Техническая документация на инфракрасный светодиод HIR7393C 5мм - Диаметр 5.0мм - Прямое напряжение 1.45В - Длина волны 850нм - Рассеиваемая мощность 150мВт

1. Обзор продукта

Данное устройство представляет собой высокоинтенсивный инфракрасный излучающий диод (IRED) в стандартном корпусе T-1 3/4 (диаметр 5.0мм) с прозрачной пластиковой линзой. Он предназначен для излучения света с пиковой длиной волны 850нм, что обеспечивает спектральное соответствие с распространёнными кремниевыми фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приёмными модулями для надёжной работы в системах датчиков и связи.

1.1 Ключевые особенности и основные преимущества

• Высокая сила излучения:Обеспечивает типичную силу излучения 15 мВт/ср при прямом токе 20мА, что позволяет осуществлять мощную передачу сигнала.
• Низкое прямое напряжение:Характеризуется типичным прямым напряжением (V_F) 1.45В при 20мА, что способствует снижению энергопотребления в схемах.
• Высокая надёжность:Изготовлен из прочных материалов и по технологиям, подходящим для промышленного применения.
• Бессвинцовый и соответствует RoHS:Производится в соответствии с экологическими нормами.
• Стандартный шаг выводов:Шаг выводов 2.54мм (0.1 дюйма) для совместимости со стандартными макетными платами и печатными платами.

1.2 Целевой рынок и области применения

Данный инфракрасный светодиод в первую очередь предназначен для разработчиков и инженеров, работающих над электронными системами, требующими невидимых источников света. Его основное применение — винфракрасных прикладных системах, которые в широком смысле включают:

• Обнаружение объектов и датчики приближения
• Инфракрасная передача данных (например, пульты дистанционного управления, связь на короткие расстояния)
• Оптические энкодеры и датчики положения
• Барьерные системы и охранные датчики
• Промышленная автоматизация и освещение для машинного зрения

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые параметры

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

• Непрерывный 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 окружающего воздуха 25°C или ниже)
• Температура пайки (T_sol):260°C в течение ≤5 секунд

2.2 Электрооптические характеристики (Ta=25°C)

Это типичные параметры производительности при указанных условиях испытаний.

• Сила излучения (I_e):Мин. 7.8, Тип. 15 мВт/ср при I_F=20мА. Может достигать ~50 мВт/ср при I_F=100мА в импульсном режиме.
• Пиковая длина волны (λ_p):850 нм (Типичная) при I_F=20мА. Это близко к пику чувствительности кремниевых детекторов.
• Спектральная ширина (Δλ):45 нм (Типичная) при I_F=20мА. Определяет спектральную ширину на половине максимальной интенсивности.
• Прямое напряжение (V_F):Тип. 1.45В, Макс. 1.65В при I_F=20мА. Тип. 1.80В, Макс. 2.40В при I_F=100мА (импульсный).
• Обратный ток (I_R):Макс. 10 мкА при V_R=5В.
• Угол обзора (2θ_1/2):45 градусов (Типичный) при I_F=20мА. Это полный угол на половине интенсивности.

2.3 Тепловые характеристики

Номинальная рассеиваемая мощность 150мВт указана при температуре окружающей среды 25°C или ниже. По мере роста температуры окружающей среды максимально допустимая рассеиваемая мощность снижается. Разработчики должны обращаться к кривой снижения номинальных параметров (подразумевается в документации), чтобы гарантировать, что температура перехода не превышает безопасных пределов, что критически важно для долгосрочной надёжности. Рабочий диапазон температур от -40°C до +85°C делает его пригодным для работы в суровых условиях.

3. Объяснение системы бинов

HIR7393C доступен в различных классах производительности, или "бинах", на основе силы излучения, измеренной при I_F= 20мА. Это позволяет выбрать устройство, соответствующее конкретным требованиям к яркости.

Бинирование по силе излучения (Единица: мВт/ср):

• Бин M:Мин 7.8, Макс 12.5
• Бин N:Мин 11.0, Макс 17.6
• Бин P:Мин 15.0, Макс 24.0
• Бин Q:Мин 21.0, Макс 34.0

Высший бин (например, Q) гарантирует более высокую минимальную силу излучения, что может быть важно для максимизации отношения сигнал/шум в приложениях датчиков или увеличения дальности ИК-передачи.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Кривая снижения номинальных параметров показывает зависимость между максимально допустимым непрерывным прямым током и температурой окружающей среды. При повышении температуры максимальный ток должен быть уменьшен для предотвращения перегрева и обеспечения безопасных пределов температуры перехода. Эта кривая необходима для проектирования надёжных схем, особенно в условиях высоких температур.

4.2 Спектральное распределение

Кривая спектрального распределения отображает относительную силу излучения в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик излучения на 850нм и спектральную ширину примерно 45нм. Кривая относительно симметрична и центрирована на 850нм, что идеально для согласования с кремниевыми детекторами, пик чувствительности которых находится в районе 800-900нм.

4.3 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Эта кривая демонстрирует, что сила излучения увеличивается с ростом прямого тока, но зависимость не является идеально линейной, особенно при высоких токах из-за нагрева и падения эффективности. Работа в импульсном режиме (как указано для испытания при 100мА) позволяет достичь более высокой пиковой интенсивности без теплового накопления, связанного с непрерывной работой.

4.4 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма иллюстрирует пространственную диаграмму направленности излучения светодиода. Угол обзора 45 градусов (полная ширина на половине максимума) указывает на умеренно широкий луч. Интенсивность максимальна при 0 градусов (на оси) и плавно уменьшается к краям. Эта диаграмма важна для проектирования оптических систем, чтобы обеспечить достаточное покрытие или фокусировку.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный круглый корпус T-1 3/4 (диаметр 5.0мм). Ключевые размеры включают:

• Общий диаметр: 5.0мм.
• Шаг выводов: 2.54мм (стандартный).
• Диаметр выводов: Обычно 0.45мм.
• Высота корпуса: Приблизительно 8.6мм от плоскости установки до вершины купола.
• Допуски: ±0.25мм, если не указано иное на подробном чертеже размеров.

Для критически важного размещения и проектирования посадочного места на печатной плате следует обращаться к точному механическому чертежу.

5.2 Определение полярности

У светодиода имеется плоское место или выемка на ободке пластиковой линзы, что обычно указывает на сторону катода (отрицательную). Вывод катода также обычно короче, хотя он может быть обрезан во время сборки. Всегда проверяйте полярность перед пайкой, чтобы предотвратить повреждение от обратного смещения.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Формовка выводов

• Изгибайте выводы в точке не менее чем в 3мм от основания эпоксидной колбы.
• Выполняйте формовку выводовдо soldering.
• Избегайте приложения напряжения к корпусу светодиода во время изгиба.
• Обрезайте выводы при комнатной температуре.
• Убедитесь, что отверстия в печатной плате идеально совпадают с выводами светодиода, чтобы избежать монтажного напряжения.

6.2 Хранение

• Рекомендуемые условия хранения: ≤30°C и ≤70% относительной влажности (RH).
• Срок годности при этих условиях: 3 месяца с момента отгрузки.
• Для более длительного хранения (до 1 года): Используйте герметичный контейнер с азотной атмосферой и влагопоглотителем.
• Избегайте резких перепадов температуры во влажной среде, чтобы предотвратить конденсацию.

6.3 Процесс пайки

Общее правило:Соблюдайте минимальное расстояние 3мм от паяного соединения до эпоксидной колбы.

Ручная пайка:

• Температура жала паяльника: Макс. 300°C (для паяльника мощностью до 30Вт).
• Время пайки на вывод: Макс. 3 секунды.

Пайка погружением/волной:

• Температура предварительного нагрева: Макс. 100°C (максимум 60 секунд).
• Температура ванны припоя: Макс. 260°C.
• Время нахождения в припое: Макс. 5 секунд.

Критические замечания:

• Избегайте напряжения на выводах во время высокотемпературных фаз.
• Не выполняйте пайку погружением/вручную более одного раза.
• Защищайте светодиод от механических ударов/вибрации, пока он не остынет до комнатной температуры после пайки.
• Избегайте процессов быстрого охлаждения.
• Используйте минимально возможную температуру, обеспечивающую надёжное паяное соединение.

6.4 Очистка

• При необходимости очищайте только изопропиловым спиртом при комнатной температуре в течение ≤1 минуты.
• Высушите при комнатной температуре перед использованием.
• Избегайте ультразвуковой очистки, если это не абсолютно необходимо и не предварительно квалифицировано, так как она может вызвать механические повреждения.

6.5 Тепловой менеджмент

Тепловой менеджмент должен быть учтён на этапе проектирования схемы. Ток должен быть соответствующим образом снижен в зависимости от температуры окружающей среды, как показано на кривой снижения номинальных параметров. Достаточная площадь меди на печатной плате (тепловой рельеф) вокруг выводов светодиода может помочь рассеять тепло. Для работы с высоким током или в импульсном режиме с высокой скважностью могут потребоваться дополнительные меры охлаждения.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация упаковки

• Первичная упаковка:500 штук в антистатическом пакете.
• Внутренняя коробка:5 пакетов (2500 штук) во внутренней коробке.
• Внешняя/мастер-коробка:10 внутренних коробок (25 000 штук) во внешней коробке.

7.2 Информация на этикетке

Этикетка продукта содержит несколько ключевых идентификаторов:

• CPN:Номер продукта заказчика.
• P/N:Номер продукта производителя (например, HIR7393C).
• QTQ:Количество в упаковке (в пакете).
• CAT:Ранг силы излучения (код бина, например, M, N, P, Q).
• HUE:Ранг доминирующей длины волны.
• REF:Ранг прямого напряжения.
• LOT No:Номер производственной партии для прослеживаемости.

8. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

8.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространённая схема — простое последовательное соединение с токоограничивающим резистором. Значение резистора рассчитывается по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Например, при питании 5В, V_F=1.45В и желаемом I_F=20мА: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ом. Подойдёт стандартный резистор 180Ом. Для импульсной работы с более высокой интенсивностью типично использование транзистора или MOSFET-ключа, управляемого микроконтроллером.

8.2 Соображения при проектировании

• Управление током:Всегда управляйте светодиодами с помощью источника постоянного тока или источника напряжения с ограничением тока, чтобы предотвратить тепловой разгон.
• Защита от обратного напряжения:Максимальное обратное напряжение составляет всего 5В. В схемах, где возможно обратное смещение (например, AC-связь, индуктивные нагрузки), включите защитный диод параллельно светодиоду (катод к аноду).
• Оптическое проектирование:Учитывайте угол обзора 45 градусов при проектировании линз, отражателей или апертур для вашей системы. Прозрачная линза подходит для использования с внешними оптическими элементами.
• Согласование с детектором:Убедитесь, что парный фотодетектор (фототранзистор, фотодиод, приёмная ИС) чувствителен в области 850нм для оптимальной производительности.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными видимыми светодиодами или другими инфракрасными светодиодами, HIR7393C предлагает конкретные преимущества:

• По сравнению с видимыми светодиодами:Излучает в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза, что делает его идеальным для незаметного обнаружения и связи.
• По сравнению с ИК-светодиодами 940нм:Свет с длиной волны 850нм легче обнаруживается стандартными кремниевыми детекторами (которые более чувствительны в районе 800-900нм) и часто виден как слабое красное свечение на некоторых цифровых камерах, что помогает при юстировке во время прототипирования.
• По сравнению с маломощными ИК-светодиодами:Его высшие бины по силе излучения (P, Q) обеспечивают более мощный выходной сигнал, позволяя увеличить дальность или улучшить целостность сигнала в зашумлённых средах.
• По сравнению с нестандартными корпусами:Корпус T-1 3/4 является повсеместно распространённым, что облегчает его поиск, использование в прототипах и замену.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера?

О: Это зависит от способности вывода микроконтроллера выдавать ток. Многие выводы МК могут выдавать 20мА, но это часто является верхним пределом. Как правило, безопаснее и рекомендуется использовать простой транзистор (например, NPN типа 2N3904) в качестве ключа для управления светодиодом, управляемого выводом МК.

В2: Почему максимальный импульсный ток (1А) так сильно превышает непрерывный ток (100мА)?

О: Выделение тепла пропорционально квадрату тока (I²R). Очень короткий импульс (≤100мкс) с низкой скважностью (≤1%) не позволяет накопиться значительному количеству тепла в кристалле светодиода, предотвращая тепловое повреждение. Непрерывная работа при высоком токе вызвала бы перегрев.

В3: Что означает "спектрально согласованный"?

О: Это означает, что пиковая длина волны излучения этого светодиода (850нм) хорошо согласуется с пиком спектральной чувствительности распространённых кремниевых фотодетекторов. Это согласование максимизирует электрический сигнал, генерируемый в детекторе при заданном количестве ИК-света, улучшая эффективность системы и отношение сигнал/шум.

В4: Как выбрать правильный бин (M, N, P, Q)?

О: Выбирайте исходя из требований к чувствительности вашей системы. Если вам требуется стабильный, высокий выходной сигнал (например, для большей дальности или через ослабляющие материалы), указывайте бин P или Q. Для экономически чувствительных приложений, где минимальная яркость менее критична, может быть достаточно бина M или N. Обратитесь к таблице бинов для точных минимальных/максимальных значений.

11. Практические примеры проектирования и использования

11.1 Простой датчик приближения объектов

Классическое применение — отражательный датчик объектов. HIR7393C размещается рядом с фототранзистором. Светодиод освещает область перед датчиком. Когда объект приближается, он отражает ИК-свет обратно на фототранзистор, вызывая увеличение его коллекторного тока. Это изменение может быть обнаружено компаратором или АЦП микроконтроллера для запуска действия. Луч светодиода с углом 45 градусов обеспечивает хороший баланс между размером пятна и интенсивностью для такого типа обнаружения.

11.2 Инфракрасный канал передачи данных

Для простой последовательной передачи данных (как в пульте телевизора) светодиод может импульсно включаться на высоком токе (например, импульсы 100мА) в соответствии с модулированным цифровым сигналом (например, несущая 38кГц). Высокая сила излучения в импульсном режиме обеспечивает приемлемую дальность. На принимающей стороне используется соответствующий ИК-приёмный модуль (со встроенным демодулятором), настроенный на ту же частоту.

12. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (IRED) — это полупроводниковый p-n переходный диод. При прямом смещении электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия. В IRED, изготовленном из арсенида галлия-алюминия (GaAlAs), эта энергия высвобождается в основном в виде фотонов в инфракрасном спектре (в данном случае около 850нм). Прозрачный эпоксидный корпус действует как линза, формируя излучаемый свет в характерную диаграмму направленности. Эффективность этого процесса электролюминесценции определяет силу излучения при заданном токе управления.

13. Технологические тренды

Хотя фундаментальная технология корпуса T-1 3/4 и длины волны 850нм являются зрелыми, тренды в области ИК-светодиодов включают:

• Повышенная эффективность:Постоянные улучшения в материаловедении направлены на получение большей оптической мощности (силы излучения) на единицу входной электрической мощности, что снижает тепловыделение и энергопотребление.
• Более узкий спектр:Некоторые приложения, такие как газовый анализ или высокоскоростная связь, выигрывают от светодиодов с очень специфичными, узкими длинами волн излучения.
• Интегрированные устройства:Тренды включают объединение ИК-светодиода и фотодетектора в одном корпусе (по типу оптопары) или со схемой управления для более простой интеграции в систему.
• Миниатюризация:Хотя корпус 5мм остаётся популярным, корпуса для поверхностного монтажа (SMD) становятся всё более распространёнными для автоматизированной сборки и компактных конструкций.
• Безопасность для глаз:Усиленное внимание к обеспечению соответствия ИК-излучения, особенно от мощных устройств, международным стандартам безопасности для глаз (IEC 62471).

HIR7393C представляет собой надёжный, хорошо изученный компонент, который продолжает служить фундаментальным строительным блоком в широком спектре электронных систем обнаружения и управления.