Техническая документация на инфракрасный излучатель LTE-3276 - Длина волны 850 нм - Прямой ток 50 мА - Прямое напряжение 1.8 В - Высокая мощность и скорость

1. Обзор продукта

LTE-3276 — это высокопроизводительный инфракрасный (ИК) излучатель, предназначенный для применений, требующих быстрого времени отклика и значительной излучательной мощности. Его ключевые преимущества заключаются в сочетании высокой скорости и высокой мощности, что делает его подходящим для импульсного режима работы в сложных условиях. Устройство размещено в прозрачном корпусе, что типично для ИК-излучателей для обеспечения максимальной передачи инфракрасного света. Целевой рынок включает промышленную автоматизацию, системы связи (такие как IrDA), пульты дистанционного управления, оптические переключатели и сенсорные системы, где требуется надежная высокоинтенсивная инфракрасная сигнализация.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые параметры

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

• Рассеиваемая мощность (P_D):200 мВт. Это максимальная общая мощность, которую устройство может рассеивать в виде тепла при любых условиях эксплуатации.
• Пиковый прямой ток (I_FP):1 А. Такой высокий ток допустим только в импульсном режиме (300 импульсов в секунду, длительность импульса 10 мкс). Это подчеркивает способность устройства к коротким интенсивным вспышкам света.
• Постоянный прямой ток (I_F):100 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно прикладывать непрерывно.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может привести к пробою полупроводникового перехода.
• Диапазон рабочих температур и температур 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 волновой или конвекционной пайки для предотвращения теплового повреждения.

2.2 Электрические и оптические характеристики

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

• Сила излучения (I_E):Ключевая мера оптической выходной мощности на единицу телесного угла. При I_F= 20 мА она составляет 12,75 мВт/ср (тип.). При I_F= 50 мА она значительно увеличивается до 32 мВт/ср (тип.), демонстрируя нелинейный, эффективный рост с увеличением тока.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):850 нм (тип.). Это ближний инфракрасный спектр, невидимый для человеческого глаза, но легко обнаруживаемый кремниевыми фотодиодами и камерами с ИК-чувствительностью.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):40 нм (тип.). Это указывает на спектральную ширину полосы; более узкая ширина указывала бы на более монохроматический источник.
• Прямое напряжение (V_F):При I_F= 50 мА, V_Fсоставляет 1,49 В (тип.), максимум 1,80 В. При I_F= 200 мА, V_Fвозрастает до 1,83 В (тип.), макс. 2,3 В. Этот положительный температурный коэффициент необходимо учитывать при проектировании драйвера.
• Угол обзора (2θ_1/2):50 градусов (тип.). Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины своего пикового значения. Угол 50° обеспечивает хороший баланс между концентрацией луча и зоной покрытия.

3. Анализ характеристических кривых

В технической документации представлены несколько типовых характеристических кривых, которые необходимы для проектирования схем и понимания поведения устройства в различных условиях.

3.1 Спектральное распределение (Рис. 1)

Эта кривая отображает зависимость относительной излучательной силы от длины волны. Она подтверждает пиковую длину волны около 850 нм и показывает форму и ширину (полуширина 40 нм) спектра излучения. Это крайне важно для согласования излучателя со спектральной чувствительностью детектора.

3.2 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Рис. 3)

Эта ВАХ показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Кривая позволяет разработчикам определить необходимое напряжение питания для желаемого рабочего тока, что критически важно для проектирования драйверов постоянного тока.

3.3 Зависимость относительной излучательной силы от прямого тока (Рис. 5)

Этот график показывает, как световой выход увеличивается с увеличением тока накачки. Обычно он линеен при низких токах, но может показывать эффекты насыщения при очень высоких токах из-за тепловых ограничений и ограничений эффективности. Эти данные жизненно важны для установки рабочей точки для достижения требуемой оптической мощности.

3.4 Зависимость относительной излучательной силы от температуры окружающей среды (Рис. 4)

Эта кривая демонстрирует отрицательный температурный коэффициент выходного сигнала светодиода. При повышении температуры окружающей среды сила излучения уменьшается. Это тепловое снижение номинальных характеристик должно учитываться в конструкциях, предназначенных для высокотемпературных сред, чтобы обеспечить достаточный запас по сигналу.

3.5 Диаграмма направленности излучения (Рис. 6)

Эта полярная диаграмма визуально представляет пространственное распределение излучаемого света, наглядно иллюстрируя угол обзора 50 градусов. Она помогает в проектировании оптических систем для фокусировки или коллимации ИК-луча.

4. Механическая и упаковочная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный корпус для монтажа в отверстия, вероятно, стиль T-1 3/4 (5 мм), распространенный для ИК-излучателей. Ключевые размерные примечания из технической документации включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах (дюймах).
• Допуск составляет ±0,25 мм (0,010"), если не указано иное.
• Выступ смолы под фланцем максимум 1,5 мм (0,059").
• Расстояние между выводами измеряется в месте выхода выводов из корпуса.

Материал прозрачного корпуса, как правило, эпоксидная смола, оптимизированная для высокой пропускаемости на длине волны 850 нм.

4.2 Определение полярности

Для стандартного корпуса светодиода более длинный вывод, как правило, является анодом (плюс), а более короткий — катодом (минус). На корпусе также может быть плоская сторона рядом с катодом. Соблюдение правильной полярности крайне важно для предотвращения повреждения от обратного смещения.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Предельно допустимый параметр для пайки выводов явно указан:260°C в течение 6 секунд, измерено на расстоянии 1,6 мм (0,063") от корпуса. Это критический параметр для сборки.

• Волновая/ручная пайка:Строго соблюдайте ограничение 260°C/6 с. Рекомендуется предварительный нагрев для минимизации теплового удара.
• Конвекционная пайка:Хотя для SMD-компонентов это явно не упоминается, температурный профиль должен гарантировать, что температура корпуса не превышает максимальную температуру хранения 85°C в течение длительного времени, а температура выводов в указанной точке не должна превышать 260°C.
• Условия хранения:Храните в сухой антистатической среде в указанном температурном диапазоне (от -40°C до +85°C), чтобы предотвратить поглощение влаги и деградацию.

6. Рекомендации по применению

6.1 Типовые сценарии применения

• Инфракрасная передача данных (IrDA):Его высокая скорость делает его подходящим для последовательных каналов передачи данных.
• Пульты дистанционного управления:Высокая мощность обеспечивает большую дальность и надежную работу.
• Оптические переключатели и обнаружение объектов:Используется совместно с фотодетектором для определения наличия, положения или подсчета.
• Промышленные световые завесы:Создание невидимого барьера из лучей для защиты машин.
• Подсветка для ночного видения:Для камер видеонаблюдения с ИК-чувствительностью.

6.2 Вопросы проектирования

• Схема драйвера:Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор или драйвер постоянного тока. Рассчитывайте на основе прямого напряжения (V_F) при желаемом рабочем токе (I_F).
• Теплоотвод:Для непрерывной работы вблизи максимального тока учитывайте рассеиваемую мощность (P_D= V_F* I_F) и при необходимости обеспечьте адекватный теплоотвод, чтобы поддерживать температуру перехода в допустимых пределах.
• Импульсный режим работы:Для пикового импульсного тока 1 А убедитесь, что драйвер может обеспечить требуемый импульс высокого тока с быстрым временем нарастания/спада, чтобы использовать возможности высокой скорости.
• Оптическое проектирование:Используйте линзы или отражатели для формирования луча 50° в соответствии с потребностями применения (например, узкий для большой дальности, широкий для покрытия площади).
• Согласование с детектором:Сочетайте с фотодетектором (например, фототранзистором, фотодиодом), пиковая спектральная чувствительность которого составляет около 850 нм для оптимальной производительности.

7. Техническое сравнение и отличия

LTE-3276 выделяется на рынке благодаря своей специфической комбинации параметров:

• Высокая мощность при умеренном токе:32 мВт/ср при 50 мА — это сильный выходной сигнал, полезный для применений, требующих хорошего отношения сигнал/шум.
• Высокоскоростные возможности:Спецификация для импульсного режима подразумевает быстрое собственное время отклика, подходящее для модулированных сигналов.
• Прочная конструкция:Широкий диапазон рабочих температур и прозрачный корпус указывают на проектирование для надежности.
• По сравнению со стандартными маломощными ИК-светодиодами, это устройство предлагает значительно более высокую силу излучения. По сравнению с лазерными диодами, оно безопаснее (безопасно для глаз в этом классе мощности), имеет более широкий луч и, как правило, более надежно и проще в управлении.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

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

О: Нет. Вы должны использовать токоограничивающий резистор. Например, для работы при I_F=50 мА с V_F~1,5 В от источника питания 5 В: R = (5В - 1,5В) / 0,05А = 70 Ом. Используйте резистор на 68 или 75 Ом и проверьте его мощность (P = I²R = 0,175 Вт, поэтому резистора на 1/4 Вт достаточно).

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

О: Сила излучения — это мощность, излучаемая на единицу телесного угла (стерадиан), описывающая направленную силу источника. Облученность в апертуре — это плотность мощности (мВт на см²), поступающая на поверхность детектора на заданном расстоянии и ориентации. Последняя зависит от первой и от расстояния/закона обратных квадратов.

В: Как использовать его в импульсном режиме?

О: Используйте транзисторный ключ (БЮТ или MOSFET), управляемый вашим логическим сигналом, для импульсного включения светодиода. Убедитесь, что драйвер может обеспечить высокий пиковый ток (до 1 А) с быстрым переключением. Средний ток по-прежнему должен соответствовать номинальному постоянному току (100 мА) с учетом скважности.

В: Почему выходной сигнал уменьшается с температурой?

О: Это фундаментальная характеристика полупроводниковых светодиодов. Повышение температуры увеличивает безызлучательные процессы рекомбинации в полупроводниковом материале, снижая внутреннюю квантовую эффективность и, следовательно, световой выход.

9. Практический пример проектирования

Пример: Проектирование датчика обнаружения объектов на большом расстоянии.

Цель: Обнаружить объект на расстоянии 5 метров.

Этапы проектирования:

1. Управление излучателем:Работайте с LTE-3276 при I_F=50 мА (импульсный режим 1 кГц, скважность 50%) для достижения высокой пиковой интенсивности (32 мВт/ср) при сохранении управляемой средней мощности.

2. Оптика:Добавьте простую коллимирующую линзу перед излучателем, чтобы сузить луч с 50° до более сфокусированного ~10°, значительно увеличив интенсивность на расстоянии.

3. Детектор:Используйте согласованный кремниевый фототранзистор с пиковым откликом на 850 нм. Поместите перед ним узкополосный оптический фильтр (с центром на 850 нм), чтобы отсечь окружающий свет.

4. Схема:Приемная схема усиливает слабый фототок. Используйте синхронное детектирование (модуляция излучателя и настройка приемника на ту же частоту) для подавления постоянного окружающего света и низкочастотных шумов, что значительно улучшает дальность и надежность.

Эта конфигурация использует высокую мощность и скорость LTE-3276 для создания надежной, устойчивой к помехам системы обнаружения.

10. Введение в принцип работы

Инфракрасный излучатель, такой как LTE-3276, — это светоизлучающий диод (LED), основанный на физике полупроводников. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны и дырки инжектируются в активную область. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию. В этом конкретном устройстве полупроводниковый материал (обычно на основе арсенида алюминия-галлия — AlGaAs) сконструирован таким образом, что эта энергия высвобождается в виде фотонов в инфракрасном спектре с пиковой длиной волны 850 нанометров. "Прозрачный" эпоксидный корпус легирован для прозрачности на этой длине волны, позволяя фотонам эффективно выходить. Характеристика "высокая скорость" относится к быстрому времени включения и выключения этого процесса рекомбинации, что позволяет модулировать светодиод на высоких частотах для передачи данных.

11. Тенденции развития технологий

Технология инфракрасных излучателей продолжает развиваться вместе с более широкими тенденциями в оптоэлектронике. Ключевые разработки включают:

Повышение энергоэффективности:Исследования сосредоточены на улучшении внутренней квантовой эффективности (больше фотонов на электрон) и эффективности вывода света из корпуса, что приводит к более высокой силе излучения при той же входной электрической мощности.

Уменьшение размеров:Стремление к миниатюризации подталкивает к использованию корпусов для поверхностного монтажа (SMD) с аналогичными или лучшими характеристиками, чем у традиционных корпусов для монтажа в отверстия.

Повышение скорости:Для приложений связи разрабатываются устройства с еще более высокой полосой модуляции для поддержки более высоких скоростей передачи данных.

Диверсификация длин волн:Хотя 850 нм и 940 нм являются распространенными, другие длины волн оптимизируются для конкретных применений, таких как безопасные для глаз более длинные волны или специфические линии поглощения для газового анализа.

Интеграция:Наблюдается тенденция к интеграции излучателя с драйверной ИС или даже с детектором в единый модуль, что упрощает проектирование системы для конечных пользователей.