Инфракрасный излучающий светодиод LTE-7377LM1-TA - Техническая документация на русском языке

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики высокопроизводительного инфракрасного (ИК) излучающего компонента. Устройство разработано для применений, требующих быстрого времени отклика и значительной выходной оптической мощности. Его основная концепция проектирования сосредоточена на надежности и эффективности в условиях импульсного режима работы, что делает его подходящим для ряда систем датчиков и связи. Компонент размещен в отличительном синем прозрачном корпусе, что может помочь при визуальной идентификации во время сборки и может обеспечивать определенные фильтрующие или пропускающие свойства для излучаемой длины волны.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Предельные эксплуатационные параметры определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Эти значения не предназначены для непрерывной работы, а представляют собой пороговые значения, которые ни при каких условиях не должны быть превышены.

• Рассеиваемая мощность (P_D):200 мВт. Это максимальное количество мощности, которое устройство может рассеивать в виде тепла. Превышение этого предела грозит тепловым разгоном и выходом из строя.
• Пиковый прямой ток (I_FP):2 А. Данный параметр применим при определенных импульсных условиях (100 импульсов в секунду, длительность импульса 10 мкс). Он указывает на способность устройства выдерживать очень высокие мгновенные токи в течение коротких промежутков времени, что критически важно для генерации высокоинтенсивных оптических импульсов.
• Постоянный прямой ток (I_F):100 мА. Максимальный постоянный ток, который может непрерывно протекать через устройство без ухудшения его производительности или срока службы.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Максимальное напряжение, которое может быть приложено в направлении обратного смещения. Превышение этого значения может вызвать пробой p-n перехода.
• Диапазон рабочих температур (T_A):от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в пределах которого гарантируется соответствие устройства заявленным спецификациям.
• Диапазон температур хранения (T_stg):от -55°C до +100°C. Диапазон температур для нерабочего хранения без деградации.
• Температура пайки выводов:260°C в течение 5 секунд, измеренная на расстоянии 1,6 мм от корпуса. Это определяет термостойкость для процессов волновой или ручной пайки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измерены при стандартной температуре окружающей среды 25°C и определяют типичные характеристики устройства в указанных условиях испытаний.

• Сила излучения (I_E):35 мВт/ср (мин.). Измерено при прямом токе (I_F) 50 мА. Сила излучения описывает оптическую мощность, излучаемую в единицу телесного угла (стерадиан), что указывает на яркость источника в определенном направлении.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):880 нм (тип.). Это длина волны, на которой оптическая выходная мощность максимальна. 880 нм находится в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза, но обнаруживаемом кремниевыми фотодиодами и многими датчиками.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):50 нм (макс.). Этот параметр, также известный как ширина на полувысоте (FWHM), указывает на спектральную ширину полосы излучаемого света. Значение 50 нм показывает, что это не монохроматический источник, а излучает в диапазоне длин волн с центром около 880 нм.
• Прямое напряжение (V_F):1,5 В (мин.), 1,75 В (тип.), 2,1 В (макс.). Измерено при высоком импульсном токе 350 мА (100 имп/с, длительность импульса 10 мкс). Это падение напряжения на диоде при прямом смещении и протекании тока. Это критически важно для проектирования схемы управления и расчета рассеиваемой мощности.
• Обратный ток (I_R):100 мкА (макс.). Ток утечки при приложении обратного смещения 5 В. Желательно низкое значение.
• Время нарастания/спада (T_r/T_f):40 нс (макс.). Это определяет скорость переключения устройства, измеряемую как время перехода оптического выхода от 10% до 90% от его конечного значения (нарастание) и наоборот (спад). Спецификация 40 нс подтверждает его пригодность для высокоскоростной модуляции и импульсных применений.
• Угол обзора (2θ_1/2):16 градусов (тип.). Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины от максимального значения (на оси). Угол 16° указывает на относительно узкий луч, полезный для направленного освещения или обнаружения по определенному пути.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены типичные характеристические кривые, которые необходимы для детального анализа проектирования. Хотя конкретные графики не воспроизводятся в предоставленном тексте, их типичное содержание и значение объясняются ниже.

3.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Этот график показывает взаимосвязь между током, протекающим через диод, и напряжением на нем. Она нелинейна, демонстрируя пороговое напряжение включения (около 1,2-1,4 В для GaAs ИК-светодиодов), после чего ток быстро возрастает при небольшом увеличении напряжения. Конструкторы используют эту кривую для выбора соответствующих токоограничивающих резисторов или проектирования драйверов постоянного тока.

3.2 Зависимость силы излучения от прямого тока

Этот график иллюстрирует, как оптическая выходная мощность увеличивается с увеличением тока управления. Обычно она линейна в широком диапазоне, но может насыщаться при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и внутреннего падения эффективности. Наклон этой линии связан с внешней квантовой эффективностью устройства.

3.3 Зависимость силы излучения от температуры окружающей среды

Эта кривая демонстрирует температурную зависимость оптического выхода. Для светодиодов сила излучения обычно уменьшается с увеличением температуры перехода. Этот коэффициент снижения номинальных характеристик критически важен для проектирования систем, работающих во всем диапазоне температур (от -40°C до +85°C), чтобы обеспечить стабильную производительность.

3.4 Спектральное распределение

График, показывающий относительную оптическую мощность в зависимости от длины волны. Он будет иметь пик на типичной длине волны 880 нм и ширину, определяемую спецификацией FWHM 50 нм. Это важно для согласования излучателя со спектральной чувствительностью используемого детектора.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный формат корпуса светодиода с фланцем для механической стабильности и, возможно, для теплоотвода. Ключевые размерные примечания из технического описания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах, в скобках - в дюймах.
• Применяется общий допуск ±0,25 мм (±0,010"), если для конкретного элемента не указано иное.
• Смола под фланцем может выступать максимум на 1,5 мм (0,059").
• Расстояние между выводами измеряется в точке выхода выводов из корпуса, что критически важно для проектирования посадочного места на печатной плате.

Конкретный чертеж размеров предоставит точные значения длины, ширины, высоты корпуса, диаметра выводов и расстояния между ними.

4.2 Определение полярности

Инфракрасные светодиоды являются поляризованными компонентами. Корпус обычно имеет плоскую сторону или выемку на ободке для обозначения катодного (отрицательного) вывода. Более длинный вывод также может указывать на анод (положительный), но маркировка на корпусе является окончательным ориентиром. Правильная полярность необходима для работы.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Соблюдение спецификаций пайки жизненно важно для предотвращения механических или термических повреждений.

• Температура пайки:Выводы могут выдерживать 260°C до 5 секунд при условии, что тепло прикладывается на расстоянии не менее 1,6 мм (0,063") от пластикового корпуса. Это предотвращает плавление или термическое напряжение смолы.
• Рекомендация по процессу:Для пайки оплавлением подходит стандартный бессвинцовый профиль с пиковой температурой, не превышающей 260°C. Время выше температуры ликвидуса должно контролироваться для минимизации общего теплового воздействия.
• Очистка:Если требуется очистка, используйте процессы, совместимые с синей прозрачной эпоксидной смолой. Следует избегать агрессивных растворителей.
• Условия хранения:Храните в сухой, антистатической среде в пределах указанного диапазона температур хранения (от -55°C до +100°C). Информация об уровне чувствительности к влаге (MSL), если применимо, будет найдена в отдельной спецификации упаковки.

6. Информация об упаковке и заказе

Последняя страница технического описания посвящена деталям упаковки. Обычно это включает:

• Формат упаковки:Устройства, вероятно, поставляются на ленте и в катушке для автоматического монтажа, что является стандартом для компонентов поверхностного монтажа. Здесь определены размер катушки, ширина ленты, размеры карманов и ориентация.
• Количество на катушке:Стандартное количество штук на катушке (например, 1000, 2000, 4000).
• Модельный номер:Номер деталиLTE-7377LM1-TAявляется полным кодом заказа. Суффиксы, такие как "-TA", могут указывать на упаковку на ленте и в катушке или на определенные варианты сортировки.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

• Инфракрасное обнаружение:Датчики приближения, обнаружение объектов, роботы, следующие по линии, и оптические прерыватели (например, обнаружение бумаги в принтерах). Узкий угол обзора и высокая скорость являются преимуществами.
• Оптическая связь:Короткодистанционные линии передачи данных, передатчики пультов дистанционного управления (для телевизоров и т.д.) и промышленная ИК-передача данных, где требуется невосприимчивость к ЭМП. Время нарастания/спада 40 нс поддерживает умеренные скорости передачи данных.
• Машинное зрение и освещение:Обеспечение невидимой подсветки для камер видеонаблюдения с функцией ночного видения или для специализированных систем машинного зрения.

7.2 Особенности проектирования

• Схема управления:Из-за высокого допустимого импульсного тока (2 А) почти всегда требуется специальный транзисторный драйвер (BJT или MOSFET). Простой последовательный резистор недостаточен для таких высокоточных импульсов и приведет к чрезмерному рассеиванию мощности.
• Ограничение тока:Для постоянного или импульсного режима работы ток должен быть активно ограничен, чтобы предотвратить превышение предельных эксплуатационных параметров. Используйте драйвер постоянного тока для стабильного оптического выхода.
• Теплоуправление:Хотя корпус имеет фланец, для непрерывной работы при высоких токах (приближающихся к 100 мА) следует учитывать разводку печатной платы в качестве радиатора, особенно при работе при высоких температурах окружающей среды.
• Оптическое проектирование:Угол обзора 16 градусов может потребовать линз или рассеивателей, если требуется другой рисунок луча. Длина волны 880 нм требует детектора, чувствительного в этом диапазоне (например, кремниевый фотодиод, фототранзистор).
• Электрическая защита:Может быть целесообразно использовать небольшой последовательный резистор или ограничитель переходных напряжений (TVS) для защиты от скачков напряжения, особенно в промышленных условиях, несмотря на номинальное обратное напряжение 5 В.

8. Техническое сравнение и отличительные особенности

Основываясь на его спецификациях, этот ИК-излучатель выделяется на рынке благодаря сочетанию ключевых атрибутов:

• Комбинация высокой скорости и высокой мощности:Скорость переключения 40 нс в сочетании с высокой силой излучения (35 мВт/ср мин.) и очень высокой импульсной токовой способностью (2 А) является значительным преимуществом для применений, требующих как ярких импульсов, так и высоких скоростей передачи данных или точного тайминга.
• Оптимизирован для импульсного режима:Явные параметры для пикового импульсного тока и прямое напряжение, указанное в импульсных условиях, указывают на то, что устройство разработано для этого требовательного режима, предлагая лучшую производительность и надежность, чем светодиоды, рассчитанные только на постоянный ток.
• Узкий угол обзора:Луч 16 градусов уже, чем у многих стандартных ИК-светодиодов (которые могут быть 30-60 градусов), обеспечивая более направленный свет и более высокую интенсивность на оси, что улучшает соотношение сигнал/шум в приложениях направленного обнаружения.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: Могу ли я управлять этим светодиодом с вывода микроконтроллера 5 В, используя только последовательный резистор?

О: Для кратковременных импульсов при низком токе (например, 20-50 мА) возможен расчет последовательного резистора (R = (V_CC- V_F) / I_F). Однако для высокоточного импульсного режима работы (350 мА или 2 А), для которого предназначено устройство, вывод микроконтроллера не может обеспечить достаточный ток. Транзисторный ключ (например, MOSFET), управляемый МК, обязателен для подачи необходимого тока от отдельного источника питания.

В2: Какова цель синего корпуса? Это просто для цвета?

О: Синяя прозрачная эпоксидная смола действует как фильтр, пропускающий короткие волны. Она прозрачна для излучаемого инфракрасного света 880 нм, но блокирует или ослабляет видимый свет. Это может помочь уменьшить помехи от окружающего видимого света в детекторе, улучшая соотношение сигнал/шум ИК-системы. Она также служит визуальным идентификатором.

В3: Как интерпретировать значение "Силы излучения" для моего проекта?

О: Сила излучения (мВт/ср) - это мера того, сколько оптической мощности излучается в заданный телесный угол. Чтобы оценить облученность (мощность на единицу площади) на расстоянии (d) на оптической оси, можно использовать приближение: E ≈ I_E/ d²для малых углов, где E в мВт/см², если d в см. Это помогает определить, достаточно ли света достигнет вашего детектора.

В4: Максимальная температура хранения составляет 100°C, а температура пайки - 260°C. Разве это не противоречиво?

О: Нет. Температура хранения предназначена для долгосрочных, нерабочих условий, когда весь корпус равномерно находится при этой температуре. Параметр пайки предназначен для очень кратковременного локального теплового воздействия (5 секунд), приложенного только к металлическим выводам, которые отводят тепло от чувствительного полупроводникового перехода и корпуса.

10. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование высокоскоростного оптического энкодера.

Оптический поворотный энкодер требует источника света, проходящего через кодированный диск на массив фотодетекторов. Энкодер должен работать на высоких скоростях вращения, что требует быстрого переключения источника света для предотвращения размытия и обеспечения точного обнаружения фронтов.

• Обоснование выбора компонента:LTE-7377LM1-TA выбран, потому что его время нарастания/спада 40 нс позволяет получать очень четкие оптические импульсы, что позволяет системе разрешать мелкие позиционные изменения на высокой скорости. Узкий угол обзора 16 градусов помогает концентрировать свет через узкие щели диска энкодера, улучшая контраст.
• Проектирование схемы:Реализована схема драйвера постоянного тока с использованием высокоскоростного MOSFET. MOSFET переключается выходом таймера или ПЛИС. Ток установлен на 100 мА (максимальный постоянный) или импульсное значение, например 350 мА, для импульсов более высокой интенсивности, оставаясь в пределах спецификаций технического описания. Прямое напряжение при этом токе используется для расчета рассеиваемой мощности в драйвере.
• Разводка и теплоотвод:Посадочное место на печатной плате соответствует расстоянию между выводами на чертеже корпуса. Под фланцем размещена небольшая термоплощадка, соединенная с земляной полигоном, для улучшения теплоотвода при непрерывной работе.
• Оптическое выравнивание:Излучатель и детектор выровнены по противоположным сторонам диска энкодера. Узкий луч обеспечивает минимальные перекрестные помехи между соседними дорожками на диске.

11. Принцип работы

Это устройство представляет собой светоизлучающий диод (LED) на основе полупроводникового p-n перехода, обычно использующий такие материалы, как арсенид галлия (GaAs) или арсенид алюминия-галлия (AlGaAs) для производства инфракрасного света. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое напряжение включения перехода, электроны и дырки инжектируются через переход. При рекомбинации этих носителей заряда энергия высвобождается в виде фотонов. Конкретная ширина запрещенной зоны полупроводникового материала определяет длину волны излучаемых фотонов, которая в данном случае сосредоточена около 880 нанометров. Синий эпоксидный корпус инкапсулирует полупроводниковый кристалл, обеспечивает механическую защиту и действует как первичная линза, формирующая выходной луч, одновременно фильтруя более короткие длины волн.

12. Тенденции развития технологии

Технология инфракрасных излучателей продолжает развиваться вместе с более широкими тенденциями в оптоэлектронике. Существует постоянное стремление к повышению эффективности (больше светового выхода на каждый ватт электрической мощности) для снижения энергопотребления и тепловыделения. Это позволяет создавать более яркие источники или увеличивать срок службы батарей в портативных устройствах. Другая тенденция - интеграция излучателей с драйверами и управляющей логикой в интеллектуальные модули, упрощающие проектирование систем. Кроме того, ведутся разработки в направлении еще более высоких скоростей переключения для поддержки более высоких скоростей передачи данных в оптической связи (например, для Li-Fi) и более точного сенсорного измерения времени пролета (ToF) для 3D-изображения и применений LiDAR. Продолжается стремление к миниатюризации, что приводит к уменьшению размеров корпусов при сохранении или улучшении характеристик производительности.