Техническая спецификация инфракрасного излучающего светодиода 940 нм бокового свечения - 3.0x2.8x1.9 мм - Прямое напряжение 1.2 В - Сила излучения 3.0 мВт/ср

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики дискретного инфракрасного излучающего компонента. Устройство предназначено для применений, требующих надежной передачи инфракрасных сигналов, и имеет пиковую длину волны излучения 940 нм. Его основная функция — преобразование электрического тока в инфракрасное излучение, что делает его ключевым компонентом в системах невидимой оптической связи и датчиках.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Компонент сочетает в себе высокую производительность и технологичность. Ключевые преимущества включают совместимость с автоматическим монтажным оборудованием и процессами инфракрасной пайки оплавлением, что упрощает крупносерийную сборку. Корпус бокового свечения с прозрачной линзой куполообразной формы обеспечивает широкий угол обзора, что подходит для применений, где направление излучения параллельно монтажной плате. Основные целевые рынки включают бытовую электронику для функций дистанционного управления, системы беспроводной передачи данных на короткие расстояния, а также различные приложения в системах безопасности и датчиках сигнализации.

2. Подробный анализ технических параметров

В следующих разделах представлена детальная, объективная интерпретация ключевых характеристик устройства, определенных в стандартных условиях испытаний (TA=25°C).

2.1 Предельные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется. Ключевые ограничения включают рассеиваемую мощность 100 мВт, пиковый прямой ток 1 А в импульсном режиме (300 Гц, длительность импульса 10 мкс) и постоянный прямой ток 50 мА. Устройство может выдерживать обратное напряжение до 5 В, хотя оно не предназначено для работы в обратном направлении. Диапазон рабочих температур составляет от -40°C до +85°C.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры определяют производительность устройства в нормальных рабочих условиях. Сила излучения (I_E) составляет не менее 3.0 мВт/ср при прямом токе (I_F) 20 мА. Прямое напряжение (V_F) обычно составляет 1.2 В, максимум 1.5 В при 20 мА. Пиковая длина волны излучения (λ_p) составляет 940 нм, что находится в ближнем инфракрасном спектре и невидимо для человеческого глаза. Угол обзора (2θ_1/2) составляет 45 градусов, определяемый как полный угол, при котором сила излучения падает до половины своего осевого значения.

3. Объяснение системы сортировки

Устройство классифицируется на различные группы (бины) в зависимости от его выходной силы излучения. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованной оптической мощностью для своего применения. Предоставленные коды бинов: J, K и L. Например, устройство из бина J будет иметь силу излучения от 3.0 до 4.5 мВт/ср при измерении при 20 мА. Бин K находится в диапазоне от 4.0 до 6.0 мВт/ср, а бин L имеет минимум 5.0 мВт/ср. Для каждого бина применяется допуск испытаний ±15%.

4. Анализ характеристических кривых

Даташит включает несколько типичных характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях.

4.1 Спектральное распределение

Кривая спектрального распределения показывает относительную силу излучения в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик на 940 нм и иллюстрирует спектральную ширину, с типичной полушириной (Δλ) 50 нм. Эта информация имеет решающее значение для согласования излучателя со спектральной чувствительностью соответствующего фотодетектора.

4.2 Зависимость прямого тока от прямого напряжения

Эта ВАХ-кривая изображает зависимость между прямым током и прямым падением напряжения на диоде. Она нелинейна, что типично для полупроводникового диода. Понимание этой кривой необходимо для проектирования соответствующей схемы драйвера с ограничением тока, чтобы обеспечить стабильную работу и предотвратить тепловой пробой.

4.3 Температурная зависимость

Представлены кривые, показывающие изменение прямого тока и относительной силы излучения в зависимости от температуры окружающей среды. Эти графики демонстрируют, что прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент (уменьшается с ростом температуры), в то время как выходная оптическая мощность обычно снижается при повышении температуры. Это критически важный фактор для применений, работающих в экстремальных тепловых условиях.

4.4 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма направленности визуально представляет пространственное распределение испускаемого инфракрасного света. Корпус бокового свечения создает ламебертовскую диаграмму, где интенсивность максимальна перпендикулярно кристаллу и уменьшается к краям, определяя угол обзора в 45 градусов.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Компонент представляет собой стандартный поверхностно-монтируемый корпус EIA. Ключевые размеры включают длину корпуса приблизительно 3.0 мм, ширину 2.8 мм и высоту 1.9 мм. Предоставлены подробные чертежи с допусками (±0.1 мм, если не указано иное) для проектирования посадочного места на печатной плате.

5.2 Расположение контактных площадок

Указана рекомендуемая контактная площадка (дизайн паяльной площадки) для печатной платы. Это включает размеры площадок и расстояние между ними для обеспечения надежного паяного соединения во время оплавления. Рекомендация включает использование металлического трафарета толщиной 0.1 мм (4 мила) или 0.12 мм (5 милов) для нанесения паяльной пасты.

5.3 Идентификация полярности

Катод обычно маркируется на корпусе. Следует обращаться к диаграмме в даташите для определения полярности, что крайне важно для правильной ориентации во время сборки, чтобы устройство функционировало корректно.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки оплавлением

Устройство совместимо с процессами инфракрасной пайки оплавлением, в частности, для бессвинцового припоя. Предоставлен рекомендуемый температурный профиль оплавления с ключевыми параметрами, включая зону предварительного нагрева (150-200°C), пиковую температуру, не превышающую 260°C, и время выше 260°C, ограниченное максимум 10 секундами. Профиль должен соответствовать стандартам JEDEC.

6.2 Условия хранения

Компонент чувствителен к влаге, уровень 3. Если оригинальный влагозащитный пакет не вскрыт, его следует хранить при температуре ≤ 30°C и влажности ≤ 90% и использовать в течение одного года. После вскрытия компоненты должны храниться при температуре ≤ 30°C и влажности ≤ 60%. Для длительного хранения вне оригинальной упаковки используйте герметичный контейнер с осушителем. Компоненты, подвергавшиеся воздействию окружающей среды более одной недели, должны быть просушены при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов перед пайкой, чтобы предотвратить "вспучивание" во время оплавления.

6.3 Очистка

Если очистка необходима после пайки, следует использовать только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт. Агрессивные химические вещества могут повредить корпус или линзу.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации на ленте и катушке

Компоненты поставляются в 8-миллиметровой несущей ленте на катушках диаметром 13 дюймов. Каждая катушка содержит 6000 штук. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA 481-1-A-1994. Максимально допустимое количество последовательно отсутствующих компонентов в ленте — два.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Основное применение — в качестве инфракрасного излучателя в пультах дистанционного управления для бытовой электроники (телевизоры, аудиосистемы, кондиционеры). Также подходит для передачи ИК-данных на короткие расстояния (например, связь типа IrDA), обнаружения вторжения в охранных сигнализациях и датчиках объектов, где необходимо избегать помех от видимого света.

8.2 Соображения при проектировании

Схема управления:Светодиод — это устройство с токовым управлением. Последовательный токоограничивающий резистор или схема драйвера постоянного тока обязательны для установки рабочей точки (например, 20 мА) и защиты устройства от перегрузки по току. Низкое прямое напряжение позволяет управлять им непосредственно от низковольтных логических схем (3.3 В, 5 В) с помощью простого резистора.

Тепловой режим:Хотя рассеиваемая мощность мала, обеспечение достаточной площади медной площадки на печатной плате для катодной контактной площадки может помочь в отводе тепла, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды или при непрерывной работе, для поддержания стабильности выходных параметров и долговечности.

Оптическое выравнивание:Конструкция бокового свечения идеальна, когда ИК-сигнал необходимо излучать параллельно поверхности печатной платы. Требуется правильное механическое проектирование корпуса для обеспечения беспрепятственного пути ИК-луча.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными светодиодами, это устройство излучает в инфракрасном спектре (940 нм), что делает его невидимым. По сравнению с другими ИК-излучателями, его ключевыми отличиями являются корпус бокового свечения для специфических ориентаций монтажа, относительно широкий угол обзора 45 градусов для хорошего покрытия и соответствие стандартам RoHS и "зеленой" продукции. Сочетание материала GaAs для излучения 940 нм обеспечивает хороший баланс эффективности и стоимости для распространенных применений в пультах ДУ.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какова цель указания номинального обратного напряжения 5 В, если устройство не предназначено для обратной работы?

О: Этот параметр указывает максимальное обратное смещение, которое p-n переход диода может выдержать без пробоя при случайном или ошибочном обратном подключении в схеме. Это параметр надежности, а не рабочее условие.

В: Как выбрать правильный код бина?

О: Выбирайте на основе требуемой минимальной силы излучения для энергетического бюджета вашего канала связи (расстояние, чувствительность приемника). Бин L предлагает максимальную гарантированную выходную мощность. Для экономически чувствительных применений, где допустима меньшая интенсивность, могут подойти бины J или K.

В: Могу ли я управлять им напрямую от источника напряжения?

О: Нет. Прямое напряжение изменяется в зависимости от температуры и между отдельными экземплярами устройств. Управление постоянным напряжением, даже типичным 1.2 В, может привести к чрезмерному току и выходу устройства из строя из-за экспоненциальной ВАХ диода. Всегда используйте схему с ограничением тока.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование простого ИК-передатчика для пульта ДУ.

Распространенный сценарий использования — кодирование нажатий кнопок в модулированные ИК-сигналы. Вывод GPIO микроконтроллера может использоваться для генерации несущей частоты (например, 38 кГц) и модуляционного паттерна. Этот сигнал управляет транзисторным ключом (например, NPN или N-канальным MOSFET), включенным последовательно с ИК-излучателем. Анод излучателя подключен к напряжению питания (например, 3 В от двух батареек AA) через транзистор, а катод — к земле. Резистор, включенный последовательно с излучателем, устанавливает импульсный ток, например, на 20 мА. Корпус бокового свечения позволяет спроектировать пульт с печатной платой, параллельной лицевой панели, и с окном для ИК-луча.

12. Введение в принцип работы

Инфракрасный излучатель — это полупроводниковый p-n переходный диод, изготовленный из таких материалов, как арсенид галлия (GaAs). При приложении прямого смещающего напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются через переход. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию. В светоизлучающем диоде эта энергия высвобождается в виде фотонов (света). Удельная ширина запрещенной зоны полупроводникового материала (в данном случае GaAs) определяет длину волны испускаемых фотонов, которая для данного устройства находится в инфракрасной области (940 нм).

13. Тенденции и развитие в отрасли

Тенденция в дискретных инфракрасных компонентах продолжается в сторону повышения эффективности (больше излучаемой мощности на ватт входной мощности), что обеспечивает более длительный срок службы батарей в портативных устройствах. Также наблюдается стремление к миниатюризации корпусов при сохранении или улучшении оптических характеристик. Кроме того, становятся все более распространенными компоненты со встроенными драйверами или логикой для упрощения проектирования систем. Базовые технологии для стандартных излучателей 940 нм являются зрелыми, но улучшения процессов сосредоточены на выходе годных изделий, согласованности (более узкая сортировка) и снижении стоимости для массовых потребительских рынков.