Техническая документация на ИК-излучатель и фотоприемник LTE-3277 - Высокая скорость, большая мощность, прозрачный корпус

1. Обзор продукта

LTE-3277 — это высокопроизводительный оптоэлектронный компонент, разработанный для применений, требующих быстрого времени отклика и значительной излучаемой мощности. Его ключевые преимущества заключаются в сочетании высокоскоростной работы и высокой излучательной интенсивности, что делает его подходящим для импульсных систем. Устройство размещено в прозрачном корпусе, что полезно для применений, где требуется точное оптическое выравнивание или минимальное влияние корпуса на излучаемый/принимаемый свет. Целевой рынок включает промышленную автоматизацию, системы связи (например, инфракрасную передачу данных), приложения для сенсорики и системы безопасности, где критически важна надежная ИК-сигнализация или обнаружение.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Не рекомендуется непрерывная работа устройства на этих пределах или вблизи них.

• Рассеиваемая мощность (P_D):120 мВт. Это максимальная общая мощность, которую устройство может рассеивать в виде тепла при любых условиях эксплуатации.
• Пиковый прямой ток (I_FP):1 А. Этот высокий ток применим только в импульсном режиме (300 импульсов в секунду, длительность импульса 10 мкс). Это подчеркивает способность устройства к кратковременным вспышкам света высокой интенсивности.
• Постоянный прямой ток (I_F):100 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на устройство.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Превышение этого напряжения в обратном направлении может вызвать пробой.
• Рабочая температура и температура хранения:от -40°C до +85°C. Этот широкий диапазон обеспечивает надежность в суровых условиях окружающей среды.
• Температура пайки выводов:260°C в течение 6 секунд на расстоянии 1,6 мм от корпуса. Это критически важно для процессов сборки печатных плат, чтобы предотвратить тепловое повреждение.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры указаны при температуре окружающей среды (T_A) 25°C и определяют типичные характеристики устройства.

• Излучаемая интенсивность (I_E):20 мВт/ср (мин.), 36 мВт/ср (тип.) при I_F= 20 мА. Это измеряет оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла, что указывает на его яркость.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):865 нм (тип.). Это помещает устройство в ближний инфракрасный спектр, невидимый для человеческого глаза, но обнаруживаемый кремниевыми фотодиодами.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):25 нм (тип.). Это указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света.
• Прямое напряжение (V_F):1,45 В (тип.), 1,65 В (макс.) при I_F= 20 мА. Это падение напряжения на устройстве при протекании тока.
• Изменение прямого напряжения (ΔV_F):0,4 В (макс.). Определяется как V_F@50 мА - V_F@20 мА, это указывает на характеристику динамического сопротивления.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.) при V_R= 5 В. Это ток утечки, когда устройство смещено в обратном направлении.
• Угол обзора (2θ_1/2):25° (мин.), 30° (тип.). Это полный угол, при котором излучаемая интенсивность падает до половины своего пикового значения, определяя расходимость луча.
• Центр кристалла:от 0 до 0,12 мм. Это определяет допуск на положение полупроводникового кристалла внутри корпуса, что важно для оптического выравнивания.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлено несколько графиков, иллюстрирующих ключевые зависимости. Они необходимы для проектирования схем и понимания работы в нестандартных условиях.

3.1 Спектральное распределение (Рис. 1)

Эта кривая показывает относительную излучаемую интенсивность в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик примерно на 865 нм и полуширину 25 нм, давая представление о спектральных характеристиках, полезных для выбора фильтров и приемников.

3.2 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды (Рис. 2)

Эта кривая снижения номинальных значений критически важна для управления тепловым режимом. Она показывает, как максимально допустимый постоянный прямой ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды, обеспечивая работу устройства в пределах безопасной рабочей области (SOA) и ограничений по рассеиваемой мощности.

3.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Рис. 3)

Это стандартная ВАХ (вольт-амперная характеристика). Она демонстрирует экспоненциальную зависимость между током и напряжением, что является основой для проектирования схемы управления, будь то постоянный ток или импульсный режим.

3.4 Относительная излучаемая интенсивность в зависимости от температуры окружающей среды (Рис. 4) и прямого тока (Рис. 5)

Рисунок 4 показывает, как оптическая выходная мощность уменьшается с ростом температуры при фиксированном токе накачки (например, 20 мА). Этот температурный коэффициент жизненно важен для применений, требующих стабильного выходного сигнала. Рисунок 5 показывает, как выходная мощность увеличивается с током накачки, подчеркивая нелинейную зависимость и эффекты насыщения при более высоких токах.

3.5 Диаграмма направленности излучения (Рис. 6)

Эта полярная диаграмма визуально представляет угол обзора (2θ_1/2≈ 30°). Концентрические круги представляют уровни относительной интенсивности (например, 1,0; 0,8; 0,6...). Эта диаграмма необходима для проектирования оптических систем, линз и для понимания пространственного распределения излучаемого света.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный корпус для сквозного монтажа. Ключевые размерные примечания из технического описания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах (дюймы приведены в скобках).
• Применяется общий допуск ±0,25 мм (0,010"), если не указано иное.
• Максимальный выступ смолы под фланцем составляет 1,5 мм (0,059").
• Расстояние между выводами измеряется в точке выхода выводов из корпуса.

Прозрачный материал корпуса минимизирует поглощение излучаемого ИК-света и позволяет визуально осмотреть внутренний кристалл.

4.2 Определение полярности

Для стандартного корпуса светодиода более длинный вывод обычно обозначает анод (плюс), а более короткий вывод или плоская сторона на ободке корпуса обозначает катод (минус). Конструкторы должны обращаться к конкретному чертежу корпуса для однозначной идентификации.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Предельный параметр для пайки выводов явно указан: 260°C не более 6 секунд, измеренное на расстоянии 1,6 мм (0,063 дюйма) от корпуса. Этот параметр критически важен для процессов волновой или ручной пайки.

• Пайка оплавлением:Хотя для SMD-корпусов это явно не указано, ограничение в 260°C предполагает совместимость со многими бессвинцовыми профилями оплавления при условии, что пиковая температура и время выше температуры ликвидуса тщательно контролируются, чтобы удерживать выводы в месте соединения с корпусом в пределах спецификации.
• Меры предосторожности:Избегайте механических нагрузок на выводы. Используйте соответствующий тепловой рельеф во время пайки. Не превышайте указанные температуру и время.
• Условия хранения:Храните в сухой антистатической среде в указанном температурном диапазоне (от -40°C до +85°C), чтобы предотвратить поглощение влаги (что может вызвать "вспучивание" при оплавлении) и повреждение от электростатического разряда.

6. Рекомендации по применению

6.1 Типовые сценарии применения

• Инфракрасная передача данных:Его высокоскоростные возможности делают его подходящим для каналов передачи данных, соответствующих стандарту IrDA, пультов дистанционного управления и беспроводной связи на короткие расстояния.
• Промышленная сенсорика:Используется в датчиках приближения, обнаружения объектов, счетных системах и обнаружении кромок в автоматизации. Прозрачный корпус является преимуществом.
• Системы безопасности:Может использоваться в датчиках прерывания луча для сигнализации о вторжении или в качестве невидимого источника света для подсветки CCTV в паре с камерами, чувствительными к ИК-излучению.
• Оптические переключатели и энкодеры:Малое время отклика идеально подходит для обнаружения быстрых изменений положения или скорости.

6.2 Особенности проектирования

• Схема управления:Для импульсной работы (с использованием пикового тока 1 А) необходима схема драйвера на быстродействующем транзисторе или MOSFET. Для работы от постоянного тока обязателен токоограничивающий резистор, чтобы не превысить постоянный ток 100 мА.
• Теплоотвод:Даже при максимальном рассеивании 120 мВт обеспечьте достаточную площадь медной подложки на печатной плате или теплоотвод, если работа ведется вблизи предельных параметров, особенно при высоких температурах окружающей среды. См. кривую снижения номиналов (Рис. 2).
• Оптическое проектирование:Угол обзора 30° и диаграмма направленности (Рис. 6) должны учитываться при сопряжении с линзами, апертурами или приемниками для достижения желаемой формы луча и чувствительности обнаружения.
• Сопряжение с приемником:При использовании в качестве излучателя, сочетайте его с фотоприемником (фотодиодом или фототранзистором), чувствительным в районе 865 нм, для оптимальной производительности системы.

7. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со стандартными инфракрасными светодиодами, LTE-3277 отличается прежде всего своимивысокоскоростнымиивысокомощнымивозможностями в прозрачном корпусе. Многие стандартные ИК-светодиоды имеют более низкие номинальные пиковые токи и большее время нарастания/спада, что ограничивает их использование в высокоскоростных импульсных приложениях. Сочетание пикового тока 1 А и пригодности для импульсной работы указывает на оптимизированную конструкцию полупроводника и корпуса для быстрого рассеивания тепла во время коротких импульсов, что позволяет получать более яркие и быстрые сигналы.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод напрямую от источника 5 В?
О: Нет. Вы должны использовать последовательный токоограничивающий резистор. Например, чтобы получить I_F=20 мА при V_F~1,5 В от источника 5 В: R = (5 В - 1,5 В) / 0,02 А = 175 Ом. Используйте ближайшее стандартное значение (например, 180 Ом) и проверьте рассеиваемую мощность на резисторе.

В: Что на практике означает "доступен для импульсной работы"?
О: Это означает, что полупроводниковый переход и корпус спроектированы так, чтобы выдерживать очень высокие мгновенные токи (до 1 А) в течение очень коротких промежутков времени (10 мкс) без деградации, что позволяет получить гораздо более высокую пиковую оптическую мощность, чем можно предположить из его постоянного номинала. Это ключевой фактор для достижения большой дальности или высокого отношения сигнал/шум в импульсных системах.

В: Почему важен угол обзора?
О: Он определяет пространственное покрытие излучаемого света. Узкий угол (например, 30°) создает более сфокусированный луч, подходящий для направленной связи на большие расстояния. Более широкий угол лучше подходит для освещения или сенсорики на коротких расстояниях по широкой площади.

9. Практический пример использования

Проектирование датчика приближения:LTE-3277 может использоваться в качестве излучателя в отражательном датчике приближения. Он будет работать в импульсном режиме с током 1 А в течение 10 мкс при низком коэффициенте заполнения (например, 1%). Расположенный рядом согласованный фотоприемник будет обнаруживать ИК-свет, отраженный от объекта. Время и амплитуда обнаруженного импульса указывают на наличие и приблизительное расстояние. Высокая пиковая мощность обеспечивает сильный возвращаемый сигнал, а прозрачный корпус не ослабляет излучаемый или отраженный свет. Схема должна включать драйвер для импульса высокого тока и чувствительный усилитель для сигнала детектора.

10. Принцип работы

LTE-3277, функционируя как инфракрасный излучатель, работает по принципу электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. При прямом смещении (анод положителен относительно катода) электроны и дырки инжектируются через переход. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов. Используемые конкретные полупроводниковые материалы (обычно арсенид алюминия-галлия - AlGaAs) выбраны для получения фотонов с энергией, соответствующей инфракрасному свету, с пиком на длине волны около 865 нм. "Высокая скорость" относится к быстрой скорости, с которой переход может включаться и выключаться, определяемой временем жизни носителей и емкостью цепи.

11. Тенденции развития технологии

В области инфракрасной оптоэлектроники тенденции включают разработку устройств с еще более высокими скоростями модуляции для передачи данных (например, для Li-Fi или высокоскоростных промышленных шин), повышение энергоэффективности (больше мВт/ср на мА) и интеграцию излучателей и детекторов в многоэлементные массивы или объединение с управляющими ИС в интеллектуальных сенсорных модулях. Также наблюдается стремление к миниатюризации в корпусах для поверхностного монтажа (SMD) при сохранении или улучшении тепловых характеристик. Тенденция к прозрачным корпусам поддерживает приложения, требующие точной оптической связи и минимальных потерь сигнала.