3mm 红外发光二极管 IR204/H16/L10 规格书 - 尺寸3mm - 电压1.5V - 波长940nm - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款高强度的3mm（T-1型）红外发光二极管（LED）的规格参数。该器件采用蓝色透明塑料封装，经过优化设计，可与硅光电探测器、光电晶体管及红外接收模块实现最佳光谱匹配。其主要功能是发射峰值波长为940纳米的红外光，该光对人眼不可见，但能被电子传感器高度检测。

1.1 核心优势与目标市场

该LED具备多项关键优势，包括高可靠性、低正向电压和高辐射强度。其设计采用标准的2.54mm引脚间距，便于PCB集成。产品符合RoHS、欧盟REACH及无卤标准（Br < 900ppm，Cl < 900ppm，Br+Cl < 1500ppm），适用于注重环保和受法规约束的市场。其主要目标应用领域包括基于红外的系统，例如遥控器、接近传感器、物体检测和光电开关。

2. 深入技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

该器件设计在严格的限制范围内工作，以确保其使用寿命和可靠性。连续正向电流（IF）不得超过100 mA。对于脉冲宽度≤100μs且占空比≤1%的脉冲工作模式，允许的峰值正向电流（IFP）最高可达1.0 A。最大反向电压（VR）为5 V。工作温度范围（Topr）为-40°C至+85°C，而存储温度（Tstg）范围为-40°C至+100°C。焊接温度（Tsol）必须保持在260°C或以下，持续时间不超过5秒。在25°C自由空气温度下的最大功耗（Pd）为150 mW。

2.2 光电特性

除非另有说明，所有光电特性均在环境温度（Ta）为25°C、正向电流（IF）为20mA的条件下规定。辐射强度（IE）按档位划分，根据等级不同，其最小值范围从4.0到11.0 mW/sr。峰值波长（λp）典型值为940 nm，光谱带宽（Δλ）为45 nm。正向电压（VF）典型值为1.2 V，最大值为1.5 V。在反向电压为5V时，反向电流（IR）最大为10 μA。视角（2θ1/2），定义为半强度全角，典型值为50度。

3. 分档系统说明

为确保应用设计的一致性，LED的辐射输出被划分为不同的档位。分档基于在IF=20mA条件下测得的辐射强度。可用的档位包括K、L、M和N，其对应的最小和最大辐射强度值如下：K档：4.0-6.4 mW/sr；L档：5.6-8.9 mW/sr；M档：7.8-12.5 mW/sr；N档：11.0-17.6 mW/sr。这使得设计人员能够选择满足其光电探测器电路特定灵敏度要求的元件。

4. 性能曲线分析

4.1 正向电流与环境温度关系

降额曲线显示了最大允许连续正向电流与环境温度之间的关系。随着环境温度的升高，最大允许正向电流线性下降。这是防止热失控并确保结温保持在安全工作限值内的关键设计考量，从而维持器件的可靠性。

4.2 光谱分布

光谱分布图展示了相对辐射强度随波长变化的函数关系。发射光以典型峰值波长940 nm为中心，并具有定义的带宽。这一特性对于确保与接收传感器的兼容性至关重要，因为接收传感器通常有其自身的光谱灵敏度曲线。良好的匹配可以最大化系统效率和信噪比。

4.3 辐射强度与正向电流关系

此图描绘了辐射输出（Ie）与正向电流（IF）之间的非线性关系。辐射强度随电流增加而增加，但并非完全线性，尤其是在较高电流水平下。理解此曲线对于正确驱动LED以实现所需光输出，同时不超过绝对最大额定值至关重要。

4.4 相对辐射强度与角度偏移关系

辐射模式图显示了发射光强度如何随偏离中心轴（0°）的角度而变化。对于此类封装，其模式通常是朗伯型或接近朗伯型，强度在大约±25度处降至其轴向值的50%（从而形成50°的视角）。此信息对于光学设计至关重要，可用于确定系统中的覆盖范围和对准要求。

5. 机械与封装信息

该LED采用标准的T-1（3mm）径向引线封装。主体由蓝色透明塑料制成。引脚具有标准的2.54mm（0.1英寸）间距。尺寸图（PDF中隐含）将提供主体直径、引脚长度和其他关键尺寸的精确测量值，除非另有规定，公差通常为±0.25mm。阴极通常通过透镜边缘的平面或较短的引脚来标识，但具体标记应从机械图纸中核实。

6. 焊接与组装指南

可采用手工焊接或波峰焊接工艺。绝对最大焊接温度为260°C，焊接时间不应超过5秒。建议遵循IPC关于通孔元件焊接的标准指南。长时间暴露在高温下会损坏塑料封装和内部半导体芯片。器件应储存在干燥环境中以防止吸湿，如果适用，吸湿可能导致回流焊时产生“爆米花”现象，尽管这主要是一个通孔元件。

7. 包装与订购信息

标准包装规格为每袋200至1000件，每盒4袋，每箱10盒。包装标签包含用于追溯和识别的关键信息：客户生产编号（CPN）、生产编号（P/N）、包装数量（QTY）、等级（CAT）、峰值波长（HUE）、参考号（REF）、批号（LOT No）和生产地点。使用防潮包装材料以在存储和运输过程中保护元件。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

这款红外LED非常适合各种非接触式传感和信号传输应用。常见用途包括消费电子产品（电视、音响系统）的红外遥控器、家电和工业设备中的接近与物体检测、光学编码器、光束中断传感器，以及作为配对发射器-探测器模块中的光源，用于计数或液位传感。

8.2 设计注意事项

设计电路时，务必在LED上串联一个限流电阻以控制正向电流并防止损坏。电阻值可使用欧姆定律计算：R = (电源电压 - VF) / IF。根据所需的传感距离和探测器的灵敏度选择合适的辐射强度档位。在对准LED与接收器时需考虑视角。对于旨在实现更高瞬时输出（例如，用于更远距离）的脉冲操作，确保脉冲宽度和占空比保持在IFP的指定限值内。提供足够的PCB布局以散热，尤其是在接近最大额定值运行时。

9. 技术对比与差异化

与通用红外LED相比，此器件提供了定义明确且一致、中心位于940nm的光谱输出，这是硅光电二极管和光电晶体管的常见峰值灵敏度波长，确保了高效的耦合。辐射强度分档的可用性使得在大批量生产中具有可预测的性能。低正向电压（典型值1.2V）和高辐射强度的结合可以带来更节能的设计。符合现代环保标准（RoHS、REACH、无卤）对于面向法规严格的全球市场的产品而言是一个显著优势。

10. 常见问题解答 (FAQ)

问：K、L、M、N档之间有什么区别？

答：这些档位代表了不同的最小辐射强度范围。N档输出最高（11.0-17.6 mW/sr），而K档输出最低（4.0-6.4 mW/sr）。请根据应用所需的信号强度选择档位。

问：我可以用5V电源直接驱动这个LED吗？

答：不可以。其正向电压仅为约1.2-1.5V。直接连接到5V会导致电流过大并损坏LED。您必须始终串联一个限流电阻。

问：如何识别阴极？

答：对于标准的T-1封装，阴极通常由塑料透镜边缘的平面来指示。或者，从底部观察LED时，与平面侧对应的引脚是阴极。阴极也可能是较短的引脚。

问：典型的工作寿命是多少？

答：虽然本规格书中未明确说明，但此类红外LED在规定的绝对最大额定值（特别是电流和温度限值）内工作时，通常具有非常长的工作寿命（数万小时）。

11. 实际应用案例

场景：设计一个简单的物体检测传感器。

一位工程师需要检测物体通过一个间隙的情况。他将这款IR204 LED与一个放置在间隙另一侧的光电晶体管配对使用（对射式配置）。他选择了M档的LED以获得足够的强度。LED通过一个100Ω电阻（R = (3.3V - 1.2V) / 0.02A ≈ 105Ω）由3.3V微控制器引脚提供的20mA恒流驱动。光电晶体管的集电极通过一个电阻上拉到3.3V，集电极电压由微控制器的ADC读取。当光束未被遮挡时，光电晶体管导通，将电压拉低。当物体阻挡光束时，光电晶体管停止导通，电压变高，指示物体的存在。50°的视角确保了足够宽的光束，即使在轻微错位的情况下也能实现可靠的检测。

12. 工作原理简介

红外LED是一种半导体p-n结二极管。当施加超过其带隙能量的正向电压时，来自n区的电子与来自p区的空穴在有源区（在本器件中由GaAlAs制成）复合。此复合过程以光子（光）的形式释放能量。特定的材料成分（镓铝砷）决定了发射光子的波长，在本器件中为940纳米左右的红外光谱。蓝色透明塑料封装不是滤光片，而是作为透镜来塑造输出光束并保护半导体芯片。

13. 技术发展趋势

红外LED技术持续朝着更高效率（每瓦电输入产生更多辐射输出）、更高功率密度（用于激光雷达和飞行时间传感等远距离应用）以及更小封装尺寸（便于集成到紧凑型消费设备中）的方向发展。同时，针对特定传感应用（如气体检测或生理监测），也存在更精确的波长控制和更窄光谱带宽的趋势。将驱动器和控制逻辑直接与LED芯片集成（智能LED）是另一个发展领域。像本文所述器件的基础原理，对于大量现有和新兴的光电系统仍然至关重要。