5mm 红外发光二极管 HIR333C/H0 规格书 - 5.0mm 封装 - 850nm 波长 - 1.65V 正向电压 - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档详细说明了一款5.0mm (T-1 3/4) 直插式红外 (IR) 发射二极管的规格。该器件设计用于发射峰值波长为850nm的光线，适用于各种红外传感与传输应用。它采用水透明塑料封装，可实现高辐射输出。

1.1 核心优势

该元器件的核心优势包括高可靠性和高辐射强度。其正向电压低，有助于提升电路设计的能效。器件采用无铅材料制造，并符合主要环保与安全法规，包括RoHS、欧盟REACH以及无卤素标准 (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)。

1.2 目标市场与应用

此红外LED的光谱与常见的硅光敏晶体管、光电二极管及红外接收模块相匹配。其典型应用包括：

• 用于数据通信的自由空间传输系统。
• 需要更高功率输出的红外遥控装置。
• 烟雾探测系统。
• 用于传感与检测的通用红外应用系统。

2. 深入技术参数分析

以下章节详细分解了器件的电气、光学和热特性。

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条件，不适用于连续工作。

• 连续正向电流 (IF)：100 mA
• 峰值正向电流 (IFP)：1.0 A (脉冲宽度 ≤100μs，占空比 ≤1%)
• 反向电压 (VR)：5 V
• 工作温度 (Topr)：-40°C 至 +85°C
• 存储温度 (Tstg)：-40°C 至 +85°C
• 焊接温度 (Tsol)：260°C，持续时间 ≤5 秒
• 25°C 下的功耗 (Pd)：150 mW

2.2 光电特性

这些参数在环境温度 (Ta) 为 25°C 时测量，定义了器件在指定条件下的典型性能。

• 辐射强度 (Ie)：在正向电流 (IF) 为 20mA 时，最小典型值为 7.8 mW/sr。在脉冲条件下 (IF=100mA，脉冲宽度 ≤100μs，占空比 ≤1%)，典型辐射强度为 80 mW/sr。在相同脉冲条件下，峰值电流 1A 时可达 800 mW/sr。
• 峰值波长 (λp)：在 IF=20mA 时，典型值为 850 nm。
• 光谱带宽 (Δλ)：在 IF=20mA 时，典型值为 45 nm，表示强度降至峰值一半时的光谱宽度。
• 正向电压 (VF)：在 IF=20mA 时，范围从 1.45V (典型值) 到最大值 1.65V。电压随电流增大而升高，在 100mA 时最大为 2.40V，在脉冲工作下 1A 时最大为 5.25V。
• 反向电流 (IR)：在 VR=5V 时，最大为 10 μA。
• 视角 (2θ1/2)：在 IF=20mA 时，典型值为 30 度，定义了辐射强度至少为峰值一半的角度范围。

2.3 热特性

器件性能与温度相关。在 25°C 自由空气中，最大额定功耗为 150 mW。设计者必须在较高环境温度下工作时考虑降额使用此值，以确保长期可靠性并防止热失控。

3. 分档系统说明

本产品根据在 IF=20mA 下测量的辐射强度，提供不同的性能等级或“分档”。这使得设计者能够选择精确匹配其应用灵敏度要求的元器件。

辐射强度的分档结构如下：

• M档：7.8 - 12.5 mW/sr
• N档：11.0 - 17.6 mW/sr
• P档：15.0 - 24.0 mW/sr
• Q档：21.0 - 34.0 mW/sr
• R档：30.0 - 48.0 mW/sr

规格书还指出，该器件提供主波长 (HUE) 和正向电压 (REF) 的等级，但提供的摘录中未详述这些参数的具体分档代码。

4. 性能曲线分析

图形数据提供了在不同条件下器件行为的更深入洞察。

4.1 正向电流 vs. 环境温度

此曲线显示了当环境温度超过 25°C 时，最大允许正向电流的降额情况。为保持可靠性，必须在较高温度下降低工作电流。

4.2 光谱分布

该图说明了以 850nm 峰值为中心，在整个波长范围内的相对辐射功率输出。45nm 带宽表示发射的波长范围。

4.3 峰值发射波长 vs. 环境温度

此关系显示了峰值波长 (λp) 如何随结温变化而偏移。通常，波长会随温度升高而略微增加，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 vs. 正向电压 (IV曲线)

这条基本曲线描绘了施加在二极管两端的电压与所产生的电流之间的指数关系。这对于设计限流电路（例如，选择串联电阻）至关重要。

4.5 辐射强度 vs. 正向电流

该图表明辐射强度随正向电流呈超线性增长。然而，在极高电流（尤其是直流）下工作会导致发热增加和潜在的效率损失，因此对于高强度要求，脉冲工作模式更为可取。

4.6 相对辐射强度 vs. 角度位移

此极坐标图直观地表示了视角 (2θ1/2 = 30°)。它显示了当观察角度偏离中心轴 (0°) 时强度如何衰减，这对于设计光学系统以及将发射器与探测器对准至关重要。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

该器件符合标准的 T-1 3/4 (5mm) 径向引线封装。关键尺寸包括整体直径约 5.0mm 和标准的 2.54mm (0.1 英寸) 引脚间距，与标准穿孔板兼容。除非另有说明，尺寸图规定了 ±0.25mm 的公差。透镜圆顶的确切形状和引脚长度在详细的封装图中定义。

5.2 极性识别

阴极通常通过塑料透镜边缘的平面或较短的引脚来识别。在电路组装过程中必须注意正确的极性，以防止反向偏压损坏。

6. 焊接与组装指南

正确处理对于防止机械和热损伤至关重要。

6.1 引脚成型

• 弯曲点必须距离环氧树脂球体根部至少 3mm。
• 在焊接前成型引脚。
• 弯曲过程中避免对封装施加应力。
• 在室温下剪切引脚。
• 确保 PCB 孔与 LED 引脚完美对齐，以避免安装应力。

6.2 存储条件

• 存储温度 ≤30°C，相对湿度 (RH) ≤70%。
• 在原包装中的最长存储寿命为 3 个月。
• 如需更长时间存储（最长 1 年），请使用带氮气气氛和干燥剂的密封容器。
• 避免在潮湿环境中温度骤变，以防凝结。

6.3 焊接参数

手工焊接：烙铁头温度 ≤300°C（适用于最大 30W 烙铁），每个引脚焊接时间 ≤3 秒。保持焊点到环氧树脂球体的最小距离为 3mm。

波峰焊/浸焊：预热温度 ≤100°C，时间 ≤60 秒。焊锡槽温度 ≤260°C，时间 ≤5 秒。遵守 3mm 距离规则。

通用规则：不要在高温下对引脚施加应力。避免对同一器件进行多次焊接。在冷却至室温过程中保护器件免受冲击/振动。不要使用快速冷却工艺。遵循推荐的波峰焊温度曲线。

6.4 清洗

规格书提到，仅在必要时进行清洗，但提供的摘录中未详述具体的清洗剂建议或超声波清洗参数。标准做法是使用与环氧树脂兼容的温和、非侵蚀性清洗剂。

7. 包装与订购信息

7.1 包装规格

器件采用防静电袋包装以提供 ESD 保护。标准包装流程为：

1. 每防静电袋装 500 件。

2. 每内盒装 5 袋 (共 2,500 件)。

3. 每外主箱装 10 个内盒 (共 25,000 件)。

7.2 标签格式规范

产品标签包含用于追溯和识别的关键信息：

- CPN (客户部件号)

- P/N (制造商部件号: HIR333C/H0)

- QTY (包装数量)

- CAT (发光/辐射强度等级，例如 M, N, P, Q, R)

- HUE (主波长等级)

- REF (正向电压等级)

- LOT No. (批号，用于追溯)

- Date Code (日期代码)

8. 应用设计注意事项

8.1 典型应用电路

最常见的驱动电路是简单的串联电阻，用于限制正向电流。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（为可靠性起见使用最大值），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来提供高峰值电流（高达 1A），同时保持低占空比以使平均功率保持在限制范围内。

8.2 光学设计要点

30 度视角在光束集中度和覆盖范围之间提供了良好的平衡。对于更长距离或更窄光束应用，可能需要二次光学元件（透镜）。水透明透镜对于 850nm 传输是最佳的。确保接收器（光敏晶体管、光电二极管或 IC）在 850nm 区域具有光谱敏感性，以实现最大的系统效率。

8.3 热管理

尽管封装在 25°C 下可耗散 150mW，但在高电流或高环境温度下连续工作时，必须通过引脚或精心设计的电路板布局进行有效的散热。使用脉冲驱动模式可显著降低平均功耗和热应力。

9. 技术对比与差异化

与标准可见光 LED 或其他红外 LED 相比，该器件的关键差异化在于其结合了高辐射强度（R档高达 48 mW/sr），低正向电压（典型值 1.45V），以及全面的环保合规性（RoHS、REACH、无卤素）。使用 GaAlAs 芯片材料是实现高效率 850nm 发射的标准做法。5mm 封装提供了坚固的直插式外形，适用于表面贴装器件可能不理想的广泛工业和消费类应用。

10. 常见问题解答 (FAQ)

问：我可以让这个 LED 在 100mA 下连续工作吗？

答：连续正向电流的绝对最大额定值为 100mA。然而，在此最大电流下连续工作会产生大量热量 (Pd ≈ Vf * If)。为了长期可靠运行，建议对电流进行降额，尤其是在环境温度高于 25°C 时，或者使用散热器。

问：分档 (M, N, P, Q, R) 之间有什么区别？

答：分档根据 LED 在 20mA 驱动下的最小和最大辐射强度进行分类。M档输出最低 (7.8-12.5 mW/sr)，R档输出最高 (30.0-48.0 mW/sr)。请根据接收电路所需的信号强度和灵敏度选择分档。

问：为什么在 1A 时的正向电压比在 20mA 时高？

答：这是由于半导体芯片和键合线的内部串联电阻造成的。随着电流增加，该电阻上的压降 (V = I*R) 增加，导致总正向电压更高。

问：如何实现 800 mW/sr 的辐射强度？

答：该强度是在脉冲条件下规定的：正向电流为 1A，脉冲宽度为 100 微秒或更短，占空比为 1% 或更低。这最大限度地减少了发热，同时允许非常高的瞬时光输出。

11. 设计与使用案例研究

案例研究 1：远距离红外遥控器

一位设计师需要一个距离超过 30 米的遥控器。他们选择了 R 档的 HIR333C/H0 以获得最大输出。电路使用微控制器生成调制数据脉冲。LED 通过 NPN 晶体管开关以 1A 脉冲（100μs 宽度，1% 占空比）驱动。高峰值强度确保强信号到达远处的接收器，而低占空比则使电池消耗和设备发热最小化。

案例研究 2：工业环境中的接近传感器

一台自动化机器需要一个坚固的接近传感器。一个红外 LED 和一个光敏晶体管相对放置在传送带路径两侧。LED 以恒定的 50mA 电流驱动（为可靠性起见，从 100mA 最大值降额）。与可见红光 LED 相比，850nm 波长不易受环境可见光干扰。30 度光束提供了足够的覆盖范围而不会过度扩散。当物体中断光束时，传感器会检测到。

12. 工作原理

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 区的电子与来自 p 区的空穴在芯片的有源区内复合。此复合过程以光子（光）的形式释放能量。芯片有源区使用的特定材料（在本例中为砷化镓铝 - GaAlAs）决定了发射光子的波长。对于 GaAlAs，这会产生峰值波长约为 850nm 的红外光，人眼不可见，但易于被硅基光电探测器检测到。

13. 技术趋势

红外 LED 的趋势继续朝着更高效率（每瓦电输入产生更多辐射输出）发展，这使得在相同封装下可以实现更低的功耗或更高的输出。对于 IrDA 和光无线网络等数据通信应用，也朝着更高速度调制能力发展。封装正在不断发展，包括用于高功率应用的具有改进热性能的表面贴装器件 (SMD)，尽管像 5mm 这样的直插式封装因其机械坚固性和易于原型制作而仍然流行。将驱动电路和光电探测器集成到单个模块中是简化系统设计的另一个常见趋势。