Техническая документация на ИК-излучающий светодиод LTE-4206 - Длина волны 940 нм - Прямой ток 20 мА - Прямое напряжение 1.6 В - Угол обзора 20°

1. Обзор продукта

LTE-4206 — это недорогой миниатюрный инфракрасный (ИК) излучатель, предназначенный для использования в оптоэлектронных датчиках и системах связи. Его основная функция — излучение инфракрасного света с пиковой длиной волны 940 нанометров (нм). Прибор заключен в прозрачный пластиковый корпус с торцевым излучением, что обеспечивает эффективное излучение света. Ключевой особенностью является его механическое и спектральное соответствие соответствующим сериям фототранзисторов, что упрощает проектирование приемных схем, гарантируя совместимость по физическим размерам и спектральной чувствительности.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению прибора. Они указаны для температуры окружающей среды (T_A) 25°C.

• Рассеиваемая мощность (P_D):90 мВт. Это максимально допустимая мощность, которую прибор может рассеивать в виде тепла.
• Пиковый прямой ток (I_FP):1 А. Это максимально допустимый импульсный ток, указанный для условий 300 импульсов в секунду (имп/с) с длительностью импульса 10 мкс.
• Постоянный прямой ток (I_F):60 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно подавать непрерывно.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может повредить p-n-переход светодиода.
• Диапазон рабочих температур:от -40°C до +85°C. Гарантируется работа прибора в этом диапазоне температур окружающей среды.
• Диапазон температур хранения:от -55°C до +100°C.
• Температура пайки выводов:260°C в течение 5 секунд, измеренная на расстоянии 1,6 мм от корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измеряются при T_A=25°C и определяют производительность прибора в нормальных рабочих условиях. Прямой ток (I_F) для тестирования оптических параметров обычно составляет 20 мА.

• Облученность в апертуре (E_e):Измеряется в мВт/см², это мощность излучения на единицу площади, падающая на поверхность. Значение варьируется в зависимости от бина (см. раздел 3).
• Сила излучения (I_EЭта кривая показывает относительную излучательную силу в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик излучения на 940 нм и приблизительную полуширину спектра 50 нм. Форма кривой типична для инфракрасного светодиода на основе GaAlAs.Измеряется в мВт/ср, это мощность излучения, испускаемая в единицу телесного угла. Это ключевой параметр для характеристики яркости ИК-источника. Значения распределены по бинам.
• Пиковая длина волны излучения (λ_пик):940 нм (тип.). Это длина волны, на которой излучаемая оптическая мощность максимальна. Она находится в ближнем инфракрасном спектре.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):50 нм (тип.). Этот параметр, также известный как ширина на полувысоте (FWHM), указывает на спектральную ширину полосы. Значение 50 нм означает, что излучаемый свет охватывает диапазон длин волн шириной примерно 50 нм с центром на пике.
• Прямое напряжение (V_F):1,2 В (мин.), 1,6 В (тип.) при I_F=20 мА. Это падение напряжения на светодиоде при протекании указанного тока.
• Обратный ток (I_R):100 мкА (макс.) при V_R=5 В. Это небольшой ток утечки, который протекает при обратном смещении прибора.
• Угол обзора (2θ_1/2):20 градусов. Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины своего максимального значения (на оси). Угол 20° указывает на относительно сфокусированный луч.

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

Для ключевых параметров оптической мощности LTE-4206 используется система бининга: Облученность в апертуре (E_e) и Сила излучения (I_E). Биннинг — это производственный процесс, сортирующий компоненты по группам производительности для обеспечения согласованности в заданном диапазоне. Прибор классифицируется на четыре бина: A, B, C и D.

• Бин A: E_e= 0,184 - 0,54 мВт/см²; I_E= 1,383 - 4,06 мВт/ср.
• Бин B: E_e= 0,36 - 0,78 мВт/см²; I_E= 2,71 - 5,87 мВт/ср.
• Бин C: E_e= 0,52 - 1,02 мВт/см²; I_E= 3,91 - 7,67 мВт/ср.
• Бин D: E_e= 0,68 мВт/см² (мин.); I_E= 5,11 мВт/ср (мин.). Этот бин представляет группу с наивысшей выходной мощностью.

Эта система позволяет разработчикам выбрать бин, соответствующий их конкретным требованиям к чувствительности или дальности для данного применения.

4. Анализ характеристических кривых

В технической документации представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение прибора в различных условиях.

4.1 Спектральное распределение (Рис. 1)

This curve shows the relative radiant intensity as a function of wavelength. It confirms the peak emission at 940 nm and the approximately 50 nm spectral half-width. The curve shape is typical for a GaAlAs infrared LED.

4.2 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика) (Рис. 3)

На этом графике показана зависимость I_Fот V_F. Он демонстрирует экспоненциальную зависимость, характерную для диода. Кривая необходима для проектирования схемы драйвера с ограничением тока. Типичное значение V_F=1,6В при 20 мА можно проверить здесь.

4.3 Зависимость относительной излучательной силы от прямого тока (Рис. 5)

Этот график показывает, что оптическая мощность (сила излучения) почти линейно зависит от прямого тока в значительном диапазоне. Эта линейность упрощает управление; увеличение тока накачки прямо и предсказуемо увеличивает световой выход.

4.4 Зависимость относительной излучательной силы от температуры окружающей среды (Рис. 4)

Эта важная кривая иллюстрирует температурную зависимость выходной мощности светодиода. Сила излучения уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Это снижение номинальных характеристик необходимо учитывать в конструкциях, предназначенных для работы во всем температурном диапазоне (от -40°C до +85°C), чтобы обеспечить достаточную силу сигнала при высоких температурах.

4.5 Диаграмма направленности излучения (Рис. 6)

Это полярная диаграмма, изображающая пространственное распределение излучаемого света. Она наглядно подтверждает угол обзора 20°, показывая, как интенсивность падает при отклонении от центральной оси (0°).

5. Механическая информация и данные о корпусе

Прибор использует миниатюрный пластиковый корпус с торцевым излучением. Ключевые размерные примечания из документации включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах (дюймы приведены в скобках).
• Общий допуск составляет ±0,25 мм (±0,010"), если не указано иное.
• Максимальный выступ смолы под фланцем составляет 1,0 мм (0,039").
• Расстояние между выводами измеряется в точке их выхода из корпуса.
• Корпус прозрачный.

(Примечание: Конкретные числовые размеры из чертежа в текстовом отрывке не приведены, но обычно включают диаметр корпуса, длину, диаметр выводов и расстояние между ними).

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Основная рекомендация для ручной пайки: выводы можно паять при температуре 260°C в течение максимум 5 секунд, прикладывая тепло на расстоянии не менее 1,6 мм (0,063") от пластикового корпуса. Это необходимо для предотвращения термического повреждения эпоксидной смолы. Для волновой или конвекционной пайки следует соблюдать стандартные профили для инфракрасных светодиодов, обращая внимание на пиковую температуру и время выше температуры плавления припоя, чтобы оставаться в пределах тепловых ограничений корпуса.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

• Обнаружение объектов и датчики приближения:В паре с соответствующим фототранзистором (например, серии LTR-4206) в отражательной или прерывающей конфигурации. Используется в принтерах, копировальных аппаратах, торговых автоматах и промышленной автоматике.
• Инфракрасная передача данных:Подходит для короткодистанционных каналов последовательной связи с низкой скоростью передачи данных, пультов дистанционного управления или оптических энкодеров.
• Обнаружение дыма:Используется в оптических дымовых извещателях.

7.2 Вопросы проектирования

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока, чтобы ограничить I_Fдо желаемого значения (например, 20 мА для характеристик по спецификации), никогда не подключайте напрямую к источнику напряжения.
• Тепловой режим:Учитывайте снижение выходной мощности с температурой (Рис. 4). Убедитесь, что рассеиваемая мощность (I_F* V_F) не превышает 90 мВт с учетом условий окружающей среды.
• Оптическое выравнивание:Угол обзора 20° требует тщательного выравнивания с парным детектором для оптимальной связи сигнала, особенно в прерывающих установках.
• Электрические помехи:В датчиковых приложениях модулируйте ток драйвера светодиода и используйте синхронное детектирование в приемной схеме для подавления фонового освещения (например, солнечного света, ламп накаливания), которое может содержать ИК-компоненты на 940 нм.

8. Техническое сравнение и отличительные особенности

Основными отличительными особенностями LTE-4206 являются егомеханическое и спектральное соответствиеопределенной серии фототранзисторов. Это гарантирует, что активная область и кривая спектральной чувствительности приемника оптимально согласованы с диаграммой направленности и длиной волны излучателя, максимизируя эффективность системы и упрощая механическое проектирование.Прозрачный корпусобеспечивает более высокую внешнюю эффективность по сравнению с тонированными или рассеивающими корпусами.Система бинингаобеспечивает гибкость в выборе требуемого уровня выходной мощности. Егонизкая стоимость и миниатюрный размерделают его подходящим для массовых потребительских и промышленных применений с ограниченным пространством.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Для чего нужна длина волны 940 нм?

О: 940 нм находится в ближнем инфракрасном диапазоне, невидимом для человеческого глаза. Это распространенная длина волны, потому что она избегает помех от видимого света, многие кремниевые фотодетекторы (такие как фототранзисторы) имеют хорошую чувствительность в этой области, и она менее подвержена помехам от окружающего света ламп накаливания (который имеет пик в диапазоне ~1000 нм) по сравнению со светодиодами на 850 нм.

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника 5 В?

О: Да, но вы ОБЯЗАТЕЛЬНО должны использовать токоограничивающий резистор. Например, чтобы достичь I_F=20 мА при типичном V_F=1,6 В от источника 5 В: R = (5В - 1,6В) / 0,02А = 170 Ом. Используйте ближайшее стандартное значение (например, 180 Ом) и проверьте фактический ток.

В: Что означает "угол обзора" для излучателя?

О: Он определяет ширину луча. Полный угол 20° означает, что излучаемый свет сконцентрирован в относительно узком конусе. Половина пиковой интенсивности находится на расстоянии ±10° от центральной оси. Меньший угол дает более сфокусированный луч для большей дальности или точного выравнивания.

В: Почему выходная мощность распределена по бинам?

О: Производственные вариации вызывают небольшие различия в выходной мощности. Биннинг сортирует светодиоды на группы с гарантированными минимальными и максимальными выходными параметрами. Это позволяет разработчикам выбрать бин, который гарантирует надежную работу их системы, зная точный диапазон характеристик компонента.

10. Практический пример проектирования

Пример: Проектирование датчика обнаружения бумаги для принтера.

Требуется прерывающий датчик для обнаружения наличия бумаги. LTE-4206 (Бин C) размещается с одной стороны пути бумаги, а соответствующий фототранзистор LTR-4206 размещается прямо напротив.

1. Схема драйвера:Светодиод управляется выводом GPIO микроконтроллера через резистор 180 Ом, чтобы установить I_F~20 мА, когда вывод находится в высоком уровне (логика 3,3 В или 5 В).
2. Модуляция:Микроконтроллер подает импульсы на светодиод с частотой 1 кГц (скважность 50%) для отделения его сигнала от фонового освещения.
3. Приемная схема:Коллектор фототранзистора подключен к подтягивающему резистору. Напряжение на коллекторе считывается АЦП микроконтроллера или компаратором.
4. Логика обнаружения:Когда бумага отсутствует, ИК-свет достигает фототранзистора, он открывается, опуская напряжение на коллекторе до низкого уровня. Когда бумага прерывает луч, фототранзистор закрывается, и напряжение на коллекторе становится высоким. Микроконтроллер синхронно отслеживает этот сигнал во время импульса светодиода для обнаружения изменения состояния.
5. Особенности:Угол обзора 20° гарантирует, что луч достаточно узкий, чтобы быть четко прерванным краем бумаги. Выбор бина C обеспечивает достаточную силу излучения для создания сильного сигнала в приемнике, даже с учетом возможного накопления пыли со временем.

11. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n-переходный диод. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее его порог включения (примерно 1,2 В для данного прибора), электроны и дырки инжектируются через переход. Эти носители заряда рекомбинируют, и для этого конкретного состава материала (обычно арсенид галлия-алюминия — GaAlAs) энергия, выделяемая при рекомбинации, имеет форму фотонов с длиной волны около 940 нм, что является инфракрасным светом. Интенсивность излучаемого света прямо пропорциональна скорости рекомбинации, которая контролируется прямым током (I_F). Прозрачный эпоксидный корпус действует как линза, формируя выходной луч с указанным углом обзора 20°.

12. Технологические тренды

Тренды в технологии инфракрасных излучателей включают:

• Повышение эффективности:Разработка материалов и структур (например, многоквантовые ямы) для достижения более высокой силы излучения (мВт/ср) при том же токе накачки, снижая энергопотребление.
• Миниатюризация:Продолжающееся уменьшение размеров корпуса (например, корпуса чип-масштаба) для интеграции в более мелкие устройства, такие как носимые устройства и ультракомпактные датчики.
• Повышенная надежность и работа при более высоких температурах:Улучшение материалов корпуса и технологий крепления кристалла для увеличения срока службы и возможности работы в более жестких условиях (например, автомобильная, промышленная).
• Интегрированные решения:Объединение ИК-излучателя, драйвера, а иногда и детектора или логики в единый модуль или ИС для упрощения проектирования системы и уменьшения занимаемой площади.
• Многоспектральные решения и VCSEL:Использование вертикально-излучающих лазеров с поверхностным излучением (VCSEL) для применений, требующих очень точных, высокоскоростных или структурированных световых паттернов, таких как продвинутые датчики приближения, 3D-изображение (времяпролетное) и распознавание лиц.

LTE-4206 представляет собой зрелое, экономически эффективное решение для стандартных задач инфракрасного детектирования, в то время как новые технологии удовлетворяют потребности в более высокой производительности, интеграции и специализированных применениях.