Техническая документация на инфракрасный излучатель и детектор LTE-C9501-E-T - Пиковая длина волны 940 нм - Угол обзора 20 градусов

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики дискретного инфракрасного (ИК) компонента, предназначенного для поверхностного монтажа. Устройство сочетает в себе функции инфракрасного излучателя и детектора, ориентируясь на решения, требующие надежной передачи и приема ИК-сигналов. Его основные преимущества включают совместимость с автоматизированными процессами сборки, соответствие стандартам RoHS и экологичным продуктам, а также пригодность для крупносерийного производства с использованием инфракрасной пайки оплавлением. Основными целевыми рынками являются бытовая электроника для систем дистанционного управления, промышленные приложения для беспроводной передачи данных и системы безопасности для функций сигнализации и сенсорного контроля.

2. Подробный анализ технических характеристик

2.1 Абсолютные предельные параметры

Все параметры указаны при температуре окружающей среды (TA) 25°C. Превышение этих пределов может привести к необратимому повреждению.

• Рассеиваемая мощность (Pd):максимум 100 мВт.
• Пиковый прямой ток (IFP):максимум 800 мА в импульсном режиме (300 Гц, длительность импульса 10 мкс).
• Постоянный прямой ток (IF):максимальный постоянный ток 60 мА.
• Обратное напряжение (VR):максимум 5 В.
• Диапазон рабочих температур (Topr):от -40°C до +85°C.
• Диапазон температур хранения (Tstg):от -55°C до +100°C.
• Условия инфракрасной пайки:Максимальная пиковая температура 260°C в течение 10 секунд.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Типичные характеристики измерены при TA=25°C, если не указано иное.

• Излучательная интенсивность (I_E):Диапазон от 1,0 до 6,0 мВт/ср при прямом токе (I_F) 20мА. Точное значение определяется кодом бина.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):940 нм (типичное значение). Эта длина волны находится в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза, что делает её идеальной для пультов дистанционного управления и каналов передачи данных.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):50 нм (типичное значение). Этот параметр определяет спектральную ширину полосы излучаемого ИК-света.
• Прямое напряжение (V_F):1,2В типичное, диапазон от 1,1В до 1,5В при I_F=20мА.
• Обратный ток (I_R):максимум 10 мкА при обратном напряжении (V_R) 5В.
• Угол обзора (2θ_1/2):20 градусов. Это полный угол, при котором излучательная интенсивность составляет половину значения на центральной оси (0°). Более узкий угол обзора приводит к более направленному излучению.

3. Объяснение системы бининга

Устройства сортируются по бинам на основе измеренной излучательной интенсивности при стандартных условиях испытаний I_F=20мА. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованным оптическим выходом для своего приложения.

• БИН A:Излучательная интенсивность от 1,0 мВт/ср (Мин.) до 2,0 мВт/ср (Макс.).
• БИН B:Излучательная интенсивность от 2,0 мВт/ср (Мин.) до 3,0 мВт/ср (Макс.).
• БИН C:Излучательная интенсивность от 3,0 мВт/ср (Мин.) до 6,0 мВт/ср (Макс.).

Допуск +/-15% применяется к интенсивности внутри каждого бина. Отдельный бининг по длине волны или прямому напряжению в данном техническом описании не указан.

4. Анализ кривых производительности

Техническое описание содержит несколько характеристических графиков, необходимых для проектирования схем и понимания поведения устройства в различных условиях.

4.1 Спектральное распределение

Рисунок 1 показывает относительную излучательную интенсивность в зависимости от длины волны. Кривая центрирована на 940 нм с типичной полушириной 50 нм, что подтверждает спектральную чистоту излучаемого инфракрасного света.

4.2 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Рисунок 2 иллюстрирует снижение максимально допустимого прямого тока с увеличением температуры окружающей среды. Номинальный ток линейно уменьшается от своего максимального значения при низких температурах до нуля при максимальной температуре перехода, обеспечивая надежную работу за счет предотвращения тепловой перегрузки.

4.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Рисунок 3 изображает ВАХ (вольт-амперную характеристику). На ней показана экспоненциальная зависимость, типичная для диода, причем прямое напряжение остается относительно постоянным (около 1,2В) в широком диапазоне рабочих токов.

4.4 Относительная излучательная интенсивность 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 (Рисунок 4) и увеличивается сверхлинейно с увеличением прямого тока (Рисунок 5), что подчеркивает важность стабильного тока накачки и управления температурой для стабильной работы.

4.5 Диаграмма направленности излучения

Рисунок 6 представляет собой полярную диаграмму направленности, показывающую пространственное распределение излучаемого света. Диаграмма подтверждает угол обзора 20 градусов, при этом интенсивность падает до 50% при +/-10 градусах от центральной оси.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Компонент размещен в стандартном корпусе EIA. Точные размеры приведены на чертежах в техническом описании, с общим допуском ±0,1 мм, если не указано иное. Корпус оснащен прозрачной пластиковой линзой с верхним расположением.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок для пайки

Предоставлена рекомендуемая конфигурация контактных площадок для проектирования печатной платы, с размерами площадок 1,0 мм x 1,8 мм. Данная конфигурация оптимизирована для надежной пайки и механической стабильности в процессе оплавления.

5.3 Идентификация полярности

Применяются стандартные обозначения полярности диода. Катод обычно обозначен на корпусе. Разработчики должны обратиться к подробному чертежу для определения точной схемы маркировки, чтобы обеспечить правильную ориентацию во время сборки.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль оплавления при пайке

Включен рекомендуемый профиль инфракрасного оплавления для бессвинцовых процессов. Ключевые параметры включают:

• Предварительный нагрев:150-200°C.
• Время предварительного нагрева:Максимум 120 секунд.
• Пиковая температура:Максимум 260°C.
• Время выше температуры ликвидуса:Максимум 10 секунд (рекомендуется для максимум двух циклов оплавления).

Профиль основан на стандартах JEDEC для обеспечения надежности компонентов. В техническом описании подчеркивается, что оптимальный профиль зависит от конкретной конструкции печатной платы, припоя и печи, поэтому рекомендуется проводить характеристику на уровне платы.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с максимальной температурой 300°C не более 3 секунд на соединение. Избегайте приложения чрезмерного механического напряжения к компоненту.

6.3 Условия хранения

Правильное хранение критически важно для паяемости:

• Запечатанная упаковка:Хранить при ≤30°C и ≤90% относительной влажности. Использовать в течение одного года после вскрытия влагозащитного пакета.
• Вскрытая упаковка:Хранить при ≤30°C и ≤60% относительной влажности. Компоненты должны быть оплавлены в течение одной недели. Для более длительного хранения используйте герметичный контейнер с осушителем или азотной атмосферой. Компоненты, хранящиеся вне оригинального пакета более одной недели, требуют предварительной сушки при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов перед пайкой.

6.4 Очистка

Если требуется очистка после пайки, используйте только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт. Избегайте использования агрессивных или водных очистителей, которые могут повредить пластиковый корпус или линзу.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации на ленте и в катушках

Компонент поставляется в 8-миллиметровой несущей ленте на катушках диаметром 7 дюймов, совместимых со стандартным автоматическим оборудованием для захвата и установки. Каждая катушка содержит 2000 штук. Упаковка соответствует стандартам ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7.2 Расшифровка номера модели

Номер детали LTE-C9501-E-T идентифицирует эту конкретную версию. Суффиксы "E" и "T", вероятно, обозначают конкретный бининг, упаковку (лента и катушка) или другие варианты продукта в соответствии с внутренней системой кодирования производителя.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые схемы включения

ИК-излучатель обычно управляется транзистором или специализированной микросхемой драйвера для обеспечения необходимого импульсного тока (например, для кодов дистанционного управления). Обязательно использование последовательного токоограничивающего резистора для установки прямого тока (I_F) на желаемое значение, рассчитываемого по формуле (Напряжение питания - V_F) / I_F. Сторона детектора, если интегрирован фотодиод или фототранзистор, должна быть подключена в обратносмещенной конфигурации с нагрузочным резистором для преобразования фототока в измеряемое напряжение.

8.2 Вопросы проектирования

• Ток накачки:Работайте в пределах Абсолютных предельных параметров. Для непрерывной работы не превышайте 60 мА постоянного тока. Для импульсной работы (как в пультах дистанционного управления) допустимы более высокие пиковые токи до 800 мА, что значительно увеличивает мгновенную излучаемую мощность и дальность передачи.
• Тепловой менеджмент:Необходимо соблюдать номинальную рассеиваемую мощность 100 мВт. На печатной плате обеспечьте достаточную площадь меди вокруг контактных площадок для использования в качестве радиатора, особенно при работе, близкой к максимальным параметрам.
• Оптический тракт:Угол обзора 20 градусов относительно узкий. Тщательно выравнивайте излучатель и детектор. Избегайте препятствий и рассмотрите возможность использования линз или световодов, если требуется другой рисунок луча.
• Подавление фоновой засветки:Для приложений с детектором пиковая чувствительность на 940 нм помогает подавлять шумы видимого света. Для сред с сильными источниками ИК-излучения (такими как солнечный свет или лампы накаливания) могут потребоваться дополнительные оптические фильтры или методы детектирования модулированного (связь по переменному току) сигнала для улучшения отношения сигнал/шум.

9. Техническое сравнение и отличия

По сравнению с обычными ИК-светодиодами, этот компонент предлагает конкретные преимущества: его совместимость с автоматической установкой и ИК-пайкой оплавлением упрощает крупносерийное производство. Наличие бинов по интенсивности (A, B, C) позволяет обеспечить согласованность конструкции. Длина волны 940 нм является общим стандартом для бытовых пультов дистанционного управления, обеспечивая совместимость с широким спектром приемников. Включение подробных профилей пайки и рекомендаций по хранению демонстрирует ориентацию на технологичность производства.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: В чем разница между Излучательной интенсивностью (мВт/ср) и Световой силой (мкд)?

О: Излучательная интенсивность измеряет общую оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла, что актуально для ИК-устройств. Световая сила измеряет воспринимаемую человеческим глазом яркость, взвешенную по кривой фотопической чувствительности, и используется для видимых светодиодов. Для данного ИК-устройства правильной метрикой является Излучательная интенсивность.

В: Можно ли использовать его для непрерывной передачи данных?

О: Да, но вы должны работать в пределах ограничения постоянного прямого тока в 60 мА. Для высокоскоростной или дальней передачи более эффективна импульсная работа (в пределах пикового номинала 800 мА), так как она позволяет получить более высокую мгновенную оптическую мощность.

В: Как выбрать правильный БИН?

О: Выбирайте на основе требуемой оптической мощности для вашего энергетического бюджета линии связи. БИН C (3-6 мВт/ср) обеспечивает наибольшую выходную мощность и самую большую дальность. БИН A или B может быть достаточным для приложений ближнего действия и может быть более экономически эффективным.

В: Нужна ли внешняя линза?

О: Устройство имеет встроенную линзу с верхним расположением, обеспечивающую луч с углом 20 градусов. Внешняя линза обычно не требуется, если вам не требуется коллимация луча (более узкий угол) или фокусировка.

11. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование простого ИК-передатчика для пульта дистанционного управления бытовой техники.

Этапы проектирования:

1. Выбор компонента:Выберите этот ИК-излучатель (например, БИН C для хорошей дальности).

2. Схема управления:Используйте вывод GPIO микроконтроллера для генерации модулированного несущего сигнала (например, 38 кГц). Этот сигнал управляет транзистором (например, NPN) в ключевом режиме. Коллектор транзистора подключен к аноду ИК-излучателя, а катод — к земле. Последовательный резистор с излучателем устанавливает ток: R = (Vcc - V_CE(sat)- V_F) / I_F. Предполагая Vcc=3,3В, V_CE(sat)=0,2В, V_F=1,2В, и желаемый I_F=100мА (импульсный), R = (3,3 - 0,2 - 1,2) / 0,1 = 19 Ом (используйте стандартный резистор 20 Ом). Убедитесь, что транзистор может выдерживать пиковый ток.

3. Разводка печатной платы:Разместите излучатель на краю печатной платы. Используйте рекомендуемые размеры контактных площадок. Обеспечьте небольшую медную площадку для рассеивания тепла.

4. Тестирование:Проверьте выходной сигнал с помощью ИК-приемного модуля или цифровой камеры (которая может видеть свет с длиной волны 940 нм как слабое фиолетовое свечение).

12. Принцип работы

Устройство работает по принципу электролюминесценции для секции излучателя. Когда прямой ток подается на полупроводниковый кристалл (вероятно, на основе GaAs для излучения 940 нм), электроны и дырки рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов (света) с длиной волны, соответствующей ширине запрещенной зоны материала (940 нм). Секция детектора, если она присутствует, работает по принципу фотоэффекта. Падающие инфракрасные фотоны с достаточной энергией создают электрон-дырочные пары в полупроводнике, генерируя фототок при приложении обратного смещающего напряжения. Этот ток пропорционален интенсивности падающего ИК-света.

13. Тенденции в отрасли

Рынок дискретных ИК-компонентов остается стабильным, чему способствуют устоявшиеся приложения, такие как пульты дистанционного управления, датчики приближения и оптические переключатели. Тенденции включают интеграцию ИК-излучателей и детекторов в более сложные модули со встроенными драйверами и логикой (например, модули датчиков приближения с выходом I2C). Также наблюдается постоянное стремление к повышению эффективности (больше излучаемой мощности на мА тока накачки) и уменьшению размеров корпусов для размещения во все более компактных потребительских устройствах. Акцент на соответствие RoHS и экологичное производство, как видно из этого технического описания, является общеотраслевым стандартом.