Техническая документация на инфракрасный светодиод - Пиковая длина волны 940 нм

1. Обзор продукта

Настоящий документ содержит технические спецификации инфракрасного (ИК) светоизлучающего диода (светодиода). Основное применение таких компонентов — в системах, требующих невидимых источников света, таких как пульты дистанционного управления, датчики приближения, подсветка для ночного видения и оптическая передача данных. Ключевым преимуществом данного компонента является излучение с пиковой длиной волны 940 нм, что идеально подходит для применений, где требуется минимальная видимая засветка, так как это излучение практически невидимо для человеческого глаза. Целевые рынки включают потребительскую электронику, промышленную автоматизацию, системы безопасности и автомобильные приложения.

2. Подробный анализ технических параметров

Представленное содержание определяет ключевой фотометрический параметр: пиковую длину волны (λp). Это критически важная характеристика для ИК-светодиодов.

2.1 Фотометрические характеристики

Пиковая длина волны (λp):940 нанометров (нм). Этот параметр определяет длину волны, на которой светодиод излучает максимальную оптическую мощность. Длина волны 940 нм находится в ближнем инфракрасном диапазоне. Эта длина волны широко используется, поскольку кремниевые фотодиоды, типичные приемники в ИК-системах, обладают высокой чувствительностью в этом диапазоне. Кроме того, свет с длиной волны 940 нм менее заметен в виде слабого красного свечения по сравнению с более короткими ИК-волнами, такими как 850 нм, что делает его предпочтительным для скрытой подсветки.

Анализ:Выбор длины волны 940 нм указывает на то, что данный компонент оптимизирован для эффективной работы в системах обнаружения с использованием стандартных кремниевых сенсоров и для применений, требующих низкого уровня видимого светового загрязнения. Сила излучения и угол обзора, обычные дополнительные характеристики, не указаны, но они имеют решающее значение для расчета эффективной дальности и зоны покрытия при проектировании.

2.2 Электрические параметры

Хотя конкретные значения прямого напряжения (Vf), прямого тока (If) и обратного напряжения (Vr) не приведены в отрывке, они являются фундаментальными для любого светодиода. Конструкторы должны обращаться к полному техническому описанию для получения абсолютных максимальных значений и типичных рабочих условий, чтобы обеспечить надежную работу и долгий срок службы. Превышение максимального прямого тока является основной причиной выхода светодиода из строя из-за чрезмерного тепловыделения.

2.3 Тепловые характеристики

Теплоотвод имеет первостепенное значение для производительности и срока службы светодиода. Ключевые параметры включают тепловое сопротивление от p-n-перехода к окружающему воздуху (RθJA) и максимальную температуру перехода (Tj max). Эффективный отвод тепла через корпус светодиода и печатную плату (ПП) необходим для поддержания Tj в безопасных пределах, особенно при работе на высоких токах или при повышенных температурах окружающей среды.

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

В производстве светодиодов существуют естественные вариации. Система сортировки (бининг) классифицирует компоненты по ключевым параметрам для обеспечения однородности в пределах производственной партии.

3.1 Сортировка по длине волны

Для ИК-светодиода пиковая длина волны является основным параметром сортировки. Компоненты могут быть отсортированы в группы с узким допуском вокруг номинального значения 940 нм (например, от 935 нм до 945 нм). Это гарантирует, что все светодиоды в системе имеют практически идентичные характеристики излучения, что критически важно для работы оптических фильтров и настройки сенсора в приемнике.

3.2 Сортировка по прямому напряжению

Светодиоды также сортируются по прямому напряжению (Vf) при заданном испытательном токе. Группировка светодиодов со схожими значениями Vf помогает при проектировании схем управления, особенно когда несколько светодиодов соединены последовательно, для обеспечения равномерного распределения тока и яркости.

4. Анализ характеристических кривых

Графические данные необходимы для понимания поведения компонента в различных условиях.

4.1 Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ показывает зависимость между прямым напряжением и током через светодиод. Она нелинейна. "Напряжение колена" — это приблизительная точка, в которой светодиод начинает значительно проводить ток и излучать свет. Наклон кривой в рабочей области помогает определить динамическое сопротивление светодиода.

4.2 Температурные характеристики

Работа светодиода зависит от температуры. Как правило, прямое напряжение (Vf) уменьшается с ростом температуры перехода. И наоборот, сила света или излучаемая мощность также уменьшаются с повышением температуры. Графики, показывающие зависимость относительной интенсивности от температуры перехода и прямого напряжения от температуры, критически важны для проектирования схем, компенсирующих тепловые эффекты.

3.3 Спектральное распределение

График спектрального распределения отображает излучаемую мощность в зависимости от длины волны. Для светодиода на 940 нм этот график покажет доминирующий пик на или около 940 нм с определенной спектральной шириной (например, ширина на полувысоте — FWHM). Более узкая FWHM указывает на более монохроматический источник света, что может быть важно для применений с использованием оптических фильтров.

5. Механическая информация и данные о корпусе

В отрывке упоминаются типы упаковки, но не конкретный корпус светодиода (например, 5 мм, 3 мм, SMD-корпус, такой как 0805 или 1206). Полное техническое описание должно включать подробный механический чертеж.

5.1 Чертеж с размерами

Требуется размерный чертеж, показывающий длину, ширину, высоту, расстояние между выводами (для выводных компонентов) или размеры контактных площадок (для SMD). Допуски для всех размеров должны быть указаны.

5.2 Разводка контактных площадок (для SMD)

Для поверхностно-монтируемых корпусов предоставляется рекомендуемый посадочный рисунок (footprint) на печатной плате. Он включает размер, форму и расстояние между медными контактными площадками для обеспечения качественной пайки и механической стабильности.

5.3 Определение полярности

Способ определения анода и катода должен быть четко указан. Для выводных светодиодов катод обычно является более коротким выводом или выводом рядом со срезом на линзе. Для SMD-светодиодов маркировка, такая как точка, выемка или затененный угол на корпусе, обозначает катод.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль оплавления припоя

Для SMD-компонентов необходим подробный профиль оплавления. Он включает температуру и время предварительного нагрева, время выдержки, пиковую температуру, время выше температуры ликвидуса (TAL) и скорость охлаждения. Соблюдение этого профиля предотвращает тепловой удар и обеспечивает надежность паяных соединений.

6.2 Меры предосторожности

Общие меры предосторожности включают: избегание механических нагрузок на линзу светодиода, использование защиты от электростатического разряда (ЭСР) при обращении (поскольку светодиоды чувствительны к ЭСР) и обеспечение чистоты оптической поверхности. Для выводных компонентов изгиб выводов должен выполняться на достаточном расстоянии от корпуса.

6.3 Условия хранения

Светодиоды должны храниться в прохладной, сухой среде, как правило, в пределах указанного диапазона температуры и влажности. Они часто поставляются в чувствительной к влаге упаковке с осушителем и могут требовать предварительной просушки перед использованием, если упаковка была вскрыта в течение длительного времени.

7. Информация об упаковке и заказе

В отрывке PDF явно перечислены элементы упаковки, что является ключевой частью предоставленного содержания.

7.1 Спецификация упаковки

Иерархия упаковки определена следующим образом:

• Антистатический пакет:Первичная упаковка, предназначенная для защиты компонентов от электростатического разряда (ЭСР) и влаги.
• Внутренняя коробка:Коробка или лоток, содержащий несколько антистатических пакетов или катушек с компонентами.
• Внешний короб:Основной транспортный короб, содержащий несколько внутренних коробок.

7.2 Количество в упаковке

Должно быть указано конкретное количество светодиодных компонентов в каждом антистатическом пакете, каждой внутренней коробке и каждом внешнем коробе. Обычные количества кратны 1000, 2000 или 5000 штук для SMD-компонентов на катушках или определенные количества для насыпной упаковки.

7.3 Маркировка

Каждый уровень упаковки должен иметь этикетку с указанием номера детали, количества, даты выпуска, номера партии и уровня чувствительности к ЭСР/влаге (MSL).

7.4 Правила обозначения моделей

Полный номер детали обычно кодирует ключевые атрибуты. Например, номер модели может указывать на размер корпуса, пиковую длину волны, угол обзора и группу светового потока. Код, такой как "IR940-45D", может означать ИК-светодиод, 940 нм, угол обзора 45 градусов и определенную группу силы излучения 'D'.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые сценарии применения

Данный ИК-светодиод на 940 нм подходит для:

• Инфракрасные пульты дистанционного управления:Для телевизоров, аудиосистем и приставок.
• Датчики приближения и присутствия:В смартфонах, бытовой технике и автоматических смесителях.
• Подсветка для ночного видения:В паре с ИК-чувствительными камерами в системах безопасности и наблюдения.
• Оптические переключатели и энкодеры:Для обнаружения положения или вращения.
• Передача данных:В устройствах, соответствующих стандарту IrDA, для беспроводной связи на короткие расстояния.

8.2 Особенности проектирования

Схема управления:Рекомендуется использовать источник постоянного тока, а не источник напряжения с последовательным резистором, для стабильного выходного сигнала, особенно при изменении температуры. Драйвер должен быть рассчитан на прямой ток светодиода.
Оптическая конструкция:Материал линзы или защитного покрытия между светодиодом и целью должен быть прозрачным для света с длиной волны 940 нм. Многие пластмассы подходят, но некоторые виды стекла или тонированные материалы могут ослаблять сигнал.
Теплоотвод:Обеспечьте достаточную площадь медного покрытия на печатной плате или внешний радиатор при работе на высоких непрерывных токах.
Согласование с приемником:Фотодетектор (например, фототранзистор, фотодиод) должен иметь пиковую чувствительность около 940 нм. Оптический фильтр, соответствующий спектру светодиода, может улучшить отношение сигнал/шум, блокируя окружающий свет.

9. Техническое сравнение

По сравнению с другими ИК-светодиодами, компонент на 940 нм предлагает определенные преимущества и компромиссы.

По сравнению с ИК-светодиодами на 850 нм:Светодиоды на 850 нм часто обеспечивают немного более высокую излучаемую мощность при том же электрическом входе из-за лучшей эффективности материала на этой длине волны. Однако 850 нм излучают слабое красное свечение, которое может быть видно в темноте, что может быть нежелательно для скрытых применений. 940 нм практически невидимы, что делает их превосходными для незаметной подсветки.

По сравнению с видимыми светодиодами:Основное отличие — длина волны. ИК-светодиоды обеспечивают функциональность, невидимую для пользователей, позволяя реализовывать такие функции, как автоматическая работа (датчики) или управление (пульты), без излучения отвлекающего света.

10. Часто задаваемые вопросы (ЧАВО)

В: Почему важна пиковая длина волны 940 нм?
О: Она соответствует диапазону высокой чувствительности распространенных кремниевых фотодетекторов, одновременно сводя к минимуму видимое излучение, что делает ее идеальной для применений в датчиках и скрытой подсветке.

В: Как управлять этим светодиодом?
О: Используйте схему драйвера постоянного тока. Простая реализация — источник напряжения с токоограничивающим резистором, рассчитанным с использованием типичного прямого напряжения (Vf) светодиода и желаемого прямого тока (If) из полного технического описания: R = (Vисточника - Vf) / If.

В: Могу ли я увидеть свет от этого светодиода?
О: Длина волны 940 нм находится за пределами видимого спектра для большинства людей. Некоторые люди могут заметить очень глубокое красное свечение в условиях крайней темноты, но в основном оно невидимо. Однако камера смартфона обычно может его четко видеть, поскольку сенсоры камер чувствительны к ближнему ИК-излучению.

В: Для чего нужен антистатический пакет?
О: Он защищает светодиод от электростатического разряда (ЭСР), который может повредить p-n-переход, даже если человек не чувствует разряда.

11. Практические примеры использования

Пример 1: Автоматический дозатор мыла.ИК-светодиод на 940 нм используется в паре с фототранзистором для создания датчика приближения. Светодиод постоянно излучает невидимый луч. Когда рука прерывает луч, изменение обнаруженного света запускает мотор насоса. Длина волны 940 нм обеспечивает бесшовную работу без каких-либо видимых световых индикаторов.

Пример 2: Дальнобойный пульт ДУ для телевизора.Массив светодиодов на 940 нм используется в универсальном пульте дистанционного управления. Высокая сила излучения (обеспеченная правильной сортировкой и током управления) позволяет сигналу достигать датчика телевизора под широкими углами и с больших расстояний. Отсутствие видимого света предотвращает отвлечение внимания в темном домашнем кинотеатре.

12. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый диод с p-n-переходом. При прямом смещении электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активной области. Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны излучаемых фотонов определяется шириной запрещенной зоны полупроводниковых материалов, используемых при изготовлении светодиода (обычно арсенид алюминия-галлия — AlGaAs для 940 нм). Большая ширина запрещенной зоны приводит к более короткой длине волны (более голубой свет), а меньшая ширина запрещенной зоны — к более длинной длине волны (более красный или инфракрасный свет). Излучение на 940 нм является прямым результатом инженерной работы по подбору состава полупроводника для достижения этой конкретной ширины запрещенной зоны.

13. Тенденции развития

Развитие области ИК-светодиодов определяется спросом на более высокую эффективность, меньшие корпуса и большую интеграцию.

Повышение эффективности:Исследования сосредоточены на улучшении внутренней квантовой эффективности (процент рекомбинаций электрон-дырка, производящих фотоны) и эффективности вывода света (извлечение генерируемых фотонов из полупроводникового материала). Это приводит к более высокой излучаемой мощности при том же электрическом входе, обеспечивая более длительное время работы от батареи в портативных устройствах.

Миниатюризация:Тенденция к уменьшению размеров потребительской электроники стимулирует разработку ИК-светодиодов во все более малых корпусах для поверхностного монтажа (например, метрические размеры 0402, 0201) при сохранении или улучшении производительности.

Интегрированные решения:Наблюдается тенденция к объединению ИК-светодиода, фотодетектора и управляющей логики в единый модуль или чип. Это упрощает проектирование для конечных пользователей, уменьшает занимаемую площадь на печатной плате и повышает надежность системы за счет обеспечения согласованных оптических характеристик.

Новые длины волн:Хотя 850 нм и 940 нм доминируют, разрабатываются и другие длины волн для специализированных применений, таких как спектроскопия, газовый анализ и оптическая связь с использованием пластиковых оптических волокон.