Техническая документация на ИК-излучатель LTE-2871 - Корпус T-1 3/4 - Прямое напряжение 1.6В - Пиковая длина волны 940нм

1. Обзор продукта

Данный документ содержит полные технические характеристики высокопроизводительного инфракрасного (ИК) излучающего компонента. Устройство спроектировано для обеспечения высокой излучаемой интенсивности в узком угле обзора, что делает его подходящим для применений, требующих направленного инфракрасного освещения. Его ключевые преимущества включают экономичную конструкцию в сочетании со специализированными характеристиками для высокоинтенсивного выходного сигнала. Основные целевые рынки включают промышленную автоматизацию, сенсорные системы, обнаружение приближения и оптические линии связи, где надежный, сфокусированный инфракрасный свет является необходимым условием.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

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

• Рассеиваемая мощность:90 мВт
• Пиковый прямой ток:1 А (в импульсном режиме: 300 Гц, длительность импульса 10 мкс)
• Постоянный прямой ток (I_F):60 мА
• Обратное напряжение (V_R):5 В
• Диапазон рабочих температур:от -40°C до +85°C
• Диапазон температур хранения:от -55°C до +100°C
• Температура пайки выводов:260°C в течение 5 секунд (измерено на расстоянии 1.6 мм от корпуса)

2.2 Электрические и оптические характеристики

Ключевые параметры производительности измерены при T_A=25°C со стандартным испытательным током I_F= 20 мА, если не указано иное.

• Прямое напряжение (V_F):Типичное 1.6 В, Максимальное 1.6 В при I_F=20мА. Этот параметр определяет падение напряжения на излучателе во время работы.
• Обратный ток (I_R):Максимум 100 мкА при V_R=5В. Это указывает на ток утечки при обратном смещении устройства.
• Пиковая длина волны излучения (λ_Пик):940 нм. Это длина волны, на которой излучатель излучает максимальную оптическую мощность, что помещает его в ближний инфракрасный спектр.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):50 нм. Это определяет ширину полосы излучаемого света, измеренную как полная ширина на половине максимума (FWHM) кривой спектрального распределения.
• Угол обзора (2θ_1/2):16 градусов. Этот узкий угол луча подтверждает сфокусированный выходной сигнал устройства, определяемый как полный угол, при котором излучаемая интенсивность падает до половины своего пикового значения.

3. Объяснение системы бининга

Компонент классифицируется на группы производительности (бины) на основе его излучаемой мощности. Это позволяет осуществлять выбор в зависимости от требуемых уровней интенсивности. Ключевыми параметрами для бининга являются Облученность на апертуре (E_eв мВт/см²) и Излучаемая интенсивность (I_Eв мВт/ср), оба измеряются при I_F=20мА.

• Бин A: E_e: 0.44 - 0.96 мВт/см²; I_E: 3.31 - 7.22 мВт/ср.
• Бин B: E_e: 0.64 - 1.20 мВт/см²; I_E: 4.81 - 9.02 мВт/ср.
• Бин C: E_e: 0.80 - 1.68 мВт/см²; I_E: 6.02 - 12.63 мВт/ср.
• Бин D: E_e: 1.12 мВт/см² (Мин.); I_E: 8.42 мВт/ср (Мин.). Это представляет собой бин с наивысшей выходной мощностью.

Конструкторы должны указывать требуемый код бина, чтобы гарантировать, что оптическая мощность соответствует требованиям чувствительности детекторной системы для данного применения.

4. Анализ кривых производительности

Техническая спецификация включает несколько графических представлений поведения устройства в различных условиях.

Кривая спектрального выхода (Рис.1) резко центрирована вокруг пиковой длины волны 940нм с определенной полушириной 50нм. Эта характеристика имеет решающее значение для согласования с кремниевыми фотодетекторами, которые имеют пиковую чувствительность в этой области, а также для обеспечения совместимости с оптическими фильтрами для отсечения фонового света.

4.2 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Вольт-амперная характеристика (Рис.3) показывает типичную экспоненциальную зависимость для полупроводникового диода. Указанное прямое напряжение 1.6В (макс.) при 20мА предоставляет необходимые данные для проектирования схемы драйвера с ограничением тока. Кривая помогает рассчитать рассеиваемую мощность (V

* I_F) при различных рабочих токах._F4.3 Относительная излучаемая интенсивность в зависимости от прямого тока

Эта кривая (Рис.5) иллюстрирует, как оптическая выходная мощность масштабируется с током накачки. Обычно она линейна в значительном диапазоне, но может демонстрировать насыщение или снижение эффективности при очень высоких токах. Эти данные необходимы для определения рабочей точки для достижения желаемого оптического выхода без превышения абсолютных максимальных параметров.

4.4 Температурная зависимость

Две кривые детализируют тепловые характеристики. Рисунок 2 показывает, как максимально допустимый прямой ток снижается с увеличением температуры окружающей среды выше 25°C, что является критическим фактором для надежности. Рисунок 4 изображает относительную излучаемую интенсивность как функцию температуры окружающей среды, показывая типичное снижение выходной эффективности при повышении температуры, что необходимо компенсировать в прецизионных сенсорных приложениях.

4.5 Диаграмма направленности излучения

Полярная диаграмма излучения (Рис.6) визуально подтверждает узкий угол обзора 16 градусов. Диаграмма показывает пространственное распределение излучаемого инфракрасного света, что жизненно важно для проектирования оптического выравнивания и обеспечения соответствия размера освещенного пятна требованиям применения.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Тип корпуса и габариты

Устройство использует модифицированный корпус T-1 3/4 (5мм) для монтажа в отверстия. Ключевые размерные примечания с чертежа включают:

Все размеры указаны в миллиметрах (дюймы приведены в скобках).

• Стандартный допуск составляет ±0.25мм (±0.010"), если для конкретного элемента не указан иной допуск.
• Максимальный выступ смолы под фланцем корпуса составляет 1.0мм (0.039").
• Расстояние между выводами измеряется в точке выхода выводов из корпуса, что важно для проектирования посадочного места на печатной плате.
• Корпус предназначен для стандартных процессов волновой или ручной пайки.

5.2 Идентификация полярности

Для корпусов для монтажа в отверстия полярность обычно указывается плоским срезом на ободке корпуса или выводами разной длины (более длинный вывод обычно является анодом). Для точной схемы маркировки следует обращаться к размерному чертежу в технической спецификации. Правильная полярность необходима для предотвращения подачи обратного смещения, превышающего предел в 5В.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Строгое соблюдение профилей пайки необходимо для предотвращения теплового повреждения полупроводникового кристалла и эпоксидной линзы.

Температура пайки:

• Выводы могут выдерживать температуру 260°C не более 5 секунд. Это измерение производится на расстоянии 1.6мм (0.063") от корпуса.Рекомендация по процессу:
• Для волновой пайки применим стандартный профиль с этапами предварительного нагрева, выдержки и охлаждения. Предел 260°C/5с не должен превышаться в месте соединения вывода с корпусом.Очистка:
• Если требуется очистка, используйте растворители, совместимые с эпоксидным материалом корпуса, чтобы избежать помутнения или растрескивания линзы.Условия хранения:
• Устройства должны храниться в оригинальном влагозащитном пакете при температурах в пределах указанного диапазона хранения (от -55°C до +100°C) и в среде с низкой влажностью для предотвращения окисления выводов.7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Сочетание высокой интенсивности и узкого луча делает этот излучатель идеальным для:

Датчики приближения и присутствия:

• Используются в автоматических кранах, дозаторах мыла, сушилках для рук и датчиках занятости.Промышленные оптические датчики:
• Подсчет объектов, обнаружение кромок и определение положения на производственных линиях.Оптические барьеры и прерыватели:
• Создание сфокусированного луча для обнаружения объектов в системах безопасности или защитных завесах машин.Короткодистанционные линии передачи данных:
• Инфракрасная передача данных (IrDA), где направленный свет снижает помехи и энергопотребление.Подсветка для ночного видения:
• В качестве невидимого источника света для камер видеонаблюдения с ИК-чувствительными сенсорами.7.2 Вопросы проектирования

Схема драйвера:

• Источник постоянного тока или токоограничивающий резистор, включенный последовательно со светодиодом, обязательны для установки I. Рассчитайте номинал резистора по формуле R = (V_Fпитания_{- V}) / I_F, используя максимальное V_Fдля безопасного проектирования._FТеплоотвод:
• Хотя рассеиваемая мощность мала, работа при высоких температурах окружающей среды или близко к максимальному постоянному току требует внимания к кривым снижения номинальных параметров. Обеспечьте адекватную вентиляцию на печатной плате.Оптическое выравнивание:
• Узкий луч требует точного механического выравнивания с парным фотодетектором или целевой областью. Используйте диаграмму направленности для оптического проектирования.Электрическая защита:
• Включите защиту от подключения обратного напряжения и переходных процессов напряжения в линии питания, поскольку максимальное обратное напряжение составляет всего 5В.Выбор бина:
• Выбирайте соответствующий выходной бин (от A до D) на основе чувствительности приемника и требуемого отношения сигнал/шум для применения. Более высокие бины обеспечивают большую оптическую мощность, но могут иметь последствия для стоимости.8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными, несфокусированными ИК-излучателями, это устройство предлагает явные преимущества:

Более высокая излучаемая интенсивность в узком луче:

• Стандартные излучатели часто имеют углы обзора 30° и более, рассеивая свет по более широкой области. Этот компонент концентрирует свой выходной сигнал в луч 16°, обеспечивая более высокую интенсивность на оси, что позволяет увеличить возможную дистанцию обнаружения или снизить требуемый ток накачки для того же принимаемого сигнала.Оптимизирован для сенсорных применений:
• Узкий луч снижает вероятность оптических перекрестных помех в многоканальных сенсорных массивах и минимизирует отражения от непредназначенных поверхностей, повышая точность и надежность системы.Экономичная производительность:
• Он обеспечивает характеристику сфокусированного луча, часто ассоциируемую с более дорогими корпусами с линзами, но в стандартном, недорогом формате T-1 3/4.9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: В чем разница между Облученностью на апертуре (E

) и Излучаемой интенсивностью (I_e)?_EО1: Излучаемая интенсивность (I

, мВт/ср) - это мера оптической мощности, излучаемой на единицу телесного угла, описывающая "концентрацию" луча. Облученность на апертуре (E_E, мВт/см²) - это плотность мощности, падающая на поверхность (например, детектор) на определенном расстоянии, зависящая как от интенсивности, так и от расстояния. I_eявляется внутренним свойством излучателя; E_Eзависит от геометрии системы._eВ2: Могу ли я питать этот излучатель от источника 3.3В?

О2: Да, обычно. При типичном V

1.6В при 20мА, последовательный резистор может быть использован для падения оставшегося напряжения (3.3В - 1.6В = 1.7В). Номинал резистора будет R = 1.7В / 0.02А = 85 Ом. Подойдет стандартный резистор на 82 или 100 Ом, с пересчетом фактического тока._FВ3: Почему пиковая длина волны 940нм, а не 850нм?

О3: 940нм менее видима для человеческого глаза (кажется более тусклым красным или невидимой) по сравнению с 850нм, что делает ее лучше для скрытой подсветки. Обе длины волны эффективно обнаруживаются кремниевыми фотодиодами, хотя чувствительность немного выше на 850нм. Выбор зависит от необходимости видимости по сравнению с максимальным откликом детектора.

В4: Как интерпретировать коды бининга (A, B, C, D)?

О4: Бины представляют собой отсортированные группы на основе измеренной оптической выходной мощности на заводе. Бин D имеет самую высокую гарантированную минимальную выходную мощность, а Бин A - самую низкую. Выбирайте бин на основе минимальной оптической мощности, необходимой для надежной работы вашей приемной схемы при всех условиях (включая температурные эффекты и старение).

10. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование счетчика листов бумаги для принтера.

Излучатель и фототранзистор размещены по разные стороны пути движения бумаги. Узкий луч 16° LTE-2871 имеет решающее значение. Он гарантирует, что свет фокусируется непосредственно через зазор на детектор, минимизируя рассеяние и отражения от внутренней механики принтера, которые могут вызвать ложные срабатывания. Будет выбран излучатель бина C или D для обеспечения сильного сигнала даже при небольшом скоплении бумажной пыли на линзе. Схема драйвера будет использовать постоянный ток 20-40мА, а приемная схема будет спроектирована для обнаружения отчетливого падения сигнала, когда лист бумаги прерывает сфокусированный луч. Следует обратиться к кривым снижения номинальных параметров по температуре, чтобы обеспечить надежную работу внутри принтера, где температура окружающей среды может достигать 50-60°C.

11. Введение в принцип работы

Инфракрасный излучатель - это полупроводниковый p-n переходный диод. При прямом смещении (положительное напряжение приложено к аноду относительно катода) электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводникового материала (обычно на основе арсенида алюминия-галлия - AlGaAs). Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (частиц света). Конкретный состав полупроводниковых слоев определяет длину волны излучаемых фотонов; для этого устройства она сконструирована равной 940нм, что находится в ближнем инфракрасном диапазоне. Модифицированный корпус включает эпоксидную линзу, которая формирует излучаемый свет в указанную узкую диаграмму направленности, коллимируя выходной сигнал для направленных применений.

12. Технологические тренды

В области инфракрасных излучателей общие тренды сосредоточены на повышении эффективности (больше оптической выходной мощности на ватт электрической входной мощности), обеспечении более высоких рабочих скоростей для передачи данных и разработке корпусов для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки. Также ведутся работы по расширению вариантов длин волн для конкретных сенсорных применений (например, детектирования газов) и по интеграции излучателей с драйверами и управляющей логикой в интеллектуальные модули. Фундаментальный принцип электролюминесценции в полупроводниковых материалах остается основой этой технологии.

In the field of infrared emitters, general trends focus on increasing efficiency (more optical output power per electrical input watt), enabling higher operating speeds for data communication, and developing surface-mount device (SMD) packages for automated assembly. There is also ongoing work to expand wavelength options for specific sensing applications (e.g., gas sensing) and to integrate emitters with drivers and control logic into smart modules. The fundamental principle of electroluminescence in semiconductor materials remains the basis for this technology.