Техническая документация на инфракрасный излучатель и детектор LTE-R38386AS-ZF - Длина волны 850 нм - Прямой ток 1А - Макс. напряжение 3.6В - Рассеиваемая мощность 3.6Вт

1. Обзор продукта

В данном документе представлены полные технические характеристики дискретного инфракрасного компонента, разработанного для применений, требующих высокой мощности, высокой скорости и широких углов обзора. Устройство представляет собой инфракрасный излучатель, работающий на пиковой длине волны 850 нм, изготовленный по технологии AlGaAs для обеспечения высокоскоростных характеристик. Он является частью более широкой линейки продуктов, включающей различные инфракрасные излучатели и детекторы, такие как GaAs ИК-светодиоды 940 нм, PIN-фотодиоды и фототранзисторы. Компонент разработан в соответствии с требованиями RoHS и классифицируется как "зеленый" продукт.

1.1 Основные преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данного компонента включают мощный светодиодный источник света, высокую производительность с длительным сроком службы и способность работать с высокими токами накачки. Эти особенности делают его подходящим для требовательных инфракрасных применений. Целевые рынки и области применения в основном находятся в сфере потребительской и промышленной электроники, особенно там, где требуется надежная инфракрасная сигнализация.

2. Подробный анализ технических параметров

В данном разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров устройства, указанных в стандартных условиях испытаний (TA=25°C).

2.1 Предельно допустимые параметры

Устройство предназначено для работы в строгих пределах, чтобы обеспечить надежность и предотвратить повреждение. Максимальная рассеиваемая мощность составляет 3,6 Вт. Оно может выдерживать пиковый прямой ток 5 Ампер в импульсном режиме (300 импульсов в секунду, длительность импульса 10 мкс) и постоянный прямой ток 1 Ампер. Максимально допустимое обратное напряжение составляет 5 Вольт. Тепловое сопротивление перехода указано как 9 К/Вт, что критически важно для проектирования системы теплового управления. Рабочий температурный диапазон составляет от -40°C до +85°C, а диапазон температур хранения — от -55°C до +100°C. Компонент может выдерживать инфракрасную пайку при 260°C в течение максимум 10 секунд.

2.2 Электрические и оптические характеристики

В условиях испытаний при прямом токе (IF) 1А устройство демонстрирует излучаемую интенсивность (IE) с типичным значением 320 мВт/ср и минимальным 200 мВт/ср. Полный излучаемый поток (Фe) составляет типично 1270 мВт. Пиковая длина волны излучения (λПик) равна 850 нм, с полушириной спектральной линии (Δλ) 50 нм, что определяет его оптическую полосу пропускания. Прямое напряжение (VF) варьируется от 2,5В (мин.) до 3,6В (макс.), с типичным значением 3,1В при 1А. Обратный ток (IR) составляет максимум 10 мкА при обратном напряжении (VR) 5В. Время нарастания и спада сигнала (Tr/Tf) типично равно 30 наносекундам (измеряется от 10% до 90%). Угол обзора (2θ1/2) составляет 150 градусов, где θ1/2 — это угол отклонения от оси, при котором излучаемая интенсивность составляет половину значения на центральной оси.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены несколько типичных характеристических кривых, которые необходимы для проектирования схем и прогнозирования производительности в различных условиях.

3.1 Спектральное распределение

На рисунке 1 показана относительная излучаемая интенсивность в зависимости от длины волны. Кривая центрирована на 850 нм, что подтверждает пиковую длину волны излучения, а полуширина 50 нм указывает на спектральный разброс излучаемого инфракрасного света.

3.2 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

На рисунке 2 показана зависимость допустимого прямого тока от температуры окружающей среды. Эта кривая снижения номинальных значений имеет решающее значение для определения максимального безопасного рабочего тока при повышенных температурах, чтобы избежать превышения предельной температуры перехода.

3.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

На рисунке 3 представлена ВАХ (вольт-амперная характеристика). Она показывает нелинейную зависимость, типичную для диодов, и используется для расчета рассеиваемой мощности (Vf * If) и проектирования соответствующей схемы ограничения тока.

3.4 Относительная излучаемая интенсивность в зависимости от температуры окружающей среды и прямого тока

На рисунках 4 и 5 показано, как оптическая выходная мощность (относительно ее значения при IF=1A) изменяется в зависимости от температуры окружающей среды и прямого тока соответственно. Эти графики помогают разработчикам понять вариации эффективности и стабильности выходного сигнала в различных рабочих условиях.

3.5 Диаграмма направленности излучения

На рисунке 6 представлена полярная диаграмма направленности, показывающая пространственное распределение излучаемого инфракрасного света. Широкая, плавная лепестковая диаграмма подтверждает угол обзора 150 градусов, что важно для применений, требующих широкого покрытия или допуска на юстировку.

4. Механическая информация и информация об упаковке

4.1 Габаритные размеры

В документе представлен подробный механический чертеж компонента. Все размеры указаны в миллиметрах, со стандартным допуском ±0,1 мм, если не указано иное. Чертеж включает ключевые особенности, необходимые для проектирования посадочного места на печатной плате и механической интеграции.

4.2 Рекомендуемые размеры контактных площадок для пайки

Предоставлен рекомендуемый рисунок контактных площадок на печатной плате для обеспечения правильного формирования паяного соединения, механической стабильности и тепловых характеристик в процессе сборки. Для надежного производства рекомендуется придерживаться этих размеров.

4.3 Идентификация полярности

Катод четко обозначен на схеме габаритных размеров корпуса. Правильная ориентация полярности во время сборки необходима для функционирования устройства.

5. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение и сборка имеют решающее значение для сохранения надежности и производительности устройства.

5.1 Условия хранения

Для герметичных упаковок хранение должно осуществляться при температуре 30°C или ниже и относительной влажности (RH) 90% или ниже, с рекомендуемым сроком использования в течение одного года. Для вскрытых упаковок окружающая среда не должна превышать 30°C или 60% RH. Компоненты, извлеченные из оригинальной упаковки, должны быть пропаяны методом оплавления в течение одной недели. Для более длительного хранения вне оригинальной упаковки рекомендуется хранение в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе. Компоненты, хранящиеся вне упаковки более недели, перед пайкой должны быть прогреты при температуре примерно 60°C в течение не менее 20 часов.

5.2 Очистка

Если очистка необходима, следует использовать только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт.

5.3 Параметры пайки

Предоставлены подробные условия пайки как для процесса оплавления, так и для ручной пайки. Для пайки оплавлением: предварительный нагрев при 150–200°C в течение максимум 120 секунд, с пиковой температурой, не превышающей 260°C, в течение максимум 10 секунд (допускается не более двух циклов оплавления). Для использования паяльника: максимальная температура 300°C в течение максимум 3 секунд на вывод. В документе в качестве основы для настройки процесса приводятся ссылки на стандартные профили JEDEC и подчеркивается необходимость характеристики для конкретной платы из-за различий в конструкции, пастах и оборудовании.

6. Информация об упаковке и заказе

6.1 Размеры упаковки на ленте и катушке

Компонент поставляется на 7-дюймовых катушках, по 600 штук на катушке. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA 481-1-A-1994. Предоставлены подробные размеры несущей ленты и катушки. В примечаниях указано, что пустые гнезда для компонентов запечатаны покровной лентой и допускается не более двух последовательно отсутствующих деталей.

7. Примечания по применению и соображения по проектированию

7.1 Предназначение и предостережения

Устройство предназначено для обычного электронного оборудования в офисных, коммуникационных и бытовых применениях. Перед использованием в приложениях, где требуется исключительная надежность, особенно там, где отказ может угрожать жизни или здоровью (например, авиация, медицинские системы, устройства безопасности), требуется консультация.

7.2 Проектирование схемы управления

Поскольку светодиод является устройством, управляемым током, при параллельном подключении нескольких устройств с каждым светодиодом должен использоваться последовательный токоограничивающий резистор. Эта практика, проиллюстрированная как "Схематическая модель (A)" в техническом описании, необходима для обеспечения равномерности интенсивности всех светодиодов. Альтернативная схема без индивидуальных резисторов ("Схематическая модель (B)") может привести к вариациям яркости из-за естественного разброса прямого напряжения (Vf) среди светодиодов, вызывая дисбаланс тока.

7.3 Тепловой менеджмент

Учитывая номинальную рассеиваемую мощность 3,6 Вт и тепловое сопротивление (Rθj) 9 К/Вт, необходима эффективная система теплового управления на печатной плате. Разработчики должны обеспечить достаточную площадь меди или теплоотвод, чтобы поддерживать температуру перехода в безопасных пределах, особенно при работе на высоких токах или при повышенных температурах окружающей среды, как указано на кривой снижения номинальных значений.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Данный ИК-светодиод AlGaAs 850 нм позиционируется для высокоскоростных применений. По сравнению со стандартными ИК-светодиодами GaAs 940 нм, часто используемыми в пультах дистанционного управления, длина волны 850 нм может обеспечить лучшую производительность с кремниевыми детекторами (которые имеют более высокую чувствительность в районе 800-900 нм) и обычно используется в системах передачи данных и наблюдения. Высокая выходная мощность (типично 320 мВт/ср) и высокая скорость переключения (типично 30 нс) являются ключевыми отличительными особенностями для применений, требующих сильных сигналов или высоких скоростей передачи данных.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: В чем разница между излучаемой интенсивностью (мВт/ср) и полным излучаемым потоком (мВт)?

О: Излучаемая интенсивность измеряет оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла (стерадиан) вдоль центральной оси, что указывает на степень концентрации луча. Полный излучаемый поток — это интегрированная оптическая мощность, излучаемая во всех направлениях. Широкий угол обзора 150° данного устройства означает, что его полный поток значительно выше, чем можно было бы предположить по осевой интенсивности для излучателя с узким углом.

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника постоянного напряжения?

О: Это не рекомендуется. Светодиоды требуют управления током. Прямое напряжение (Vf) имеет диапазон (от 2,5В до 3,6В). Источник постоянного напряжения, установленный в этом диапазоне, может привести к чрезмерному разбросу тока между образцами, потенциально перегружая некоторые из них и вызывая нестабильную яркость или повреждение. Всегда используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока.

В: Как интерпретировать угол обзора 150 градусов (2θ1/2)?

О: Угол обзора — это полный угол, в пределах которого интенсивность составляет не менее половины пиковой (осевой) интенсивности. Следовательно, θ1/2 составляет 75 градусов от оси. Свет излучается с полезной интенсивностью в пределах этого очень широкого конуса в 150 градусов.

10. Примеры проектирования и использования

Пример 1: Датчик приближения / Обнаружение объекта:Излучатель может быть скомбинирован с отдельным детектором на фототранзисторе или фотодиоде. Широкий угол обзора упрощает юстировку. Объект, проходящий между излучателем и детектором, прерывает луч, вызывая сигнал обнаружения. Высокая мощность позволяет увеличить расстояние срабатывания или работать в условиях наличия фонового ИК-шума.

Пример 2: Простой инфракрасный канал передачи данных:Быстрое время нарастания/спада 30 нс позволяет модулировать его на высоких частотах (вплоть до МГц диапазона), что подходит для беспроводной передачи данных на короткие расстояния. Управляя им модулированным током от микроконтроллера или кодирующей ИС и используя настроенную приемную схему с фотодиодом, можно установить базовый последовательный канал связи.

Пример 3: Массив из нескольких излучателей для подсветки:Для применений, требующих подсветки области в инфракрасном спектре (например, для камер видеонаблюдения с ночным видением), несколько устройств могут быть размещены на печатной плате. Схема управления должна включать индивидуальные токоограничивающие резисторы для каждого излучателя (как в схеме A), чтобы обеспечить равномерный выходной сигнал по всему массиву, несмотря на разброс Vf.

11. Принцип работы

Данное устройство представляет собой инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод). Он работает по принципу электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. При подаче прямого тока электроны и дырки рекомбинируют в активной области (изготовленной из AlGaAs), высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав материала (AlGaAs) и структура разработаны таким образом, что ширина запрещенной зоны соответствует длине волны фотона 850 нанометров, которая находится в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра, невидимой для человеческого глаза, но обнаруживаемой кремниевыми датчиками.

12. Тенденции и контекст отрасли

Инфракрасные компоненты продолжают развиваться в направлении повышения эффективности, скорости и степени интеграции. Тенденции включают разработку VCSEL (вертикально-излучающих лазеров с поверхностным излучением) для более точной и высокоскоростной передачи данных (например, в лидарах и оптических каналах связи) и интеграцию излучателей с драйверами, а детекторов с усилителями в единые модули. Однако дискретные компоненты, такие как этот ИК-светодиод, остаются жизненно важными благодаря своей экономической эффективности, гибкости проектирования и надежности в огромном количестве устоявшихся и новых применений, от потребительской электроники до промышленной автоматизации и датчиков IoT. Акцент на соответствии RoHS и стандартам "зеленых" продуктов отражает общеотраслевой переход к экологически сознательному производству.