Техническая документация на инфракрасный светодиод IR3494-30C/H80/L419 - Корпус T-1 3/4 (4мм) - Длина волны 940нм - Прямое напряжение 1.2В - Сила излучения 3.5мВт/ср

1. Обзор продукта

IR3494-30C/H80/L419 — это высокоинтенсивный инфракрасный излучающий диод, предназначенный для применений, требующих надежного и эффективного излучения инфракрасного света. Устройство выполнено в прозрачном пластиковом корпусе и спроектировано для обеспечения стабильной работы в компактном форм-факторе T-1 3/4 (4мм). Его основная функция — излучение инфракрасного света с пиковой длиной волны 940нм, что делает его спектрально совместимым с распространенными фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приемными модулями. Устройство имеет стандартный шаг выводов 2.54мм для удобства интеграции в стандартные топологии печатных плат.

2. Ключевые особенности и преимущества

Основные преимущества этого компонента проистекают из его конструкции и выбора материалов. Он обеспечивает высокую надежность, что критически важно для долгосрочных применений. Высокая сила излучения гарантирует мощную передачу сигнала, увеличивая рабочий диапазон и соотношение сигнал/шум в сенсорных системах. Низкое прямое напряжение способствует общей энергоэффективности системы. Кроме того, компонент соответствует экологическим нормам, не содержит свинца и спроектирован в соответствии со стандартами RoHS.

3. Абсолютные максимальные параметры

Эксплуатация устройства за пределами этих пределов может привести к необратимому повреждению. Параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Непрерывный прямой ток (I_F):100 мА
• Пиковый прямой ток (I_FP):1.0 А (Длительность импульса ≤100мкс, Скважность ≤1%)
• Обратное напряжение (V_R):5 В
• Рабочая температура (T_opr):-40°C до +85°C
• Температура хранения (T_stg):-40°C до +100°C
• Температура пайки (T_sol):260°C (в течение ≤5 секунд)
• Рассеиваемая мощность (P_d):180 мВт (при температуре окружающего воздуха 25°C или ниже)

4. Электрооптические характеристики

Следующие параметры определяют производительность устройства в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C). Типичные значения представляют наиболее распространенную производительность, а минимальные и максимальные значения определяют допустимый диапазон.

4.1 Радиометрические и спектральные свойства

• Сила излучения (I_e):2.5 мВт/ср (Мин.), 3.5 мВт/ср (Тип.), 5.5 мВт/ср (Макс.) при I_F=20мА. При импульсном режиме работы (I_F=250мА, f=60Гц, скважность 50%), типовая сила излучения составляет 40 мВт/ср.
• Пиковая длина волны (λ_p):940 нм (Тип.) при I_F=20мА.
• Спектральная ширина (Δλ):50 нм (Тип.) при I_F=20мА, определяет ширину спектра на половине максимальной интенсивности.

4.2 Электрические свойства

• Прямое напряжение (V_F):
  • При I_F=20мА: 1.10В (Мин.), 1.20В (Тип.), 1.50В (Макс.)
  • При I_F=100мА: 1.20В (Мин.), 1.30В (Тип.), 1.70В (Макс.)
• Обратный ток (I_R):10 мкА (Макс.) при V_R=5В.

4.3 Угол обзора

Пространственное распределение излучаемого света не является равномерным. Угол обзора, определяемый как полный угол на половине максимальной силы излучения (2θ_1/2), составляет:

• Положение X:95 градусов (Тип.)
• Положение Y:45 градусов (Тип.)

Это указывает на асимметричную диаграмму направленности, что является критическим фактором при проектировании оптической системы для совмещения излучателя с приемником.

5. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены несколько характеристических кривых, необходимых для детальной проектной работы.

5.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры окружающей среды. Для предотвращения перегрева и обеспечения надежности прямой ток должен быть уменьшен при работе выше 25°C.

5.2 Спектральное распределение

На графике показана зависимость относительной силы излучения от длины волны с пиком около 940нм. Он визуально подтверждает типичную ширину полосы 50нм, показывая, что большая часть оптической мощности сосредоточена примерно между 915нм и 965нм. Эта узкая полоса пропускания полезна для фильтрации шумов окружающего света.

5.3 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Это ключевая зависимость, показывающая, что сила излучения увеличивается с ростом прямого тока, но не обязательно строго линейно, особенно при высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Кривая позволяет разработчикам выбрать рабочий ток, обеспечивающий требуемую выходную оптическую мощность.

5.4 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения

Эта ВАХ является основополагающей для проектирования схемы управления. Она показывает экспоненциальную зависимость, помогая определить необходимое напряжение для источника постоянного тока или рассчитать значения последовательного резистора для схемы с управлением по напряжению.

5.5 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Отдельные кривые для положений X и Y иллюстрируют асимметричный угол обзора. Интенсивность падает до половины максимального значения при ±47.5 градусах в плоскости X и ±22.5 градусах в плоскости Y. Эта диаграмма должна учитываться при совмещении светодиода с датчиком для обеспечения оптимальной силы сигнала.

6. Механическая информация и данные о корпусе

6.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный круглый корпус T-1 3/4 (диаметр 4мм). Технический чертеж предоставляет все критические размеры, включая диаметр корпуса, форму линзы, диаметр выводов и шаг выводов. Ключевые примечания указывают, что все размеры указаны в миллиметрах, а стандартные допуски составляют ±0.25мм, если не указано иное. Точный механический чертеж необходим для создания точных посадочных мест на печатной плате и обеспечения правильного размещения в сборках.

6.2 Определение полярности

Инфракрасные светодиоды являются поляризованными компонентами. На чертеже в техническом описании указан катод, обычно обозначаемый плоской гранью на ободке корпуса или более коротким выводом. Правильная полярность должна соблюдаться во время сборки для предотвращения выхода устройства из строя.

7. Рекомендации по пайке и монтажу

Абсолютное максимальное значение температуры пайки составляет 260°C в течение не более 5 секунд. Это типично для волновой или конвекционной пайки. Критически важно соблюдать эти пределы, чтобы предотвратить тепловое повреждение пластикового корпуса и внутреннего полупроводникового кристалла. Следует соблюдать стандартные отраслевые практики для работы с компонентами, чувствительными к влаге, если это применимо.

8. Упаковка и информация для заказа

Стандартная спецификация упаковки следующая: 500 штук в пакете, 5 пакетов в коробке, 10 коробок в картонной коробке. Этикетка на упаковке содержит несколько кодов для отслеживаемости и спецификации:

• CPN:Номер детали заказчика
• P/N:Производственный номер (номер детали производителя)
• QTY:Количество в упаковке
• CAT:Категория или сортировка по параметрам (например, по силе излучения)
• HUE:Указывает категорию по пиковой длине волны.
• REF:Референсный код.
• LOT No:Номер партии для отслеживаемости производства.

9. Рекомендации по применению

9.1 Типичные сценарии применения

• Инфракрасные пульты дистанционного управления:Высокая сила излучения делает его подходящим для пультов, требующих большего радиуса действия или более сильного проникновения сигнала.
• Системы передачи данных по воздуху:Используется в каналах передачи данных ближнего действия, датчиках приближения и обнаружения объектов, где инфракрасный луч модулируется.
• Детекторы дыма:Применяется в дымовых извещателях затеняющего типа, где частицы дыма прерывают луч инфракрасного света между излучателем и приемником.
• Общие инфракрасные системы:Любое применение, требующее надежного источника инфракрасного света с длиной волны 940нм.

9.2 Соображения при проектировании

• Схема управления:Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор или источник постоянного тока, чтобы не превысить максимальный прямой ток, особенно учитывая низкое прямое напряжение. ВАХ должна использоваться для расчета соответствующего значения резистора для заданного напряжения питания.
• Тепловой менеджмент:Соблюдайте пределы рассеиваемой мощности. Если работа ведется близко к максимальному току или при высоких температурах окружающей среды, учитывайте кривую снижения номинальных параметров и обеспечьте адекватную вентиляцию или теплоотвод, если светодиод установлен на плате с другими теплообразующими компонентами.
• Оптическое выравнивание:Асимметричный угол обзора (95° x 45°) является критическим. Светодиод и соответствующий приемник (фототранзистор и т.д.) должны быть выровнены в соответствии с предполагаемой осью чувствительности для максимизации принимаемого сигнала.
• Защита от обратного напряжения:Максимальное обратное напряжение составляет всего 5В. В схемах, где возможно обратное смещение (например, при емкостной связи или индуктивных нагрузках), настоятельно рекомендуется внешняя защита, например, параллельный диод (катод к аноду).

10. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными маломощными инфракрасными светодиодами, серия IR3494 предлагает значительно более высокую силу излучения (3.5 мВт/ср тип. против часто менее 1 мВт/ср у базовых устройств). Это напрямую приводит к увеличению рабочего диапазона или возможности использования более низких токов управления для того же диапазона, повышая эффективность. Длина волны 940нм идеальна, так как она менее заметна для человеческого глаза, чем светодиоды на 850нм (которые имеют слабое красное свечение), и при этом легко обнаруживается кремниевыми фотодетекторами. Асимметричная диаграмма направленности может быть преимуществом в применениях, требующих сфокусированного луча в одной плоскости и более широкого покрытия в другой.

11. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

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

О: Нет. Прямое напряжение составляет всего около 1.2-1.3В. Подключение его напрямую к 5В без токоограничивающего резистора вызовет протекание очень высокого тока, мгновенно разрушив светодиод. Всегда должен использоваться последовательный резистор.

В: В чем разница между "Типичной" и "Максимальной" силой излучения?

О: Типичное значение (3.5 мВт/ср) — это то, что обеспечит большинство устройств из производственной партии. Максимальное (5.5 мВт/ср) — это верхний предел спецификации; некоторые устройства могут работать лучше, но проектирование должно основываться на минимальном значении (2.5 мВт/ср), чтобы гарантировать работоспособность системы при любых условиях.

В: Почему угол обзора разный в направлениях X и Y?

О: Это результат внутренней структуры кристалла и формы пластиковой линзы. Это преднамеренная конструктивная особенность, формирующая диаграмму направленности излучаемого света, что может быть полезно для нацеливания инфракрасного луча.

В: Требуется ли радиатор?

О: Для непрерывной работы при максимальном номинальном токе 100мА рассеиваемая мощность составляет примерно 130мВт (1.3В * 0.1А), что ниже номинала 180мВт при 25°C. Однако, если температура окружающей среды высока или светодиод находится в герметичном корпусе, необходимо применить тепловое снижение номинальных параметров согласно характеристическим кривым, и может потребоваться радиатор или снижение рабочего тока.

12. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование передатчика для пульта ДУ дальнего действия

Цель: Обеспечить надежную дальность 15 метров в типичной гостиной.

Шаги проектирования:

1. Выбор тока управления:Обратитесь к кривой "Сила излучения в зависимости от прямого тока". Для максимизации дальности работайте близко к верхнему пределу. Выбор I_F= 80мА обеспечивает силу излучения примерно 15 мВт/ср (по кривой), что значительно больше значения при 20мА.

2. Проектирование схемы:Для источника питания 3.3В рассчитайте последовательный резистор. Используя типичное V_Fпри 80мА (оценка по ВАХ ~1.28В): R = (V_{питания}- V_F) / I_F= (3.3В - 1.28В) / 0.08А = 25.25Ом. Используйте стандартный резистор 24Ом или 27Ом. Проверьте мощность на резисторе: P = I²R = (0.08)²*27 = 0.173Вт, поэтому резистора на 1/4Вт достаточно.

3. Тепловая проверка:Рассеиваемая мощность светодиода: P_d= V_F* I_F= 1.28В * 0.08А = 102мВт. Это значительно ниже предела 180мВт при 25°C.

4. Оптическое выравнивание:Установите светодиод на краю печатной платы пульта. Ориентируйте светодиод так, чтобы его более широкая плоскость 95 градусов (X) была горизонтальной для покрытия широкой области, а более узкая плоскость 45 градусов (Y) — вертикальной для концентрации энергии вперед. Это оптимизирует вероятность попадания на приемник, даже если пульт слегка смещен по горизонтали.

13. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переход. При приложении прямого напряжения электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются через переход. Когда эти носители заряда рекомбинируют в активной области полупроводникового материала (обычно на основе арсенида галлия, GaAs), энергия высвобождается в виде фотонов. Конкретный состав полупроводниковых слоев определяет длину волны излучаемого света. Для данного устройства материал разработан для генерации фотонов в основном на длине волны 940 нанометров, что находится в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза, но легко обнаруживаемом кремниевыми фотодиодами и фототранзисторами.

14. Тенденции в технологии

Развитие инфракрасных светодиодов продолжает фокусироваться на нескольких ключевых направлениях: повышение эффективности (выходная оптическая мощность / входная электрическая мощность) для снижения энергопотребления или увеличения выходной мощности в устройствах с батарейным питанием; улучшение скорости модуляции для высокоскоростной передачи данных, таких как IrDA; и разработка устройств с еще более узкой спектральной полосой для применений, требующих точного согласования по длине волны, например, для газового анализа. Также наблюдается тенденция к корпусам для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки, хотя выводные корпуса, такие как T-1 3/4, остаются популярными благодаря своей надежности и удобству ручной пайки при прототипировании и в некоторых высоконадежных применениях. Длина волны 940нм остается отраслевым стандартом благодаря оптимальному балансу между чувствительностью кремниевых детекторов и низкой видимостью.

Важные примечания:Спецификации, приведенные в этом документе, могут быть изменены без предварительного уведомления. При использовании данного продукта необходимо строго соблюдать абсолютные максимальные параметры и условия эксплуатации, изложенные здесь. Производитель не несет ответственности за повреждения, возникшие в результате использования вне указанных условий. Информация, содержащаяся в этом техническом описании, защищена авторским правом и не должна воспроизводиться без разрешения.