галлия-алюминия (GaAlAs), используемый в этом светодиоде, значительная часть этой энергии рекомбинации высвобождается в виде фотонов (света). Конкретная длина волны излучаемого света (875нм в данном случае) определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, которая задается в процессе выращивания кристалла. Прозрачный эпоксидный корпус действует как линза, формируя излучаемый свет в характерную диаграмму направленности.

12. Тенденции и развитие технологий

Технология инфракрасных светодиодов продолжает развиваться. Хотя стандартный 5мм корпус с монтажом в отверстия остается популярным для устаревших конструкций и любительского использования, отраслевой тренд сильно смещен в сторону корпусов для поверхностного монтажа (SMD) (например, 0805, 1206 или чип-корпуса). SMD-компоненты предлагают меньший размер, лучшую пригодность для автоматизированной установки и часто улучшенные тепловые характеристики. Также ведутся разработки в области материалов для достижения более высокой эффективности (больше светового выхода на ватт электрической мощности), различных пиковых длин волн для конкретных сенсорных применений (например, 940нм для скрытой работы, 850нм для камер наблюдения с ИК-подсветкой) и интеграции светодиода со схемой управления или даже приемником в единый модуль. Однако фундаментальный принцип работы и ключевые параметры, описанные для SIR323-5, остаются краеугольным камнем для понимания и спецификации любого ИК-светодиода.

Infrared LED technology continues to evolve. While the basic 5mm through-hole package remains popular for legacy designs and hobbyist use, the industry trend is strongly towards surface-mount device (SMD) packages (e.g., 0805, 1206, or chip-scale packages). SMDs offer smaller size, better suitability for automated pick-and-place assembly, and often improved thermal performance. There is also ongoing development in materials to achieve higher efficiency (more light output per electrical watt input), different peak wavelengths for specific sensing applications (e.g., 940nm for covert operation, 850nm for surveillance cameras with IR illumination), and integration of the LED with driver circuitry or even the receiver into a single module. However, the fundamental operating principle and key parameters described for the SIR323-5 remain the cornerstone for understanding and specifying any IR LED.