Техническая документация на инфракрасный светодиодный излучатель LTE-209 - Корпус 5.0мм - Прямое напряжение 1.6В - Пиковая длина волны 940нм

1. Обзор продукта

Серия LTE-209 представляет собой семейство инфракрасных (ИК) светоизлучающих диодов (СИД), разработанных для надежных оптоэлектронных применений. Эти компоненты сконструированы для излучения света с пиковой длиной волны 940 нанометров, что соответствует ближнему инфракрасному спектру. Эта конкретная длина волны широко используется в приложениях, требующих невидимых источников света, таких как датчики приближения, обнаружение объектов и оптические энкодеры. Ключевое преимущество серии заключается в точном производстве, которое обеспечивает стабильную излучаемую интенсивность и спектральные характеристики. Устройство размещено в недорогом миниатюрном пластиковом корпусе с торцевой конфигурацией излучения, что делает его подходящим для конструкций с ограниченным пространством. Важной особенностью является его механическое и спектральное согласование с определенными сериями фототранзисторов, что облегчает проектирование оптимизированных пар излучатель-детектор для повышения производительности системы и целостности сигнала.

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 параметры указаны при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Максимальный постоянный прямой ток составляет 60 мА, с возможностью импульсного прямого тока до 1 А (300 импульсов в секунду, длительность импульса 10 мкс). Максимальная рассеиваемая мощность — 90 мВт. Устройство выдерживает обратное напряжение до 5 В. Диапазон рабочих температур от -40°C до +85°C, а диапазон температур хранения — от -55°C до +100°C. При монтаже выводы можно паять при температуре 260°C в течение максимум 5 секунд, измеряя на расстоянии 1,6 мм от корпуса.

2.2 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики — это ключевые параметры производительности, измеренные в стандартных условиях испытаний (T_A=25°C, I_F=20мА). Излучаемая интенсивность (I_E), мера оптической мощности, излучаемой на единицу телесного угла, имеет типичное значение 1,383 мВт/ср. Облученность в апертуре (E_e), представляющая плотность мощности, обычно составляет 0,184 мВт/см². Пиковая длина волны излучения (λ_Пик) центрирована на 940 нм, с полушириной спектра (Δλ) 50 нм, что определяет спектральную чистоту излучаемого света. Прямое напряжение (V_F) обычно находится в диапазоне от 1,2В до максимум 1,6В при испытательном токе. Обратный ток (I_R) составляет максимум 100 мкА при подаче обратного смещения 5В. Угол обзора (2θ_1/2), при котором излучаемая интенсивность падает до половины от пикового значения, равен 16 градусам, что указывает на относительно узкую диаграмму направленности.

3. Объяснение системы сортировки

Хотя предоставленная документация явно не детализирует многопараметрическую систему сортировки, в ней указано, что устройства \"ОТБИРАЮТСЯ ПО КОНКРЕТНЫМ ДИАПАЗОНАМ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ В РЕЖИМЕ ОН-ЛАЙН И ИЗЛУЧАЕМОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ.\" Это подразумевает процесс отбора или сортировки на основе измеренных значений излучаемой интенсивности и, возможно, облученности. Такая предварительная сортировка гарантирует, что компоненты, поставляемые для конкретного заказа, попадают в более узкий допуск по этим ключевым оптическим параметрам, чем абсолютные минимальные и максимальные пределы, указанные в общих спецификациях. Эта практика повышает стабильность работы в приложениях, особенно в системах, где критично согласование оптического выхода.

4. Анализ характеристических кривых

В документации представлены несколько типичных характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях.

4.1 Спектральное распределение

Рисунок 1 показывает кривую спектрального распределения, отображающую зависимость относительной излучаемой интенсивности от длины волны. Она подтверждает пик излучения на 940 нм и приблизительную полуширину спектра 50 нм, показывая разброс излучаемых длин волн вокруг пика.

4.2 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Рисунок 3 изображает характеристику прямого тока в зависимости от прямого напряжения. Эта кривая нелинейна, что типично для диода. Она показывает зависимость, при которой небольшое увеличение напряжения выше порога включения приводит к быстрому росту тока. Указанное V_Fот 1,2В до 1,6В при 20мА можно рассматривать в контексте этой кривой.

4.3 Относительная излучаемая интенсивность в зависимости от прямого тока

Рисунок 5 иллюстрирует, как оптический выход (относительная излучаемая интенсивность) изменяется с прямым током накачки. Как правило, выходная мощность увеличивается с ростом тока, но зависимость может быть не идеально линейной во всем рабочем диапазоне. Эта кривая необходима для определения требуемого тока накачки для достижения желаемого уровня оптического выхода.

4.4 Температурная зависимость

Рисунки 2 и 4 показывают влияние температуры окружающей среды. Рисунок 2 (Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды, вероятно, при постоянном напряжении) и Рисунок 4 (Относительная излучаемая интенсивность в зависимости от температуры окружающей среды, при постоянном токе) демонстрируют, что как электрические, так и оптические свойства светодиода зависят от температуры. Как правило, для инфракрасных светодиодов прямое напряжение уменьшается, а оптический выход падает с ростом температуры. Эти кривые критически важны для проектирования схем с температурной компенсацией или для оценки производительности в нестандартных температурных условиях.

4.5 Диаграмма направленности

Рисунок 6 — это диаграмма направленности или диаграмма угла обзора. Это полярная диаграмма, показывающая угловое распределение излучаемой интенсивности. Половина угла в 16 градусов визуально представлена здесь, показывая падение интенсивности до 50% от осевого значения при ±8 градусах от центра.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Устройство использует миниатюрный пластиковый корпус с торцевым излучением. Ключевые размеры из чертежа корпуса включают диаметр корпуса, расстояние между выводами и общую длину. Выводы выходят из корпуса с определенным шагом, критически важным для разводки печатной платы. Корпус включает фланец, и примечания указывают на максимальный выступ смолы под этим фланцем. В примечаниях также уточняется, что расстояние между выводами измеряется в точке их выхода из корпуса, а общие допуски составляют ±0,25 мм, если не указано иное. Физическая конфигурация разработана для механического согласования с соответствующими фототранзисторами, обеспечивая правильное выравнивание в собранных модулях.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Основная рекомендация по монтажу связана с температурой пайки. Предельный эксплуатационный параметр указывает, что выводы могут подвергаться температуре 260°C максимум в течение 5 секунд. Этот параметр измеряется на расстоянии 1,6 мм (0,063\") от корпуса. Эта информация крайне важна для определения профилей пайки оплавлением или процедур ручной пайки. Превышение этой температуры или времени может повредить внутренний кристалл, проводящие перемычки или сам материал пластикового корпуса. При обращении следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР). Устройство должно храниться в указанном диапазоне температур от -55°C до +100°C в сухой среде для предотвращения поглощения влаги, которое может вызвать \"эффект попкорна\" во время пайки оплавлением.

7. Информация об упаковке и заказе

В документации указан номер детали LTE-209. \"Номер спецификации\" — DS-50-92-0001, ревизия C. Конкретные детали об упаковке на ленте и в катушке, количестве на катушке или уровне чувствительности к влаге (MSL) в предоставленном отрывке не приводятся. Заказ обычно осуществляется на основе базового номера детали LTE-209, с возможными суффиксами, указывающими на конкретные группы интенсивности, как подразумевается процессом отбора, упомянутым в характеристиках.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

LTE-209 идеально подходит для применений, требующих компактного, эффективного инфракрасного источника. Его длина волны 940 нм невидима для человеческого глаза и хорошо подходит для:

• Оптические переключатели и обнаружение объектов:В паре с фототранзистором (например, упомянутой серии LTR-4206) для обнаружения наличия, отсутствия или положения объекта путем прерывания ИК-луча.
• Датчики приближения:Используются в устройствах для обнаружения приближения пользователя или объекта, часто с использованием отражательного принципа.
• Энкодеры:Обеспечение источника света для инкрементальных или абсолютных оптических энкодеров в системах управления двигателями и определения положения.
• Передача данных:Может использоваться для короткодистанционных инфракрасных каналов связи с низкой скоростью передачи данных (например, системы дистанционного управления), хотя его узкий угол обзора может требовать точного выравнивания.

8.2 Соображения по проектированию

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока, чтобы ограничить прямой ток до желаемой рабочей точки, никогда не превышая предельные эксплуатационные параметры.
• Тепловой менеджмент:Учитывайте рассеиваемую мощность (V_F* I_F) и влияние температуры окружающей среды на выход. Для высоконадежных применений снижайте максимальный ток при повышенных температурах.
• Оптическое выравнивание:Узкий угол обзора в 16 градусов требует точного механического выравнивания с парным детектором или целевой областью для оптимальной силы сигнала.
• Защита схемы:Хотя устройство имеет номинальное обратное напряжение 5В, включение защиты от обратного напряжения или скачков напряжения в схеме является хорошей практикой.
• Согласованная пара:Для наилучшей производительности в сенсорных приложениях используйте устройство со спектрально и механически согласованным фототранзистором, как рекомендуется.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевыми отличительными особенностями серии LTE-209, как представлено, являются ее специальный отбор по параметрам интенсивности и согласованная работа с серией фототранзисторов. По сравнению с обычными ИК-светодиодами, такой предварительный отбор обеспечивает большую стабильность оптического выхода, что может упростить калибровку схем и повысить выход годных изделий при массовом производстве. Механическое согласование гарантирует, что при использовании с предназначенным фототранзистором физическое выравнивание и оптическая связь оптимизированы, что приводит к более сильным и надежным сигналам. Использование арсенида галлия-алюминия (GaAlAs) на подложке из арсенида галлия (GaAs) является стандартной технологией для производства эффективных излучателей ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны около 940 нм.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Для чего нужна длина волны 940 нм?

О: 940 нм находится в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза. Она широко используется в сенсорике и связи, чтобы избежать помех от видимого света, и эффективно детектируется кремниевыми фотодетекторами.

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

О: Нет. Вы должны использовать токоограничивающий резистор. При типичном V_F1,6В при 20мА, номинал резистора для питания 5В будет R = (5В - 1,6В) / 0,02А = 170 Ом. Стандартный резистор 180 Ом обеспечит ток около 19 мА.

В: Как температура влияет на производительность?

О: Как показано на характеристических кривых, повышение температуры обычно снижает оптический выход при заданном токе и уменьшает прямое напряжение. Конструкции для широких температурных диапазонов должны это учитывать.

В: Что означает \"спектрально согласованный\"?

О: Это означает, что спектр излучения светодиода (центрированный на 940 нм) хорошо совпадает с областью пиковой чувствительности указанного фототранзистора. Это максимизирует количество излучаемого света, которое детектор может преобразовать в электрический сигнал.

11. Практические примеры проектирования и использования

Пример 1: Ворота обнаружения объектов:Два ИК-светодиода LTE-209 можно разместить с одной стороны конвейерной ленты, каждый в паре с согласованным фототранзистором на противоположной стороне, создавая два независимых детектирующих луча. Микроконтроллер отслеживает выходы фототранзисторов. Когда объект проходит, он прерывает один или оба луча, позволяя системе подсчитывать объекты, измерять размер (по времени прерывания луча) или запускать действие.

Пример 2: Отражательный датчик приближения:LTE-209 и его согласованный фототранзистор размещаются рядом на печатной плате, обращенные в одном направлении. Светодиод излучает луч. Когда объект приближается, он отражает часть этого света обратно на фототранзистор. Сила детектируемого сигнала коррелирует с близостью объекта. Такая конфигурация распространена в бесконтактных смесителях или автоматических дозаторах мыла.

12. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переход. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия. В используемой здесь конкретной материальной системе (GaAlAs/GaAs) эта энергия соответствует фотонам в инфракрасном спектре с длиной волны примерно 940 нм. Структура диода, включая упомянутый оконный слой, разработана для эффективного выхода генерируемого света из полупроводникового материала. Пластиковый корпус служит для защиты полупроводникового кристалла, обеспечивает механическую структуру и также может действовать как линза для формирования излучаемого луча, способствуя заданному углу обзора в 16 градусов.

13. Технологические тренды и разработки

Технология инфракрасных излучателей продолжает развиваться. Общие тенденции в этой области включают:

• Повышение эффективности:Разработка новых полупроводниковых материалов и структур (например, многоквантовых ям) для достижения более высокой выходной оптической мощности при заданной электрической мощности, снижая энергопотребление и тепловыделение.
• Миниатюризация:Постоянное уменьшение размеров корпусов (например, корпуса размером с кристалл) для интеграции во все более компактную потребительскую электронику и устройства Интернета вещей.
• Расширенная функциональность:Интеграция излучателя со схемой драйвера, фотодетекторами или даже микроконтроллерами в единые модули или решения типа \"система в корпусе\" (SiP).
• Диверсификация длин волн:Хотя 940 нм остается стандартом, другие ИК-длины волн (например, 850 нм, 1050 нм) оптимизируются для конкретных применений, таких как безопасные для глаз системы или различные окна атмосферной прозрачности.
• Улучшенная надежность:Достижения в материалах корпусов и технологиях крепления кристаллов для работы при более высоких температурах и в более жестких условиях окружающей среды, таких как требуемые в автомобильных приложениях.