Техническая документация на инфракрасный излучатель и детектор LTE-S9511-E - Длина волны 940 нм - Прямой ток 20 мА - Прямое напряжение 1.5 В - Рассеиваемая мощность 100 мВт

1. Обзор продукта

LTE-S9511-E — это дискретный инфракрасный компонент, предназначенный для широкого спектра применений, требующих надежного инфракрасного излучения и детектирования. Он является частью комплексной продуктовой линейки, отвечающей потребностям в высокой мощности, высокой скорости и широких углах обзора в инфракрасных решениях.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Этот компонент разработан в соответствии с современными производственными и экологическими стандартами. Это экологичный продукт, соответствующий директиве RoHS, поставляемый в 8-миллиметровой ленте на катушках диаметром 13 дюймов для совместимости с высокоскоростным автоматическим монтажным оборудованием. Его конструкция поддерживает процессы инфракрасной пайки оплавлением, что делает его подходящим для серийной сборки печатных плат. Основные области применения включают системы дистанционного управления, модули ИК беспроводной передачи данных, охранные сигнализации и различную другую потребительскую и промышленную электронику, где требуется инфракрасное обнаружение или сигнализация.

2. Технические параметры: углубленная объективная интерпретация

Следующие параметры определяют пределы работы и эксплуатационные характеристики устройства в стандартных условиях (TA=25°C).

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для непрерывной работы.

• Рассеиваемая мощность (Pd):100 мВт. Это максимальное количество мощности, которое устройство может рассеивать в виде тепла.
• Пиковый прямой ток (I_FP):1 А. Это максимально допустимый импульсный ток в определенных условиях (300 Гц, длительность импульса 10 мкс).
• Постоянный прямой ток (I_F):50 мА. Максимальный постоянный прямой ток для надежной работы.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Устройство не предназначено для работы в обратном смещении; превышение этого напряжения может вызвать пробой.
• Диапазон рабочих температур (T_opr):от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды для нормального функционирования устройства.
• Диапазон температур хранения (T_stg):от -55°C до +100°C.
• Условия инфракрасной пайки:Выдерживает 260°C максимум в течение 10 секунд, что определяет допуск профиля оплавления.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные эксплуатационные параметры, измеренные в определенных условиях испытаний.

• Сила излучения (I_E):4.0 (мин.), 6.0 (тип.) мВт/ср. Измерено при I_F= 20мА. Это указывает на оптическую мощность на единицу телесного угла.
• Пиковая длина волны излучения (λ_Peak):940 нм (тип.). Длина волны, на которой инфракрасное излучение является наиболее сильным.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):50 нм (тип.). Ширина полосы излучаемого спектра на половине пиковой интенсивности.
• Прямое напряжение (V_F):1.2 (тип.), 1.5 (макс.) В. Измерено при I_F= 20мА. Падение напряжения на устройстве при протекании тока.
• Обратный ток (I_R):10 мкА (макс.). Измерено при V_R= 5В. Небольшой ток утечки при обратном смещении.
• Угол обзора (2θ_1/2):20 (мин.), 25 (тип.) градусов. Полный угол, на котором сила излучения падает до половины своего осевого значения.

3. Объяснение системы сортировки

Устройство доступно в различных классах производительности или \"бинах\" на основе силы излучения. Это позволяет разработчикам выбрать компонент, точно соответствующий требованиям чувствительности или выходной мощности их приложения.

Список кодов бинов определяет минимальную и максимальную силу излучения для каждого класса при испытательном токе 20 мА:

• Бин K:от 4 до 6 мВт/ср
• Бин L:от 5 до 7.5 мВт/ср
• Бин M:от 6 до 9 мВт/ср
• Бин N:от 7 до 10.5 мВт/ср

Выбор более высокого кода бина (например, N вместо K) обычно обеспечивает более высокую минимальную оптическую мощность, что может быть критически важно для достижения большего расстояния или лучшего отношения сигнал/шум в системе.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях. Они необходимы для детального проектирования схемы и понимания компромиссов производительности.

4.1 Спектральное распределение

Кривая (Рис.1) показывает относительную силу излучения в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик излучения на 940 нм и приблизительную полуширину спектра 50 нм, что типично для инфракрасных излучателей на основе GaAs. Этот широкий спектр подходит для использования с кремниевыми фотодетекторами, которые имеют широкую чувствительность в ближней инфракрасной области.

4.2 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта кривая (Рис.3) изображает нелинейную зависимость между током и напряжением. Она показывает, что прямое напряжение увеличивается с ростом тока, начиная примерно с 1.0 В и приближаясь к 1.5 В при 100 мА. Эта кривая жизненно важна для проектирования схемы ограничения тока.

4.3 Температурные характеристики

Несколько кривых иллюстрируют зависимость устройства от температуры окружающей среды (T_a).

- Зависимость прямого тока от температуры окружающей среды (Рис.2):Вероятно, показывает, как максимально допустимый прямой ток снижается с увеличением температуры окружающей среды, чтобы предотвратить превышение предела рассеиваемой мощности.

- Зависимость относительной силы излучения от температуры окружающей среды (Рис.4):Демонстрирует, что выходная оптическая мощность уменьшается с ростом температуры. Этот отрицательный температурный коэффициент является ключевым фактором для приложений, работающих в различных тепловых условиях, так как может потребоваться температурная компенсация в цепи управления или приемника для поддержания стабильной производительности.

4.4 Зависимость относительной силы излучения от прямого тока

Эта кривая (Рис.5) показывает, что сила излучения, как правило, пропорциональна прямому току, но зависимость может стать сублинейной при очень высоких токах из-за нагрева и падения эффективности. Она помогает определить оптимальный рабочий ток для желаемого уровня выходной мощности.

4.5 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма (Рис.6) визуально представляет угол обзора. Интенсивность максимальна при 0° (на оси) и симметрично уменьшается, падая до половины примерно при ±12.5° (для угла обзора 25°). Эта картина имеет решающее значение для совмещения излучателя с детектором или для проектирования оптики для формирования луча.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Устройство соответствует стандартному корпусу EIA. Ключевые размеры включают размер корпуса, расстояние между выводами и общую высоту. Все размеры указаны в миллиметрах с типичным допуском ±0.1 мм, если не указано иное. Корпус оснащен прозрачной пластиковой линзой с боковой конфигурацией, которая направляет излучаемый свет перпендикулярно плоскости печатной платы.

5.2 Рекомендуемые размеры контактных площадок для пайки

На схеме приведены рекомендуемые размеры посадочного места на печатной плате для обеспечения правильного формирования паяного соединения и механической стабильности во время и после процесса оплавления. Соблюдение этих рекомендаций критически важно для производственного выхода и долгосрочной надежности.

5.3 Идентификация полярности

Катод обычно обозначается плоской стороной, выемкой или более коротким выводом на корпусе. Правильную полярность необходимо соблюдать во время сборки, так как подача обратного напряжения, превышающего максимальный параметр, может мгновенно повредить устройство.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки оплавлением

Устройство совместимо с процессами инфракрасной пайки оплавлением. Рекомендуемые условия включают:

- Предварительный нагрев:150–200°C максимум в течение 120 секунд.

- Пиковая температура:максимум 260°C.

- Время выше температуры ликвидуса:максимум 10 секунд (максимум для двух циклов оплавления).

Эти параметры соответствуют стандартам JEDEC и общим спецификациям бессвинцовых паяльных паст. Профиль должен быть охарактеризован для конкретной конструкции печатной платы, компонентов и используемой печи.

6.2 Условия хранения

Устройство имеет уровень чувствительности к влажности (MSL) 3.

- Запечатанная упаковка:Хранить при температуре ≤30°C и влажности ≤90%. Использовать в течение одного года с даты герметизации пакета.

- Вскрытая упаковка:Для компонентов, извлеченных из влагозащитного пакета, условия хранения не должны превышать 30°C/60% влажности. Рекомендуется завершить ИК пайку оплавлением в течение одной недели (168 часов). Для более длительного хранения вне оригинальной упаковки используйте герметичный контейнер с осушителем. Компоненты, хранившиеся более одной недели, должны быть прогреты при температуре примерно 60°C в течение не менее 20 часов перед пайкой для удаления поглощенной влаги и предотвращения \"вспучивания\" во время оплавления.

6.3 Очистка

Если очистка необходима после пайки, используйте спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт. Следует избегать агрессивных химических веществ.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации ленты и катушки

Устройство поставляется в 8-миллиметровой несущей ленте на катушках диаметром 13 дюймов (330 мм). Каждая катушка содержит приблизительно 9000 штук. Упаковка соответствует спецификациям ANSI/EIA 481-1-A-1994. Лента имеет верхнюю защитную пленку, допускается максимум два последовательных пустых кармана для компонентов.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Пульты дистанционного управления:Для телевизоров, аудиосистем и другой потребительской электроники.
• ИК передача данных:Однонаправленная беспроводная связь малой дальности для датчиков или управляющих сигналов.
• Системы безопасности:В качестве части лучей обнаружения вторжения или датчиков приближения.
• Обнаружение объектов:Датчики, устанавливаемые на печатную плату, для подсчета, определения положения или обнаружения края.

8.2 Соображения по проектированию и метод управления

Светодиод — это устройство, управляемое током. Для обеспечения стабильной интенсивности и долговечности он должен управляться источником тока или источником напряжения с последовательным токоограничивающим резистором. Значение резистора (R_s) можно рассчитать по закону Ома: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. Где V_F— прямое напряжение из технического описания при желаемом рабочем токе I_F. При параллельном подключении нескольких светодиодов настоятельно рекомендуется использовать отдельный токоограничивающий резистор для каждого светодиода, чтобы предотвратить перераспределение тока из-за незначительных различий в их V_F characteristics.

9. Техническое сравнение и дифференциация

LTE-S9511-E с длиной волны 940 нм имеет ключевое преимущество перед светодиодами видимого света или другими ИК длинами волн: он практически невидим для человеческого глаза, что делает его идеальным для незаметной работы. По сравнению с излучателями на 850 нм, 940 нм обычно имеет более низкий фоновый шум от солнечного излучения, что может улучшить отношение сигнал/шум в условиях окружающего освещения. Корпус с боковой линзой специально разработан для применений, где ИК луч должен распространяться параллельно поверхности печатной платы, что является распространенным требованием в щелевых датчиках или панелях с боковой подсветкой.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3 В или 5 В?

О: Нет. Вы должны использовать последовательный резистор для ограничения тока. Например, при питании 5 В и целевом токе I_F20 мА (V_F~1.2 В), R_s= (5В - 1.2В) / 0.02А = 190 Ом. Резистор на 200 Ом будет подходящим стандартным значением.

В: В чем разница между \"Сила излучения\" и \"Угол обзора\"?

О: Сила излучения (мВт/ср) измеряет, сколько оптической мощности сконцентрировано в заданном направлении (на стерадиан). Угол обзора определяет, насколько широк этот луч. Устройство с высокой силой излучения, но очень узким углом обзора создает мощный, но узкий луч. Данное устройство имеет умеренный угол обзора 25°, обеспечивая хороший баланс между концентрацией луча и охватом.

В: Почему важен уровень чувствительности к влажности (MSL 3)?

О: Пластиковые корпуса могут поглощать влагу из воздуха. Во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением эта захваченная влага может быстро испаряться, вызывая внутреннее расслоение, трещины или \"вспучивание\", что разрушает устройство. Соблюдение предписанных процедур хранения, обращения и прогрева необходимо для предотвращения этого вида отказа.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование простого ИК датчика обнаружения объектов.

Распространенная конструкция использует LTE-S9511-E как в качестве излучателя, так и детектора (в режиме отраженного зондирования) или использует отдельный фототранзистор. Излучатель импульсно включается на определенной частоте (например, 38 кГц). Схема детектора включает фильтр, настроенный на эту частоту. Когда объект отражает ИК луч обратно на детектор, схема регистрирует сигнал. Ключевые этапы проектирования:

1. Схема управления:Используйте транзистор (например, NPN или N-канальный MOSFET), управляемый микроконтроллером, для импульсного включения светодиода с требуемым током (например, импульсы 50 мА) и частотой. Включите рассчитанный последовательный резистор.

2. Приемная схема:Выход фототранзистора подается на усилитель и полосовой фильтр, настроенный на частоту модуляции (38 кГц). Это отсеивает окружающий свет (постоянный и низкочастотный) и другие ИК помехи.

3. Юстировка:Используйте диаграмму направленности для совмещения излучателя и детектора. Для отраженного зондирования их часто размещают рядом под углом, чтобы их поля зрения пересекались на желаемом расстоянии обнаружения.

4. Разводка печатной платы:Разместите компоненты в соответствии с рекомендуемой контактной площадкой. Убедитесь, что прозрачная пластиковая линза не закрыта паяльной маской или другими компонентами.

12. Введение в принцип работы

LTE-S9511-E, как инфракрасный излучатель, представляет собой полупроводниковый диод. При прямом смещении электроны и дырки рекомбинируют в активной области (изготовленной из таких материалов, как GaAs или AlGaAs), высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав материала определяет длину волны этих фотонов; в данном случае она составляет около 940 нм, что находится в ближнем инфракрасном спектре. Боковая линза отлита из прозрачной эпоксидной смолы, которая эффективно извлекает свет из полупроводникового кристалла и направляет его вбок. Устройство также может функционировать как детектор, потому что полупроводниковый PN-переход может генерировать небольшой фототок при воздействии света достаточной энергии (фотоны с длиной волны короче пороговой длины волны материала). Однако его основная оптимизированная функция — это излучение.

13. Тенденции развития

Область дискретных инфракрасных компонентов продолжает развиваться. Тенденции включают:

- Повышенная эффективность:Разработка новых полупроводниковых материалов и структур (например, многоквантовые ямы) для получения большей оптической мощности на единицу электрической мощности, снижения тепловыделения и энергопотребления.

- Увеличение скорости:Для применений передачи данных компоненты с более быстрыми временами нарастания/спада позволяют достичь более высоких скоростей передачи данных.

- Интеграция:Объединение излучателя, детектора и управляющей логики (такой как модуляция/демодуляция) в один корпус или модуль упрощает проектирование и улучшает производительность.

- Миниатюризация:Продолжающееся уменьшение размеров корпуса для соответствия требованиям все более компактной потребительской электроники при сохранении или улучшении технических характеристик.

- Повышенная надежность:Улучшенные материалы и процессы корпусирования для работы в более суровых условиях окружающей среды и увеличения срока службы.