Infrared LED Emitter LTE-3271T-A Datasheet - 940nm Wavelength - High Current & Low Vf - Water Clear Package - English Technical Document

1. Mchanganuo wa Bidhaa

LTE-3271T-A ni diode inayotoa mwanga wa infrared (IR) yenye utendaji wa hali ya juu, iliyoundwa kwa matumizi yanayohitaji pato la mwanga lenye nguvu na utendaji thabiti chini ya hali ngumu za umeme. Falsafa yake ya msingi ya muundo inalenga kutoa nguvu kubwa ya mnururisho huku ikidumisha voltage ya mbele ya chini, na kufanya iwe na ufanisi kwa mifumo ambapo matumizi ya nishati ni jambo la kuzingatia. Kifaa hiki kimefungwa kwenye resini ya uwazi kabisa, ambayo hupunguza kunyonya kwa mwanga wa infrared unaotolewa, na hivyo kuongeza ufanisi wa juu wa mnururisho wa nje. Kimeundwa kusaidia aina zote mbili za njia za kuendesha: zinazoendelea na zenye mipigo, na kutoa mabadiliko kwa matumizi mbalimbali ya kuhisi, mawasiliano, na mwanga katika wigo wa karibu wa infrared.

2. Uchanganuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Viwango vya Juu Kabisa

Viwango hivi vinaeleza mipaka ya mkazo ambayo ikiivuka kifaa kinaweza kuharibika kudumu. Uendeshaji chini ya au kwenye mipaka hii hauhakikishwi.

• Upotezaji wa Nguvu (P_D): 150 mW. Hii ndiyo kiwango cha juu cha nguvu inayoruhusiwa kupotea ndani ya kifaa, hasa kwa namna ya joto, ikikokotolewa kama zao la mkondo wa mbele na voltage ya mbele.
• Kilele cha Mkondo wa Mbele (I_FP): 2 A. Ukubwa huu wa mkondo ulio wa kipekee unaruhusiwa tu chini ya hali maalum za msukumo: upana wa msukumo wa mikrosekunde 10 na kiwango cha kurudia msukumo kisichozidi msukumo 300 kwa sekunde (pps). Hii inawezesha pato la papo hapo la nuru la juu sana kwa ajili ya kupima umbali wa masafa mafupi au usambazaji wa data wa kasi.
• Mwendelezo wa Mkondo wa Mbele (I_F): 100 mA. Upeo wa mkondo wa DC ambao unaweza kutumiwa kwa mwendelezo bila kuzidi kiwango cha matumizi ya nguvu au mipaka ya joto.
• Reverse Voltage (V_R): 5 V. Kupitisha voltage hii katika mwelekeo wa upendeleo wa nyuma kunaweza kusababisha kuvunjika kwa makutano.
• Operating & Storage Temperature: Kifaa kimepimwa kwa joto la uendeshaji la mazingira (T_A) anuwani ya -40°C hadi +85°C na inaweza kuhifadhiwa katika mazingira kutoka -55°C hadi +100°C.
• Joto la Kuuza Risasi: 320°C kwa sekunde 3, zilizopimwa kwa umbali wa 4.0mm kutoka kwenye kifurushi cha mwili. Mwongozo huu ni muhimu kwa kuzuia uharibifu wa joto wakati wa usanikishaji wa PCB.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Vigezo hivi vimebainishwa kwa joto la mazingira (T_A) ya 25°C na vinabainisha utendaji wa kawaida wa kifaa.

• Radiant Intensity (I_E): Kipimo muhimu cha pato la mwangaza. Kwa mkondo wa mbele (I_F) ya 100 mA, mwangaza wa kawaida ni 30 mW/sr. Katika mkondo wa chini wa majaribio ya 20 mA, ni kati ya 6 mW/sr (Chini) hadi 10.5 mW/sr (Kawaida). Mwangaza unaelezea nguvu ya mwanga inayotolewa kwa kila kitengo cha pemu thabiti.
• Aperture Radiant Incidence (E_e): 0.80 hadi 1.4 mW/cm² kwa I_F=20mA. Kigezo hiki, wakati mwingine huitwa irradiance, ni muhimu kwa kuhesabu msongamano wa nguvu ya mwanga unaoanguka kwenye uso katika umbali maalum kutoka kwa kitoa mwanga.
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 940 nm. Hii ndio urefu wa mawimbi unaotajwa ambapo nguvu ya mwanga inafikia kiwango cha juu. Uko ndani ya wigo wa karibu infrared (NIR), ambao hauwezi kuonekana na jicho la binadamu lakini unaweza kugunduliwa na fotodiodi za silikoni na sensa nyingi za CMOS/CCD.
• Nusu Upana wa Mstari wa Wigo (Δλ): 50 nm (Typ). Hii inaonyesha upana wa wigo ambapo ukali wa mnururisho ni angalau nusu ya thamani yake ya kilele. Thamani ya 50 nm ni sifa ya nyenzo za kawaida za LED za infrared za GaAlAs.
• Forward Voltage (V_F): Hii ni kigezo muhimu cha umeme kinachobadilika kulingana na mkondo.
  • Katika I_F = 50 mA: V_F (Typ) = 1.25V, (Max) = 1.6V.
  • Katika I_F = 250 mA: V_F (Typ) = 1.65V, (Max) = 2.1V.
  • Katika I_F = 450 mA: V_F (Typ) = 2.0V, (Max) = 2.4V.
  • Katika I_F = 1 A: V_F (Typ) = 2.4V, (Max) = 3.0V. The datasheet highlights "low forward voltage" as a feature, which is evident from these values, especially at medium currents, contributing to higher electrical-to-optical efficiency.
• Reverse Current (I_R): 100 µA (Max) at a reverse voltage (V_R) of 5V. This is the leakage current when the device is reverse-biased.
• Viewing Angle (2θ_1/2): 50° (Typ). Hii ndio pembe kamili ambayo ukubwa wa mnururisho hupungua hadi nusu ya thamani yake kwenye 0° (kwenye mhimili). Pembe ya 50° hutoa muundo mpana wa mnururisho, muhimu kwa taa za eneo au kugundua ambapo usawazishaji sio muhimu sana.

3. Uchambuzi wa Mkunjo wa Utendaji

Karatasi ya data hutoa michoro kadhaa ya sifa muhimu kwa muundo wa saketi na kuelewa utendaji chini ya hali zisizo za kawaida.

3.1 Usambazaji wa Wigo (Mch. 1)

The curve shows the relative radiant intensity plotted against wavelength. It confirms the peak wavelength at approximately 940 nm with a broad spectral half-width. The shape is typical for an infrared LED, with the output tapering off on both sides of the peak. Designers of optical systems must consider this spectrum to ensure compatibility with the spectral sensitivity of the intended detector (e.g., a phototransistor or a silicon photodiode with a filter).

3.2 Mkondo wa Mbele dhidi ya Joto la Mazingira (Mch. 2)

This graph illustrates the derating of the maximum allowable continuous forward current as the ambient temperature increases. At 25°C, the full 100 mA is permissible. As temperature rises, the maximum current must be reduced linearly to prevent exceeding the 150 mW power dissipation limit and to manage junction temperature. This is a crucial graph for ensuring long-term reliability in high-temperature environments.

3.3 Forward Current vs. Forward Voltage (Fig. 3)

Hii ndiyo safu ya tabia ya sasa-na-volti (I-V). Inaonyesha uhusiano wa kielelezo unao wa kawaida wa diode. Safu hii ni muhimu sana katika kubuni mzunguko wa kiendeshi cha kuzuia sasa. Mwinuko wa safu katika eneo la uendeshaji husaidia kubainisha upinzani wa mwendo wa LED. Grafu inathibitisha kwa kuona V_F tabia katika anuwai pana ya sasa.

3.4 Relative Radiant Intensity vs. Forward Current (Fig. 4)

Grafu hii inaonyesha jinsi pato la macho (lililorekebishwa kwa thamani yake kwenye 20 mA) linavyoongezeka kwa mkondo wa mbele. Uhusiano kwa ujumla ni mstari kwenye mikondo ya chini lakini unaweza kuonyesha dalili za kujaa au ufanisi uliopungua kwenye mikondo ya juu sana kutokana na athari za joto zilizoongezeka na kushuka kwa ufanisi wa quantum wa ndani. Mkunjo huu husaidia wabunifu kuchagua sehemu ya uendeshaji inayolingana nguvu ya pato na ufanisi na mkazo wa kifaa.

3.5 Relative Radiant Intensity vs. Ambient Temperature (Fig. 5)

Grafu hii inaonyesha utegemezi wa joto wa pato la macho. Kwa kawaida, uwezo wa mionzi wa LED hupungua kadiri joto la makutano linavyoongezeka. Mkunjo huu hupima kushuka huko, kuonyesha nguvu ya pato iliyorekebishwa ikilinganishwa na thamani yake kwenye 20 mA katika safu ya joto kutoka -20°C hadi 80°C. Habari hii ni muhimu kwa matumizi yanayohitaji pato la macho thabiti katika hali tofauti za mazingira.

3.6 Radiation Diagram (Fig. 6)

Mchoro huu wa polar unatoa taswira ya kina ya muundo wa utoaji wa anga. Miduara ya kuzingatia inawakilisha viwango vya jamaa vya ukali wa mionzi (mfano, 1.0, 0.9, 0.7). Mchoro huo unathibitisha pembe ya kutazama pana, kuonyesha jinsi ukali unavyosambazwa katika pembe tofauti kutoka 0° hadi 90°. Mchoro huu ni muhimu sana kwa muundo wa macho, kuwaruhusu wahandisi kuiga muundo wa mwanga kwenye uso lengwa.

4. Mechanical & Packaging Information

4.1 Package Dimensions

Kifaa hutumia umbizo la kawaida la kifurushi cha LED lenye flange kwa utulivu wa kiufundi na upunguzaji wa joto. Vidokezo muhimu vya vipimo kutoka kwenye karatasi ya data ni pamoja na:

• Vipimo vyote vinatolewa kwa milimita, na uvumilivu kwa kawaida ±0.25mm isipokuwa ikiwa imebainishwa vinginevyo.
• Mfinyo mdogo wa hariri chini ya flange unaruhusiwa, na urefu wa juu wa 1.5mm.
• Lead spacing is measured at the point where the leads exit the package body, which is critical for PCB footprint design.
• The leads are solder-plated to ensure good solderability.

The water-clear package material is specifically chosen for infrared emitters because it has minimal absorption in the 940 nm region, unlike colored epoxy packages used for visible LEDs which would block the IR light.

5. Soldering & Assembly Guidelines

Ili kuhakikisha uadilifu wa kifaa wakati wa usanikishaji wa PCB, miongozo ifuatayo lazima ifuatwe:

• Ushonjo wa Mkono: Ikiwa ushonjo wa mkono unahitajika, unapaswa kufanywa haraka, kutumia joto kwenye risasi na sio kwenye kifurushi chenyewe.
• Ushonjo wa Wimbi: Mipango ya kawaida ya kuuza kwa mawimbi yanaweza kutumika, lakini wakati wa jumla wa kukabiliwa na joto la kuuza unapaswa kupunguzwa iwezekanavyo.
• Kuuza kwa Reflow: Kifaa kinaweza kustahimili joto la risasi la 320°C kwa upeo wa sekunde 3, kama ilivyobainishwa. Mipango ya kawaida ya kuuza kwa reflow ya infrared au convection yenye kiwango cha juu cha joto chini ya kikomo hiki inafaa. Uainishaji wa umbali wa 4.0mm unahakikisha wingi wa joto wa risasi unalinda kiunganishi nyeti cha semiconductor ndani ya kifurushi.
• Kusafisha: Baada ya kuchomea, michakato ya kawaida ya usafishaji wa PCB inaweza kutumika, lakini utangamano na hariri wazi unapaswa kuthibitishwa.
• Uhifadhi: Vifaa vinapaswa kuhifadhiwa katika mifuko yao ya asili ya kuzuia unyevu katika mazingira yaliyo ndani ya safu maalum ya joto la uhifadhi (-55°C hadi +100°C) na kwenye unyevu mdili ili kuzuia oksidi ya risasi.

6. Mapendekezo ya Utumizi

6.1 Typical Application Scenarios

• Infrared Illumination: For security cameras, night vision systems, and machine vision lighting where invisible illumination is required.
• Proximity & Presence Sensing: In automatic faucets, soap dispensers, hand dryers, and touchless switches. The wide viewing angle is beneficial here.
• Optical Switches & Encoders: Kwa kugundua nafasi, mzunguko, au mwendo kwa kukatiza au kutafakari mwale wa IR.
• Mawasiliano ya Takribani ya Data: Katika vifaa vinavyolingana na IrDA au viungo rahisi vya data ya serial (k.m., udhibiti wa mbali, mawasiliano kati ya vifaa). Uwezo wa mkondo wa juu wa pulse unaunga mkono usambazaji wa data uliobadilishwa.
• Kugundua Viwandani: Kuhesabu vitu, kugundua kiwango, na sensorer za kuvunja mwale.

6.2 Design Considerations

• Current Driving: An LED is a current-driven device. Always use a series current-limiting resistor or a constant-current driver circuit. The resistor value is calculated using R = (V_supply - V_F) / I_F, kwa kutumia V ya juu kabisa_F kutoka kwenye karatasi ya data ili kuhakikisha mkondo hauzidi thamani inayotakiwa.
• Usimamizi wa Joto: Kwa uendeshaji endelevu kwenye mikondo ya juu (mfano, karibu 100 mA), fikiria upotevu wa nguvu (P_D = V_F * I_F). Hakikisha eneo la shaba la PCB linalotosha au upatikanaji wa joto ili kuweka halijoto ya makutano ndani ya mipaka salama, haswa katika halijoto ya mazingira ya juu.
• Uendeshaji wa Pulsed: Ili kufikia nguvu ya kilele ya juu sana ya macho, tumia maelezo ya hali ya pulsed (2A, 10µs, 300pps). Hii inahitaji mzunguko wa kiendeshi unaoweza kutoa misukumo ya mkondo wa juu, kama vile MOSFET iliyobadilishwa na jenereta ya msukumo.
• Muundo wa Macho: Fikiria muundo wa mionzi (Mchoro 6) unapounda vioo, vikunjio, au mianya ya mwanga ili kuunda boriti ya mwanga kwa matumizi maalum. Kioo cha maji-kiwazi ni cha nusu-tufe, kinachoathiri mtengano wa awali.
• Detector Matching: Unganisha kitoa mwanga na kigunduzi mwanga (photodiode, phototransistor) chenye upeo wa usikivu karibu na 940 nm. Kutumia kichujio cha IR kwenye kigunduzi kunaweza kusaidia kukataa mwanga wa mazingira unaoonekana.

7. Technical Comparison & Differentiation

Ingawa karatasi ya data hailinganishi sehemu maalum za washindani, vipengele muhimu vya kutofautisha vya LTE-3271T-A vinaweza kubainishwa:

• Uwezo wa Mkondo wa Juu: Mchanganyiko wa ukadiriaji wa msukumo wa 2A na ukadiriaji wa endelevu wa 100mA ni wa kuvutia kwa kifurushi cha kawaida cha LED, kikitoa mwonekano wa juu wa pato.
• Voltage ya Mbele ya Chini: A V_F Voltage ya takriban 1.25V kwenye 50mA ni ya chini kiasi kwa emitter ya IR yenye nguvu nyingi, ikisababisha ufanisi bora wa umeme na kupunguza uzalishaji wa joto ikilinganishwa na vifaa vyenye V ya juu._F.
• Kifurushi cha Maji-Yang'ara: Tofauti na vifurushi vyenye rangi ambavyo hupunguza pato, hii huongeza ufanisi wa juu wa quantum wa nje kwa mwanga wa IR.
• Pembe ya Kuona Pana: Pembe ya nusu ya 50° hutoa mipangilio pana, ambayo ni faida kwa mwangaza wa eneo ikilinganishwa na njia mbadala za boriti nyembamba.

8. Frequently Asked Questions (Based on Technical Parameters)

Q1: Je, naweza kuendesha LED hii moja kwa moja kutoka kwa pini ya microcontroller ya 5V?
A: Hapana. Pini ya GPIO ya microcontroller kwa kawaida haiwezi kutoa zaidi ya 20-50mA na ina voltage isiyobadilika karibu na 5V au 3.3V. Lazima utumie resistor ya kuzuia mkondo na pengine transistor (BJT au MOSFET) kama swichi kuendesha LED, hasa kwenye mikondo inayozidi 20mA.

Q2: Ni tofauti gani kati ya Radiant Intensity (mW/sr) na Aperture Radiant Incidence (mW/cm²)?
A: Radiant Intensity ni kipimo cha nguvu ngapi chanzo kinatoa kwa kila kitengo cha pembe imara (steradian). Inaelezea mwelekeo wa chanzo. Aperture Radiant Incidence (au Irradiance) ni nguvu kwa kila kitengo cha eneo Tukio kwenye uso kwa umbali maalum. Zinahusiana kupitia sheria ya kinyume ya mraba (kwa chanzo cha uhakika) na pembe ya kutazama.

Q3: Kwa nini urefu wa wimbi la kilele 940nm ni muhimu?
A: 940nm ni urefu wa wimbi wa kawaida sana kwa mifumo ya IR kwa sababu iko nje ya wigo unaoonekana (haionekani), na vichunguzi vya msingi wa silikoni (photodiodes, sensorer za kamera) bado zina usikivu mzuri wa kutosha kwa urefu huu wa wimbi. Pia huzuia urefu wa wimbi wa 850nm, ambao una mng'ao mdogo wa nyekundu ambao unaweza kuonekana gizani.

Q4: Ninawezaje kufasiri grafu za "Relative Radiant Intensity"?
A: Grafu hizi zinaonyesha jinsi pato la mwanga linavyobadilika ikilinganishwa na hali ya kumbukumbu (kawaida kwa I_F=20mA na T_A=25°C). Hazitoi kutoa thamani kamili za pato. Ili kupata pato kamili kwa mkondo tofauti, ungezidisha kipengele cha jamaa kutoka kwenye Mchoro 4 kwa thamani kamili ya mnururisho uliyopewa kwenye jedwali kwa 20mA.

9. Uchambuzi wa Kesi ya Uundaji wa Vitendo

Hali: Kubuni Kichaguzi cha Ukoo kwa Swichi Isiyoguswa.

1. Lengo: Gundua mkono ndani ya sentimita 10 kutoka kwa kichaguzi.
2. Chaguo za Ubunifu:
   • Endesha LTE-3271T-A katika hali ya kuendelea kwa I_F = 50mA kwa mwangaza thabiti. Kutoka kwa karatasi ya data, V_F ≈ 1.4V (kawaida).
   • Usambazaji wa umeme ni 5V. Kipingamizi safu R = (5V - 1.4V) / 0.05A = 72Ω. Tumia kipingamizi cha kawaida cha 75Ω.
   • Weka fototransistor ya silikoni inayolingana kinyume na emita, na pengo dogo kati yao (usakinishaji wa "break-beam"). Mkono unapokatiza boriti, ishara ya kigunduzi hushuka.
   • Vinginevyo, tumia usakinishaji wa kuakisi ambapo emita na kigunduzi zote zinakabili mwelekeo mmoja. Pembe ya kuona ya upana ya 50° ya LTE-3271T-A inasaidia kufunika eneo kubwa la kugundua. Isha kwenye kigunduzi itaongezeka wakati mkono unapoakisi mwanga nyuma.
   • Tumia saketi ya kizidishaji cha uendeshaji ili kukuza mkondo mdogo wa mwanga kutoka kwa detector na kulinganisha na kizingiti kilichowekwa na potentiometer ili kuzingatia mabadiliko ya mwanga wa mazingira.
   • Kuzingatia joto: Upotevu wa nguvu P_D = 1.4V * 0.05A = 70mW, ambayo iko chini kabisa ya kiwango cha juu cha 150mW. Hakuna hitaji la heatsink maalum.

10. Utangulizi wa Kanuni za Kiufundi

LED za Infrared kama LTE-3271T-A ni vifaa vya semiconductor vinavyotegemea nyenzo kama vile Gallium Aluminum Arsenide (GaAlAs). Wakati voltage ya mbele inatumika, elektroni na mashimo hujumuika tena katika eneo lenye shughuli la makutano ya semiconductor. Nishati inayotolewa wakati wa mchakato huu wa kujumuika tena hutolewa kama fotoni (mwanga). Urefu maalum wa wimbi wa 940 nm umedhamiriwa na nishati ya pengo la bendi ya nyenzo ya semiconductor, ambayo hupangwa wakati wa mchakato wa ukuaji wa fuwele. Kifurushi cha epoksi kilicho wazi kama maji huchukua nafasi ya lenzi, kukiunda muundo wa mionzi ya mwanga unaotolewa na kutoa ulinzi wa kimazingira. Kipengele cha "voltage ya chini ya mbele" kinapatikana kupitia muundo bora wa doping na ubora wa nyenzo, na hivyo kupunguza kushuka kwa voltage kwenye makutano kwa mkondo fulani, jambo ambalo huboresha moja kwa moja ufanisi wa ubadilishaji wa umeme-kwa-mwanga.

11. Industry Trends & Developments

Uwanja wa optoelectronics ya infrared unaendelea kubadilika. Mienendo inayohusiana na vifaa kama LTE-3271T-A inajumuisha:

• Msongamano wa Nguvu Uliokuzwa: Utafiti unaoendelea unalenga kufunga nguvu zaidi ya mwanga kwenye ukubwa sawa au ndogo zaidi wa kifurushi huku ukishughulikia utoaji wa joto, ikisukumwa na mahitaji ya kuhisi na mwanga wa masafa marefu.
• Ufanisi Uliboreshwa: Uundaji wa nyenzo mpya za semiconductor na miundo (k.m., visima vingi vya quantum) unalenga kuongeza Ufanisi wa Ukuta-Kuziba (WPE), ambao ni uwiano wa nguvu ya pato la mwanga kwa nguvu ya pembejeo ya umeme.
• Ujumuishaji: Kuna mwelekeo wa kuunganisha kitoa miale ya IR na kichocheo cha IC au hata na kigunduzi cha nuru katika moduli moja, kurahisisha muundo wa mfumo kwa watumiaji wa mwisho.
• Upekee wa Urefu wa Wimbi: Ingawa 940nm bado inatawala, kuna matumizi yanayoongezeka ya urefu mwingine wa wimbi la IR (k.m., 850nm, 1050nm) kwa matumizi maalum kama LiDAR salama kwa macho au utangamano na aina tofauti za vihisi.
• Uvumbuzi wa Ufungaji: Maendeleo katika nyenzo za ufungaji na muundo wa lenzi yanalenga kutoa muundo wa mionzi unao sahihi zaidi na unaoweza kubinafsishwa (k.m., batwing, inayotoa kwa upande) kwa matumizi maalum.