Техническая документация на инфракрасный светодиод IR204C-A - 3мм T-1 корпус - 940нм - 100мА

1. Обзор продукта

IR204C-A — это высокоинтенсивный инфракрасный излучающий диод в стандартном прозрачном пластиковом корпусе T-1 диаметром 3 мм. Его основная функция — излучение инфракрасного света с пиковой длиной волны 940 нм, что обеспечивает спектральное согласование с распространенными кремниевыми фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приемными модулями. Данное устройство предназначено для применений, требующих надежной и эффективной инфракрасной передачи.

1.1 Ключевые преимущества

• Высокая излучательная способность:Обеспечивает мощный оптический выход, подходит для применений средней и большой дальности.
• Высокая надежность:Спроектирован для стабильной и долговременной работы.
• Низкое прямое напряжение:Обычно 1,5 В при 20 мА, что способствует энергоэффективной работе.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт не содержит свинца, соответствует требованиям EU REACH и стандартам по отсутствию галогенов (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
• Стандартный корпус:Знакомый форм-фактор T-1 (3 мм) с расстоянием между выводами 2,54 мм обеспечивает легкую интеграцию в существующие конструкции и макетные платы.

1.2 Целевые области применения

• Инфракрасные пульты дистанционного управления с высокими требованиями к мощности.
• Системы оптической передачи данных по свободному пространству.
• Датчики обнаружения дыма.
• Общие системы инфракрасного сенсоринга и барьеры.
• Промышленная автоматизация и обнаружение объектов.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических и оптических параметров, указанных в техническом описании. Понимание этих пределов и типичных значений имеет решающее значение для надежного проектирования схем.

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Это предельные значения нагрузки, которые ни при каких условиях, даже кратковременно, не должны быть превышены. Работа за пределами этих характеристик может привести к необратимому повреждению.

• Непрерывный прямой ток (I_F):100 мА. Светодиод может работать непрерывно при этом уровне тока при условии соблюдения ограничений по рассеиваемой мощности и температуре.
• Пиковый прямой ток (I_FP):1,0 А. Такой высокий ток допустим только в импульсном режиме (длительность импульса ≤ 100 мкс, скважность ≤ 1%). Это полезно для достижения очень высокого мгновенного излучаемого потока в приложениях с пакетным режимом, таких как пульты ДУ большой дальности.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Светодиод имеет ограниченную устойчивость к обратному напряжению. При проектировании схемы необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить обратное смещение сверх этого предела, которое может быть вызвано индуктивными нагрузками или неправильной последовательностью включения питания.
• Рассеиваемая мощность (P_d):150 мВт при температуре окружающего воздуха 25°C или ниже. Этот параметр уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Рабочий ток должен быть снижен в зависимости от температуры перехода, чтобы оставаться в безопасных пределах.
• Температура пайки (T_sol):260°C максимум в течение 5 секунд. Это определяет ограничения профиля пайки оплавлением.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют производительность устройства в нормальных рабочих условиях (Ta=25°C).

• Излучательная способность (I_e):Это основная мера оптической выходной мощности на единицу телесного угла (мВт/ср).
  • При I_F= 20 мА (DC): Типичное значение составляет 7,8 мВт/ср, минимальное — 4,0 мВт/ср.
  • При I_F= 100 мА (импульсный): Типичная излучательная способность значительно возрастает.
  • При I_F= 1 А (импульсный): Может обеспечивать типичный выход 390 мВт/ср, демонстрируя возможности для мощного импульсного режима работы.
• Пиковая длина волны (λ_p):940 нм (типично). Эта длина волны идеальна, так как хорошо согласуется с пиковой чувствительностью кремниевых фотодетекторов, практически невидима для человеческого глаза и имеет хорошее пропускание в атмосфере.
• Спектральная ширина (Δλ):Приблизительно 45 нм (типично). Определяет спектральную ширину излучаемого света на половине максимальной интенсивности (FWHM).
• Прямое напряжение (V_F):
  • При 20 мА: 1,5 В типично, 1,2 В мин., что критически важно для расчета значений последовательного резистора.
  • При 100 мА (импульсный): 1,4 В типично, 1,8 В макс. V_Fувеличивается с ростом тока из-за сопротивления диода.
  • При 1 А (импульсный): 2,6 В типично, 4,0 В макс., что показывает значительный рост в условиях импульсного тока высокой величины.
• Угол обзора (2θ_1/2):40 градусов (типично). Это полный угол, при котором излучательная способность падает до половины своего осевого значения. Угол 40° обеспечивает хороший баланс между концентрацией луча и зоной покрытия.

3. Объяснение системы сортировки

Техническое описание включает таблицу сортировки по излучательной способности, что является распространенной практикой для классификации светодиодов на основе измеренных характеристик.

3.1 Сортировка по излучательной способности

В условиях I_F= 20 мА светодиоды сортируются на группы (K, L, M, N) на основе измеренной излучательной способности.

• Группа K:4,0 - 6,4 мВт/ср
• Группа L:5,6 - 8,9 мВт/ср
• Группа M:7,8 - 12,5 мВт/ср
• Группа N:11,0 - 17,6 мВт/ср

Влияние на проектирование:Для приложений, требующих стабильной силы оптического сигнала (например, пульты ДУ с определенной дальностью), указание более узкой группы (например, одной группы) или группы с более высоким минимальным значением обеспечивает более равномерную производительность всех изделий в партии. Код группы обычно указывается в информации для заказа или на этикетке продукта.

4. Анализ характеристических кривых

Типичные характеристические кривые дают ценную информацию о поведении устройства в различных условиях.

4.1 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Рис.4)

Эта ВАХ показывает экспоненциальную зависимость. Кривая смещается с температурой; прямое напряжение обычно уменьшается с ростом температуры перехода при заданном токе.

4.2 Относительная интенсивность в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.7)

Этот график критически важен для управления тепловым режимом. Излучаемый поток светодиода уменьшается с ростом температуры его перехода. Кривая количественно определяет это снижение, информируя разработчиков о том, что более высокие температуры окружающей среды или недостаточный теплоотвод приведут к снижению оптического выхода. Это необходимо учитывать в системах, предназначенных для работы в полном диапазоне от -40°C до +85°C.

4.3 Спектральное распределение и пиковая длина волны в зависимости от температуры (Рис.2 и Рис.3)

Рис.2 показывает типичный спектр излучения с центром на 940 нм. Рис.3 иллюстрирует, как пиковая длина волны смещается с температурой. Инфракрасные светодиоды обычно имеют положительный температурный коэффициент для длины волны (т.е. λ_pувеличивается с температурой). Это смещение важно в приложениях, где детектор имеет узкую спектральную чувствительность.

4.4 Угловая диаграмма направленности излучения (Рис.6)

Эта полярная диаграмма изображает относительную излучательную способность как функцию углового смещения от центральной оси. Здесь подтверждается угол обзора 40°. Для данного типа корпуса диаграмма, как правило, ламбертовская или близкая к ней, что означает, что интенсивность приблизительно пропорциональна косинусу угла обзора.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный круглый корпус T-1 (диаметром 3 мм). Ключевые размерные примечания из технического описания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах (мм).
• Стандартные допуски составляют ±0,25 мм, если не указано иное.
• Расстояние между выводами — 2,54 мм (0,1 дюйма), что совместимо со стандартными перфорированными платами и многими разъемами.

Обычно включается подробный чертеж с размерами, показывающий диаметр корпуса, форму линзы, длину и диаметр выводов, а также плоскость установки.

5.2 Определение полярности

Для стандартного светодиода T-1 катод обычно идентифицируется по плоскому срезу на ободке пластиковой линзы и/или по более короткому выводу. Для конкретной маркировки данной детали следует обратиться к техническому описанию.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

• Пайка оплавлением:Максимальная температура пайки составляет 260°C, и время при этой температуре или выше не должно превышать 5 секунд. Применим стандартный профиль бессвинцовой пайки оплавлением.
• Ручная пайка:Если необходима ручная пайка, следует использовать паяльник с регулировкой температуры, и время пайки каждого вывода должно быть минимизировано (обычно < 3 секунд при 350°C), чтобы предотвратить тепловое повреждение пластикового корпуса и полупроводникового кристалла.
• Условия хранения:Диапазон температур хранения составляет от -40°C до +85°C. Компоненты должны храниться в оригинальных влагозащитных пакетах до использования, чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать \"эффект попкорна\" во время пайки оплавлением.

7. Информация об упаковке и заказе

7.1 Спецификации упаковки

• Стандартная упаковка: от 200 до 1000 штук в пакете.
• 5 пакетов упаковываются в 1 коробку.
• 10 коробок упаковываются в 1 картонную коробку.

7.2 Информация на этикетке

Этикетка продукта содержит ключевые данные для прослеживаемости и спецификации:

• CPN (Номер детали заказчика)
• P/N (Номер детали производителя: IR204C-A)
• QTY (Количество в упаковке)
• Группы/Коды сортировки (например, для излучательной способности)
• HUE (Информация о пиковой длине волны)
• LOT No. (Прослеживаемый номер партии)

8. Рекомендации по проектированию приложений

8.1 Проектирование схемы управления

Светодиод должен управляться с использованием токоограничивающего элемента, обычно резистора, включенного последовательно с источником напряжения. Значение резистора (R_s) рассчитывается как: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. Используйте максимальное значение V_Fиз технического описания для выбранного рабочего тока, чтобы гарантировать, что ток не превысит желаемое значение. Например, для источника питания 5 В и целевого I_Fв 20 мА с использованием макс. V_F1,5 В: R_s= (5 - 1,5) / 0,02 = 175 Ом. Подошел бы стандартный резистор на 180 Ом. Для импульсной работы при высоких токах требуется транзисторный ключ (BJT или MOSFET).

8.2 Тепловые аспекты

Хотя корпус T-1 имеет ограниченные возможности рассеивания тепла, при непрерывных токах до 100 мА важно обеспечить достаточный поток воздуха или учитывать рассеиваемую мощность (P_d= V_F* I_F). Если работать непрерывно при токе, близком к максимальному, в условиях высокой температуры окружающей среды, температура перехода может возрасти, снижая выходную мощность и потенциально влияя на срок службы.

8.3 Оптическое проектирование

Прозрачная линза подходит для использования с внешними линзами или отражателями для коллимации или формирования луча для конкретных применений, таких как передача на большие расстояния. Длина волны 940 нм хорошо пропускается многими распространенными пластиками, используемыми в линзах и окнах.

9. Техническое сравнение и дифференциация

IR204C-A позиционируется с ключевыми отличительными особенностями:

• Высокая импульсная мощность:Допустимый пиковый ток 1 А позволяет достичь очень высокого мгновенного оптического выхода, что является преимуществом по сравнению со светодиодами, рассчитанными только на более низкие импульсные токи.
• Стандартный корпус с высокой производительностью:Он предлагает более высокую излучательную способность в распространенном, удобном корпусе T-1 по сравнению со многими базовыми инфракрасными светодиодами.
• Соответствие экологическим нормам:Полное соответствие современным экологическим нормам (RoHS, REACH, без галогенов) является значительным преимуществом для продуктов, ориентированных на глобальные рынки.
• Спектральное согласование:Явное указание на спектральное согласование с распространенными детекторами упрощает процесс выбора для разработчиков, создающих полные оптические системы.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

1. В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3,3 В?
   А: Нет. Вывод микроконтроллера не может безопасно выдавать 20 мА непрерывно, и в нем отсутствует ограничение тока. Вы должны использовать последовательный резистор и транзисторный ключ. V_Fсветодиода (1,5 В) меньше 3,3 В, поэтому он совместим по напряжению, но ток должен контролироваться внешне.
2. В: В чем разница между Излучательной способностью (мВт/ср) и Излучаемым потоком (мВт)?
   А: Излучательная способность — это угловая плотность — мощность на единицу телесного угла. Излучаемый поток (или мощность) — это общая мощность, излучаемая во всех направлениях. Чтобы найти общую мощность, нужно проинтегрировать интенсивность по всей диаграмме направленности. Техническое описание предоставляет интенсивность, что более полезно для расчета облученности на расстоянии в заданном направлении.
3. В: Почему предпочтительна пиковая длина волны 940 нм по сравнению с 850 нм?
   А: 940 нм менее видима для человеческого глаза (более темное красное свечение), чем 850 нм, что делает ее менее отвлекающей в потребительских устройствах. Обе хорошо детектируются кремнием, но 940 нм может иметь несколько меньшее влияние помех от окружающего света от некоторых источников, таких как солнечный свет и лампы накаливания, которые имеют сильное излучение в области 850 нм.
4. В: Как выбрать правильную группу сортировки?
   А: Если в вашем приложении требуется минимальная сила сигнала на приемнике, используйте минимальное значение группы, чтобы гарантировать, что все детали соответствуют ему. Например, если вам нужно не менее 6 мВт/ср, укажите группу L или выше. Для чувствительных к стоимости приложений, где допустимы некоторые вариации, может быть достаточно более широкой группы или стандартного предложения.

11. Практические примеры проектирования и использования

11.1 Дальнодействующий инфракрасный пульт дистанционного управления

Сценарий:Проектирование пульта ДУ, который должен надежно работать на расстоянии 15 метров в умеренно освещенной гостиной.
Реализация:Используйте светодиод в импульсном режиме. Управляйте им короткими (например, 50 мкс) импульсами высокого тока (например, 500 мА) с помощью MOSFET-ключа, управляемого микросхемой кодировщика. Это обеспечивает высокую пиковую излучательную способность (см. данные для импульсного тока 1 А) для передачи на большие расстояния при сохранении низкой средней мощности. Можно добавить простую пластиковую линзу для дальнейшей коллимации луча. Длина волны 940 нм минимизирует видимое свечение.

11.2 Датчик приближения или обнаружения объектов

Сценарий:Создание бесконтактной системы обнаружения объектов с диапазоном 10-50 см.
Реализация:Сопрягите IR204C-A с согласованным фототранзистором. Управляйте светодиодом с умеренным непрерывным током (например, 50 мА) с использованием источника постоянного тока для стабильного светового выхода. Модулируйте ток светодиода на определенной частоте (например, 38 кГц) и используйте настроенный приемник на стороне фототранзистора. Эта техника модуляции делает систему высокоустойчивой к колебаниям окружающего света (например, от солнечного света или комнатного освещения), значительно улучшая отношение сигнал/шум и надежность.

12. Принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый p-n переходный диод. При прямом смещении электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активной области. Для инфракрасного светодиода, такого как IR204C-A, ширина запрещенной зоны полупроводникового материала (обычно арсенид галлия-алюминия — GaAlAs, как указано) такова, что энергия, выделяемая в процессе этой рекомбинации, соответствует фотону в инфракрасном спектре (около 940 нм). Прозрачная эпоксидная оболочка действует как линза, формируя излучаемый свет в характерный угол обзора. Интенсивность излучаемого света прямо пропорциональна прямому току, протекающему через диод, вплоть до физических пределов устройства.

13. Технологические тренды

Технология инфракрасных светодиодов продолжает развиваться вместе с технологией видимых светодиодов. Ключевые тренды, влияющие на устройства, подобные IR204C-A, включают:

• Повышение эффективности:Постоянные исследования в области материаловедения направлены на улучшение эффективности (выходная оптическая мощность / входная электрическая мощность) ИК-светодиодов, позволяя получить более высокую выходную мощность при более низких токах управления или уменьшить тепловыделение.
• Более высокая плотность мощности:Разработка корпусов на уровне кристалла и улучшенных материалов для теплового управления позволяет ИК-светодиодам выдерживать более высокие непрерывные и импульсные токи в меньших форм-факторах.
• Интеграция:Наблюдается тенденция к интеграции ИК-излучателя с драйверной ИС, фотодетектором или даже микроконтроллером в единые модули для конкретных применений (например, датчики приближения, распознавание жестов).
• Точность и стабильность длины волны:Достижения в технологиях эпитаксиального роста позволяют осуществлять более жесткий контроль над пиковой длиной волны и спектральной шириной, что критически важно для таких применений, как газовый анализ или оптическая связь, использующая волновое мультиплексирование.
• Расширение области применения:Рост таких областей, как LiDAR для автомобильной промышленности/робототехники, распознавание лиц и мониторинг здоровья (например, пульсоксиметрия), стимулирует спрос на высокопроизводительные, надежные ИК-излучатели с различными длинами волн и уровнями мощности.

IR204C-A со своими сбалансированными характеристиками и стандартным корпусом представляет собой зрелое и надежное решение в этой развивающейся технологической среде.