HIR7393C 5mm红外LED规格书 - 5.0mm直径 - 1.45V正向电压 - 850nm波长 - 150mW功耗 - 中文技术文档

1. 产品概述

本器件是一款高强度红外发射二极管 (IRED)，采用标准的T-1 3/4 (5.0mm) 封装，并配有透明塑料透镜。其设计发射峰值波长为850nm的光，使其光谱与常见的硅光敏晶体管、光电二极管和红外接收模块相匹配，从而确保在传感和通信系统中可靠运行。

1.1 关键特性与核心优势

• 高辐射强度：在20mA正向电流下，典型辐射强度可达15 mW/sr，实现强信号传输。
• 低正向电压：在20mA电流下，典型正向电压 (V_F) 为1.45V，有助于降低电路功耗。
• 高可靠性：采用坚固的材料和工艺制造，适用于工业应用。
• 无铅且符合RoHS标准：制造过程符合环保法规要求。
• 标准引脚间距：2.54mm (0.1英寸) 引脚间距，兼容标准面包板和PCB。

1.2 目标市场与应用

这款红外LED主要面向需要不可见光源的电子系统设计师和工程师。其主要应用领域是红外应用系统，广泛包括：

• 物体检测与接近感应
• 红外数据传输 (例如，遥控器、短距离通信)
• 光学编码器与位置传感
• 屏障系统与安防传感器
• 工业自动化与机器视觉照明

2. 深入技术参数分析

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。不保证在此条件下运行。

• 连续正向电流 (I_F)：100 mA
• 峰值正向电流 (I_FP)：1.0 A (脉冲宽度 ≤100μs，占空比 ≤1%)
• 反向电压 (V_R)：5 V
• 工作温度 (T_opr)：-40°C 至 +85°C
• 存储温度 (T_stg)：-40°C 至 +100°C
• 功耗 (P_d)：150 mW (在25°C或以下自由空气温度下)
• 焊接温度 (T_sol)：260°C，持续时间 ≤5 秒

2.2 光电特性 (Ta=25°C)

这些是在指定测试条件下的典型性能参数。

• 辐射强度 (I_e)：最小值 7.8，典型值 15 mW/sr @ I_F=20mA。在脉冲条件下，@ I_F=100mA 时可达约 50 mW/sr。
• 峰值波长 (λ_p)：850 nm (典型值) @ I_F=20mA。此波长接近硅探测器的峰值灵敏度。
• 光谱带宽 (Δλ)：45 nm (典型值) @ I_F=20mA。定义为最大强度一半处的光谱宽度。
• 正向电压 (V_F)：典型值 1.45V，最大值 1.65V @ I_F=20mA。典型值 1.80V，最大值 2.40V @ I_F=100mA (脉冲)。
• 反向电流 (I_R)：最大值 10 μA @ V_R=5V。
• 视角 (2θ_1/2)：45 度 (典型值) @ I_F=20mA。此为半强度全角。

2.3 热特性

150mW的功耗额定值是在环境温度25°C或以下指定的。随着环境温度升高，最大允许功耗会降低。设计人员必须参考降额曲线（规格书中隐含）以确保结温不超过安全限值，这对于长期可靠性至关重要。-40°C至+85°C的工作温度范围使其适用于恶劣环境。

3. 分档系统说明

HIR7393C根据在 I_F= 20mA 下测量的辐射强度，提供不同的性能等级或“分档”。这允许选择满足特定亮度要求的器件。

辐射强度分档 (单位：mW/sr)：

• M档：最小值 7.8，最大值 12.5
• N档：最小值 11.0，最大值 17.6
• P档：最小值 15.0，最大值 24.0
• Q档：最小值 21.0，最大值 34.0

选择更高档位（例如Q档）可确保更高的最低辐射强度，这对于在传感应用中最大化信噪比或增加红外传输距离非常重要。

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。随着温度升高，必须降低最大电流以防止过热，并确保结温保持在安全限值内。此曲线对于设计可靠电路至关重要，尤其是在高温环境中。

4.2 光谱分布

光谱分布曲线绘制了相对辐射强度与波长的关系。它确认了850nm处的峰值发射以及大约45nm的光谱带宽。该曲线相对对称且以850nm为中心，非常适合与峰值灵敏度在800-900nm左右的硅基探测器匹配。

4.3 辐射强度与正向电流关系

该曲线表明辐射强度随正向电流增加而增加，但关系并非完全线性，尤其是在较高电流下，由于发热和效率下降。在脉冲模式下工作（如100mA测试所指定）允许更高的峰值强度，而不会产生连续工作相关的热量积累。

4.4 相对辐射强度与角度位移关系

此极坐标图说明了LED的空间发射模式。45度视角（半峰全宽）表示光束宽度适中。强度在0度（轴上）最高，并向边缘平滑递减。此模式对于设计光学系统以确保足够的覆盖范围或聚焦非常重要。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

该器件采用标准的T-1 3/4 (直径5.0mm) 圆形封装。关键尺寸包括：

• 总直径：5.0mm。
• 引脚间距：2.54mm (标准)。
• 引脚直径：通常为0.45mm。
• 封装高度：从安装平面到圆顶顶部约8.6mm。
• 公差：除非详细尺寸图中另有说明，否则为±0.25mm。

对于PCB上的关键布局和焊盘设计，应查阅精确的机械图纸。

5.2 极性识别

LED塑料透镜边缘有一个平面或凹口，通常表示阴极（负极）侧。阴极引脚通常也是较短的引脚，尽管在组装过程中可能被修剪。焊接前务必验证极性，以防止反向偏压损坏。

6. 焊接与组装指南

6.1 引脚成型

• 在距离环氧树脂灯珠根部至少3mm处弯曲引脚。
• 引脚成型应在焊接前 soldering.
• 进行。弯曲过程中避免对LED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

• 推荐存储条件：≤30°C 且相对湿度 (RH) ≤70%。
• 在此条件下的保质期：自发货起3个月。
• 如需更长时间存储（最长1年）：请使用带氮气气氛和吸湿剂的密封容器。
• 在潮湿环境中避免温度骤变，以防止冷凝。

6.3 焊接工艺

通用规则：保持焊点到环氧树脂灯珠的最小距离为3mm。

手工焊接：

• 烙铁头温度：最高300°C (适用于最大30W烙铁)。
• 每个引脚的焊接时间：最长3秒。

浸焊/波峰焊：

• 预热温度：最高100°C (最长60秒)。
• 焊锡槽温度：最高260°C。
• 在焊锡中的停留时间：最长5秒。

关键注意事项：

• 在高温阶段避免对引脚施加应力。
• 不要进行超过一次的浸焊/手工焊接。
• 焊接后，在LED冷却至室温前，保护其免受机械冲击/振动。
• 避免快速冷却过程。
• 使用能实现可靠焊点的尽可能低的温度。

6.4 清洗

• 如有必要，仅在室温下使用异丙醇清洗，时间≤1分钟。
• 使用前在室温下干燥。
• 避免超声波清洗，除非绝对必要且经过预先验证，因为它可能导致机械损伤。

6.5 热管理

必须在电路设计阶段考虑热管理。必须根据环境温度适当降额电流，如降额曲线所示。LED引脚周围足够的PCB铜面积（散热焊盘）有助于散热。对于大电流或高占空比的脉冲工作，可能需要额外的冷却措施。

7. 包装与订购信息

7.1 包装规格

• 内包装：每防静电袋500片。
• 内盒：每内盒5袋 (共2500片)。
• 外箱/主箱：每外箱10个内盒 (共25,000片)。

7.2 标签信息

产品标签包含几个关键标识符：

• CPN：客户产品编号。
• P/N：制造商产品编号 (例如，HIR7393C)。
• QTQ：袋内包装数量。
• CAT：发光强度等级 (分档代码，例如 M, N, P, Q)。
• HUE：主波长等级。
• REF：正向电压等级。
• LOT No：生产批号，用于追溯。

8. 应用建议与设计考量

8.1 典型应用电路

最常见的电路是与一个限流电阻串联。电阻值使用欧姆定律计算：R = (V_电源- V_F) / I_F。例如，使用5V电源，V_F=1.45V，期望 I_F=20mA：R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω。一个标准的180Ω电阻将是合适的。对于需要更高强度的脉冲操作，通常使用由微控制器控制的晶体管或MOSFET开关。

8.2 设计考量

• 电流驱动：始终使用恒流源或限压源驱动LED，以防止热失控。
• 反向电压保护：最大反向电压仅为5V。在可能出现反向偏压的电路中（例如，交流耦合、感性负载），应在LED两端并联一个保护二极管（阴极对阳极）。
• 光学设计：为系统设计透镜、反射器或孔径时，请考虑45度视角。透明透镜适合与外部光学元件一起使用。
• 探测器匹配：确保配对的探测器（光敏晶体管、光电二极管、接收器IC）在850nm区域敏感，以获得最佳性能。

9. 技术对比与差异化

与标准可见光LED或其他红外LED相比，HIR7393C具有特定优势：

• 对比可见光LED：发射近红外光谱，人眼不可见，使其成为隐蔽传感和通信的理想选择。
• 对比940nm红外LED：850nm光更容易被标准硅探测器检测（其在800-900nm附近更敏感），并且通过某些数码相机可见为微弱的红光，有助于原型设计时的对准。
• 对比低功率红外LED：其更高的辐射强度档位（P, Q）提供更强的输出，在嘈杂环境中实现更长的距离或更好的信号完整性。
• 对比非标准封装：T-1 3/4封装无处不在，易于采购、原型制作和更换。

10. 常见问题解答 (FAQ)

Q1: 我可以直接用微控制器引脚驱动这个LED吗？

A: 这取决于微控制器引脚的电流输出能力。许多MCU引脚可以输出20mA，但这通常处于上限。通常更安全且推荐使用一个简单的晶体管（例如，像2N3904这样的NPN管）作为开关来驱动LED，由MCU引脚控制。

Q2: 为什么最大脉冲电流 (1A) 比连续电流 (100mA) 高这么多？

A: 发热量与电流的平方成正比 (I²R)。一个非常短的脉冲 (≤100μs) 加上低占空比 (≤1%) 没有足够的时间让LED芯片积累显著热量，从而防止热损伤。在高电流下连续工作会导致过热。

Q3: "光谱匹配"是什么意思？

A: 这意味着该LED的峰值发射波长 (850nm) 与常见硅基光电探测器的峰值光谱灵敏度良好匹配。这种匹配在给定红外光量的情况下，最大化探测器产生的电信号，从而提高系统效率和信噪比。

Q4: 如何选择正确的分档 (M, N, P, Q)？

A: 根据您系统的灵敏度要求进行选择。如果您需要一致的高输出（例如，用于更长距离或穿透衰减材料），请指定P档或Q档。对于成本敏感且最低亮度要求不高的应用，M档或N档可能就足够了。请查阅分档表以获取确切的最小/最大值。

11. 实用设计与使用示例

11.1 简易物体接近传感器

一个经典应用是反射式物体传感器。将HIR7393C与一个光敏晶体管相邻放置。LED照亮传感器前方的区域。当物体靠近时，它会将红外光反射回光敏晶体管，导致其集电极电流增加。这种变化可以通过比较器或微控制器ADC检测，从而触发动作。LED的45度光束为此类传感提供了光斑尺寸和强度之间的良好平衡。

11.2 红外数据链路

对于简单的串行数据传输（如电视遥控器），可以根据调制的数字信号（例如，38kHz载波）以高电流（例如，100mA脉冲）驱动LED。脉冲模式下的高辐射强度允许合理的传输距离。接收端将使用调谐到相同频率的匹配红外接收模块（带内置解调器）。

12. 工作原理

红外发光二极管 (IRED) 是一种半导体p-n结二极管。当正向偏置时，来自n区的电子和来自p区的空穴被注入有源区。当这些载流子复合时，它们会释放能量。在由砷化镓铝 (GaAlAs) 制成的IRED中，这种能量主要以红外光谱（本例中约为850nm）的光子形式释放。透明环氧树脂封装充当透镜，将发射的光塑造成特征光束模式。这种电致发光过程的效率决定了给定驱动电流下的辐射强度。

13. 技术趋势

虽然基本的T-1 3/4封装和850nm技术已经成熟，但红外LED的趋势包括：

• 更高效率：持续的材料科学改进旨在每单位电输入功率产生更多的光功率（辐射强度），减少发热和能耗。
• 更窄光谱：一些应用，如气体传感或高速通信，受益于具有非常特定、狭窄发射波长的LED。
• 集成器件：趋势包括将红外LED和光电探测器组合在单个封装中（光耦风格）或与驱动电路集成，以实现更简单的系统集成。
• 小型化：虽然5mm封装仍然流行，但表面贴装器件 (SMD) 封装在自动化组装和紧凑设计中越来越普遍。
• 眼睛安全：HIR7393C代表了一种可靠、易于理解的元件，它继续作为广泛电子传感和控制系统中的基本构建模块。

The HIR7393C represents a reliable, well-understood component that continues to serve as a fundamental building block in a wide array of electronic sensing and control systems.