IR204-A 3.0mm 红外发光二极管规格书 - 3mm封装 - 940nm波长 - 100mA电流 - 中文技术文档

1. 产品概述

IR204-A是一款采用标准3mm（T-1）蓝色塑料封装的高强度红外发射二极管。其设计发射峰值波长为940nm的红外光，光谱与常见的光电晶体管、光电二极管及红外接收模块完美匹配。该器件以高可靠性、高辐射强度和低正向电压为特点，适用于多种红外传输应用。

1.1 核心优势

• 高辐射强度：提供强大的红外输出，确保信号传输的可靠性。
• 波长匹配：940nm的峰值波长经过优化，与标准红外接收器兼容性极佳。
• 紧凑标准化：采用引脚间距为2.54mm的3mm封装，便于集成到标准PCB布局中。
• 合规性：本产品符合RoHS、欧盟REACH及无卤标准（Br < 900ppm，Cl < 900ppm，Br+Cl < 1500ppm）。

1.2 目标应用

此红外LED主要面向需要非可见光通信的系统。关键应用领域包括高功率要求的红外遥控器、自由空间传输系统、烟雾探测器以及其他基于红外传感或通信的通用系统。

2. 技术参数：深度客观解读

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的极限。在此极限或超出此极限的条件下工作不予保证。

• 连续正向电流（IF）：100 mA。可连续施加的最大直流电流。
• 峰值正向电流（IFP）：1.0 A。此高电流仅在脉冲条件下允许（脉冲宽度 ≤ 100μs，占空比 ≤ 1%）。
• 反向电压（VR）：5 V。反向偏置时超过此电压可能损坏二极管结。
• 工作与存储温度（Topr/Tstg）：-40°C 至 +85°C。器件额定适用于工业级温度范围。
• 功耗（Pd）：25°C时为150 mW。封装在不超出其热限值的情况下可耗散的最大功率。

2.2 电光特性

这些参数在标准结温25°C下测量，定义了器件在指定条件下的性能。

• 辐射强度（Ie）：一项关键性能指标。在20mA标准驱动电流下，典型辐射强度为5.6 mW/sr。在高电流脉冲工作（100mA，1A）下，输出分别显著增加至38 mW/sr和350 mW/sr，适用于远距离或高亮度脉冲应用。
• 峰值波长（λp）：940 nm（典型值）。此波长位于近红外光谱，人眼不可见，但能被硅基传感器高效检测。
• 光谱带宽（Δλ）：约45 nm。这定义了围绕峰值波长的发射光谱宽度。
• 正向电压（VF）：20mA时典型值为1.2V，随电流增加而升高。此低电压有助于降低设计中的功耗。
• 视角（2θ1/2）：35度。这是辐射强度降至峰值一半时的角度范围，定义了光束模式。

3. 分档系统说明

规格书包含辐射强度分档结构。LED根据其在IF=20mA时的实测输出被分入不同组别（K, L, M, N）。例如，'L'档的最小强度为5.6 mW/sr，最大为8.9 mW/sr。这使得设计人员可以选择具有保证最低性能水平的器件，以确保系统行为的一致性。对于此特定型号，规格书未标明波长或正向电压的分档。

4. 性能曲线分析

规格书提供了几条对设计至关重要的特性曲线。

4.1 正向电流与环境温度关系（图1）

此曲线显示了当环境温度超过25°C时，最大允许连续正向电流如何降额。设计人员必须使用此图确保在应用的最高环境温度下，工作电流不超过安全限值。

4.2 光谱分布（图2）

图示了相对辐射功率随波长的变化关系，以940nm峰值为中心，具有指定的约45nm带宽。

4.3 峰值发射波长与温度关系（图3）

显示了峰值波长随环境（从而结）温度变化而产生的偏移。这对于需要与探测器精确光谱匹配的应用至关重要。

4.4 正向电流与正向电压关系（IV曲线）（图4）

描绘了电流与电压之间的非线性关系。此曲线对于设计限流电路（例如，串联电阻计算）至关重要。

4.5 相对强度与正向电流关系（图5）

表明光输出与电流并非线性比例关系，尤其是在较高电流下，由于发热和其他效应，效率可能下降。

4.6 相对辐射强度与角位移关系（图6）

这是空间辐射模式图，以图形方式展示了35度视角。对于确保正确对准和覆盖范围的光学设计至关重要。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

器件采用标准T-1（3mm）圆形封装。规格书中的详细机械图纸提供了所有关键尺寸，包括本体直径（典型值3.0mm）、引脚间距（2.54mm）和引脚直径。除非另有说明，公差通常为±0.25mm。封装材料为蓝色塑料，起到内置滤光片的作用。

5.2 极性识别

较长的引脚为阳极（+），较短的引脚为阴极（-）。这是LED的标准惯例。封装边缘的平面侧也可能指示阴极侧。

6. 焊接与组装指南

• 焊接温度：最高焊接温度为260°C。
• 焊接时间：引脚暴露在高于260°C的焊接温度下的时间不应超过5秒。
• 一般操作：在操作和组装过程中应遵循标准ESD（静电放电）预防措施，以防止损坏半导体结。
• 存储条件：器件应在-40°C至+85°C的规定温度范围内，在干燥环境中存储。

7. 包装与订购信息

7.1 包装规格

LED通常以袋装形式包装（每袋200-1000片）。四袋放入一个盒子，十个盒子构成一个纸箱。

7.2 标签信息

包装上的标签包含关键信息，如零件号（P/N）、数量（QTY）、等级/分档（CAT）、峰值波长（HUE）、批号（LOT No.）和参考代码。这种可追溯性对于质量控制非常重要。

8. 应用建议

8.1 典型应用电路

在基本电路中，LED通过一个限流电阻由电压源驱动。电阻值（R）使用欧姆定律计算：R = (Vcc - Vf) / If，其中Vcc是电源电压，Vf是LED的正向电压（例如，20mA时为1.2V），If是所需的正向电流。对于脉冲操作（例如，在遥控器中），通常使用晶体管开关从电容器或直接从电源提供高峰值电流（高达1A）。

8.2 设计考量

• 电流驱动：始终使用受控电流驱动LED，而非固定电压。使用串联电阻或恒流驱动器。
• 热管理：虽然封装热阻较低，但在高电流（接近100mA）或高环境温度下连续工作时，需要考虑降额曲线以避免过热。
• 光学对准：35度的视角要求与接收传感器正确对准，以获得最佳信号强度。如果需要，可以使用透镜或反射器来修改光束模式。
• 电源噪声：在敏感的模拟传感应用中，确保LED驱动电路不会引入可能干扰探测器微弱信号的电噪声。

9. 技术对比与差异化

IR204-A的主要差异化优势在于其结合了标准3mm封装、高脉冲辐射强度（高达350 mW/sr）以及精确定义的940nm波长。与通用红外LED相比，它提供了保证的最低性能（通过分档）并符合现代环保法规。其GaAlAs芯片材料是实现高效红外发射的标准选择。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

10.1 我能否直接用5V或3.3V微控制器引脚驱动此LED？

不能，不能直接驱动。微控制器引脚通常无法持续提供20mA电流（请查阅您的MCU规格书），并且肯定无法提供1A的峰值电流。更重要的是，必须使用串联电阻将电流限制在所需值（例如20mA）。需要晶体管（BJT或MOSFET）来切换LED所需的更高电流。

10.2 为什么在脉冲条件下辐射强度要高得多？

更高的脉冲额定值（100mA，1A）允许在极短时间内用大得多的电流驱动结。这会产生更多的光，而不会导致平均结温上升到破坏性水平，因为芯片和封装的热质量在脉冲之间有足够的时间冷却。这对于像遥控器这样的突发通信是理想的选择。

10.3 "与光电晶体管光谱匹配"是什么意思？

硅基光电晶体管和光电二极管在近红外区域（约800-900nm）具有峰值灵敏度。IR204-A的940nm发射光正好落在这个高灵敏度波段内，确保探测器接收到强信号，从而提高系统的信噪比和工作距离。

11. 实际设计与使用案例

案例：简易红外遥控发射器。一个常见用途是电视遥控器。微控制器生成调制的数字编码（例如，38kHz载波）。此信号驱动晶体管的基极。晶体管切换流经IR204-A的集电极电流。LED附近的一个电容器可以提供产生强信号所需的短暂高电流脉冲（高达100mA或更高）。LED以38kHz频率脉冲工作。940nm的光不可见，其高脉冲强度使得信号可以从墙壁反射，并仍能被房间另一端的接收器检测到。低正向电压有助于节省电池电量。

12. 原理介绍

红外发光二极管（IR LED）是一种半导体p-n结二极管。当施加正向电压时，来自n区的电子和来自p区的空穴被注入结区。当这些载流子复合时，它们会释放能量。在此特定器件中，所选的半导体材料（砷化镓铝 - GaAlAs）使得该能量主要以红外光谱（波长940纳米）的光子形式释放。蓝色塑料封装起到滤光片的作用，可能阻挡部分可见光，并可能作为透镜来塑形输出光束。

13. 发展趋势

红外LED技术的发展趋势包括开发具有更高电光转换效率（每瓦电输入产生更多光输出）的器件，从而实现更长的电池寿命或更远的距离。同时，正在持续研发光谱带宽更窄的LED，用于需要精确波长控制并降低环境光噪声敏感性的应用。将LED与驱动IC或光电探测器集成到单个模块中是另一个趋势，可简化系统设计。在更小封装内实现更高功率密度的追求仍在继续，同时整个行业也在推动完全符合环境与安全法规。