Техническая спецификация инфракрасного светодиода SIR383C - 5мм корпус - 1.6В прямое напряжение - 875нм длина волны - 150мВт мощность

1. Обзор продукта

SIR383C — это высокоинтенсивный инфракрасный (ИК) светоизлучающий диод в корпусе 5мм. Он выполнен в прозрачном пластиковом корпусе и предназначен для излучения света с пиковой длиной волны 875 нанометров (нм). Спектральные характеристики данного устройства согласованы с распространенными кремниевыми фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приемными модулями, что делает его идеальным источником для различных применений в ИК-датчиках и системах передачи.

Ключевые преимущества данного компонента включают высокую надежность, высокую выходную излучательную интенсивность и низкое требование к прямому напряжению. Он изготовлен из бессвинцовых материалов и соответствует соответствующим экологическим нормам, включая RoHS, EU REACH и стандарты по отсутствию галогенов (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Стандартное расстояние между выводами 2.54мм облегчает интеграцию в стандартные печатные платы (PCB).

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные 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
• Температура пайки (T_sol): 260°C (в течение ≤ 5 секунд)
• Рассеиваемая мощность (P_d): 150 мВт (при температуре окружающего воздуха 25°C или ниже)

2.2 Электрооптические характеристики (T_a= 25°C)

Это типичные параметры производительности в указанных условиях испытаний.

• Излучательная интенсивность (I_e): Обычно 20 мВт/ср при I_F= 20мА. В импульсном режиме (I_F= 100мА, Импульс ≤ 100мкс, Скважность ≤ 1%) может достигать 95 мВт/ср, и до 950 мВт/ср при I_F= 1А с теми же ограничениями по импульсу.
• Пиковая длина волны (λ_p): 875 нм (при I_F= 20мА)
• Спектральная ширина (Δλ): 80 нм (при I_F= 20мА)
• Прямое напряжение (V_F): 1.3 В (Типичное), 1.6 В (Максимальное) при I_F= 20мА
• Обратный ток (I_R): 10 мкА (Максимальный) при V_R= 5В
• Угол обзора (2θ_1/2): 20 градусов (при I_F= 20мА)

Примечание: Погрешности измерений составляют ±0.1В для V_F, ±10% для I_eи ±1.0нм для λ_p.

3. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько характеристических кривых, необходимых для инженеров-проектировщиков.

3.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая снижения номинальных значений показывает, как максимально допустимый непрерывный прямой ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды выше 25°C. Для правильного теплового режима необходимо обращаться к этому графику, чтобы предотвратить перегрев и обеспечить долгосрочную надежность.

3.2 Спектральное распределение

График иллюстрирует относительную излучаемую мощность в спектре длин волн с центром на пике 875нм. Ширина полосы 80нм указывает диапазон излучаемых длин волн, что важно для согласования с кривой чувствительности принимающего датчика.

3.3 Пиковая длина волны излучения в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая демонстрирует смещение пиковой длины волны (λ_p) при изменении температуры окружающей среды. Понимание этого температурного дрейфа критически важно для применений, требующих точного согласования по длине волны.

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

Вольт-амперная характеристика является основополагающей для проектирования схем, показывая нелинейную зависимость между током через светодиод и напряжением на нем. Она помогает в выборе соответствующих токоограничивающих резисторов и требований к источнику питания.

3.5 Излучательная интенсивность в зависимости от прямого тока

Этот график показывает оптическую выходную мощность (излучательную интенсивность) как функцию тока накачки. Обычно она является сублинейной при более высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности, что подчеркивает важность работы светодиода в его оптимальном диапазоне.

3.6 Относительная излучательная интенсивность в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма определяет пространственную диаграмму направленности или угол обзора светодиода. Угол обзора 20 градусов указывает на относительно сфокусированный луч, что подходит для направленных ИК-применений.

4. Механическая и упаковочная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

SIR383C выполнен в стандартном круглом корпусе светодиода 5мм. Ключевые размеры включают диаметр корпуса 5.0мм, типичное расстояние между выводами 2.54мм и общую длину. Катод обычно обозначается двумя признаками: 1) Срезанной гранью на ободке линзы светодиода, и 2) Катодный вывод обычно короче анодного. Все размеры имеют допуск ±0.25мм, если не указано иное. Инженеры должны обращаться к подробному механическому чертежу в спецификации для точного размещения и проектирования посадочного места.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Правильное обращение имеет решающее значение для сохранения целостности и производительности устройства.

5.1 Формовка выводов

• Изгиб должен производиться на расстоянии не менее 3мм от основания эпоксидной колбы.
• Формуйте выводы перед пайкой и избегайте механических нагрузок на корпус.
• Обрезайте выводы при комнатной температуре, а не в нагретом состоянии.
• Убедитесь, что отверстия в печатной плате идеально совпадают с выводами светодиода, чтобы избежать монтажных напряжений.

5.2 Хранение

• Храните при температуре ≤ 30°C и относительной влажности (RH) ≤ 70%. Срок годности в этих условиях 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, чтобы предотвратить конденсацию.

5.3 Пайка

Соблюдайте минимальное расстояние 3мм от места пайки до эпоксидной колбы.

• Ручная пайка: Температура жала паяльника ≤ 300°C (для паяльника мощностью до 30Вт), время пайки ≤ 3 секунды.
• Волновая/Погружная пайка: Предварительный нагрев ≤ 100°C (макс. 60 сек), температура ванны припоя ≤ 260°C в течение ≤ 5 секунд.
• Избегайте нагрузок на выводы во время и сразу после пайки, пока устройство горячее.
• Не выполняйте погружную/ручную пайку более одного раза.
• Позвольте светодиоду постепенно остыть до комнатной температуры, защищая его от ударов или вибрации во время охлаждения.

5.4 Очистка

• При необходимости очищайте только изопропиловым спиртом при комнатной температуре в течение ≤ 1 минуты. Высушите на воздухе.
• Избегайте ультразвуковой очистки. Если это абсолютно необходимо, предварительно квалифицируйте параметры процесса, чтобы убедиться в отсутствии повреждений.

5.5 Тепловой режим

Тепловой режим должен быть учтен на этапе проектирования применения. Рабочий ток должен быть снижен в соответствии с кривой зависимости прямого тока от температуры окружающей среды, чтобы предотвратить чрезмерную температуру перехода, которая может ухудшить производительность и срок службы.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Спецификация маркировки

Маркировка продукта включает такую информацию, как номер детали заказчика (CPN), номер продукта (P/N), количество в упаковке (QTY) и различные коды характеристик (CAT для интенсивности, HUE для длины волны, REF для напряжения), а также номер партии и даты.

6.2 Количество в упаковке

Стандартная упаковка — 500 штук в пакете, 5 пакетов во внутренней коробке. Стандартный картонный ящик содержит 10 внутренних коробок, всего 5000 штук.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Пульты дистанционного управления ИК-излучением: Его высокая излучательная интенсивность, особенно в импульсном режиме, делает его подходящим для пультов ДУ большой дальности или высокой мощности.
• Детекторы дыма: Используется в фотоэлектрических детекторах дыма, где ИК-луч рассеивается частицами дыма на приемник.
• Инфракрасные системы: Универсальная ИК-передача для каналов передачи данных, датчиков приближения, счетчиков объектов и промышленной автоматизации.

7.2 Особенности проектирования

• Управление током: Используйте источник постоянного тока или токоограничивающий резистор, включенный последовательно со светодиодом. Обратитесь к ВАХ и кривым снижения номинальных значений.
• Импульсный режим для более высокой выходной мощности: Для применений, требующих очень высокой мгновенной интенсивности (например, передача на большую дальность), используйте спецификации импульсного управления (I_FPдо 1А со строгими ограничениями по скважности).
• Спектральное согласование: Убедитесь, что приемник (фототранзистор, фотодиод или ИК-модуль) имеет пиковую чувствительность около 875нм для оптимальной силы сигнала.
• Оптическое проектирование: Угол обзора 20 градусов может потребовать использования линз или отражателей для достижения желаемой диаграммы направленности луча.
• Разводка печатной платы: Точно следуйте механическим размерам и соблюдайте правило минимального расстояния 3мм от места пайки до корпуса.

8. Техническое сравнение и отличия

По сравнению с обычными ИК-светодиодами 5мм, SIR383C предлагает сбалансированное сочетание характеристик:

• Высокая интенсивность: Его типичная излучательная интенсивность 20 мВт/ср при 20мА является конкурентоспособной для стандартных корпусов 5мм.
• Точная длина волны: Пик 875нм является распространенным стандартом, обеспечивая широкую совместимость с приемниками.
• Надежные спецификации: Четко определенные параметры импульсного режима (до 1А) обеспечивают гибкость проектирования для приложений с высокими импульсными нагрузками.
• Полное соответствие нормам: Соответствие RoHS, REACH и стандартам по отсутствию галогенов обеспечивает долгосрочную пригодность проектов для мировых рынков.
• Подробные примечания по применению: В спецификации представлены обширные рекомендации по обращению, пайке и хранению, что крайне важно для производственного выхода и надежности продукта.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 В чем разница между номинальным непрерывным и импульсным прямым током?

Непрерывный прямой ток (100мА) — это максимальный постоянный ток, который светодиод может выдерживать неограниченно долго без повреждения, с учетом тепловых ограничений. Пиковый прямой ток (1А) — это гораздо более высокий ток, разрешенный только для очень коротких импульсов (≤100мкс) при низкой скважности (≤1%). Это позволяет создавать кратковременные вспышки света высокой интенсивности без перегрева кристалла светодиода.

9.2 Как определить катод (отрицательный вывод)?

Катод обычно обозначается двумя признаками: 1) Срезанной гранью на ободке круглой линзы светодиода, и 2) Катодный вывод обычно короче анодного. Всегда проверяйте полярность перед пайкой, чтобы избежать обратного смещения.

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

Нет, подключать напрямую не следует. Прямое напряжение светодиода составляет около 1.3-1.6В. Подключение его напрямую к источнику более высокого напряжения без токоограничивающего резистора вызовет чрезмерный ток, что может мгновенно разрушить светодиод. Всегда используйте последовательный резистор, рассчитанный по формуле R = (V_supply- V_F) / I_F.

9.4 Почему срок хранения ограничен 3 месяцами?

Пластиковый корпус может поглощать влагу из воздуха. Во время последующих высокотемпературных процессов, таких как пайка, эта захваченная влага может быстро расширяться, вызывая внутреннее расслоение или растрескивание (эффект "попкорна"). Ограничение в 3 месяца предполагает стандартные условия заводского цеха. Для более длительного хранения предписан метод сухого пакета (азот с осушителем) для предотвращения поглощения влаги.

10. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование передатчика для пульта ДУ большой дальности.

Цель: Достижение дальности более 30 метров в типичной гостиной.

Шаги проектирования:

1. Выбор метода управления: Для максимизации дальности нам нужна высокая мгновенная оптическая мощность. Поэтому мы будем использовать импульсное управление при максимальном номинальном I_FPв 1А.
2. Параметры импульса: Установите длительность импульса 100мкс и скважность 1% (например, 100мкс ВКЛ, 9900мкс ВЫКЛ). Это гарантирует соблюдение абсолютных максимальных параметров.
3. Проектирование схемы: Можно использовать простой транзисторный ключ (например, NPN или N-канальный MOSFET), управляемый выводом GPIO микроконтроллера. Небольшой резистор в цепи базы/затвора ограничивает ток управления. Последовательный резистор между источником питания и светодиодом может все еще потребоваться для установки точного импульсного тока 1А, с учетом напряжения насыщения транзистора.
4. Источник питания: Напряжение питания должно быть достаточно высоким, чтобы преодолеть V_F(≈1.5В при высоком токе) плюс падение напряжения на транзисторе и любом последовательном резисторе. Источника 5В обычно достаточно.
5. Модуляция: ИК-импульсы должны модулироваться на несущей частоте (например, 38кГц), совместимой с целевым приемником. Это делается путем включения и выключения импульсов 1А с частотой 38кГц в пределах огибающей 100мкс.
6. Тепловой режим: Хотя скважность очень низкая, убедитесь, что средняя мощность (P_avg= V_F* I_{F_avg}) находится в пределах номинала 150мВт. При импульсах 1А со скважностью 1%, I_{F_avg}= 10мА. P_avg≈ 1.5В * 0.01А = 15мВт, что хорошо в пределах допустимого.

Этот подход использует импульсные возможности светодиода для достижения значительно большей дальности, чем позволило бы непрерывное управление на 20мА.

11. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переходный диод, который излучает невидимый инфракрасный свет при электрическом смещении в прямом направлении. Электроны рекомбинируют с дырками внутри устройства, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретная длина волны излучаемого света (например, 875нм) определяется шириной запрещенной зоны используемого полупроводникового материала, в данном случае арсенида галлия-алюминия (GaAlAs). Прозрачная эпоксидная линза не фильтрует ИК-свет, обеспечивая высокую эффективность передачи. Излучательная интенсивность — это мера оптической мощности, излучаемой на единицу телесного угла, указывающая на степень фокусировки и мощность излучаемого луча.

12. Тенденции развития

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

• Повышение эффективности: Разработка новых полупроводниковых материалов и структур кристаллов (например, flip-chip, тонкопленочных) для достижения более высокой излучательной интенсивности и эффективности преобразования (выходная оптическая мощность / входная электрическая мощность) при тех же или меньших размерах корпуса.
• Миниатюризация: Спрос на корпуса с меньшей площадью (например, SMD 0402, 0603) для создания более компактных электронных устройств, особенно в потребительской электронике и носимых устройствах.
• Повышенная надежность: Улучшение материалов и процессов корпусирования для выдерживания более высоких температур пайки (совместимых с бессвинцовыми требованиями), более жестких условий окружающей среды и увеличения срока службы.
• Интегрированные решения: Развитие комбинированных модулей излучатель-датчик и специализированных интегральных схем (ASIC), включающих драйверы, модуляторы и логику, упрощающих системное проектирование для конечных пользователей.
• Диверсификация длин волн: Доступность ИК-светодиодов с различными пиковыми длинами волн (например, 850нм, 940нм, 1050нм) для различных применений, таких как избегание помех от окружающего света (940нм менее заметен) или согласование с чувствительностью конкретных датчиков.