Техническая документация на ИК-излучатель и детектор LTE-R38386AS-S - Длина волны 850 нм - Мощность 3,6 Вт - Прямое напряжение 3,1 В

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны спецификации дискретного инфракрасного (ИК) компонента, предназначенного для применений, требующих надежного источника света и возможности детектирования. Устройство объединяет инфракрасный излучатель и детектор, работающие на пиковой длине волны 850 нанометров. Оно разработано для высокопроизводительных применений, требующих мощного выходного сигнала и стабильной работы.

Основное преимущество этого компонента заключается в сочетании мощного ИК-излучателя с совместимым детектором в одном корпусе. Такая интеграция упрощает проектирование для применений с отражающим или бесконтактным датчиком приближения. Излучатель характеризуется высокой излучаемой интенсивностью и широким углом обзора, в то время как детектор обеспечивает необходимую чувствительность для приема сигнала. Продукт соответствует экологическим нормам, являясь продуктом RoHS и "зеленым" продуктом.

Целевой рынок включает применения в системах дистанционного управления, беспроводной передаче данных на короткие расстояния, системах безопасности и сигнализации, а также различные формы промышленного или потребительского электронного датчирования, где предпочтительна инфракрасная технология.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется и должна быть исключена для обеспечения надежной долгосрочной работы.

• Рассеиваемая мощность (Pd):3,6 Вт. Это максимальное количество мощности, которое устройство может рассеять в виде тепла при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Превышение этого значения приведет к чрезмерному росту температуры перехода.
• Пиковый прямой ток (I_FP):5 Ампер. Это максимально допустимый ток в импульсном режиме (300 импульсов в секунду, длительность импульса 10 мкс). Он значительно выше номинального постоянного тока, используя переходную тепловую емкость устройства.
• Постоянный прямой ток (I_F):1 Ампер. Максимальный непрерывный прямой ток, который может выдержать излучатель.
• Обратное напряжение (V_R):5 Вольт. Приложение обратного напряжения выше этого значения может привести к пробою полупроводникового перехода.
• Тепловое сопротивление (R_θJ):9 К/Вт. Этот параметр показывает, насколько эффективно тепло отводится от полупроводникового перехода к окружающей среде. Более низкое значение означает лучший теплоотвод.
• Диапазон рабочих температур:от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором устройство должно корректно работать.
• Диапазон температур хранения:от -55°C до +100°C.
• Условия инфракрасной пайки:Корпус может выдерживать пиковую температуру пайки оплавлением 260°C максимум в течение 10 секунд.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измерены в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C) и представляют типичные характеристики устройства.

• Излучаемая интенсивность (I_E):630 мВт/ср (тип.) при I_F=1А. Измеряет оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла вдоль центральной оси, что указывает на яркость источника.
• Полный излучаемый поток (Φ_e):1340 мВт (тип.) при I_F=1А. Это полная оптическая мощность, излучаемая во всех направлениях.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):850 нм (тип.). Длина волны, на которой оптическая выходная мощность максимальна.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):50 нм (тип.). Ширина спектра излучения на половине максимальной интенсивности, указывающая на спектральную чистоту.
• Прямое напряжение (V_F):3,1 В (тип.), в диапазоне от 2,5В до 3,6В при I_F=1А. Падение напряжения на устройстве при протекании указанного тока.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.) при V_R=5В. Небольшой ток утечки при обратном смещении устройства.
• Время нарастания/спада (t_r/t_f):30 нс (тип.). Время, необходимое для нарастания оптического выходного сигнала с 10% до 90% от максимального значения (или спада с 90% до 10%). Это определяет максимальную скорость модуляции.
• Угол обзора (2θ_1/2):90 градусов (тип.). Полный угол, при котором излучаемая интенсивность составляет половину значения в центре (0°). Широкий угол полезен для применений с широким охватом.

3. Анализ характеристических кривых

В даташите представлены несколько характеристических кривых, которые имеют решающее значение для понимания поведения устройства в различных условиях.

3.1 Спектральное распределение

Кривая спектрального распределения показывает относительную излучаемую интенсивность в зависимости от длины волны. Для данного устройства пик находится на 850 нм с типичной полушириной 50 нм. Эта характеристика важна для согласования со спектральной чувствительностью парного детектора или для обеспечения совместимости с оптическими фильтрами в системе.

3.2 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая снижения номинальных значений иллюстрирует, как максимально допустимый постоянный прямой ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Чтобы предотвратить превышение максимальной температуры перехода, рабочий ток должен быть уменьшен при работе в условиях высокой температуры. Кривая обычно показывает линейное уменьшение от номинального тока при 25°C до нуля при максимальной температуре перехода.

3.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Вольт-амперная характеристика показывает экспоненциальную зависимость между прямым током и прямым напряжением. Типичное V_Fв 3,1В при 1А является ключевым параметром для проектирования схемы управления и расчета рассеиваемой мощности (P_d= V_F* I_F).

3.4 Относительная излучаемая интенсивность в зависимости от прямого тока и температуры

Эти кривые показывают, как выходная оптическая мощность изменяется с рабочим током и температурой окружающей среды. Выходная мощность обычно линейно увеличивается с током до определенного предела, но эффективность может снижаться при очень высоких токах из-за нагрева. Выходная мощность также уменьшается с ростом температуры из-за снижения внутренней квантовой эффективности.

3.5 Диаграмма направленности излучения

Полярная диаграмма направленности визуально представляет угол обзора. Диаграмма подтверждает половинный угол 90 градусов, показывая относительную интенсивность под различными углами отклонения от оси. Это критически важно для проектирования оптики и юстировки излучателя и детектора в системе.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры

Устройство поставляется в корпусе для поверхностного монтажа. Чертеж габаритных размеров определяет все критические физические размеры, включая длину, ширину, высоту, расстояние между выводами и положение оптического окна. Допуски обычно составляют ±0,1 мм, если не указано иное. Необходимо обращаться к этому чертежу для проектирования посадочного места на печатной плате.

4.2 Рекомендуемые размеры контактных площадок для пайки

Предоставлена рекомендуемая контактная площадка (посадочное место) для печатной платы. Это включает размер, форму и расстояние между площадками для обеспечения надежного формирования паяного соединения во время пайки оплавлением и обеспечения достаточной механической прочности. Следование этим рекомендациям помогает предотвратить "эффект надгробия" и плохие паяные соединения.

4.3 Идентификация полярности

Катод четко обозначен на чертеже корпуса. Правильная полярность должна соблюдаться во время сборки, чтобы предотвратить повреждение устройства. Предоставляемая упаковка на ленте и катушке также поддерживает постоянную ориентацию для автоматической установки.

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Условия хранения

Устройство чувствительно к влаге. Не вскрытые упаковки должны храниться при температуре ≤30°C и влажности ≤90% RH, с рекомендуемым сроком использования в течение одного года. После вскрытия влагозащитного пакета компоненты должны храниться при температуре ≤30°C и влажности ≤60% RH. Если компоненты подвергались воздействию окружающего воздуха более одной недели, перед пайкой требуется прогрев при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "эффекта попкорна" во время пайки оплавлением.

5.2 Профиль пайки оплавлением

Рекомендуется профиль пайки оплавлением, соответствующий стандарту JEDEC. Ключевые параметры включают:

• Предварительный нагрев:150–200°C максимум до 120 секунд для постепенного нагрева платы и активации флюса.
• Пиковая температура:максимум 260°C. Время выше 260°C должно быть минимизировано.
• Время при пиковой температуре:максимум 10 секунд. Устройство может выдержать такой профиль максимум два раза.

Конкретный профиль должен быть определен для фактической конструкции печатной платы, используемой паяльной пасты и печи.

5.3 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, температура жала паяльника не должна превышать 300°C, а время контакта должно быть ограничено 3 секундами на соединение. Это должно выполняться только один раз.

5.4 Очистка

Если требуется очистка после пайки, следует использовать только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт. Следует избегать агрессивных химических очистителей.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Спецификации на ленте и катушке

Компоненты поставляются на эмбоссированной несущей ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 600 штук. Упаковка соответствует стандартам ANSI/EIA 481-1-A-1994. Лента имеет защитную крышку для защиты компонентов, и спецификации допускают максимум два последовательно отсутствующих компонента на катушке.

6.2 Номер детали

Базовый номер детали — LTE-R38386AS-S. Этот номер следует использовать для заказа и идентификации.

7. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

7.1 Типовые схемы применения

Устройство предназначено для обычного электронного оборудования. Для управления излучателем это устройство с токовым управлением.Схема (A)настоятельно рекомендуется: токоограничивающий резистор должен быть включен последовательно с каждым светодиодом при параллельном соединении нескольких устройств. Это обеспечивает равномерность интенсивности, компенсируя естественные вариации прямого напряжения (V_F) между отдельными светодиодами.Схема (B), где светодиоды подключены параллельно без индивидуальных резисторов, не рекомендуется, так как это может привести к значительному несоответствию яркости и потенциальному перекосу тока в сторону светодиода с наименьшим V_F.

7.2 Соображения при проектировании

• Теплоотвод:При рассеиваемой мощности до 3,6 Вт правильное тепловое проектирование на печатной плате имеет решающее значение. Используйте достаточную площадь меди (тепловые площадки), соединенную с выводами устройства, для отвода тепла от перехода.
• Выбор рабочего тока:Выбирайте рабочий ток на основе требуемой излучаемой интенсивности и теплового снижения номинальных значений для максимальной температуры окружающей среды в применении. Не превышайте абсолютный максимальный постоянный ток 1А.
• Оптическая юстировка:Для применений с отражающим датчиком, использующих как излучатель, так и детектор, требуется тщательное механическое проектирование для совмещения поля зрения детектора с освещаемой областью излучателя.
• Электрические помехи:Для стороны детектора учитывайте возможность помех от окружающего света. В даташите упоминается, что фотодиоды/фототранзисторы могут поставляться с фильтрами для этой цели, хотя не указано, включает ли этот конкретный детектор такой фильтр.

7.3 Ограничения по применению

Устройство не предназначено для применений, где отказ может угрожать жизни или здоровью, таких как авиация, управление транспортом, медицинские или критические системы безопасности. Для таких применений требуется консультация с производителем до начала проектирования.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя прямое сравнение с другими номерами деталей в этом даташите не предоставлено, ключевые отличительные особенности этого компонента можно вывести:

• Интегрированное решение:Объединяет излучатель и детектор, сокращая количество компонентов и упрощая оптическую юстировку по сравнению с использованием отдельных компонентов.
• Высокая мощность:Излучаемая интенсивность 630 мВт/ср и номинальная рассеиваемая мощность 3,6 Вт указывают на устройство с высокой выходной мощностью, подходящее для применений, требующих большей дальности или более сильного сигнала.
• Высокая скорость:Время нарастания/спада 30 нс позволяет высокочастотной модуляции для быстрой передачи данных или импульсной работы.
• Широкий угол обзора:Половинный угол 90 градусов обеспечивает широкий охват, что полезно в датчиках приближения или применениях, где юстировка менее критична.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод током 1А непрерывно?

О: Да, но только если температура окружающей среды составляет 25°C или ниже, и вы реализовали достаточный теплоотвод, чтобы поддерживать температуру перехода в пределах нормы. При более высоких температурах окружающей среды ток должен быть снижен в соответствии с предоставленной кривой.

В: В чем разница между Излучаемой Интенсивностью и Полным Излучаемым Потоком?

О: Излучаемая Интенсивность (мВт/ср) измеряет мощность на единицу телесного угла в определенном направлении (обычно по оси). Полный Излучаемый Поток (мВт) измеряет сумму оптической мощности, излучаемой во всех направлениях. Первое актуально для сфокусированных применений, второе — для общего светового потока.

В: Почему необходим последовательный резистор для каждого светодиода при параллельном соединении?

О: Светодиоды имеют отрицательный температурный коэффициент для V_Fи производственные отклонения. Без индивидуальных резисторов светодиод с немного более низким V_Fбудет потреблять непропорционально больше тока, что приведет к неравномерной яркости и потенциальному тепловому разгону в этом устройстве.

В: Как интерпретировать условие пайки 260°C в течение 10 секунд?

О: Это означает, что корпус устройства может выдержать высокие температуры бессвинцовой пайки оплавлением. Ваш профиль печи должен быть спроектирован так, чтобы температура корпуса компонента не превышала 260°C, а время, проведенное в пределах нескольких градусов от этого пика, было менее 10 секунд.

10. Практический пример применения

Пример проектирования: Датчик приближения для автоматического смесителя

В этом применении излучатель и детектор установлены рядом за водонепроницаемым окном. Излучатель постоянно посылает инфракрасный луч длиной волны 850 нм. Когда рука помещается под смеситель, инфракрасный свет отражается от руки обратно на детектор. Микроконтроллер, отслеживающий выход детектора, видит значительное увеличение сигнала и активирует открытие водяного клапана.

Шаги проектирования:

1. Схема управления:Используйте Схему (A). Источник постоянного тока или источник напряжения с последовательным резистором устанавливает ток излучателя, например, на 500 мА, чтобы обеспечить сильный сигнал, оставаясь в пределах нормы.

2. Интерфейс детектора:Фотодетектор (вероятно, фототранзистор в этом корпусе) будет подключен в схеме с общим эмиттером с подтягивающим резистором. Напряжение на коллекторе будет падать при обнаружении ИК-света.

3. Разводка печатной платы:Следуйте рекомендуемой контактной площадке. Включите обильную медную разливку, соединенную с заземляющими выводами устройства для теплоотвода. Держите аналоговые трассы датчика подальше от шумных цифровых линий.

4. Оптика/Механика:Спроектируйте корпус так, чтобы 90-градусный конус излучателя и поле зрения детектора перекрывались в желаемой зоне детектирования (например, на расстоянии 5-15 см от излива смесителя).

5. Программное обеспечение:Реализуйте фильтрацию в микроконтроллере, чтобы отличить отраженный сигнал от фонового ИК-шума (например, от солнечного света или обогревателей).

11. Принцип работы

Устройство содержит два основных элемента:

Инфракрасный излучатель (IRED):Обычно это полупроводниковый диод на основе арсенида галлия (GaAs) или арсенида алюминия-галлия (AlGaAs). При прямом смещении электроны и дырки рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов. Состав материала (AlGaAs) разработан для получения фотонов с длиной волны около 850 нм, что находится в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза.

Инфракрасный детектор:Это фотодиод или фототранзистор, изготовленный из кремния или других полупроводниковых материалов, чувствительных к инфракрасному свету. Когда фотоны с достаточной энергией попадают в активную область детектора, они генерируют электрон-дырочные пары. В фотодиоде это создает фототок, пропорциональный интенсивности света, при обратном смещении. В фототранзисторе фототок действует как ток базы, вызывая протекание значительно большего тока коллектора, обеспечивая внутреннее усиление.

12. Технологические тренды

Инфракрасные компоненты продолжают развиваться в нескольких направлениях, актуальных для данной категории продуктов:

Повышение эффективности:Постоянные исследования в области материаловедения направлены на повышение эффективности "из розетки" (оптическая мощность на выходе / электрическая мощность на входе) ИК-излучателей, снижая тепловыделение и энергопотребление при той же оптической мощности.

Более высокая скорость:Спрос на более быструю передачу данных в потребительской электронике (например, протоколы IrDA) стимулирует разработку устройств с еще более коротким временем нарастания/спада, что позволяет осуществлять связь с более высокой пропускной способностью.

Миниатюризация:Тенденция к уменьшению размеров электронных устройств подталкивает к созданию компонентов с еще меньшими посадочными местами при сохранении или улучшении производительности.

Интеграция:Помимо объединения излучателя и детектора, будущие тренды могут включать интеграцию схемы управления или усилителей обработки сигнала в тот же корпус, создавая более интеллектуальные и законченные сенсорные модули.