Техническая документация на ИК-излучатель LTE-2872U - Корпус 5мм - Прямое напряжение 1.6В - Длина волны 940нм

1. Обзор продукта

LTE-2872U — это высокопроизводительный инфракрасный (ИК) излучающий диод, предназначенный для надежной работы в приложениях для обнаружения и детектирования. Его основная функция — излучение инфракрасного света с пиковой длиной волны 940 нанометров, который невидим для человеческого глаза, но идеален для электронных систем обнаружения. Основное применение, указанное в документации, — дымовые извещатели, для которых компонент имеет одобрение UL, что подчеркивает его надежность и безопасность для критически важного оборудования безопасности жизнедеятельности. Устройство поставляется в недорогом прозрачном пластиковом корпусе с торцевым излучением, обеспечивающем узкую диаграмму направленности, что повышает направленность и точность обнаружения.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Ключевые преимущества серии LTE-2872U проистекают из ее специфических конструктивных решений. Она механически и спектрально согласована с парными фототранзисторами серии LTR-3208, что обеспечивает оптимальную производительность в парах излучатель-детектор, обычно используемых в щелевых датчиках (например, для обнаружения бумаги в принтерах, обнаружения объектов). Это согласование упрощает проектирование и улучшает целостность сигнала. Характеристика узкого луча увеличивает интенсивность на меньшей площади, улучшая соотношение сигнал/шум в выровненных системах. Использование окна из арсенида галлия-алюминия (GaAlAs) на подложке из арсенида галлия (GaAs) является стандартной технологией для эффективного ИК-излучения. Основной целевой рынок — промышленная и потребительская электроника, требующая надежного, недорогого инфракрасного обнаружения, с сертифицированной нишей в системах обнаружения дыма.

2. Подробный анализ технических параметров

В документации приведены абсолютные максимальные значения и детальные электрические/оптические характеристики, которые критически важны для проектирования схем и оценки надежности.

2.1 Абсолютные максимальные значения

Эти значения определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению. Устройство может рассеивать до 250 мВт мощности. Непрерывный прямой ток составляет 150 мА, в то время как гораздо более высокий пиковый прямой ток в 3 А допускается в импульсном режиме (300 Гц, длительность импульса 10 мкс), что полезно для генерации коротких вспышек высокой интенсивности. Максимальное обратное напряжение составляет 5 В, что указывает на ограниченную устойчивость диода к обратному смещению. Диапазон рабочих температур составляет от -40°C до +85°C, а хранения — от -55°C до +100°C, что делает его пригодным для суровых условий. Температура пайки выводов указана как 260°C в течение 5 секунд на расстоянии 1,6 мм от корпуса, что дает рекомендации для процессов сборки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Параметры тестируются при стандартном прямом токе (I_F) 20 мА и температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Прямое напряжение (V_F) обычно находится в диапазоне от 1,2В до 1,6В. Обратный ток (I_R) составляет максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5В. Пиковая длина волны излучения (λ_Пик) составляет 940 нм, а спектральная ширина полосы (Δλ), определяемая как полуширина, равна 50 нм. Угол обзора (2θ_1/2) составляет 16 градусов, что подтверждает спецификацию узкого луча.

3. Объяснение системы бинирования

LTE-2872U использует строгую систему бинирования для своего излучаемого потока, что критически важно для приложений, требующих стабильных оптических характеристик. Два ключевых параметра подвергаются бинированию: Облученность в апертуре (E_e, в мВт/см²) и Сила излучения (I_E, в мВт/ср).

3.1 Бинирование излучаемого потока

В документации перечислены несколько бинов (A, B, C, D1, D2, D3, D4) как для E_e, так и для I_E. Бины представляют отсортированные диапазоны оптической мощности. Например, Бин A для Силы излучения имеет типичный диапазон от 3,31 до 7,22 мВт/ср, в то время как Бин D4 начинается от 17,17 мВт/ср. Это позволяет разработчикам выбирать компонент с точным уровнем выходной мощности, необходимым для их приложения, обеспечивая достаточную силу сигнала без избыточных требований. Более высокие номера бинов обычно соответствуют устройствам с более высокой эффективностью или выходной мощностью. Разработчики должны консультироваться с конкретными кодами бинов при заказе, чтобы гарантировать требуемые характеристики.

4. Анализ кривых характеристик

В документацию включены несколько типичных характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях.

4.1 Спектральное распределение

Рисунок 1 показывает спектральное распределение с резким пиком на 940 нм и упомянутой полушириной 50 нм. Эта кривая жизненно важна для обеспечения совместимости со спектральной чувствительностью парного детектора (например, LTR-3208).

4.2 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Рисунок 3 изображает ВАХ (вольт-амперную характеристику). Он показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Кривая позволяет разработчикам определить необходимое напряжение питания для желаемого рабочего тока, что необходимо для проектирования схемы ограничения тока.

4.3 Относительная сила излучения в зависимости от прямого тока

Рисунок 5 показывает, что оптическая выходная мощность (сила излучения) почти линейно зависит от прямого тока в типичном рабочем диапазоне. Эта линейность упрощает модуляцию и управление световым выходом.

4.4 Относительная сила излучения в зависимости от температуры окружающей среды

Рисунок 4 критически важен для понимания тепловых эффектов. Он показывает, что сила излучения уменьшается с увеличением температуры окружающей среды. Это снижение номинальных характеристик должно учитываться в конструкциях, предназначенных для работы во всем температурном диапазоне, особенно вблизи верхнего предела (+85°C), чтобы обеспечить достаточный запас по сигналу.

4.5 Диаграмма направленности

Рисунок 6 предоставляет полярную диаграмму направленности, визуально подтверждающую угол обзора в 16 градусов. Диаграмма показывает угловое распределение излучаемого инфракрасного света, что важно для оптического выравнивания и понимания эффективной зоны обнаружения.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный радиальный выводной корпус диаметром 5 мм (часто называемый T-1¾). Ключевые размеры включают диаметр корпуса, расстояние между выводами и общую длину. На чертеже указано, что расстояние между выводами измеряется в месте их выхода из корпуса. Максимальный выступ смолы под фланцем указан как 1,5 мм. Все размеры имеют стандартный допуск ±0,25 мм, если не указано иное.

5.2 Идентификация полярности

Для стандартного ИК-излучателя в этом корпусе более длинный вывод обычно является анодом (положительным), а более короткий — катодом (отрицательным). Плоская сторона на ободке корпуса также может указывать на сторону катода. Разработчики должны проверять это во время сборки, чтобы предотвратить обратное подключение.

6. Рекомендации по пайке и сборке

В документации приведены конкретные инструкции по пайке для предотвращения теплового повреждения полупроводникового перехода и пластикового корпуса.

6.1 Ручная или волновая пайка

Абсолютное максимальное значение указывает, что выводы можно паять при 260°C не более 5 секунд при условии, что точка пайки находится на расстоянии не менее 1,6 мм (0,063") от корпуса. Это расстояние позволяет теплу рассеиваться вдоль вывода, прежде чем достичь чувствительных компонентов внутри корпуса. Рекомендуется использовать теплоотводящую зажимную скобу на выводе между местом пайки и корпусом.

6.2 Условия хранения

Хотя явно не детализировано за пределами диапазона температур хранения (-55°C до +100°C), стандартной практикой является хранение чувствительных к влаге устройств в сухой среде или в герметичных влагозащитных пакетах с осушителем для предотвращения "вспучивания" во время пайки оплавлением, хотя этот компонент в основном предназначен для монтажа в отверстия.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Дымовые извещатели:Одобрение UL делает его основным выбором. Он используется в фотоэлектрических дымовых извещателях, где частицы дыма рассеивают ИК-луч от излучателя к фотодетектору.
• Обнаружение объектов/щелей:В паре с согласованным фототранзистором (например, LTR-3208) через зазор для обнаружения наличия или отсутствия объекта (бумага в принтере, монета в торговом автомате).
• Датчики приближения:Используются в системах, где обнаруживается отраженный ИК-свет для определения расстояния или присутствия.
• Промышленная автоматизация:Для подсчета, позиционирования и световых завес безопасности.

7.2 Соображения по проектированию

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный резистор для ограничения прямого тока до желаемого значения (например, 20 мА для измерений по спецификации). Рассчитайте значение резистора по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F.
• Тепловой менеджмент:Учитывайте снижение выходной мощности с температурой (см. Рис. 4). Для работы при высоких температурах или высоких токах убедитесь, что рассеиваемая мощность (I_F* V_F) не превышает 250 мВт, и рассмотрите возможность снижения номинальных характеристик.
• Оптическое выравнивание:Узкий луч в 16 градусов требует точного механического выравнивания с детектором для оптимальной силы сигнала.
• Электрические помехи:Для импульсной работы обеспечьте быструю схему управления и рассмотрите возможность экранирования, чтобы предотвратить влияние электромагнитных помех на чувствительные схемы детектора.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя прямое сравнение с конкурентами не приведено в документации, ключевые отличительные особенности LTE-2872U можно вывести. Его основное преимущество — гарантированное согласование с серией фототранзисторов LTR-3208, что снижает неопределенность проектирования. Наличие нескольких выходных бинов позволяет оптимизировать соотношение цена/производительность. Узкий угол обзора — это специфическая особенность, которая есть не у всех ИК-излучателей; излучатели с более широким углом обеспечивают меньшую интенсивность в конкретной точке, но покрывают большую площадь. Сертификация UL для дымовых извещателей — это значительная квалификация, которой обладают не все ИК-светодиоды, открывающая доступ к регулируемому рынку.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Какова цель различных бинов (A, B, C, D1 и т.д.)?
О1: Бины классифицируют светодиоды на основе измеренного излучаемого потока (силы излучения). Это позволяет вам выбрать компонент, который надежно соответствует минимальной выходной мощности, требуемой для вашего приложения. Использование более высокого бина обеспечивает более сильный сигнал, но может стоить немного дороже.

В2: Могу ли я питать этот светодиод напрямую от источника 5В?
О2: Нет. Типичное прямое напряжение составляет 1,2-1,6В. Подключение его напрямую к 5В вызовет чрезмерный ток, что разрушит светодиод. Вы всегда должны использовать последовательный токоограничивающий резистор.

В3: Почему выходная мощность падает при более высоких температурах?
О3: Это фундаментальная характеристика полупроводниковых источников света. Повышение температуры увеличивает безызлучательную рекомбинацию в полупроводниковом материале, снижая эффективность генерации света (электролюминесценции).

В4: Что означает "спектрально согласованный"?
О4: Это означает, что пиковая длина волны излучения излучателя (940 нм) близко совпадает с пиковой длиной волны спектральной чувствительности указанного детектора на фототранзисторе. Это максимизирует количество излучаемого света, которое детектор может "увидеть" и преобразовать в электрический сигнал.

10. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование датчика отсутствия бумаги для принтера.Распространенное применение — обнаружение отсутствия бумаги в лотке. ИК-излучатель LTE-2872U размещается с одной стороны пути бумаги, а фототранзистор LTR-3208 — прямо напротив. Когда бумага присутствует, она блокирует ИК-луч, и выходной сигнал фототранзистора низкий (или высокий, в зависимости от конфигурации схемы). Когда бумага отсутствует, луч достигает детектора, изменяя его выходное состояние.Шаги проектирования:1) Выберите подходящий бин (например, Бин C) для достаточного запаса по сигналу. 2) Спроектируйте схему управления: используйте вывод GPIO микроконтроллера. При питании 3,3В и целевом I_F20 мА рассчитайте R = (3,3В - 1,4В) / 0,02А = 95 Ом. Используйте стандартный резистор 100 Ом. 3) Спроектируйте схему детектора: подключите фототранзистор в схеме с общим эмиттером с подтягивающим резистором для создания цифрового сигнала. 4) Механически спроектируйте держатель, чтобы обеспечить точное выравнивание излучателя и детектора поперек пути бумаги, используя узкий луч в 16 градусов для точного обнаружения края.

11. Введение в принцип работы

LTE-2872U — это светоизлучающий диод (LED), работающий в инфракрасном спектре. Его основной принцип — электролюминесценция в полупроводниковом p-n переходе. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию. В этой конкретной материальной системе (GaAlAs/GaAs) высвобождаемая энергия соответствует фотону с длиной волны примерно 940 нм, что находится в ближней инфракрасной области. Узкий луч достигается за счет геометрии полупроводникового кристалла и линзирующего эффекта прозрачного пластикового куполообразного корпуса, который коллимирует излучаемый свет.

12. Технологические тренды и контекст

Инфракрасные излучатели, такие как LTE-2872U, основаны на зрелой технологии полупроводников III-V группы. Тренды в этой области включают разработку излучателей на разных длинах волн (например, 850 нм для некоторых камер наблюдения, 1050 нм для безопасных для глаз применений) и с более высокой выходной мощностью и эффективностью. Также наблюдается переход к корпусам для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки, хотя выводные корпуса, такие как этот 5-миллиметровый, остаются популярными для прототипирования, ремонта и применений, требующих более высокой мощности или более простой ручной сборки. Принцип согласованных пар излучатель-детектор остается фундаментальным для надежного оптоэлектронного обнаружения. Интеграция излучателя, драйвера и иногда детектора в единый модуль — это еще один тренд, упрощающий проектирование систем для конечных пользователей.