5mm 红外发光二极管 IR323 规格书 - 5.0mm 封装 - 940nm 波长 - 1.5V 正向电压 - 150mW 功耗 - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档提供了一款高强度5mm红外发光二极管（LED）的完整技术规格。该器件采用蓝色透明塑料封装，设计用于发射峰值波长为940纳米（nm）的光，属于近红外光谱范围。此波长经过精心选择，旨在为传感和遥控应用提供最佳性能，因为它与常见的硅光敏晶体管、光电二极管和红外接收模块的光谱灵敏度高度匹配。该元件的主要设计目标是高可靠性、高辐射输出和低正向电压工作，使其适用于各种基于红外的电子系统。

1.1 核心特性与优势

这款LED具备多项关键优势，有助于提升其性能并简化集成过程：

• 高辐射强度：在20mA标准驱动电流下，典型辐射强度可达6.4 mW/sr，确保信号传输强劲有力。
• 低正向电压：在20mA电流下，典型正向电压（Vf）为1.2V，有助于降低整个系统的功耗。
• 标准化封装：采用引脚间距为2.54mm（0.1英寸）的通用5mm径向引线封装，兼容标准PCB布局和面包板。
• 环保合规：产品采用无铅工艺制造，符合欧盟RoHS和REACH法规，并满足无卤素标准（Br<900ppm，Cl<900ppm，Br+Cl<1500ppm）。
• 明确视角：提供典型的半强度视角（2θ1/2）为30度，形成适合定向应用的聚焦光束。

2. 技术参数分析

本节对器件的电气、光学和热学极限及特性进行详细、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工作。

• 连续正向电流（I_F）：100 mA。在25°C环境温度下，可无限期通过LED的最大直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP）：1.0 A。此高脉冲电流仅在严格条件下允许：脉冲宽度≤100μs且占空比≤1%。适用于短暂的高强度信号传输。
• 反向电压（V_R）：5 V。可施加在反向偏置方向的最大电压。超过此值可能导致结击穿。
• 功耗（P_d）：在25°C或以下自由空气温度下为150 mW。这是封装能够以热量形式耗散的最大功率。该额定值随环境温度升高而降低。
• 温度范围：工作温度（T_opr）：-40°C 至 +85°C；存储温度（T_stg）：-40°C 至 +100°C。
• 焊接温度（T_sol）：最高260°C，持续时间不超过5秒，定义了波峰焊或手工焊接的工艺窗口。

2.2 光电特性

这些参数在Ta=25°C下测量，定义了器件在正常工作条件下的典型性能。

• 辐射强度（I_e）：光学输出的主要衡量指标。在I_F=20mA时，最小值为4.0 mW/sr，典型值为6.4 mW/sr。在100mA最大连续电流下，典型强度升至30 mW/sr。
• 峰值波长（λ_p）：940 nm（典型值）。这是发射光功率达到最大值时的波长。
• 光谱带宽（Δλ）：45 nm（典型值）。这定义了发射的波长范围，通常在峰值功率一半处测量（半高全宽 - FWHM）。
• 正向电压（V_F）：在20mA下为1.2V（典型值），1.5V（最大值）。由于二极管的串联电阻，在100mA下增至1.4V（典型值），1.8V（最大值）。
• 反向电流（I_R）：施加5V反向偏压时，最大为10 μA。
• 视角（2θ_1/2）：30度（典型值）。辐射强度降至0度（轴向）值一半时的角度范围。

3. 分档系统说明

器件根据其在标准测试条件I_F=20mA下测得的辐射强度进行分档。这使得设计人员可以选择具有保证的最小和最大输出水平的器件，以确保系统性能的一致性。

例如，标记为"L"档的器件保证其辐射强度在5.6至8.9 mW/sr之间。分档字母越高（例如P），对应输出越高的器件。本规格书未显示此特定产品在其他参数（如正向电压或峰值波长）上的分档，表明这些特性在制造过程中得到了严格控制。

4. 性能曲线分析

提供的特性曲线为了解器件在不同条件下的行为提供了宝贵的见解。

4.1 正向电流与环境温度关系

此图显示了最大允许连续正向电流随环境温度升高而降额的情况。在25°C时，允许满额100mA。随着温度升高，必须降低最大电流，以防止超过150mW的功耗限制并确保长期可靠性。此曲线对于设计在高温环境下运行的系统至关重要。

4.2 辐射强度与正向电流关系

此图说明了驱动电流（I_F）与光学输出（I_e）之间的关系。辐射强度在较低电流水平下随电流超线性增加，在较高电流下趋于更线性，但最终会饱和。该曲线证实了表格中所述的典型值（例如，20mA时约6.4 mW/sr，100mA时约30 mW/sr）。

4.3 光谱分布

光谱图绘制了相对辐射强度与波长的关系。它直观地确认了940nm的峰值波长（λ_p）以及在FWHM点处约45nm的光谱带宽（Δλ）。该曲线是GaAlAs（砷化镓铝）半导体材料体系的典型特征。

4.4 相对辐射强度与角位移关系

此极坐标图描绘了LED的辐射模式。它显示了强度如何随着与中心轴（0°）夹角的增大而减小。强度降至轴向值50%时的角度定义了半强度视角，此处显示约为30度，从而形成中等聚焦的光束。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

该器件采用标准的5mm径向引线封装。尺寸图指定了关键尺寸：总直径（典型值5.0mm）、引线直径、从透镜底部到引线弯曲处的距离以及引线间距（2.54mm）。图中注明，除非另有规定，公差为±0.25mm。较长的引线通常表示阳极（正极）连接。

6. 焊接与组装指南

正确处理对于保持器件完整性和性能至关重要。

6.1 引脚成型

• 弯曲点必须距离环氧树脂透镜底部至少3mm，以避免对密封处产生应力。
• 成型操作应在任何焊接工序之前完成。
• 切割引脚应在室温下进行，以防止热冲击。
• PCB孔必须与LED引脚精确对齐，以避免安装应力。

6.2 存储

• 建议存储条件为温度≤30°C，相对湿度（RH）≤70%，自发货起最长3个月。
• 如需更长时间存储（最长一年），请使用带干燥剂的氮气密封容器。
• 避免在潮湿环境中温度骤变，以防凝结。

6.3 焊接工艺

关键规则：保持焊点到环氧树脂球体的最小距离为3mm。

• 手工焊接：烙铁头温度≤300°C（针对最大30W烙铁），每引脚焊接时间≤3秒。
• 波峰焊/浸焊：预热≤100°C，时间≤60秒。焊锡槽温度≤260°C，浸入时间≤5秒。
• 在高温阶段避免对引脚施加应力。
• 浸焊或手工焊接不应重复进行超过一次。
• 焊接后让LED逐渐冷却至室温；避免快速淬冷。

6.4 清洁

• 如有必要，仅可在室温下使用异丙醇清洁，时间不超过一分钟。
• 除非绝对必要且经过充分的预鉴定测试，否则请勿使用超声波清洗，因为它可能导致机械损伤。

7. 包装与订购信息

7.1 标签规格

包装上的标签包含多个代码：客户产品编号（CPN）、制造商产品编号（P/N）、包装数量（QTY），以及发光强度（CAT）、主波长（HUE）和正向电压（REF）的性能等级。还包括批号和日期代码（月份）。

7.2 包装规格

• LED采用防静电袋包装。
• 典型包装：每袋200-500片，每内盒5袋，每外箱10个内盒。

8. 应用建议与设计考量

8.1 典型应用场景

• 红外遥控器：用于电视、音响系统和其他消费电子产品。940nm波长是理想选择，因为它对人眼不可见，但能被硅接收器高效检测。
• 接近与物体检测传感器：用于自动水龙头、干手器、安防系统和工业计数设备。红外LED与光电探测器配对，可以感测其光束的中断或反射。
• 光电开关与编码器：用于检测打印机、电机控制和旋转编码器中的运动或位置。
• 夜视照明：为配备红外敏感传感器的安防摄像头提供隐蔽照明。
• 数据传输：用于短距离、视距光学数据链路（例如，传统的IrDA系统）。

8.2 设计考量

• 限流：当使用电压源驱动LED时，务必串联一个限流电阻。使用公式 R = (V_电源- V_F) / I_F计算电阻值。切勿直接连接到电压源。
• 热管理：当在接近最大电流或高环境温度下工作时，请参考降额曲线。必要时确保足够的通风或散热，特别是对于密集排列的阵列。
• 光学设计：30度的视角提供了聚焦光束。如需更广的覆盖范围，可使用多个LED或二次光学器件（如漫射器）。对于更远的距离，可使用透镜进一步准直光束。
• 电气抗噪性：在传感应用中，调制红外信号（例如，使用38kHz载波）以将其与环境红外光（阳光、白炽灯泡）区分开来。这大大提高了信噪比。
• 接收器匹配：确保所选光电探测器或接收模块（例如，调谐至38kHz的集成接收器）在940nm附近具有光谱灵敏度，以获得最佳性能。

9. 技术对比与差异化

虽然市面上存在许多5mm红外LED，但此器件参数组合提供了特定优势：

• 对比更高波长红外LED（例如850nm）：940nm发射光作为微弱的红光更不易被察觉，使其更适合隐蔽应用。然而，硅光电探测器在940nm处的灵敏度略低于850nm，但此LED的高辐射强度弥补了这一点。
• 对比标准亮度红外LED：提供更高输出分档（例如N档、P档），允许设计在相同信号强度下需要更远距离或更低驱动电流的应用，从而提高能效。
• 对比表面贴装红外LED：通孔封装更易于原型制作、爱好者使用，以及在连接机械强度优先于电路板空间的应用中。
• 关键差异化因素：清晰定义且相对严格的强度分档结构，结合全面的环保合规性（RoHS、REACH、无卤素），使得此部件适用于现代、受监管的电子产品。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

10.1 "辐射强度"与"发光强度"有何区别？

辐射强度（以mW/sr为单位）是每单位立体角发射的光功率，适用于所有波长。发光强度（以坎德拉、mcd为单位）根据人眼灵敏度（明视觉曲线）对光功率进行加权。由于人眼对940nm红外光几乎不敏感，因此此LED的发光强度基本为零。辐射强度是用于电子传感器的红外元件的正确度量指标。

10.2 我可以让此LED在100mA下连续工作吗？

可以，但根据绝对最大额定值，仅当环境温度（Ta）等于或低于25°C时。如果环境温度更高，您必须参考"正向电流与环境温度关系"降额曲线以找到新的最大允许连续电流。例如，在85°C时，最大连续电流将显著低于100mA。

10.3 为什么峰值正向电流（1A）比连续电流（100mA）高这么多？

1A额定值适用于占空比极低（≤1%）的极短脉冲（≤100μs）。在此类短暂脉冲期间，半导体结没有时间显著升温。100mA连续额定值受限于封装的稳态热耗散能力。高脉冲电流支持远距离、短脉冲信号传输等应用。

10.4 如何识别阳极和阴极？

在标准的径向LED封装中，较长的引线通常是阳极（正极）。此外，从底部观察LED，塑料透镜边缘有平口一侧的引线通常是阴极（负极）。如果不确定，请务必使用万用表的二极管测试模式进行验证。

11. 实用设计与使用示例

11.1 简易接近传感器电路

可以通过将此红外LED和光电晶体管并排放置、指向同一方向来构建基本的反射式传感器。LED通过一个20-30Ω电阻由微控制器引脚驱动（例如，从3.3V电源获得约50mA：R = (3.3V - 1.2V)/0.05A ≈ 42Ω）。光电晶体管集电极通过上拉电阻（例如10kΩ）连接到电源，发射极接地。集电极节点连接到微控制器的ADC或数字输入。当物体靠近时，它会将红外光反射到光电晶体管上，导致其集电极电压下降，从而被微控制器检测到。

11.2 驱动红外接收模块

对于遥控应用，将此LED与一个3引脚红外接收模块（例如，调谐至38kHz）配对。LED与一个限流电阻和一个NPN晶体管串联。晶体管基极由来自微控制器的调制信号驱动，该信号使用NEC或RC5等协议对遥控命令进行编码。38kHz载波频率落在LED上升/下降时间的带宽内。接收模块解调此信号，并向微控制器输出干净的数字数据流。

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。当正向偏置（阳极相对于阴极施加正电压）时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入到结区。当这些载流子在结的有源区复合时，会释放能量。在此特定器件中，半导体材料是砷化镓铝（GaAlAs）。该材料的能带隙决定了发射光子的波长。对于调谐至发射940nm的GaAlAs，复合能量对应于电磁频谱近红外部分的光子。蓝色透明环氧树脂封装充当透镜，将发射光塑造成指定的视角，并且对红外波长是透明的。

13. 技术趋势

虽然像这款5mm LED这样的通孔元件在原型制作、教育和某些工业应用中仍然很受欢迎，但更广泛的行业趋势是转向表面贴装器件（SMD）封装（例如0805、1206或芯片级封装）。SMD具有更小的尺寸，更适合自动贴片组装，并且由于与PCB有更大的散热焊盘连接，通常具有更好的热性能。具体到红外LED，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、为特定传感应用（如气体传感）提供更严格的波长容差，以及将驱动器或传感器集成到多芯片模块中。支撑GaAlAs及类似III-V族半导体红外发射器的基本物理和材料科学仍在不断改进，以提升性能和降低成本。