Техническая документация на ИК-излучатель LTE-4238 - Длина волны 880 нм - Прямой ток 100 мА - Рассеиваемая мощность 150 мВт

1. Обзор изделия

LTE-4238 — это мощный инфракрасный (ИК) светоизлучающий диод (СИД), предназначенный для применений, требующих надежного и интенсивного инфракрасного излучения. Его основная функция — излучение невидимого света с пиковой длиной волны 880 нанометров, что делает его подходящим для систем датчиков, дистанционного управления и оптической коммутации. Ключевой особенностью является его механическое и спектральное согласование с определенными сериями фототранзисторов, что обеспечивает оптимальную работу в парах "излучатель-приемник" для точной передачи сигнала.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Прибор рассчитан на работу в строгих пределах по окружающей среде и электрическим параметрам для обеспечения долговечности и надежности. Максимальный постоянный прямой ток составляет 100 мА, с возможностью импульсного прямого тока до 2 А (300 Гц, длительность импульса 10 мкс). Максимальная рассеиваемая мощность составляет 150 мВт при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Рабочий температурный диапазон от -40°C до +85°C, а диапазон хранения от -55°C до +100°C. Прибор выдерживает обратное напряжение до 5 В. При монтаже выводы можно паять при температуре 260°C в течение максимум 5 секунд, измеряя на расстоянии 1,6 мм от корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Ключевые параметры производительности указаны при T_A=25°C и прямом токе (I_F) 20 мА. Излучательная способность (I_E) типично составляет 4,81 мВт/ср, что указывает на выходную оптическую мощность на единицу телесного угла. Облученность в апертуре (E_e) составляет 0,64 мВт/см². Прямое напряжение (V_F) обычно находится в диапазоне от 1,3В до 1,8В. Спектральные характеристики определяются пиковой длиной волны излучения (λ_Пик) 880 нм и полушириной спектра (Δλ) 50 нм, определяющей узость излучаемой полосы света. Обратный ток (I_R) составляет максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5В. Угол обзора (2θ_1/2) составляет 20 градусов, описывая угловое распределение излучения, при котором интенсивность падает до половины своего пикового значения.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько графиков, иллюстрирующих поведение прибора в различных условиях.

3.1 Спектральное распределение

Рисунок 1 показывает относительную излучательную способность в зависимости от длины волны. Кривая центрирована на 880 нм с типичной полушириной 50 нм, подтверждая монохроматическую природу ИК-излучения, подходящего для фильтрации и точного детектирования.

3.2 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Рисунок 2 изображает снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры окружающей среды. Этот график критически важен для проектирования теплового режима, обеспечивая работу прибора в пределах его безопасной рабочей области (SOA) при любых условиях окружающей среды.

3.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Рисунок 3 иллюстрирует ВАХ (вольт-амперную характеристику) диода. Эта нелинейная зависимость необходима для проектирования схемы управления, определяя требуемое напряжение для достижения заданного рабочего тока.

3.4 Относительная излучательная способность в зависимости от температуры окружающей среды и прямого тока

Рисунки 4 и 5 показывают, как выходная оптическая мощность изменяется с температурой и током накачки. Выходная мощность обычно снижается с ростом температуры (Рисунок 4) и увеличивается сверхлинейно с прямым током (Рисунок 5), подчеркивая компромисс между выходной мощностью, эффективностью и тепловой нагрузкой.

3.5 Диаграмма направленности излучения

Рисунок 6 представляет собой полярную диаграмму, показывающую пространственное распределение излучаемого света. Подтверждается угол обзора 20 градусов, показывая относительно сфокусированный профиль луча, что является преимуществом для приложений направленного освещения.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

Прибор использует стандартный корпус СИД с фланцем. Ключевые размеры включают размер корпуса, расстояние между выводами и пределы выступания. Все размеры приведены в миллиметрах со стандартным допуском ±0,25 мм, если не указано иное. Расстояние между выводами измеряется в точке выхода выводов из корпуса. Допускается максимальное выступание смолы под фланцем 1,0 мм. Инженеры должны обращаться к подробному механическому чертежу (подразумевается в PDF) для точного размещения и проектирования посадочного места на печатных платах (ПП).

4.2 Определение полярности

Применяются стандартные соглашения о полярности для СИД, обычно обозначаемые плоской стороной на корпусе или выводами разной длины (анод длиннее катода). Конкретную маркировку необходимо проверять по чертежу корпуса, чтобы обеспечить правильную ориентацию во время сборки и предотвратить повреждение от обратного смещения.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Предельный параметр для температуры пайки выводов составляет 260°C в течение 5 секунд, измеряемый на расстоянии 1,6 мм (0,063") от корпуса. Этот параметр совместим со стандартными профилями бессвинцовой пайки оплавлением (например, IPC/JEDEC J-STD-020). Критически важно соблюдать этот предел, чтобы предотвратить тепловое повреждение внутреннего полупроводникового кристалла, проводящих перемычек или материала эпоксидной линзы. Рекомендуется предварительный нагрев для минимизации теплового удара. Приборы должны храниться в сухой контролируемой среде в соответствии с рекомендациями по уровню чувствительности к влаге (MSL), которые следует получить из инструкций по обращению производителя.

6. Рекомендации по применению

6.1 Типовые сценарии применения

Этот ИК-излучатель идеально подходит для применений, включая: оптические энкодеры и датчики положения, передатчики инфракрасного дистанционного управления, обнаружение объектов и датчики приближения, световые завесы промышленной автоматизации и каналы оптической передачи данных. Его согласование с определенными фототранзисторами делает его особенно ценным в отражательных или пропускательных конструкциях оптопар, где критически важны юстировка и спектральная чувствительность.

6.2 Особенности проектирования

Схема управления:Токоограничивающий резистор обязателен при управлении от источника напряжения для установки желаемого I_Fи предотвращения теплового разгона. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для импульсного режима работы при высоких пиковых токах (до 2А) требуется транзисторный ключ (например, MOSFET), управляемый генератором импульсов.
Тепловой режим:Необходимо соблюдать предел рассеиваемой мощности 150 мВт. При высоких температурах окружающей среды или высоких постоянных токах температура перехода будет повышаться, что может снизить выходную интенсивность и срок службы прибора. Может потребоваться правильная разводка ПП с достаточной площадью меди для теплоотвода.
Оптическое проектирование:Угол обзора 20 градусов обеспечивает сфокусированный луч. Для более широкого покрытия может потребоваться рассеивающая линза. Для максимальной эффективности связи с согласованным фотодетектором обеспечьте правильную механическую юстировку и учитывайте потенциальные источники фонового ИК-шума (солнечный свет, лампы накаливания).

7. Техническое сравнение и отличительные особенности

Основное отличие LTE-4238 заключается в еговысокой излучательной способности (типично 4,81 мВт/ср)испециальном подборе для согласованной работы с парными фототранзисторами. По сравнению с обычными ИК-светодиодами, этот предварительный отбор обеспечивает более жесткие допуски в парных оптоэлектронных системах, что приводит к более стабильной чувствительности, меньшим перекрестным помехам и улучшенному отношению сигнал/шум. Длина волны 880 нм является распространенным стандартом, обеспечивая хороший баланс между чувствительностью кремниевых фотодетекторов и меньшей видимостью по сравнению с источниками на 940 нм.

8. Часто задаваемые вопросы (ЧЗВ)

В: Какова цель параметра пикового прямого тока (2А), если постоянный ток составляет всего 100мА?
О: Пиковый параметр позволяет использовать очень короткие импульсы высокого тока. Это необходимо для таких применений, как пульты дистанционного управления или передача данных, где требуется высокая мгновенная оптическая мощность для дальности или скорости, но средняя мощность (и тепло) остается низкой.

В: Как температура окружающей среды влияет на производительность?
О: При повышении температуры прямое напряжение обычно немного снижается, излучательная мощность уменьшается (как показано на рис. 4), и максимально допустимый постоянный ток должен быть снижен (рис. 2). Проектирование должно учитывать эти изменения.

В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода GPIO микроконтроллера?
О: Возможно, но с осторожностью. Вывод GPIO может выдавать 20-50мА. Вы должны использовать последовательный резистор для ограничения тока до желаемого I_F(например, 20мА) и убедиться, что общий ток не превышает пределов вывода и корпуса микроконтроллера. Для более высоких токов или импульсов требуется внешний транзисторный драйвер.

В: Что означает "спектрально согласованный"?
О: Это означает, что спектр излучения этого ИК-светодиода оптимизирован для совпадения с пиком спектральной чувствительности его парного фототранзистора. Это максимизирует силу детектируемого сигнала при заданной излучаемой мощности.

9. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование датчика приближения.Цель — обнаруживать объект на расстоянии до 10 см. Система использует ИК-излучатель LTE-4238 и согласованный фототранзистор, расположенные рядом и направленные в одну сторону (режим отражательного зондирования).
Реализация:Светодиод управляется импульсами 50 мА (в пределах номинального постоянного тока) с частотой 1 кГц. Токоограничивающий резистор задает это смещение. Коллектор фототранзистора подключен к подтягивающему резистору и схеме усилителя/фильтра. Когда объект находится в зоне действия, ИК-свет отражается обратно в фототранзистор, вызывая падение напряжения на его коллекторе. Этот сигнал затем обрабатывается и подается на компаратор или АЦП микроконтроллера для запуска события обнаружения.
Ключевые расчеты:Значение управляющего резистора рассчитывается на основе питания 5В и V_F~1,5В: R = (5В - 1,5В) / 0,05А = 70 Ом (используйте стандартное значение 68 Ом). Рассеиваемая мощность на светодиоде: P = V_F* I_F= 1,5В * 0,05А = 75 мВт, что значительно ниже максимума в 150 мВт при 25°C.

10. Введение в принцип работы

Инфракрасный светодиод — это полупроводниковый диод с p-n переходом. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда энергия высвобождается в виде фотонов (света). Конкретная длина волны 880 нм определяется шириной запрещенной зоны используемых полупроводниковых материалов (обычно арсенид галлия алюминия, AlGaAs). Излучаемый свет некогерентен и находится в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза, но легко детектируемом кремниевыми фотодетекторами.

11. Технологические тренды

Тренд в ИК-излучателях для датчиков продолжается в сторону более высокой плотности мощности и эффективности в корпусах меньшего размера. Это позволяет увеличить дальность обнаружения и снизить энергопотребление системы. Также наблюдается движение в сторону интегрированных решений, объединяющих излучатель, драйвер, а иногда и детектор в единый модуль с цифровыми интерфейсами (I2C, SPI). Кроме того, достижения в области корпусирования на уровне пластины (WLP) и корпусирования в масштабе кристалла (CSP) уменьшают размер и стоимость дискретных оптоэлектронных компонентов, одновременно повышая надежность. Основной принцип работы остается неизменным, но уровень интеграции и производительность на единицу объема постоянно растут.