Инфракрасный светодиодный излучатель 5мм, прозрачный корпус - Габариты 5.0мм x 8.6мм - Прямое напряжение 1.6-2.0В - Пиковая длина волны 850нм - Сила излучения 30-45мВт/ср - Техническая спецификация

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики дискретного инфракрасного светоизлучающего диода (IRED), предназначенного для широкого спектра оптоэлектронных применений. Устройство спроектировано для обеспечения высокой мощности излучения при низком прямом напряжении, что делает его подходящим для энергоэффективных конструкций. Основное излучение находится в ближнем инфракрасном спектре с пиковой длиной волны 850 нанометров.

Ключевые преимущества данного компонента включают возможность работы с высоким током, что напрямую обеспечивает высокую выходную оптическую мощность. Он выполнен в стандартном корпусе 5мм с прозрачной линзой, обеспечивающей широкий угол обзора для освещения или приема на большой площади. Это делает его универсальным выбором для систем, требующих надежной инфракрасной передачи сигналов.

Целевой рынок и типичные сценарии применения включают потребительскую электронику, промышленные системы управления и системы безопасности. Типичные применения: инфракрасные пульты дистанционного управления для телевизоров и аудиоаппаратуры, короткодистанционные беспроводные каналы передачи данных, датчики обнаружения вторжения в охранных сигнализациях и оптические энкодеры. Его рабочие параметры оптимизированы для импульсного режима, который является стандартным в протоколах дистанционного управления и передачи данных.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эксплуатация устройства за пределами этих пределов может привести к необратимому повреждению. Максимальный постоянный прямой ток составляет 80 мА, при этом пиковый прямой ток 1 А допустим в импульсном режиме (300 Гц, длительность импульса 10 мкс). Максимальная рассеиваемая мощность составляет 200 мВт, что определяет тепловой расчет приложения. Устройство может выдерживать обратное напряжение до 5В, хотя оно не предназначено для работы в этом режиме. Диапазоны рабочих температур и температур хранения составляют от -40°C до +85°C и от -55°C до +100°C соответственно, что обеспечивает надежность в суровых условиях. Пайка выводов должна выполняться при температуре 260°C не более 5 секунд, при этом жало паяльника должно находиться на расстоянии не менее 1,6 мм от эпоксидного корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Ключевые параметры производительности измеряются при стандартных условиях испытаний: прямой ток (I_F) 50 мА и температура окружающей среды (T_A) 25°C.

• Сила излучения (I_E):Оптическая мощность на единицу телесного угла, варьируется от минимального значения 30 мВт/ср до типичного значения 45 мВт/ср. Это прямая мера яркости светодиода в его основном направлении.
• Пиковая длина волны излучения (λ_P):Номинальная длина волны составляет 850 нм, что помещает ее в ближний инфракрасный диапазон, идеальный для кремниевых фотодетекторов и менее заметный для человеческого глаза по сравнению с более короткими длинами волн.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Приблизительно 50 нм. Этот параметр определяет спектральную полосу пропускания, указывая диапазон длин волн, излучаемых вокруг пика.
• Прямое напряжение (V_F):Типично 1,6В, максимум 2,0В при I_F=50мА. Низкое V_Fявляется ключевой особенностью для высокоэффективных устройств с батарейным питанием.
• Обратный ток (I_R):Максимум 100 мкА при V_R=5В. Этот параметр предназначен только для целей тестирования; устройство не предназначено для работы в режиме обратного смещения.
• Время нарастания/спада (T_r/T_f):30 наносекунд. Такая высокая скорость переключения позволяет осуществлять высокочастотную импульсную работу для передачи данных.
• Угол обзора (2θ_1/2):30 градусов. Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины своего пикового значения, определяя расходимость луча.

3. Анализ кривых производительности

В спецификации представлены несколько характеристических кривых, которые имеют решающее значение для проектирования схемы и прогнозирования производительности.

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

Эта кривая показывает зависимость между током, протекающим через светодиод, и напряжением на нем. Она нелинейна, что типично для диода. Кривая позволяет разработчикам определить необходимое напряжение управления для желаемого рабочего тока и рассчитать рассеиваемую мощность (V_F* I_F). Низкое пороговое напряжение очевидно из типичного значения V_Fв 1,6В.

3.2 Относительная сила излучения в зависимости от прямого тока

Этот график демонстрирует, как оптическая выходная мощность масштабируется с входным током. Как правило, сила излучения линейно возрастает с током в нормальном рабочем диапазоне. Эта линейность важна для приложений с аналоговой модуляцией. Разработчики могут использовать это для выбора соответствующего тока управления для достижения определенного уровня яркости.

3.3 Относительная сила излучения в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая критически важна для понимания тепловых эффектов. Сила излучения светодиода уменьшается с ростом температуры перехода. Этот график количественно определяет это снижение, показывая выходную мощность относительно ее значения при 25°C в рабочем диапазоне температур. Для надежной работы необходимо учитывать тепловое управление для поддержания стабильности выходного сигнала, особенно в приложениях с высоким током или высокой температурой окружающей среды.

3.4 Спектральное распределение

Спектральный график иллюстрирует интенсивность света, излучаемого на разных длинах волн. Он подтверждает пик на 850 нм и полуширину примерно 50 нм. Эта информация жизненно важна при согласовании светодиода с фотодетектором, поскольку чувствительность детектора зависит от длины волны.

3.5 Диаграмма направленности излучения

Эта полярная диаграмма визуально представляет угол обзора. Диаграмма показывает распределение интенсивности, подтверждая половинный угол в 30 градусов. Она помогает проектировать оптические системы для конкретных зон покрытия, например, для обеспечения нахождения приемника в пределах луча светодиода.

4. Механическая информация и информация об упаковке

4.1 Габаритные размеры

Устройство соответствует стандартному круглому корпусу светодиода 5мм. Ключевые размеры включают диаметр корпуса 5,0 мм и типичную высоту 8,6 мм от нижней части фланца до верхней части линзы. Расстояние между выводами, измеренное в месте выхода выводов из корпуса, составляет стандартные 2,54 мм (0,1 дюйма). Допуски обычно составляют ±0,25 мм, если не указано иное. Допускается максимальный выступ смолы под фланцем 1,5 мм. Анод (положительный вывод) обычно идентифицируется по более длинному выводу.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

5.1 Условия хранения

Компоненты должны храниться в среде с температурой ниже 30°C и относительной влажностью ниже 70%. После вскрытия оригинальной герметичной упаковки компоненты должны быть использованы в течение 3 месяцев в контролируемой среде (<25°C и <60% относительной влажности) для предотвращения окисления выводов, которое может повлиять на паяемость.

5.2 Очистка

Если очистка необходима, следует использовать только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт. Агрессивные химические вещества могут повредить эпоксидную линзу.

5.3 Формовка выводов

Если выводы необходимо согнуть, это должно быть сделано до пайки и при нормальной комнатной температуре. Изгиб должен быть выполнен в точке на расстоянии не менее 3 мм от основания линзы светодиода. Основание выводной рамки не должно использоваться в качестве точки опоры при изгибе, чтобы избежать напряжения на внутреннем кристалле.

5.4 Процесс пайки

Ручная пайка (паяльником):Максимальная температура 350°C не более 3 секунд на вывод. Жало паяльника должно находиться не ближе 2 мм от основания эпоксидной линзы.
Волновая пайка:Рекомендуемый профиль включает предварительный нагрев до 100°C в течение максимум 60 секунд, затем волна припоя при максимальной температуре 260°C в течение 5 секунд. Положение погружения должно быть не ниже 2 мм от основания линзы.
Критическое предупреждение:Необходимо избегать погружения линзы в припой. Чрезмерная температура или время могут вызвать деформацию линзы или катастрофический отказ. Инфракрасная (IR) пайка оплавлением НЕ подходит для данного типа выводного корпуса.

6. Упаковка и информация для заказа

Компоненты упакованы в антистатические пакеты. Стандартная конфигурация упаковки — 1000 штук в пакете. Восемь пакетов упаковываются во внутреннюю коробку, а восемь внутренних коробок составляют одну внешнюю транспортную коробку, в результате чего общее количество составляет 64 000 штук на внешнюю коробку.

7. Рекомендации по проектированию приложений

7.1 Проектирование схемы управления

Светодиоды — это устройства, управляемые током. Для обеспечения равномерной яркости и предотвращения неравномерного распределения тока настоятельно рекомендуется использовать последовательный токоограничивающий резистор для каждого светодиода, даже когда несколько светодиодов подключены параллельно к источнику напряжения. Простая схема (A) с резистором, включенным последовательно с каждым светодиодом, является правильным подходом. Альтернативная схема (B), подключающая несколько светодиодов непосредственно параллельно без индивидуальных резисторов, не рекомендуется, так как небольшие различия в прямом напряжении (V_F) каждого светодиода вызовут значительные различия в распределении тока и, следовательно, в яркости.

Значение последовательного резистора (R_s) можно рассчитать по закону Ома: R_s= (V_{питания}- V_F) / I_F, где I_F— желаемый рабочий ток (например, 50 мА), а V_F— типичное прямое напряжение из спецификации (например, 1,6 В).

7.2 Защита от электростатического разряда (ESD)

Этот компонент чувствителен к электростатическому разряду. Во время обращения и сборки должны быть реализованы соответствующие меры контроля ESD:

• Персонал должен носить заземленные браслеты или антистатические перчатки.
• Все рабочие места, инструменты и оборудование должны быть правильно заземлены.
• Используйте ионизаторы для нейтрализации статического заряда, который может накапливаться на пластиковой линзе.
• Храните и транспортируйте компоненты в проводящей или антистатической упаковке.

7.3 Область применения и надежность

Данный продукт предназначен для использования в стандартном коммерческом и промышленном электронном оборудовании, включая офисную автоматизацию, средства связи и бытовую технику. Для применений, требующих исключительной надежности, где отказ может угрожать жизни или здоровью (например, авиация, медицинские системы жизнеобеспечения, транспортные системы безопасности), необходимы специальные консультации и квалификация до начала проектирования.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Данный ИК-светодиод на 850 нм отличается сочетаниемвысокой выходной мощности(30-45 мВт/ср) инизкого прямого напряжения(тип. 1,6 В). По сравнению со стандартными видимыми светодиодами или менее мощными ИК-светодиодами, это позволяет получить более яркое освещение или большую дальность в устройствах с батарейным питанием. Угол обзора 30 градусов обеспечивает хороший баланс между сфокусированной интенсивностью и площадью покрытия. Высокая скорость переключения 30 нс делает его подходящим как для простых пультов дистанционного управления включением/выключением, так и для высокоскоростных протоколов передачи данных, в отличие от более медленных устройств, ограниченных базовым переключением.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3,3 В или 5 В?
О: Нет. Вы всегда должны использовать последовательный токоограничивающий резистор. Вывод микроконтроллера имеет ограниченную способность источника/стока тока и не обеспечивает точного регулирования тока. Прямое подключение светодиода, вероятно, превысит максимальный ток вывода, повредив микроконтроллер, и может привести к перегрузке светодиода.

В: Почему параметр обратного тока указан только для тестирования, а не для работы?
О: Светодиод — это диод, оптимизированный для прямого протекания тока. Приложение обратного напряжения, даже в пределах максимального номинала 5 В, не заставляет его работать полезным образом. Указанный обратный ток — это параметр утечки, используемый для контроля качества, а не параметр проектирования для работы схемы.

В: Как рассчитать необходимый резистор для питания 5 В при токе 50 мА?
О: Используя типичное V_F1,6 В: R = (5 В - 1,6 В) / 0,05 А = 68 Ом. Ближайшее стандартное значение — 68 Ом. Номинальная мощность резистора должна быть не менее P = I²R = (0,05)²* 68 = 0,17 Вт, поэтому резистора на 1/4 Вт достаточно.

В: Какова цель прозрачного корпуса, если свет невидим?
О: Прозрачная эпоксидная смола обладает высокой прозрачностью для инфракрасного света с длиной волны 850 нм, сводя к минимуму оптические потери внутри самого корпуса. Цветная линза поглотила бы часть ИК-излучения, снизив эффективность. Прозрачный корпус обеспечивает максимальную силу излучения.

10. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование простого инфракрасного передатчика для пульта дистанционного управления.
Цель — передавать кодированные команды с портативного устройства на приемник на расстоянии до 10 метров в типичной гостиной.

Выбор компонентов:Данный ИК-светодиод на 850 нм является отличным выбором благодаря высокой выходной мощности (для хорошей дальности), низкому рабочему напряжению (совместимому с небольшими батареями, такими как 2 элемента AA, обеспечивающими 3 В) и высокой скорости переключения (способной обрабатывать несущую частоту 38 кГц, обычно используемую в пультах дистанционного управления).

Проектирование схемы:Основная схема передатчика включает микроконтроллер, генерирующий модулированный код. Вывод микроконтроллера управляет транзистором (например, простым NPN, таким как 2N3904) в конфигурации ключа. ИК-светодиод и его токоограничивающий резистор размещены в коллекторной цепи транзистора. Транзистор действует как высокоскоростной ключ, позволяя микроконтроллеру импульсно управлять светодиодом с требуемым высоким током (например, импульсы 100 мА) без непосредственной нагрузки на вывод МК. Значение последовательного резистора рассчитывается на основе напряжения батареи (3 В), V_Fсветодиода (~1,6 В) и желаемого импульсного тока.

Рекомендации:Широкий угол обзора светодиода в 30 градусов гарантирует, что пульт не нужно точно направлять на приемник. Меры предосторожности от ESD критически важны во время сборки портативного устройства. Рекомендации по хранению гарантируют, что светодиоды остаются паяемыми в процессе производства.

11. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (IRED) — это полупроводниковое устройство с p-n переходом. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда энергия высвобождается в виде фотонов (света). Конкретная длина волны излучаемого света (850 нм в данном случае) определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, который здесь основан на соединениях арсенида галлия (GaAs) или арсенида алюминия-галлия (AlGaAs). Прозрачный эпоксидный корпус инкапсулирует полупроводниковый кристалл, обеспечивает механическую защиту и действует как линза для формирования выходного луча.

12. Технологические тренды

Дискретные инфракрасные компоненты продолжают развиваться. Тренды включают разработку устройств с еще более высокой плотностью мощности и эффективностью для применений с большей дальностью, таких как LiDAR и сенсоры времени пролета. Также наблюдается тенденция к миниатюризации в корпусах для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки и уменьшения габаритов. Кроме того, разрабатываются компоненты с более жестко контролируемыми допусками по длине волны и более узкой спектральной полосой для специализированных применений в сенсорике и оптической связи, чтобы уменьшить помехи и улучшить соотношение сигнал/шум. Фундаментальный принцип электролюминесценции в полупроводниковых переходах остается неизменным, но наука о материалах и технологии корпусирования обеспечивают улучшение производительности.