Техническая документация LTE-1252: Инфракрасный излучатель и детектор - Длина волны 940 нм - Прямой ток 100 мА - Типичное прямое напряжение 1.53 В - Корпус 5.0x3.8x3.5 мм

1. Обзор продукта

LTE-1252 — это дискретный инфракрасный (ИК) излучающий компонент, предназначенный для широкого спектра оптоэлектронных применений. Он работает на пиковой длине волны излучения 940 нм, что делает его подходящим для использования в условиях, где видимый свет нежелателен. Устройство выполнено в прозрачном пластиковом корпусе, обеспечивает широкий угол обзора и характеризуется высокой излучательной способностью, а также пригодностью для работы с высоким током и низким прямым напряжением.

1.1 Ключевые особенности

• Конструкция, не содержащая свинца (Pb) и соответствующая директиве RoHS.
• Оптимизирован для работы с высоким током и низким прямым напряжением.
• Недорогой миниатюрный пластиковый корпус с торцевым излучением.
• Широкий угол обзора для обширного покрытия.
• Высокая выходная излучательная способность.
• Прозрачный корпус.

1.2 Целевые области применения

• Инфракрасные излучатели для пультов дистанционного управления.
• Сенсорные системы для обнаружения приближения или объектов.
• Подсветка для ночного видения в системах безопасности.
• Инфракрасные каналы беспроводной передачи данных.
• Системы охранной сигнализации.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических и оптических параметров, указанных для ИК-излучателя LTE-1252.

2.1 Абсолютные максимальные значения

Эти значения определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность (Pd):150 мВт. Это максимальная мощность, которую устройство может рассеивать в виде тепла при температуре окружающей среды (TA) 25°C. Превышение этого предела грозит тепловым повреждением.
• Пиковый прямой ток (IFP):1 А. Это максимально допустимый импульсный ток при определенных условиях (300 импульсов в секунду, длительность импульса 10 мкс). Он значительно выше номинального постоянного тока, что позволяет использовать кратковременные высокоинтенсивные вспышки.
• Постоянный прямой ток (IF):100 мА. Максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на устройство без его повреждения.
• Обратное напряжение (VR):5 В. Максимальное напряжение, которое можно приложить в обратном направлении. В техническом описании явно указано, что это условие только для тестирования, и устройство не предназначено для работы в обратном направлении.
• Диапазон рабочих температур (Topr):от -40°C до +85°C. Диапазон температур окружающей среды, в котором гарантируется работа устройства.
• Диапазон температур хранения (Tstg):от -55°C до +100°C. Диапазон температур для неработающего устройства при хранении.
• Температура пайки выводов:260°C в течение 5 секунд, измеренная на расстоянии 2.0 мм от корпуса. Это определяет предел теплового профиля при ручной пайке.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные и гарантированные параметры производительности, измеренные при TA=25°C и в указанных условиях испытаний.

• Излучательная способность (Ie):40 мВт/ср (мин.), 70 мВт/ср (тип.) при IF=100мА, θ=0°. Измеряет оптическую мощность, излучаемую на единицу телесного угла вдоль центральной оси, что указывает на яркость.
• Пиковая длина волны излучения (λPeak):940 нм (тип.) при IF=100мА. Длина волны, на которой излучаемая оптическая мощность максимальна.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):54 нм (тип.) при IF=100мА. Этот параметр определяет спектральную ширину полосы; значение 54 нм указывает на то, что излучаемый свет не является монохроматическим, а охватывает диапазон длин волн вокруг пика.
• Прямое напряжение (VF):1.30 В (мин.), 1.53 В (тип.), 1.83 В (макс.) при IF=100мА. Падение напряжения на устройстве при протекании указанного прямого тока. Более низкое VF обычно приводит к более высокой эффективности.
• Обратный ток (IR):100 мкА (макс.) при VR=5В. Небольшой ток утечки, который протекает при приложении указанного обратного напряжения.
• Угол половинной мощности (θ0.5):40° (тип.). Угол обзора, при котором излучательная способность падает до половины своего значения при 0°. Угол 40° обеспечивает достаточно широкую диаграмму направленности излучения.

3. Анализ характеристических кривых

Типичные характеристические кривые визуально демонстрируют поведение устройства в различных условиях.

3.1 Спектральное распределение (Рис.1)

Кривая показывает относительную излучательную способность в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик на 940 нм и полуширину спектра, иллюстрируя, что излучатель выдает инфракрасный свет в основном в диапазоне от 880 нм до 1000 нм.

3.2 Зависимость прямого тока от температуры окружающей среды (Рис.2)

Этот график показывает снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры окружающей среды. Это крайне важно для проектирования теплового режима, чтобы обеспечить работу устройства в пределах его безопасной рабочей области (SOA).

3.3 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Рис.3)

Вольт-амперная характеристика показывает экспоненциальную зависимость между током и напряжением, типичную для диода. Кривая позволяет разработчикам определить необходимое напряжение питания для желаемого рабочего тока.

3.4 Зависимость относительной излучательной способности от температуры окружающей среды (Рис.4) и от прямого тока (Рис.5)

Рисунок 4 показывает, как оптическая выходная мощность уменьшается с ростом температуры при фиксированном токе. Рисунок 5 показывает почти линейное увеличение выходной мощности с ростом прямого тока, подчеркивая управляемую током природу светодиодов.

3.5 Диаграмма направленности излучения (Рис.6)

Эта полярная диаграмма визуально представляет пространственное распределение излучаемого света, подтверждает угол половинной мощности 40° и показывает картину интенсивности, что важно для совмещения излучателя с детектором.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры

Устройство использует корпус для сквозного монтажа со следующими ключевыми размерами (в мм, номинальные):

• Общая длина: 24.0 МИН
• Ширина корпуса: 5.0 ±0.3
• Высота корпуса: 3.8 ±0.3
• Диаметр/высота линзы: 3.5 ±0.3
• Расстояние между выводами: 2.54 НОМ (стандартный шаг 0.1\")
• Диаметр вывода: 0.5 (максимальный выступ смолы под фланец)

Идентификация полярности:Более длинный вывод — это анод (+), а более короткий — катод (-). На схеме также показана плоская сторона на линзе, которая может служить дополнительным визуальным маркером.

4.2 Важные примечания

• Допуск составляет ±0.25 мм, если не указано иное.
• Расстояние между выводами измеряется в месте их выхода из корпуса.
• Указаны места производства.

5. Рекомендации по монтажу, пайке и обращению

5.1 Формовка выводов и сборка на печатной плате

• Изгибайте выводы в точке не менее чем в 3 мм от основания линзы светодиода.
• Не используйте основание корпуса в качестве точки опоры при изгибе.
• Выполняйте формовку выводов перед пайкой, при нормальной температуре.
• Используйте минимальное усилие прижима во время сборки на печатной плате, чтобы избежать механических напряжений.

5.2 Процесс пайки

Ручная пайка (паяльником):

• Температура: макс. 350°C.
• Время: макс. 3 секунды (только один раз).
• Положение: не ближе 2 мм от основания эпоксидной линзы.

Волновая пайка:

• Предварительный нагрев: макс. 100°C в течение макс. 60 секунд.
• Волна припоя: макс. 260°C.
• Время пайки: макс. 5 секунд.
• Положение при погружении: не ниже 2 мм от основания эпоксидной линзы.

Важное предупреждение:Чрезмерная температура или время могут деформировать линзу или вызвать катастрофический отказ. Инфракрасный оплавление НЕ подходит для этого типа корпуса для сквозного монтажа.

5.3 Хранение и очистка

• Хранение:Не превышайте 30°C или 70% относительной влажности. Используйте в течение 3 месяцев после извлечения из оригинальной упаковки. Для длительного хранения используйте герметичный контейнер с осушителем или в атмосфере азота.
• Очистка:При необходимости используйте спиртосодержащие растворители, такие как изопропиловый спирт.

6. Рекомендации по проектированию приложений

6.1 Проектирование схемы управления

Светодиод — это устройство, управляемое током. Чтобы обеспечить равномерную яркость при параллельном включении нескольких светодиодов,настоятельно рекомендуетсяиспользовать индивидуальный токоограничивающий резистор, включенный последовательно с каждым светодиодом (Схема A). Использование одного резистора для нескольких параллельных светодиодов (Схема B) не рекомендуется из-за разброса прямого напряжения (ВАХ) отдельных устройств, что приведет к неравномерному распределению тока и, следовательно, неравномерной яркости.

6.2 Защита от электростатического разряда (ESD)

Устройство подвержено повреждению от статического электричества. Профилактические меры включают:

• Использование токопроводящих браслетов или антистатических перчаток.
• Обеспечение надлежащего заземления всего оборудования, рабочих мест и стеллажей для хранения.
• Использование ионизаторов для нейтрализации статического заряда на пластиковой линзе.
• Поддержание сертифицированного ESD персонала и статически безопасных рабочих зон (потенциал поверхностей <100 В).

6.3 Область применения и надежность

Устройство предназначено для обычного электронного оборудования (офисного, коммуникационного, бытового). Для применений, требующих исключительной надежности, где отказ может угрожать жизни или здоровью (авиация, медицина, системы безопасности), необходима специальная консультация и квалификация перед использованием.

7. Технические принципы и тренды

7.1 Принцип работы

LTE-1252 — это инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее его пороговое значение, электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводника (вероятно, на основе материалов GaAs или AlGaAs), высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав материала и структура устройства разработаны для генерации фотонов в основном в инфракрасном диапазоне 940 нм, который невидим для человеческого глаза, но легко обнаруживается кремниевыми фотодиодами и многими сенсорами камер.

7.2 Контекст отрасли и тренды

Дискретные ИК-компоненты, такие как LTE-1252, остаются фундаментальными строительными блоками в оптоэлектронике. Ключевые тренды, влияющие на этот сектор, включают постоянный спрос на миниатюризацию, более высокую эффективность (большая излучательная способность на мА) и более тесную интеграцию с сенсорными микросхемами. Также растет акцент на устройствах, соответствующих экологическим нормам (RoHS, бессвинцовые). Длина волны 940 нм особенно популярна, поскольку она обеспечивает хороший баланс между чувствительностью кремниевых детекторов и меньшей видимостью по сравнению с источниками 850 нм, что делает ее идеальной для скрытой подсветки в системах безопасности и потребительских приложениях, таких как пульты дистанционного управления.

8. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

8.1 Могу ли я управлять этим ИК-светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера?

Нет. Вывод GPIO микроконтроллера обычно не может выдавать 100 мА непрерывно. Вы должны использовать транзистор (например, NPN BJT или N-канальный MOSFET) в качестве ключа, управляемого GPIO, для обеспечения необходимого тока от источника питания. Последовательный токоограничивающий резистор по-прежнему требуется в цепи светодиода.

8.2 Как рассчитать номинал последовательного резистора?

Используйте закон Ома: R = (Vcc - VF) / IF. Например, при питании Vcc=5 В, типичном VF=1.53 В при 100 мА, резистор будет R = (5 - 1.53) / 0.1 = 34.7 Ом. Используйте ближайшее стандартное значение (например, 33 или 39 Ом) и проверьте номинальную мощность: P = (IF)^2 * R = (0.1)^2 * 34.7 ≈ 0.347 Вт, поэтому рекомендуется резистор на 0.5 Вт или выше.

8.3 Почему номинальное обратное напряжение всего 5 В, и что произойдет, если я его превышу?

ИК-светодиоды не предназначены для блокировки значительного обратного напряжения. Превышение номинала 5 В может вызвать внезапное увеличение обратного тока, приводящее к лавинному пробою и необратимому повреждению полупроводникового перехода. Всегда обеспечивайте правильную полярность в вашей схеме. Для двунаправленной защиты в цепях переменного тока или при неопределенной полярности следует использовать внешний защитный диод.

8.4 В техническом описании упоминается \"угол половинной мощности\" 40°. Как это влияет на мой дизайн?

Угол половинной мощности 40° означает, что интенсивность излучаемого света наиболее сильна в центре и падает до 50% при отклонении на ±20° от центральной оси. При совмещении излучателя с детектором (например, фототранзистором) вы должны убедиться, что детектор находится в пределах этого эффективного конуса излучения. Для более широкого покрытия может потребоваться несколько излучателей или рассеиватель. И наоборот, для дальнобойных направленных лучей может быть добавлена линза для коллимации света.

9. Практический пример проектирования

9.1 Простой датчик обнаружения объекта / прерывания луча

Сценарий:Обнаружение, когда объект проходит между ИК-излучателем и детектором.

Реализация:

1. Сторона излучателя:Управляйте LTE-1252 с постоянным током 50-100 мА, используя схему, описанную в разделе 6.1. Для работы от батареи рассмотрите возможность импульсного включения светодиода на определенной частоте (например, 1 кГц, скважность 50%) для экономии энергии.
2. Сторона детектора:Используйте соответствующий фототранзистор или фотодиод, совмещенный с излучателем. Разместите его в пределах конуса излучения 40° излучателя.
3. Обработка сигнала:Выход детектора будет высоким при приеме ИК-света и упадет при блокировке луча. Используйте компаратор или вход АЦП микроконтроллера для оцифровки этого сигнала. Если излучатель работает в импульсном режиме, добавьте фильтр или синхронное детектирование в программном обеспечении для подавления шума от окружающего света.

Ключевые соображения:Совмещение критически важно из-за направленного характера луча. Солнечный свет или другие ИК-источники могут вызывать помехи, поэтому для надежной работы настоятельно рекомендуются методы модуляции/демодуляции. Убедитесь, что корпус блокирует попадание рассеянного света на детектор напрямую, без прохождения через зону обнаружения.