Техническая документация на инфракрасный излучатель LTE-4208 - Длина волны 940 нм - Корпус T-1 3/4 - Обратное напряжение 5 В - Рассеиваемая мощность 100 мВт

1. Обзор продукта

Серия LTE-4208 представляет собой инфракрасный излучающий диод с высокой излучательной мощностью, предназначенный для применений, требующих надежного и эффективного ИК-излучения. Работая на пиковой длине волны 940 нм, этот прибор заключен в стандартный корпус T-1 3/4 с прозрачной линзой, что делает его подходящим для различных систем обнаружения и датчиков.

1.1 Ключевые особенности и целевой рынок

Основными преимуществами LTE-4208 являются высокая сила излучения, прозрачная линза для беспрепятственного излучения и спектральное соответствие соответствующим фотоприемникам, таким как серия LTR-3208, что критически важно для оптимизированной работы приемника. Это бессвинцовый продукт, соответствующий директиве RoHS. Основные области применения — системы обнаружения дыма и схемы общего назначения с инфракрасными излучателями, где требуются точные импульсные ИК-сигналы.

2. Технические параметры: Подробная объективная интерпретация

2.1 Абсолютные максимальные значения

Эти значения определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для непрерывной работы.

• Рассеиваемая мощность (Pd):100 мВт. Это максимально допустимая мощность, рассеиваемая внутри устройства, в основном в виде тепла, рассчитываемая из прямого напряжения и тока.
• Пиковый прямой ток (I_FP):3 А в импульсном режиме (300 Гц, длительность импульса 10 мкс). Эта высокая токовая способность обеспечивает очень яркие импульсы малой длительности для дальнего обнаружения.
• Постоянный прямой ток (I_F):50 мА. Максимальный постоянный ток для надежной непрерывной работы.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой.
• Рабочая и температура хранения:от -40°C до +85°C и от -55°C до +100°C соответственно, что указывает на надежность компонента для промышленных сред.
• Температура пайки выводов:260°C в течение 5 секунд на расстоянии 1,6 мм от корпуса, определяет тепловой профиль для ручной или волновой пайки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные при 25°C.

• Сила излучения (I_E):Ключевой параметр оптической мощности, измеряется в мВт/ср (милливатт на стерадиан). Указывается для нескольких кодов бинов (от A до D4) с минимальными и типичными значениями, что позволяет выбирать компоненты по требуемой выходной мощности. Например, BIN A предлагает 3,31-7,22 мВт/ср, а BIN D4 — 15,72 мВт/ср (мин.).
• Пиковая длина волны излучения (λ_Пик):940 нм. Это ближний инфракрасный спектр, невидимый для человеческого глаза, и распространенная длина волны для пультов дистанционного управления и датчиков, так как она избегает помех от окружающего света.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):50 нм. Определяет ширину полосы излучаемого света; более узкая полоса указывала бы на более монохроматический источник.
• Прямое напряжение (V_F):1,6 В (тип.) при I_F=20 мА. Это падение напряжения на диоде при протекании тока, важный параметр для разработки схемы управления.
• Обратный ток (I_R):100 мкА (макс.) при V_R=5 В. Параметр утечки; в документации явно указано, что это условие только для тестирования, и устройство не предназначено для работы в обратном смещении.
• Угол обзора (2θ_1/2):20 градусов. Этот узкий угол луча концентрирует силу излучения в направленный пучок, что идеально для прицельных применений в датчиках.

3. Объяснение системы бинов

LTE-4208 использует систему бинов по силе излучения. Компоненты тестируются и сортируются в разные группы производительности (бины) на основе измеренной силы излучения при стандартном тестовом токе 20 мА. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с гарантированным минимальным оптическим выходом для своего применения, обеспечивая стабильность работы системы, особенно при использовании нескольких излучателей. Бины варьируются от A (самый низкий выход) до D4 (самый высокий). Разработчики должны указывать требуемый код бина при заказе, чтобы гарантировать уровень оптической мощности.

4. Анализ кривых производительности

В технической документации представлено несколько ключевых графиков для анализа при проектировании.

4.1 Спектральное распределение (Рис.1)

Эта кривая показывает относительную силу излучения в зависимости от длины волны, с пиком на 940 нм и определенной полушириной 50 нм. Она подтверждает, что излучение находится в заданном ИК-диапазоне.

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

Эта кривая снижения номинальных значений показывает, как максимально допустимый постоянный прямой ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды. При 85°C максимальный ток значительно ниже, чем при 25°C, что критически важно для теплового управления в конструкции.

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

Стандартная ВАХ диода. Она показывает экспоненциальную зависимость, с типичным V_F1,6 В при 20 мА. Эта кривая необходима для расчета токоограничивающего резистора, включенного последовательно со светодиодом.

4.4 Относительная сила излучения в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.4) и от прямого тока (Рис.5)

Рис.4 иллюстрирует температурную зависимость оптической мощности, обычно показывая снижение эффективности при повышении температуры. Рис.5 показывает сублинейную зависимость между током накачки и световым выходом; удвоение тока не удваивает выходную мощность, что является общей чертой светодиодов.

4.5 Диаграмма направленности (Рис.6)

Полярная диаграмма, визуально представляющая угол обзора 20 градусов. Интенсивность нормирована, показывая концентрацию луча.

5. Механическая информация и упаковка

Устройство использует выводной корпус T-1 3/4 (5 мм). Чертеж габаритов определяет ключевые размеры, включая диаметр выводов, диаметр линзы и общую высоту. Важные примечания: все размеры в мм, допуск ±0,25 мм, максимальный выступ смолы под фланцем 1,0 мм, а расстояние между выводами измеряется в точке их выхода из корпуса. Полярность обычно указывается более длинным анодным выводом или плоской меткой на фланце корпуса.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Хранение

Компоненты должны храниться при температуре <30°C и влажности <70%. После вскрытия влагозащищенного пакета их необходимо использовать в течение 3 месяцев в контролируемой среде (<25°C, <60% влажности), чтобы предотвратить окисление выводов, влияющее на паяемость.

6.2 Очистка

Рекомендуются только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт (IPA).

6.3 Формовка выводов

Изгибы должны выполняться на расстоянии не менее 3 мм от основания линзы. Основание нельзя использовать в качестве точки опоры. Формовка должна производиться при комнатной температуре и до пайки.

6.4 Пайка

Указаны два метода со строгими ограничениями для предотвращения теплового повреждения:
Пайка выводов:Макс. 350°C в течение 3 секунд, точка пайки не ближе 1,6 мм от основания линзы.
Волновая пайка:Предварительный нагрев до макс. 100°C в течение 60 с, волна припоя при макс. 260°C в течение 5 с, точка погружения не ниже 1,6 мм от основания.
Критическое предупреждение:Линза НИКОГДА не должна погружаться в припой. Инфракрасная оплавка НЕ подходит для этого выводного корпуса. Чрезмерный нагрев или время могут деформировать линзу или разрушить светодиод.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Датчики дыма:Используются в фотоэлектрических датчиках дыма, где излучаемый ИК-луч рассеивается частицами дыма на приемник.
• Датчики приближения и объектов:В паре с соответствующим фотоприемником (например, LTR-3208) в конфигурациях прерывающего или отражающего типа.
• Промышленная автоматизация:Для подсчета объектов, определения положения и обнаружения кромок.

7.2 Соображения при проектировании и метод управления

Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Чтобы обеспечить равномерную яркость при параллельном включении нескольких светодиодов,обязательноиспользовать индивидуальный токоограничивающий резистор, включенный последовательно с каждым светодиодом (Схема A). Использование одного резистора для параллельного массива (Схема B) не рекомендуется из-за разброса прямого напряжения (V_F) отдельных светодиодов, что приводит к неравномерному распределению тока и, следовательно, яркости. Номинал резистора рассчитывается по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F.

7.3 Защита от электростатического разряда (ЭСР)

Инфракрасные светодиоды чувствительны к ЭСР. Обязательные меры предосторожности включают: использование заземленных браслетов и рабочих мест, применение ионизаторов для нейтрализации статики на пластиковых линзах и обеспечение обучения всего персонала, работающего с устройствами, правилам защиты от ЭСР. В технической документации предоставлен подробный контрольный список для статически безопасных зон.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевыми отличительными особенностями LTE-4208 являются его высокая импульсная токовая способность (3 А), которая обеспечивает очень высокую мгновенную излучательную мощность для дальнего или помехоустойчивого импульсного режима, и его специфическое соответствие серии фотоприемников LTR-3208. Узкий угол обзора 20 градусов обеспечивает более высокую интенсивность на оси по сравнению с излучателями с более широким углом, что делает его более подходящим для приложений с направленным лучом. Четкая структура бинов позволяет прогнозировать оптические характеристики.

9. 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 последовательный токоограничивающий резистор. Например, при питании 5 В, V_F1,6 В и желаемом I_F20 мА, резистор будет (5 В - 1,6 В) / 0,02 А = 170 Ом (используйте стандартный резистор 180 Ом).

В: Какова цель кода бина?
О: Он гарантирует минимальную силу излучения. Для критически важных применений, таких как датчик дыма, где важна сила сигнала, указание более высокого бина (например, D2) обеспечивает более сильный ИК-луч по сравнению с более низким бином (например, A).

В: Почему угол обзора такой узкий?
О: Узкий луч концентрирует оптическую мощность в меньший телесный угол, увеличивая интенсивность вдоль центральной оси. Это улучшает соотношение сигнал/шум в приложениях с направленным обнаружением и позволяет увеличить дальность обнаружения.

В: Могу ли я использовать его для непрерывного режима (CW) на пиковом токе?
О: Нет. Номинал 3 А предназначен только для импульсного режима (импульсы 10 мкс). Максимальный постоянный ток составляет 50 мА. Превышение постоянного номинала приведет к перегреву и повреждению устройства.

10. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование щелевого счетчика объектов.
ИК-излучатель LTE-4208 размещается с одной стороны щели, а фотоприемник LTR-3208 — прямо напротив. Когда в щели нет объекта, ИК-луч попадает на приемник, генерируя высокий сигнал. Когда объект проходит, он прерывает луч, вызывая падение сигнала приемника. Высокая импульсная токовая способность LTE-4208 позволяет разработчику подавать на светодиод импульсы с высоким током (например, 1 А) на очень короткое время. Это создает очень яркую вспышку, которая может преодолеть фоновые ИК-помехи, повышая надежность системы. Разработчик выбирает светодиоды BIN C, чтобы обеспечить достаточную силу луча на всем протяжении щели. Индивидуальные резисторы 10 Ом используются последовательно с каждым светодиодом в многосенсорном массиве для обеспечения стабильного тока. Сборка следует рекомендациям по пайке, чтобы предотвратить тепловое повреждение при монтаже на печатную плату.

11. Введение в принцип работы

Инфракрасный излучающий диод (ИК-диод) — это полупроводниковый p-n переход, который излучает некогерентный инфракрасный свет при прямом смещении. Электроны рекомбинируют с дырками внутри устройства, высвобождая энергию в виде фотонов. Длина волны этих фотонов определяется шириной запрещенной зоны используемого полупроводникового материала (например, варианты арсенида галлия для 940 нм). Корпус T-1 3/4 содержит полупроводниковый кристалл, обеспечивает механическую защиту и включает эпоксидную линзу, формирующую излучаемый световой луч (в данном случае, в виде диаграммы 20 градусов).

12. Тенденции развития

Область инфракрасных излучателей продолжает развиваться в сторону повышения эффективности (больше излучательной мощности на ватт), увеличения скорости для приложений передачи данных и большей интеграции. Тенденции включают разработку корпусов для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки, многокристальных массивов для более высокой выходной мощности и устройств с еще более узкой спектральной шириной для конкретных применений в газовых датчиках. Также наблюдается стремление к снижению рабочих напряжений для совместимости с современными низковольтными цифровыми схемами. Фундаментальный принцип электролюминесценции в полупроводниковом переходе остается неизменным, но материаловедение и технологии корпусирования являются ключевыми драйверами прогресса.