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

1. Ürün Genel Bakışı

LTE-3271T-A, zorlu elektriksel koşullar altında güçlü optik çıkış ve güvenilir çalışma gerektiren uygulamalar için tasarlanmış yüksek performanslı bir kızılötesi (IR) ışık yayan diyottur (LED). Temel tasarım felsefesi, nispeten düşük bir ileri voltajı korurken yüksek ışıma gücü sağlamaya odaklanır; bu da güç tüketiminin önemli olduğu sistemlerde verimlilik sağlar. Cihaz, su berraklığında bir reçine ile paketlenmiştir; bu, yayılan kızılötesi ışığın soğurulmasını en aza indirerek dış ışıma verimliliğini en üst düzeye çıkarır. Hem sürekli hem de darbe sürüş modlarını destekleyecek şekilde tasarlanmış olup, yakın kızılötesi spektrumdaki çeşitli algılama, iletişim ve aydınlatma uygulamaları için esneklik sunar.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu sınırlarda veya bu sınırların ötesinde çalışma garantisi verilmez.

• Güç Dağılımı (P_D): 150 mW. Bu, ileri akım ve ileri voltajın çarpımı olarak hesaplanan, cihaz içinde izin verilen maksimum güç kaybıdır ve esas olarak ısı şeklinde ortaya çıkar.
• Tepe İleri Akımı (I_FP): 2 A. Bu son derece yüksek akım değeri, yalnızca belirli darbe koşullarında geçerlidir: 10 mikrosaniyelik bir darbe genişliği ve saniyede 300 darbeyi (pps) aşmayan bir darbe tekrarlama oranı. Bu, kısa mesafeli mesafe ölçümü veya yüksek hızlı veri iletimi için çok yüksek anlık optik çıkış sağlar.
• Sürekli İleri Akım (I_F): 100 mA. Güç dağılımı veya termal sınırlar aşılmadan sürekli olarak uygulanabilecek maksimum DC akımı.
• Ters Gerilim (V_R): 5 V. Ters öngerilim yönünde bu voltajın aşılması, eklem bozulmasına neden olabilir.
• Operating & Storage Temperature: Cihaz, ortam çalışma sıcaklığı (T_A-40°C ila +85°C aralığında çalışabilir ve -55°C ila +100°C ortamlarda saklanabilir.
• Kurşunlu Lehimleme Sıcaklığı: Paket gövdesinden 4.0mm uzaklıkta ölçüldüğünde, 3 saniye boyunca 320°C. Bu kılavuz, PCB montajı sırasında termal hasarı önlemek için kritik öneme sahiptir.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Bu parametreler, ortam sıcaklığının (T_A) 25°C olduğu durumda belirtilmiştir ve cihazın tipik performansını tanımlar.

• Işınım Şiddeti (I_E): Temel bir optik çıkış metriğidir. İleri yön akımında (I_F100 mA akımında, tipik ışınım şiddeti 30 mW/sr'dir. Daha düşük test akımı olan 20 mA'de ise 6 mW/sr (Min) ile 10.5 mW/sr (Tip) arasında değişir. Işınım şiddeti, birim katı açı başına yayılan optik gücü tanımlar.
• Açıklık Işınım Yüzey Yoğunluğu (E_e): I=20mA'de 0.80 ila 1.4 mW/cm²._F=20mA. Bazen ışınım yoğunluğu olarak da adlandırılan bu parametre, yayıcıdan belirli bir mesafedeki bir yüzeye gelen optik güç yoğunluğunu hesaplamak için kullanışlıdır.
• Tepe Salınım Dalgaboyu (λ_P): 940 nm. Bu, optik çıkış gücünün maksimum olduğu nominal dalga boyudur. İnsan gözüyle görülemeyen ancak silikon fotodiyotlar ve birçok CMOS/CCD sensörü tarafından tespit edilebilen yakın kızılötesi (NIR) spektrumu içinde yer alır.
• Spektral Çizgi Yarı Genişliği (Δλ): 50 nm (Tipik). Bu değer, ışıma şiddetinin tepe değerinin en az yarısı olduğu spektral bant genişliğini gösterir. 50 nm değeri, standart GaAlAs kızılötesi LED malzemesinin karakteristik bir özelliğidir.
• İleri Yönlü Gerilim (V_F): Bu, akımla değişen kritik bir elektriksel parametredir.
  • I_F = 50 mA: V_F (Typ) = 1.25V, (Max) = 1.6V.
  • I_F = 250 mA: V_F (Typ) = 1.65V, (Max) = 2.1V.
  • I_F = 450 mA: V_F (Typ) = 2.0V, (Max) = 2.4V.
  • I_F = 1 A: V_F (Typ) = 2.4V, (Max) = 3.0V. Veri sayfası, özellik olarak "düşük ileri voltaj"ı vurgular; bu değerlerden, özellikle orta akımlarda, daha yüksek elektriksel-optik verimliliğe katkıda bulunduğu açıkça görülmektedir.
• Ters Akım (I_R): Ters voltajda (V) 100 µA (Maks.)_R) 5V'de. Bu, cihaz ters kutuplandığında oluşan sızıntı akımıdır.
• Görüş Açısı (2θ)_1/2): 50° (Tipik). Bu, ışınım şiddetinin 0° (eksen üzeri) değerinin yarısına düştüğü tam açıdır. 50°'lik bir açı, hizalama kritik olmadığında alan aydınlatması veya algılama için kullanışlı, geniş bir ışınım deseni sağlar.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, devre tasarımı ve standart olmayan koşullar altındaki performansın anlaşılması için gerekli olan çeşitli karakteristik grafikler sağlar.

3.1 Spektral Dağılım (Şekil 1)

Eğri, dalga boyuna karşı çizilmiş bağıl ışıma şiddetini göstermektedir. Yaklaşık 940 nm'de geniş bir spektral yarı genişliğe sahip tepe dalga boyunu doğrulamaktadır. Şekil, çıkışın tepe noktasının her iki tarafında da azalmasıyla tipik bir kızılötesi LED için karakteristiktir. Optik sistem tasarımcıları, hedeflenen dedektörün (örneğin, bir fototransistör veya filtreli bir silikon fotodiyot) spektral hassasiyetiyle uyumluluğu sağlamak için bu spektrumu dikkate almalıdır.

3.2 İleri Akım - Ortam Sıcaklığı (Şekil 2)

Bu grafik, ortam sıcaklığı arttıkça izin verilen maksimum sürekli ileri akımın düşürülmesini göstermektedir. 25°C'de tam 100 mA'ye izin verilir. Sıcaklık yükseldikçe, 150 mW güç dağılımı limitini aşmamak ve jonksiyon sıcaklığını yönetmek için maksimum akım doğrusal olarak azaltılmalıdır. Bu, yüksek sıcaklık ortamlarında uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için çok önemli bir grafiktir.

3.3 İleri Akım - İleri Voltaj (Şekil 3)

Bu, akım-gerilim (I-V) karakteristik eğrisidir. Bir diyot için tipik olan üstel ilişkiyi gösterir. Akım sınırlayıcı sürücü devresini tasarlamak için bu eğri esastır. Çalışma bölgesindeki eğrinin eğimi, LED'in dinamik direncinin belirlenmesine yardımcı olur. Grafik, düşük V_F karakteristiğinin geniş bir akım aralığında geçerli olduğunu görsel olarak doğrular.

3.4 Bağıl Işıma Şiddeti - İleri Akım (Şekil 4)

Bu grafik, optik çıkışın (20 mA'deki değerine normalize edilmiş) ileri akımla nasıl arttığını göstermektedir. İlişki genellikle düşük akımlarda doğrusaldır, ancak artan termal etkiler ve dahili kuantum verimliliğindeki düşüş nedeniyle çok yüksek akımlarda doygunluk veya azalan verimlilik belirtileri gösterebilir. Bu eğri, tasarımcıların çıkış gücünü verimlilik ve cihaz stresi ile dengeleyen bir çalışma noktası seçmelerine yardımcı olur.

3.5 Göreceli Işınım Şiddeti - Ortam Sıcaklığı (Şekil 5)

Bu grafik, optik çıkışın sıcaklığa bağımlılığını göstermektedir. Tipik olarak, bir LED'in ışıma şiddeti, eklem sıcaklığı arttıkça azalır. Bu eğri, -20°C ile 80°C arasındaki bir sıcaklık aralığında, 20 mA'deki değerine göre normalize edilmiş çıkış gücünü göstererek bu düşüşü nicelendirir. Bu bilgi, değişen çevre koşullarında kararlı optik çıkış gerektiren uygulamalar için hayati öneme sahiptir.

3.6 Radyasyon Diyagramı (Şekil 6)

Bu kutupsal çizim, uzamsal yayılım deseninin ayrıntılı bir görselleştirmesini sağlar. Eşmerkezli daireler, bağıl ışınım şiddeti seviyelerini (örn. 1.0, 0.9, 0.7) temsil eder. Çizim, geniş görüş açısını doğrular ve şiddetin 0°'den 90°'ye kadar farklı açılarda nasıl dağıldığını gösterir. Bu diyagram, mühendislerin bir hedef yüzey üzerindeki aydınlatma profilini modellemesine olanak tanıyarak, optik tasarım için vazgeçilmezdir.

4. Mechanical & Packaging Information

4.1 Paket Boyutları

Cihaz, mekanik stabilite ve ısı dağılımı için flanşlı standart bir LED paket formatı kullanır. Veri sayfasındaki temel boyutsal notlar şunları içerir:

• Tüm boyutlar milimetre cinsinden verilmiştir; aksi belirtilmedikçe toleranslar genellikle ±0.25mm'dir.
• Flanş altında reçineden küçük bir çıkıntıya izin verilir; maksimum yükseklik 1.5mm'dir.
• Lead spacing, PCB footprint tasarımı için kritik olan, bacakların paket gövdesinden çıktığı noktada ölçülür.
• İyi bir lehimlenebilirlik sağlamak için bacaklar lehim kaplıdır.

Su berraklığındaki paket malzemesi, görünür LED'ler için kullanılan ve IR ışığını engelleyen renkli epoksi paketlerin aksine, 940 nm bölgesinde minimum absorpsiyona sahip olduğu için kızılötesi yayıcılar için özellikle seçilmiştir.

5. Soldering & Assembly Guidelines

PCB montajı sırasında cihaz bütünlüğünü sağlamak için aşağıdaki kurallara uyulmalıdır:

• El İle Lehimleme: El ile lehimleme gerekliyse, hızlı bir şekilde yapılmalı, ısı paket gövdesine değil bacağa uygulanmalıdır.
• Dalga Lehimleme: Standart dalga lehimleme profilleri kullanılabilir, ancak lehim ısısına maruz kalma süresi minimize edilmelidir.
• Reflow Lehimleme: Cihaz, belirtildiği üzere, maksimum 3 saniye süreyle 320°C'lik bir bacak sıcaklığına dayanabilir. Tepe sıcaklığı bu sınırın altında olan standart kızılötesi veya konveksiyon reflow profilleri uygundur. 4.0mm mesafe spesifikasyonu, bacağın termal kütlesinin paket içindeki hassas yarı iletken bağlantıyı korumasını sağlar.
• Temizleme: Lehimleme sonrasında standart PCB temizleme işlemleri kullanılabilir, ancak şeffaf reçine ile uyumluluğu doğrulanmalıdır.
• Depolama: Cihazlar, kurşun oksidasyonunu önlemek için belirtilen depolama sıcaklık aralığında (-55°C ila +100°C) ve düşük nemde, orijinal nem bariyerli torbalarında saklanmalıdır.

6. Uygulama Önerileri

6.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Infrared Illumination: Güvenlik kameraları, gece görüş sistemleri ve görünmez aydınlatmanın gerekli olduğu makine görüşü aydınlatması için.
• Proximity & Presence Sensing: Otomatik musluklar, sabun dağıtıcıları, el kurutucuları ve dokunmasız anahtarlarda. Geniş görüş açısı burada faydalıdır.
• Optical Switches & Encoders: IR ışınını keserek veya yansıtarak konum, dönüş veya hareketi tespit etmek için.
• Kısa Mesafeli Veri İletişimi: IrDA uyumlu cihazlarda veya basit seri veri bağlantılarında (örneğin, uzaktan kumandalar, cihazlar arası iletişim). Yüksek darbe akımı kapasitesi, modüle edilmiş veri iletimini destekler.
• Endüstriyel Algılama: Nesne sayma, seviye tespiti ve ışın kesme sensörleri.

6.2 Tasarım Hususları

• Akım Sürücü: LED, akımla sürülen bir cihazdır. Daima seri bir akım sınırlama direnci veya sabit akımlı bir sürücü devresi kullanın. Direnç değeri R = (V_supply - V_F) / I_F, istenen değeri aşmaması için veri sayfasındaki maksimum V_F kullanılarak.
• Termal Yönetim: Yüksek akımlarda (örneğin, 100 mA civarında) sürekli çalışma için, güç dağılımını (P_D = V_F * I_FÖzellikle yüksek ortam sıcaklıklarında, jonksiyon sıcaklığını güvenli sınırlar içinde tutmak için yeterli PCB bakır alanı veya soğutma sağlayın.
• Darbe (Pulsed) Çalışma: Çok yüksek tepe optik güce ulaşmak için darbe modu spesifikasyonunu (2A, 10µs, 300pps) kullanın. Bu, bir darbe jeneratörü ile tetiklenen bir MOSFET gibi yüksek akım darbeleri sağlayabilen bir sürücü devresi gerektirir.
• Optik Tasarım: Belirli uygulama için ışın şekillendirmek amacıyla lensler, reflektörler veya açıklıklar tasarlarken radyasyon diyagramını (Şekil 6) göz önünde bulundurun. Su berraklığındaki lens yarı küreseldir ve başlangıç diverjansını etkiler.
• Dedektör Eşleştirme: Vericiyi, 940 nm civarında pik hassasiyete sahip bir fotodedektör (fotodiyot, fototransistör) ile eşleştirin. Dedektör üzerinde bir IR filtresi kullanmak, ortamda bulunan görünür ışığı engellemeye yardımcı olabilir.

7. Technical Comparison & Differentiation

Veri sayfası belirli rakip parçaları karşılaştırmasa da, LTE-3271T-A'nın temel farklılaştırıcı özellikleri şu şekilde çıkarılabilir:

• Yüksek Akım Kapasitesi: 2A darbe derecesi ve 100mA sürekli derecesinin kombinasyonu, standart bir LED paketi için dikkate değer olup yüksek çıkış esnekliği sunar.
• Düşük İleri Gerilim: A V_F 50mA'de yaklaşık 1.25V'luk bir voltaj, yüksek güçlü bir IR yayıcı için nispeten düşüktür; bu da daha yüksek Vf'li cihazlara kıyasla daha iyi güç verimliliği ve azaltılmış ısı üretimi sağlar._F.
• Su Berraklığında Paket: Çıktıyı zayıflatan renkli paketlerin aksine, bu, IR ışığı için harici kuantum verimliliğini en üst düzeye çıkarır.
• Geniş Görüş Açısı: 50° yarı açı, geniş bir kapsama alanı sağlar ve dar hüzmeli alternatiflere kıyasla alan aydınlatması için bir avantajdır.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S1: Bu LED'i doğrudan bir 5V mikrodenetleyici piminden sürebilir miyim?
C: Hayır. Bir mikrodenetleyici GPIO pini genellikle 20-50mA'den fazla akım sağlayamaz ve 5V veya 3.3V civarında sabit bir voltaja sahiptir. LED'i sürmek için, özellikle 20mA'nin üzerindeki akımlarda, bir akım sınırlama direnci ve muhtemelen bir anahtar olarak bir transistör (BJT veya MOSFET) kullanmalısınız.

S2: Işıma Şiddeti (mW/sr) ile Açıklık Işıma Geliri (mW/cm²) arasındaki fark nedir?
C: Işıma Şiddeti, kaynağın ne kadar güç yaydığının bir ölçüsüdür birim katı açı başına (steradyan). Kaynağın yönlülüğünü tanımlar. Aperture Radiant Incidence (veya Irradiance) güçtür birim alan başına Belirli bir mesafedeki bir yüzeydeki olay. Bunlar ters kare yasası (nokta kaynak için) ve bakış açısı ile ilişkilidir.

S3: Neden 940nm tepe dalga boyu önemlidir?
C: 940nm, IR sistemler için çok yaygın bir dalga boyudur çünkü görünür spektrumun dışındadır (görünmez) ve silikon tabanlı dedektörlerin (fotodiyotlar, kamera sensörleri) bu dalga boyunda hala oldukça iyi hassasiyeti vardır. Ayrıca, karanlıkta görülebilen soluk kırmızı parlamaya sahip olan 850nm dalga boyundan da kaçınır.

S4: "Bağıl Işıma Şiddeti" grafiklerini nasıl yorumlarım?
C: Bu grafikler, ışık çıkışının değişimini bir referans koşuluna (genellikle I_F=20mA ve T_A=25°C). Mutlak çıkış değerleri vermezler. Farklı bir akımdaki mutlak çıkışı bulmak için, Şekil 4'teki bağıl faktörü, tabloda 20mA için verilen mutlak ışıma şiddeti değeri ile çarpmanız gerekir.

9. Pratik Tasarım Vaka Çalışması

Senaryo: Dokunmasız Bir Anahtar için Yakınlık Sensörü Tasarımı.

1. Amaç: Sensörün 10 cm yakınında bir eli algılamak.
2. Tasarım Seçimleri:
   • LTE-3271T-A'yı sürekli modda I_F = 50mA'de tutarlı aydınlatma için çalıştırın. Veri sayfasından, V_F ≈ 1.4V (tipik).
   • Güç kaynağı 5V'dur. Seri direnç R = (5V - 1.4V) / 0.05A = 72Ω. Standart bir 75Ω direnç kullanın.
   • Vericinin karşısına, aralarında küçük bir boşluk olacak şekilde ("break-beam" konfigürasyonu) eşleşmiş bir silikon fototransistör yerleştirin. Bir el ışını kestiğinde, dedektör sinyali düşer.
   • Alternatif olarak, hem vericinin hem de dedektörün aynı yöne baktığı yansıtmalı bir konfigürasyon kullanın. LTE-3271T-A'nın geniş 50° görüş açısı, daha büyük bir algılama alanını kapsamaya yardımcı olur. Bir el ışığı geri yansıttığında dedektördeki sinyal artacaktır.
   • Dedektörden gelen küçük fotoelektrik akımını yükseltmek ve ortam ışığı değişimlerini hesaba katmak için bir potansiyometre ile ayarlanan bir eşik değeriyle karşılaştırmak üzere bir işlemsel yükselteç devresi kullanın.
   • Termal husus: Güç dağılımı P_D = 1.4V * 0.05A = 70mW, bu değer 150mW maksimum değerin oldukça altındadır. Özel bir soğutucuya gerek yoktur.

10. Teknik İlke Tanıtımı

LTE-3271T-A gibi kızılötesi LED'ler, Galyum Alüminyum Arsenür (GaAlAs) gibi malzemelere dayanan yarı iletken cihazlardır. İleri yönde bir voltaj uygulandığında, elektronlar ve boşluklar yarı iletken eklemin aktif bölgesinde yeniden birleşir. Bu yeniden birleşme sırasında açığa çıkan enerji, fotonlar (ışık) olarak yayılır. 940 nm'lik spesifik dalga boyu, kristal büyütme işlemi sırasında tasarlanan yarı iletken malzemenin bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir. Su berraklığındaki epoksi paketleme, yayılan ışığın radyasyon desenini şekillendiren bir mercek görevi görür ve çevresel koruma sağlar. "Düşük ileri voltaj" özelliği, optimize edilmiş katkılama profilleri ve malzeme kalitesi ile, belirli bir akım için eklem üzerindeki voltaj düşüşünü azaltarak elde edilir; bu da elektriksel-optik dönüşüm verimliliğini doğrudan artırır.

11. Industry Trends & Developments

Kızılötesi optoelektronik alanı gelişmeye devam etmektedir. LTE-3271T-A gibi cihazlarla ilgili trendler şunları içerir:

• Artan Güç Yoğunluğu: Daha uzun menzilli algılama ve aydınlatma talepleriyle yönlendirilen devam eden araştırmalar, aynı veya daha küçük paket boyutlarına daha fazla optik güç sığdırmayı ve ısı dağılımını yönetmeyi hedefliyor.
• Geliştirilmiş Verimlilik: Yeni yarı iletken malzemelerin ve yapıların (örneğin, çoklu kuantum kuyuları) geliştirilmesi, optik çıkış gücünün elektriksel giriş gücüne oranı olan Wall-Plug Efficiency (WPE)'yi artırmayı amaçlamaktadır.
• Entegrasyon: IR yayıcının bir sürücü IC'siyle hatta tek bir modülde bir fotodedektörle entegre edilmesi yönünde bir eğilim bulunmaktadır; bu da son kullanıcılar için sistem tasarımını basitleştirmektedir.
• Dalga Boyu Özgüllüğü: 940nm baskın olmaya devam ederken, göz güvenliği için LiDAR veya farklı sensör türleriyle uyumluluk gibi belirli uygulamalar için diğer IR dalga boylarının (örn. 850nm, 1050nm) kullanımı artmaktadır.
• Ambalaj Yenilikleri: Ambalaj malzemelerindeki ve lens tasarımındaki gelişmeler, özel uygulamalar için daha hassas ve özelleştirilebilir radyasyon desenleri (örn. yarasa kanadı, yandan ışık yayan) sağlamayı amaçlamaktadır.