SIR323-5 5mm红外发光二极管规格书 - 5mm封装 - 1.3V正向电压 - 875nm波长 - 150mW功耗 - 中文技术文档

1. 产品概述

SIR323-5是一款采用标准T-1 3/4（5mm）透明塑料封装的高强度红外（IR）发射二极管。其设计峰值发射波长为875纳米（nm），属于近红外光谱范围。该器件专为需要可靠、强大红外光源的应用而设计，其光谱输出经过特别匹配，可与常见的硅光敏晶体管、光电二极管及红外接收模块兼容。封装采用标准的2.54mm引脚间距，便于集成到通孔印刷电路板（PCB）设计中。

1.1 核心优势与目标市场

该元件的核心优势包括其高辐射强度（确保强信号传输）和低正向电压（有助于节能运行）。它采用无铅材料制造，符合RoHS（有害物质限制）、欧盟REACH法规及无卤素标准（Br < 900ppm，Cl < 900ppm，Br+Cl < 1500ppm），适用于环保要求严格的全球市场。该器件具有高可靠性，是消费电子和工业电子的关键考量因素。其主要目标应用领域为无线、非接触式信号传输系统。

2. 深入技术参数分析

本节对规格书中定义的关键电气、光学和热参数进行详细、客观的解读。

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应力极限。不保证在或超过这些极限的条件下运行。

• 连续正向电流（I_F)）：100 mA。这是可连续施加于LED而不致性能退化的最大直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP)）：1.0 A。此高电流仅在脉冲宽度≤100μs且占空比≤1%的脉冲条件下允许。这可用于实现非常明亮的短脉冲光，适用于远距离传输。
• 反向电压（V_R)）：5 V。施加超过此值的反向偏压可能导致结击穿。
• 功耗（P_d)）：在环境温度≤25°C时为150 mW。这是封装能够以热量形式散发的最大功率。超过此限制会升高结温，缩短寿命并降低输出。
• 工作与存储温度：器件工作温度范围为-40°C至+85°C，存储温度范围为-40°C至+100°C。
• 焊接温度：260°C，持续时间不超过5秒，兼容标准的无铅回流焊温度曲线。

2.2 光电特性

这些参数在标准测试条件（Ta=25°C）下测量，定义了器件的性能。

• 辐射强度（I_e)）：这是每单位立体角（球面度）发射的光功率。在正向电流20mA下，典型值为7.8 mW/sr，最小值为4.0 mW/sr。在脉冲条件下（I_F=100mA，脉冲≤100μs，占空比≤1%），典型辐射强度可达40 mW/sr，展现了其高功率脉冲能力。
• 峰值波长（λ_p)）：875 nm（典型值）。这是发射光功率最大的波长。光谱带宽（Δλ）典型值为45 nm，表示峰值周围发射的波长范围。
• 正向电压（V_F)）：在20mA时，典型正向电压为1.3V，最大为1.65V。在100mA脉冲条件下，典型值升至1.4V（最大1.8V）。这种低V_F有利于低压电路设计。
• 反向电流（I_R)）：在反向电压5V下最大为10 μA，表明结隔离性能良好。
• 视角（2θ_1/2)）：35度（典型值）。这是辐射强度降至其最大值（轴向）一半时的全角。35度角提供了中等聚焦的光束，适用于定向应用。

测量不确定度说明：规格书规定了关键测量的公差：V_F（±0.1V）、I_e（±10%）和λ_p（±1.0nm）。在精密设计计算中必须考虑这些公差。

3. 性能曲线分析

规格书包含多条特性曲线，说明了器件在不同条件下的行为。

3.1 正向电流与环境温度关系

此曲线（图1）通常显示最大允许正向电流随环境温度升高而降额。为防止超过最大结温和150mW功耗限制，在高于25°C工作时必须降低连续正向电流。设计人员在进行高温应用时必须参考此图。

3.2 光谱分布

光谱分布图（图2）绘制了相对强度与波长的关系。它直观地确认了875nm的峰值波长和约45nm的光谱带宽。此曲线对于确保与目标接收器（光敏晶体管、光电二极管或IC）的光谱灵敏度兼容至关重要。

3.3 相对强度与正向电流关系

此图（图3）展示了驱动电流与光输出之间的关系。对于LED，在正常工作范围内，光输出通常与正向电流成正比。然而，在极高电流下，由于热效应和其他非线性因素，效率可能会下降。该曲线有助于设计人员选择合适的驱动电流以达到所需的辐射强度。

3.4 相对辐射强度与角度位移关系

此极坐标图（图4）描绘了LED的发射模式。它显示了当观察角度偏离中心轴（0°）时强度如何下降。35度视角（强度为峰值的50%）即由此曲线得出。此信息对于光学系统设计、确定光束覆盖范围和对准公差至关重要。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

该器件采用标准的5mm（T-1 3/4）圆形LED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、透镜形状、引脚长度和引脚间距。引脚间距确认为2.54mm（0.1英寸），这是通孔元件的标准间距。除非另有说明，所有尺寸公差为±0.25mm。透镜材料为透明塑料，针对红外传输进行了优化，吸收最小。

4.2 极性识别

对于通孔LED，极性通常通过两个特征来指示：引脚长度和内部结构。较长的引脚是阳极（正极），较短的引脚是阴极（负极）。此外，许多封装在靠近阴极引脚的透镜基座边缘有一个平面标记。焊接前务必验证极性，以防反向偏压损坏。

5. 焊接与组装指南

该器件适用于波峰焊或手工焊接。关键参数是最高焊接温度为260°C，持续时间不超过5秒。这符合IPC/JEDEC J-STD-020无铅回流焊温度曲线标准。长时间暴露在高温下会损坏塑料封装和内部键合线。手工焊接时，请使用温控烙铁并尽量减少接触时间。确保器件按照存储温度范围（-40至+100°C）储存在干燥环境中，以防吸湿，导致回流焊时出现“爆米花”现象。

6. 包装与订购信息

6.1 包装规格

元件采用防静电袋包装以提供保护。标准包装数量为每袋200至500件。五袋装入一个盒子。最后，十个盒子装入一个运输纸箱。

6.2 标签规格

包装标签包含几个关键标识符：

• CPN：客户生产编号（客户特定料号）。
• P/N：生产编号（制造商料号，例如SIR323-5）。
• QTY：包装数量。
• CAT：等级（可能表示性能分档）。
• HUE：峰值波长（例如875nm）。
• REF：参考。
• LOT No：批号，用于追溯。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

• 红外遥控器单元：高辐射强度，尤其是在脉冲模式下（典型40 mW/sr），使其成为电视、音响系统和其他消费电子产品的远距离遥控器的理想选择。
• 自由空间传输系统：用于短距离无线数据链路、入侵报警和物体检测系统，其中红外光束通过空气传输到接收器。
• 烟雾探测器：常用于光学（光电）烟雾探测器。红外LED光束被烟雾颗粒散射到光电二极管上，从而触发警报。
• 通用红外应用系统：包括工业自动化（物体计数、位置传感）、触摸屏和光学编码器。

7.2 设计考量与电路保护

• 限流：LED是电流驱动器件。务必使用串联限流电阻（或恒流驱动器）以防止超过最大连续正向电流（100mA）。电阻值使用欧姆定律计算：R = (V_电源- V_F) / I_F.
• 脉冲操作：对于高强度脉冲，确保驱动电路能够提供1A峰值电流，同时严格遵守脉冲宽度（≤100μs）和占空比（≤1%）限制。简单的微控制器GPIO引脚通常无法直接提供如此大的电流，可能需要晶体管开关（例如MOSFET）。
• 反向电压保护：尽管器件可承受高达5V的反向电压，但最好避免反向偏压。在交流耦合电路或可能出现反向电压的情况下，可考虑在LED两端并联一个保护二极管（阴极接阳极）。
• 热管理：虽然封装很小，但在较高电流和环境温度下，功耗变得很重要。确保充分通风，如果在高于25°C下工作，请考虑降额曲线。
• 光学设计：考虑35度视角。对于聚焦光束，可能需要外部透镜或反射器。对于广域照明，原生角度可能足够。确保接收器的光谱与875nm峰值匹配。

8. 技术对比与差异化

SIR323-5通过关键参数的组合在5mm红外LED市场中脱颖而出。与通用5mm红外LED相比，它提供了更高的典型辐射强度（20mA下7.8 mW/sr对比常见的5-6 mW/sr），在相同信号强度下可实现更远距离或更低功耗。其低正向电压（典型1.3V）有利于电池供电设备。875nm波长是通用标准，确保与硅基接收器的广泛兼容性。其符合现代环保标准（RoHS、REACH、无卤素）是大多数当代电子制造的强制性要求，而较旧或成本较低的替代品可能不具备。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

9.1 辐射强度与发光强度有何区别？

辐射强度（I_e，单位为mW/sr）是每单位立体角发射的光学功率，适用于所有波长。发光强度（单位为坎德拉，cd）则根据人眼灵敏度（明视觉曲线）加权，仅对可见光有意义。由于这是红外LED，辐射强度才是正确且指定的度量标准。

9.2 能否直接用3.3V或5V微控制器引脚驱动此LED？

您不应直接连接。微控制器GPIO引脚有电流输出限制（通常为20-40mA），无法处理LED的潜在电流消耗或1A脉冲。更重要的是，您必须串联一个电阻来限制电流。例如，从5V电源驱动，目标I_F=20mA，V_F=1.3V：R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185欧姆（可使用标准180或220欧姆电阻）。然后，GPIO引脚将驱动晶体管的基极/栅极，由该晶体管开关来控制LED电流。

9.3 为何峰值正向电流（1A）远高于连续电流（100mA）？

这是由于热限制。1A脉冲非常短（≤100μs）且不频繁（占空比≤1%），半导体结没有时间显著升温。100mA连续额定值考虑了稳态产生的热量，封装必须将这些热量散发到环境中，以将结温保持在安全范围内。

9.4 如何为此LED选择匹配的接收器？

寻找峰值光谱灵敏度在875nm左右的光敏晶体管、光电二极管或红外接收模块。大多数硅基探测器的峰值灵敏度在800nm至950nm之间，因此是良好的匹配。务必检查接收器规格书中的光谱灵敏度曲线。

10. 实际设计与使用案例

案例：设计远距离红外遥控器
目标：在典型客厅内传输可靠信号，距离达15米。
设计选择:

1. 驱动模式：使用脉冲操作，I_FP= 1A，以最大化辐射强度（典型40 mW/sr），实现最远距离。
2. 电路：微控制器生成编码脉冲序列。一个GPIO引脚控制一个N沟道MOSFET。LED和一个小型电流检测电阻串联在电源（例如，2节AA电池约3V）和MOSFET漏极之间。电阻值很小，仅用于设定峰值电流：R = (V_电池- V_{F_脉冲}- V_{DS_导通}) / 1A。为MOSFET使用一个栅极电阻。
3. 脉冲时序：确保遥控代码（例如NEC协议）中的每个高电平脉冲宽度≤100μs。整个传输脉冲串的占空比必须≤1%。对于短的遥控代码，这通常很容易满足。
4. 光学：原生35度光束可能足够。为了更好的方向性和距离，可以在LED前添加一个简单的塑料准直透镜。

11. 工作原理简介

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（阳极相对于阴极为正）时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入结区。当这些载流子复合时，会释放能量。在标准硅二极管中，此能量主要以热的形式释放。而在本LED使用的砷化镓铝（GaAlAs）等材料中，相当一部分复合能量以光子（光）的形式释放。发射光的特定波长（本例中为875nm）由半导体材料的带隙能量决定，这是在晶体生长过程中设计的。透明环氧树脂封装充当透镜，将发射光塑造成特征光束模式。

12. 技术趋势与发展

红外LED技术持续发展。虽然基本的5mm通孔封装在传统设计和爱好者使用中仍然流行，但行业趋势强烈倾向于表面贴装器件（SMD）封装（例如0805、1206或芯片级封装）。SMD具有更小的尺寸，更适合自动化贴片组装，并且通常具有更好的热性能。材料方面也在持续开发，以实现更高的效率（每瓦电输入产生更多光输出）、针对特定传感应用的不同峰值波长（例如940nm用于隐蔽操作，850nm用于带红外照明的监控摄像头），以及将LED与驱动电路甚至接收器集成到单个模块中。然而，为SIR323-5描述的基本工作原理和关键参数仍然是理解和指定任何红外LED的基石。