Техническая документация LTE-3271T - ИК-излучатель 940 нм - Высокий ток и низкое прямое напряжение

1. Обзор продукта

LTE-3271T — это мощный инфракрасный (ИК) светоизлучающий диод (СИД), предназначенный для применений, требующих высокой оптической мощности. Его ключевые преимущества заключаются в специальной конструкции, позволяющей работать с высокими токами накачки при сохранении относительно низкого падения прямого напряжения, что способствует повышению эффективности в энергочувствительных разработках. Этот излучатель работает на пиковой длине волны 940 нанометров, что помещает его в ближний инфракрасный спектр, идеальный для таких применений, как датчики приближения, оптические переключатели и системы дистанционного управления, где нежелательно видимое свечение. Устройство характеризуется широким углом обзора, обеспечивая широкую и равномерную диаграмму направленности, подходящую для освещения площадей или сенсорных применений.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Максимальный постоянный прямой ток (I_F) для устройства составляет 100 мА. Однако оно способно выдерживать значительно более высокие импульсные токи: до 2 Ампер для импульсов длительностью 10 микросекунд с частотой 300 импульсов в секунду. Это подчеркивает его пригодность для импульсных применений, таких как передача данных или сенсорика в импульсном режиме. Максимальная рассеиваемая мощность — 150 мВт. Диапазоны рабочих температур и температур хранения составляют от -40°C до +85°C и от -55°C до +100°C соответственно, что указывает на надежную работу в широком диапазоне условий окружающей среды. Устройство выдерживает обратное напряжение (V_R) до 5 Вольт.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Ключевые параметры измерены при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Для устройства предусмотрена система сортировки по излучаемой мощности:

• Бин B:Облученность в апертуре (E_e) 0.64 - 1.20 мВт/см²; Сила излучения (I_E) 4.81 - 9.02 мВт/ср (приI_F=20мА).
• Бин C: E_e0.80 - 1.68 мВт/см²;I_E6.02 - 12.63 мВт/ср.
• Бин D: E_e1.12 мВт/см² (Мин.);I_E8.42 мВт/ср (Мин.).

Прямое напряжение (V_F) обычно составляет 1.6В при 50мА и 2.1В при 250мА, что подтверждает его способность к низковольтной работе. Пиковая длина волны излучения — 940 нм с типичной полушириной спектра (Δλ) 50 нм. Угол обзора (2θ_1/2) составляет 50 градусов, определяя конус, внутри которого сила излучения составляет не менее половины от максимального значения.

3. Объяснение системы сортировки

Продукт использует систему сортировки по производительности на основе излучаемой мощности. Эта система группирует устройства в соответствии с измеренной оптической мощностью (Сила излучения и Облученность в апертуре) при стандартном испытательном токе 20мА. Бины B, C и D представляют разные уровни оптической мощности, причем Бин D предлагает самую высокую гарантированную минимальную мощность. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, точно соответствующие требованиям к чувствительности парных детекторов или потребностям в освещении для их применения, обеспечивая стабильную работу системы.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько характеристических графиков. Рисунок 1 показываетСпектральное распределение, иллюстрирующее узкую полосу излучения около 940нм. Рисунок 2 изображаетЗависимость прямого тока от температуры окружающей среды (кривая снижения номинала), показывая, как максимально допустимый постоянный ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды для предотвращения перегрева. Рисунок 3 — стандартнаяВольт-амперная характеристика (ВАХ), показывающая зависимость прямого тока от прямого напряжения. Рисунок 4 показывает, какОтносительная сила излученияуменьшается с ростом температуры окружающей среды. Рисунок 5 показывает, какОтносительная сила излученияувеличивается с ростом прямого тока, демонстрируя масштабируемость выходной мощности устройства. Рисунок 6 — этоДиаграмма направленности, полярная диаграмма, наглядно представляющая угол обзора в 50 градусов. Рисунок 7 детализируетЗависимость пикового прямого тока от длительности импульса, предоставляя важные данные для проектирования безопасных импульсных схем управления, показывая максимально допустимый ток для заданной длительности импульса и скважности.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Устройство поставляется в стандартном корпусе для светодиодов с фланцем. Ключевые размерные примечания включают: все размеры указаны в миллиметрах, общий допуск составляет ±0.25мм, если не указано иное. Максимальный выступ смолы под фланцем — 1.5мм. Расстояние между выводами измеряется в точке их выхода из корпуса. Точные длина, ширина, высота, диаметр выводов и их позиционирование определены на конкретном размерном чертеже из спецификации.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

В предельно допустимых режимах указано, что выводы можно паять при температуре 260°C в течение 5 секунд, измеренной на расстоянии 1.6мм (0.063 дюйма) от корпуса. Это критический параметр для процессов волновой пайки или оплавления. Превышение этой температуры или времени может повредить внутренний полупроводниковый кристалл или целостность корпуса. При обращении и монтаже следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР).

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

LTE-3271T хорошо подходит для различных инфракрасных применений, включая:Блоки инфракрасного дистанционного управлениядля бытовой электроники,Датчики приближения и присутствияв приборах или системах безопасности,Оптические переключатели и энкодерыв промышленном оборудовании,Обнаружение объектовв автоматизации, иПодсветка для ночного виденияв паре с камерой, чувствительной к ИК-излучению.

7.2 Вопросы проектирования

• Управление током:Для стабильного оптического выхода рекомендуется использовать источник постоянного тока, так как интенсивность светодиода в первую очередь зависит от тока. Схема управления должна учитывать как пределы постоянного, так и импульсного тока.
• Тепловой менеджмент:Хотя устройство имеет широкий рабочий диапазон, поддержание более низкой температуры перехода обеспечит больший срок службы и стабильный выход. Рассмотрите возможность использования теплоотвода для применений с высокой скважностью или высоким током.
• Оптическое проектирование:Угол обзора в 50 градусов следует учитывать при проектировании линзы или корпуса. Для применений с большей дальностью может потребоваться вторичная линза для коллимации луча.
• Сопряжение с детектором:Убедитесь, что выбранный фотодетектор или сенсор чувствителен в области 940 нм для оптимальной работы системы.

8. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со стандартными маломощными ИК-светодиодами, ключевыми отличиями LTE-3271T являются еговысокая токовая способность(до 2А в импульсе) инизкое прямое напряжение. Такое сочетание позволяет получать более высокую оптическую мощность от заданного напряжения питания, повышая эффективность. Явная сортировка по силе излучения обеспечивает гарантированные уровни производительности, что дает преимущество перед несортированными компонентами, выходная мощность которых может значительно варьироваться. Широкий угол обзора полезен для применений, требующих широкого покрытия, а не узкого луча.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 5В?

О: Нет. Вывод микроконтроллера обычно не может выдавать 100 мА постоянно. Необходимо использовать транзистор или специализированную схему драйвера. Кроме того, необходимо включить токоограничивающий резистор, так как низкое прямое напряжение светодиода вызовет чрезмерный ток при прямом подключении к 5В.

В: В чем разница между Силой излучения (мВт/ср) и Облученностью в апертуре (мВт/см²)?

О: Сила излучения измеряет оптическую мощность на единицу телесного угла (стерадиан), описывая, насколько сконцентрирован свет. Облученность в апертуре измеряет мощность на единицу площади на определенном расстоянии/позиции, что часто важно для датчиков. Оба параметра связаны через геометрию и диаграмму направленности.

В: Как выбрать между Бином B, C или D?

О: Выбирайте на основе чувствительности вашей приемной цепи и требуемой рабочей дистанции. Бин D предлагает самую высокую гарантированную мощность для максимальной дальности или силы сигнала. Для менее требовательных применений может быть достаточно и более экономичных Бинов B или C.

10. Практический пример проектирования

Пример: Проектирование дальнобойного датчика приближения.

Для датчика с требуемой дальностью 2 метра разработчик выберет LTE-3271T в Бине D для максимальной мощности. Будет спроектирована импульсная схема управления, работающая на максимально допустимом токе 2А для очень коротких импульсов (например, 10 мкс) с низкой скважностью (например, 1%), как показано на Рисунке 7. Это обеспечивает высокую мгновенную оптическую мощность для лучшего отношения сигнал/шум на детекторе без превышения предела средней рассеиваемой мощности. Над излучателем будет установлена линза для сужения луча с исходных 50 градусов до, возможно, 10-15 градусов, концентрируя энергию на целевой области на расстоянии 2 метра. Парный фотодетектор будет иметь узкополосный фильтр с центром на 940 нм для отсечения фонового света.

11. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n-переходный диод. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия в виде фотонов (света). Конкретная длина волны 940 нм определяется шириной запрещенной зоны полупроводниковых материалов, используемых в конструкции диода (обычно арсенид алюминия-галлия, AlGaAs). Широкий угол обзора является результатом конструкции корпуса и расположения полупроводникового кристалла относительно эпоксидной линзы.

12. Технологические тренды

Тренд в технологии ИК-излучателей продолжается в сторону повышения эффективности (больше оптической мощности на ватт электрической), что снижает тепловыделение и энергопотребление. Также ведутся разработки в сторону повышения скорости модуляции для применений в передаче данных, таких как IrDA или оптические беспроводные сети. Другой тренд — интеграция, когда излучатели объединяются с драйверами, сенсорами или логикой в единые модули или микросхемы для упрощения проектирования систем. Фундаментальный принцип работы остается основанным на физике полупроводников, но улучшения в материалах (таких как новые соединения III-V группы) и технологиях корпусирования ведут к повышению производительности.