Техническая документация на инфракрасный излучатель и детектор LTE-C9501 - Длина волны 940 нм - Прямой ток 20 мА - Типичное прямое напряжение 1.2 В

1. Обзор продукта

LTE-C9501 — это дискретный инфракрасный компонент, предназначенный для широкого спектра применений, требующих надежного инфракрасного излучения и детектирования. Он является частью комплексной продуктовой линейки, отвечающей потребностям современных электронных систем, где критически важны высокая производительность, компактное исполнение и совместимость с автоматизированными процессами сборки.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества этого компонента включают его соответствие стандартам RoHS и экологическим требованиям, что гарантирует экологичность. Поставляется в 12-мм несущей ленте на катушках диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с высокоскоростным автоматическим оборудованием для установки, используемым на современных линиях сборки печатных плат. Конструкция корпуса также совместима с процессами инфракрасной пайки оплавлением, что является отраслевым стандартом для поверхностного монтажа (SMT). Его стандартный корпус EIA обеспечивает механическую совместимость с другими компонентами и библиотеками проектирования. Устройство ориентировано на рынки потребительской электроники (пульты дистанционного управления), промышленных и коммерческих систем для беспроводной ИК-передачи данных, а также систем безопасности для функций сигнализации и датчиков.

2. Подробный анализ технических параметров

Рабочие характеристики LTE-C9501 определяются набором абсолютных максимальных параметров и детальными электрическими/оптическими характеристиками. Понимание этих параметров необходимо для надежного проектирования схем.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы. Ключевые ограничения включают рассеиваемую мощность 100 мВт, пиковый прямой ток 800 мА в импульсном режиме (300 Гц, длительность импульса 10 мкс) и постоянный прямой ток 60 мА. Устройство может выдерживать обратное напряжение до 5 В, хотя оно не предназначено для работы в обратном смещении. Диапазон рабочих температур составляет от -40°C до +85°C, а диапазон температур хранения шире: от -55°C до +100°C. Компонент выдерживает пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C в течение максимум 10 секунд.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры, измеренные при стандартной температуре окружающей среды 25°C, определяют производительность устройства в типичных рабочих условиях. Сила излучения (I_E) составляет от минимум 1.0 мВт/ср до максимум 6.0 мВт/ср при прямом токе (I_F) 20 мА. Пиковая длина волны излучения (λ_p) равна 940 нм, что находится в ближнем инфракрасном спектре и невидимо для человеческого глаза. Полуширина спектральной линии (Δλ) обычно составляет 50 нм. Прямое напряжение (V_F) обычно равно 1.2 В, с диапазоном от 1.1 В до 1.5 В при I_F=20 мА. Обратный ток (I_R) составляет максимум 10 мкА при приложении обратного напряжения (V_R) 5 В. Угол обзора (2θ_1/2) равен 20 градусам, что определяет угловой разброс излучаемого инфракрасного излучения, при котором интенсивность падает до половины от осевого значения.

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

Для обеспечения стабильных характеристик в производстве LTE-C9501 сортируется на разные группы (бины) в зависимости от его силы излучения. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям к выходной мощности для их приложения.

3.1 Сортировка по силе излучения

Список кодов бинов классифицирует устройства на три группы в зависимости от минимальной и максимальной силы излучения, измеренной при I_F=20 мА. Бин A охватывает устройства с интенсивностью от 1.0 до 2.0 мВт/ср. Бин B — от 2.0 до 3.0 мВт/ср. Бин C — от 3.0 до 6.0 мВт/ср. Допуск +/-15% применяется к интенсивности внутри каждого бина. Эта система сортировки полезна в приложениях, где критически важна стабильная сила сигнала, например, в каналах передачи данных или датчиках приближения.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные дают более глубокое понимание поведения устройства в различных условиях, что жизненно важно для надежного проектирования системы.

4.1 Спектральное распределение

Кривая спектрального распределения (Рис.1) показывает относительную силу излучения в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик на 940 нм и полуширину спектра 50 нм, указывая на ширину полосы излучаемого инфракрасного света. Эта информация важна для согласования со спектральной чувствительностью соответствующих фотодетекторов и для фильтрации шумов окружающего света.

4.2 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая (Рис.2) иллюстрирует зависимость допустимого прямого тока от температуры окружающей среды. С ростом температуры максимально допустимый прямой ток уменьшается из-за тепловых ограничений полупроводникового перехода. Эта кривая снижения номинальных значений критически важна для обеспечения работы устройства в пределах его безопасной рабочей области (SOA) при любых условиях окружающей среды.

4.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Вольт-амперная характеристика (Рис.3) показывает нелинейную зависимость между прямым током и прямым напряжением. Она помогает в проектировании схемы ограничения тока для светодиода. Форма кривой типична для диода с напряжением включения около 1 В.

4.4 Относительная сила излучения в зависимости от температуры окружающей среды и прямого тока

Рисунки 4 и 5 показывают, как оптическая выходная мощность изменяется с температурой и током накачки. Выходная мощность обычно уменьшается с ростом температуры (Рис.4) и увеличивается с ростом тока накачки (Рис.5), хотя не обязательно линейно. Эти кривые необходимы для компенсации выходной мощности в условиях изменяющейся температуры или для проектирования схем постоянной яркости.

4.5 Диаграмма направленности излучения

Полярная диаграмма направленности (Рис.6) визуально представляет угол обзора. Интенсивность максимальна вдоль центральной оси (0 градусов) и симметрично уменьшается до половины своего значения на +/-10 градусах от оси, что подтверждает спецификацию полного угла обзора в 20 градусов. Эта диаграмма важна для оптического выравнивания в таких системах, как пульты дистанционного управления или каналы передачи данных.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры

В спецификации приведены подробные механические чертежи компонента. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.1 мм, если не указано иное. Корпус выполнен в стандартном форм-факторе EIA с прозрачной пластиковой линзой для верхнего излучения.

5.2 Рекомендуемая контактная площадка для пайки

Предоставлен рекомендуемый рисунок контактных площадок для разводки печатной платы. Следование этим размерам обеспечивает правильное формирование паяного соединения во время оплавления, хорошую механическую прочность и правильное позиционирование компонента.

5.3 Размеры упаковки в ленте и на катушке

Подробные чертежи показывают размеры несущей ленты и 7-дюймовой катушки, используемой для автоматической обработки. Карманы ленты спроектированы для надежного удержания компонента, а верхняя покрывающая лента их герметизирует. Каждая катушка содержит 2000 штук. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA 481-1-A-1994, обеспечивая совместимость со стандартным оборудованием для установки компонентов.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Параметры пайки оплавлением

Включен рекомендуемый профиль инфракрасной пайки оплавлением для бессвинцовых процессов. Ключевые параметры включают зону предварительного нагрева 150-200°C, время предварительного нагрева до 120 секунд максимум, пиковую температуру не выше 260°C и время выше этой пиковой температуры максимум 10 секунд. Профиль основан на стандартах JEDEC для обеспечения надежной пайки без повреждения компонента. Подчеркивается, что оптимальный профиль может варьироваться в зависимости от конкретной конструкции печатной платы, припоя и используемой печи.

6.2 Условия хранения

Для невскрытой влагозащищенной упаковки с осушителем компоненты должны храниться при температуре 30°C или ниже и относительной влажности 90% или ниже, с рекомендуемым сроком использования в течение одного года. После вскрытия оригинальной упаковки условия хранения не должны превышать 30°C или 60% относительной влажности. Компоненты, извлеченные из оригинальной упаковки, желательно паять оплавлением в течение одной недели. Для более длительного хранения вне оригинального пакета их следует хранить в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе. Компоненты, хранившиеся вне оригинальной упаковки более одной недели, перед сборкой должны быть прогреты при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" ("popcorning") во время оплавления.

6.3 Очистка

Если очистка после пайки необходима, рекомендуется использовать спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт.

6.4 Ручная пайка

Если требуется ручная пайка паяльником, температура жала паяльника не должна превышать 300°C, а время контакта должно быть ограничено максимум 3 секундами на одно паяное соединение.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

LTE-C9501 подходит для использования в качестве инфракрасного излучателя в пультах дистанционного управления для потребительской электроники (телевизоры, аудиосистемы). Также применим в системах короткодействующей беспроводной ИК-передачи данных, например, в некоторых устаревших каналах связи или простой телеметрии датчиков. Кроме того, может использоваться в системах охранной сигнализации как часть датчика прерывания инфракрасного луча или в приложениях для определения приближения.

7.2 Соображения при проектировании

Управление током:Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор или источник постоянного тока для установки прямого тока (I_F). Не превышайте абсолютные максимальные параметры для постоянного или импульсного тока. Обратитесь к кривой снижения номинальных значений для работы при высоких температурах.
Оптическое проектирование:Учитывайте угол обзора 20 градусов при проектировании линз или отражателей для коллимации или фокусировки ИК-луча. Для приема убедитесь, что парный фотодетектор (фотодиод или фототранзистор) имеет соответствующую спектральную чувствительность в районе 940 нм.
Электрическое проектирование:Хотя устройство может выдерживать обратное напряжение 5 В, оно не предназначено для работы в режиме обратного смещения. Убедитесь, что схемные решения предотвращают приложение значительного обратного напряжения во время нормальной работы или переходных процессов.
Тепловой менеджмент:Убедитесь, что разводка печатной платы обеспечивает адекватный теплоотвод, особенно при работе вблизи максимальных значений тока, чтобы предотвратить перегрев и преждевременную деградацию.

7.3 Меры предосторожности и надежность

Компонент предназначен для стандартного электронного оборудования. Для применений, требующих исключительной надежности, где отказ может угрожать жизни или здоровью (например, авиация, медицинские устройства, системы безопасности), необходимы специальные консультации и квалификация. Всегда соблюдайте указанные условия хранения, обращения и пайки для поддержания надежности и производительности компонента.

8. Техническое сравнение и отличия

Хотя спецификация сосредоточена на одной детали, ключевыми отличительными особенностями LTE-C9501 в его категории являются конкретная длина волны 940 нм, которая обеспечивает хороший баланс между выходной мощностью и совместимостью с кремниевыми фотодетекторами, будучи менее заметной, чем источники 850 нм. Прозрачная линза (в отличие от тонированной) максимизирует световой выход. Его упаковка и совместимость с автоматизированными процессами SMT делают его подходящим для крупносерийного производства. Наличие бинов силы излучения позволяет гибко проектировать и оптимизировать стоимость в зависимости от требуемой силы сигнала.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Для чего нужна длина волны 940 нм?
О: Инфракрасный свет с длиной волны 940 нм невидим для человеческого глаза, что делает его идеальным для незаметной работы в пультах дистанционного управления и системах безопасности. Он также эффективно детектируется обычными кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами.

В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3 В или 5 В?
О: Нет. Вы должны использовать последовательный токоограничивающий резистор. Рассчитайте его значение по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Например, при питании 3.3 В, V_F=1.2 В и I_F=20 мА: R = (3.3 - 1.2) / 0.02 = 105 Ом. Используйте ближайшее стандартное значение, например, 100 Ом.

В: В чем разница между силой излучения (мВт/ср) и силой света?
О: Сила излучения измеряет оптическую мощность (в ваттах) на единицу телесного угла и актуальна для всех длин волн. Сила света взвешена по чувствительности человеческого глаза и используется для видимого света. Поскольку это ИК-устройство, сила излучения является правильной метрикой.

В: Почему важна чувствительность к влаге при хранении?
О: Пластиковые SMD-компоненты могут поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературной пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, вызывая внутреннее расслоение или растрескивание ("вспучивание"), что может разрушить устройство. Правильное хранение и прогрев предотвращают это.

10. Практические примеры проектирования и использования

Пример 1: Простой ИК-передатчик для пульта дистанционного управления:Сопрягите LTE-C9501 с микросхемой модуляции 38 кГц (или микроконтроллером, генерирующим ШИМ-сигнал 38 кГц) и транзисторным ключом. Токоограничивающий резистор устанавливает I_Fна 20-40 мА для хорошей дальности. Луч с углом 20 градусов обеспечивает разумную зону покрытия для наведения пульта на устройство.

Пример 2: ИК-датчик приближения:Расположите излучатель LTE-C9501 и соответствующий фототранзистор рядом, направленными в одну сторону. Объект, проходящий перед ними, будет отражать ИК-свет обратно на детектор. Используйте импульсный режим работы излучателя и синхронное детектирование в приемной схеме для подавления окружающего света. Система бининга позволяет выбрать излучатель с достаточной выходной мощностью для требуемой дистанции обнаружения.

Пример 3: Канал передачи данных:Для простой последовательной передачи данных на короткие расстояния управляйте светодиодом с помощью сигнала данных через схему усиления тока. Высокоскоростные возможности базового полупроводникового материала (подразумеваемые описанием продуктовой линейки) поддерживают модуляцию для передачи данных. На приемной стороне будет использоваться соответствующий фотодиод с транс-импедансным усилителем.

11. Введение в принцип работы

LTE-C9501, как инфракрасный излучатель, является светоизлучающим диодом (LED). Его сердцевина — полупроводниковый кристалл, обычно из арсенида галлия (GaAs) для излучения на 940 нм. Когда прямое напряжение прикладывается к P-N переходу, электроны и дырки рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав материала (ширина запрещенной зоны) полупроводника определяет длину волны излучаемого света, которая в данном случае составляет 940 нм в инфракрасной области. Прозрачный эпоксидный корпус инкапсулирует кристалл, обеспечивает механическую защиту и содержит линзу, формирующую излучаемый свет в указанную диаграмму направленности с углом обзора 20 градусов.

12. Тенденции и контекст технологии

Дискретные инфракрасные компоненты, такие как LTE-C9501, остаются фундаментальными строительными блоками в электронике. Ключевые тенденции, влияющие на эту область, включают постоянный спрос на миниатюризацию и более высокую интеграцию, ведущую к комбинированным корпусам, которые могут включать как излучатель, так и детектор в одном корпусе. Также наблюдается стремление к повышению эффективности (больше оптической мощности на электрический вход) и более высокой скорости для быстрой передачи данных. Внедрение бессвинцовых и соответствующих RoHS производственных процессов, как видно в этом компоненте, теперь является универсальным стандартом. Кроме того, совместимость с автоматической установкой и пайкой оплавлением необходима для рентабельного массового производства. В то время как специализированные интегральные схемы (ASIC) и модули становятся все более распространенными, дискретные компоненты предлагают гибкость проектирования, стоимостные преимущества при масштабировании и часто являются предпочтительным решением для пользовательских или оптимизированных оптических конструкций.