IR333C 5mm 红外发光二极管规格书 - 5mm T-1 封装 - 940nm 峰值波长 - 1.5V 正向电压 - 中文技术文档

1. 产品概述

IR333C 是一款高强度的红外发射二极管，采用标准的 5mm (T-1) 透明塑料封装。其设计发射峰值波长为 940nm 的光，非常适合需要不可见光源的应用。该器件的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，确保了信号传输系统的最佳性能。

该元件的关键优势包括高可靠性、高辐射强度输出和低正向电压要求。2.54mm 的引脚间距使其兼容标准面包板和 PCB。它也是符合无铅和 RoHS 标准的产品，遵循现代环保规范。

1.1 核心特性与目标市场

定义 IR333C 的主要特性是其为红外应用量身定制的光学和电气特性。其峰值在 940nm 的高辐射强度，使其在自由空间光通信中非常高效。低正向电压降低了功耗，这对于电池供电设备至关重要。

目标应用多种多样，包括：

• 自由空间传输系统：用于短距离无线数据链路。
• 红外遥控单元：特别是那些需要高功率以实现更长距离或穿障碍物操作的遥控器。
• 烟雾探测器：用于光学腔室设计中检测烟雾颗粒。
• 通用红外应用系统：这包括物体感应、接近检测和工业自动化。

2. 深入技术参数分析

透彻理解器件的规格对于可靠的电路设计和系统集成至关重要。

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。即使瞬间也不应超过。

• 连续正向电流 (I_F)：100 mA。这是在规定条件下可以无限期通过 LED 的最大直流电流。
• 峰值正向电流 (I_FP)：1.0 A。此高电流仅在脉冲条件下允许（脉冲宽度 ≤ 100μs，占空比 ≤ 1%）。这对于实现非常高的瞬时辐射输出很有用。
• 反向电压 (V_R)：5 V。可以施加在反向方向的最大电压。超过此值可能导致结击穿。
• 功耗 (P_d)：在 25°C 或以下时为 150 mW。此额定值同时考虑了正向压降和电流。超过此限制运行将导致过热，性能下降或故障。
• 温度范围：工作和存储温度规定为 -40°C 至 +85°C，表明其适用于工业和汽车环境。
• 焊接温度 (T_sol)：最高 260°C，最长 5 秒。这对于波峰焊或回流焊工艺至关重要，以防止封装损坏。

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 (E_e)：这是每单位立体角发射的光功率（mW/sr）。在 I_F=20mA 时，典型值为 15 mW/sr。在 I_F=100mA 的脉冲条件下，它上升到 60 mW/sr，在 I_F=1A 时，达到 450 mW/sr。这展示了使用脉冲驱动时输出的显著增益。
• 峰值波长 (λ_p)：940 nm（典型值）。这属于近红外光谱，人眼不可见，但能被硅基传感器有效检测。
• 光谱带宽 (Δλ)：45 nm（典型值）。这定义了以峰值为中心发射的波长范围。较窄的带宽有利于滤除环境光噪声。
• 正向电压 (V_F)：在 I_F=20mA 时，典型值为 1.5V，在 I_F=100mA（脉冲）时，最大值为 1.85V。低 V_F是低压电路设计的一个关键优势。
• 反向电流 (I_R)：在 V_R=5V 时，最大为 10 μA。此漏电流非常低。
• 视角 (2θ_1/2)：20 度（典型值）。此窄光束角将辐射强度集中成定向光束，增加了遥控器等应用的有效范围。

3. 分档系统说明

IR333C 根据其在 20mA 标准测试电流下的辐射强度被分入不同的档位。这使得设计人员可以为他们的应用选择具有保证最低性能水平的元件。

分档结构如下：

• M 档：辐射强度在 7.8 mW/sr（最小值）和 12.5 mW/sr（最大值）之间。
• N 档：辐射强度在 11.0 mW/sr（最小值）和 17.6 mW/sr（最大值）之间。
• P 档：辐射强度在 15.0 mW/sr（最小值）和 24.0 mW/sr（最大值）之间。
• Q 档：辐射强度在 21.0 mW/sr（最小值）和 34.0 mW/sr（最大值）之间。

对于需要一致亮度或更长距离的应用，建议指定更高的档位（例如 P 或 Q）。产品标签包含一个 \"CAT\" 字段来指示等级。

4. 性能曲线分析

规格书提供了几条特性曲线，说明了参数如何随工作条件变化。

4.1 正向电流与环境温度关系（图 1 和 8）

这些曲线显示了最大允许正向电流与环境温度之间的关系。随着温度升高，最大允许连续电流线性下降。这是由于在较高温度下散热能力降低。设计人员必须根据预期的最高环境温度降额工作电流，以确保可靠性。

4.2 光谱分布（图 2）

此图表绘制了相对强度与波长的关系。它确认了 940nm 处的峰值发射，并显示了发射光谱的形状和宽度（约 45nm）。这对于在接收器中选择合适的光学滤波器很重要。

4.3 峰值波长与温度关系（图 3）

峰值发射波长具有轻微的温度系数，通常随着结温升高而向更长波长移动（红移）。对于红外 LED，这种偏移通常很小，但在精密传感应用中应考虑。

4.4 正向电流与正向电压关系（图 4）

这是二极管的标准 I-V 曲线。它显示了指数关系。该曲线允许设计人员确定给定驱动电流下的电压降，这对于计算串联电阻值或驱动电路要求至关重要。

4.5 相对强度与正向电流关系（图 5）

此曲线表明，在典型工作范围内，辐射输出与正向电流大致呈线性关系。然而，在非常高的电流下，由于发热和其他效应，效率可能会下降。

4.6 相对辐射强度与角位移关系（图 6）

此极坐标图直观地定义了视角。强度在 0 度（轴上）最高，并随着角度增加而减小，在大约 ±10 度处达到其最大值的一半（因此全视角为 20 度）。

5. 机械与封装信息

该器件采用行业标准的 5mm T-1 封装。引脚间距为 2.54mm（0.1 英寸），这是许多原型板和 PCB 布局的标准间距。封装由透明塑料模制而成，对 940nm 红外光透明，最大限度地减少了光学损耗。阴极通常通过塑料透镜边缘的平坦部分和/或较短的引脚来识别。规格书中的详细机械图纸提供了所有带公差的关键尺寸，这对于 PCB 焊盘设计和确保在壳体或透镜中的正确配合至关重要。

6. 焊接与组装指南

为防止组装过程中损坏，必须遵循特定的焊接条件。焊接温度的绝对最大额定值为 260°C，焊接时间不得超过 5 秒。这适用于手工焊接和波峰焊工艺。对于回流焊，需要峰值在 260°C 或以下的温度曲线。长时间暴露在高温下会导致环氧树脂封装开裂或损坏内部键合线。还建议将元件存放在干燥环境中以防止吸湿，吸湿可能在回流焊过程中导致 \"爆米花\" 现象。

7. 包装与订购信息

IR333C 的标准包装如下：500 片装一袋，5 袋装一盒，10 盒装一箱。每箱总计 25,000 片。产品标签包含几个用于追溯和识别的关键字段：CPN（客户部件号）、P/N（制造商部件号）、QTY（数量）、CAT（强度等级/档位）、HUE（峰值波长）、REF（参考）和 LOT No（批号）。

8. 应用设计建议

8.1 典型应用电路

最常见的驱动电路是一个简单的串联电阻。电阻值 (R_s) 使用欧姆定律计算：R_s= (V_supply- V_F) / I_F。例如，要从 5V 电源以 20mA 驱动 LED，典型 V_F为 1.5V：R_s= (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω。标准的 180Ω 电阻是合适的。对于高电流（例如 1A）的脉冲操作，需要晶体管或 MOSFET 开关，通常由微控制器驱动。

8.2 设计注意事项

• 热管理：虽然封装很小，但在高连续电流下，功耗 (P_d= V_F* I_F) 可能接近 150mW 的极限。确保足够的通风或考虑使用脉冲驱动来降低平均功率。
• 光学设计：20 度的视角提供了聚焦光束。对于更宽的覆盖范围，可能需要漫射透镜。相反，对于超长距离应用，可以使用二次准直透镜进一步收窄光束。
• 接收器匹配：始终将 IR333C 与对 940nm 区域敏感的接收器（光敏晶体管、光电二极管或 IC）配对使用。使用阻挡可见光的光学滤波器可以显著提高环境光下的信噪比。

9. 技术对比与差异化

与标准可见光 LED 或其他红外 LED 相比，IR333C 的关键差异化在于其高脉冲输出能力（1A 时 450 mW/sr）、低正向电压和窄 20 度光束角的结合。一些竞争器件可能提供更宽的视角以实现更广的覆盖，但以轴上强度为代价。940nm 波长是最常见且最具成本效益的波长之一，具有良好的大气传输性和丰富的接收器选择，相比之下，例如 850nm LED 会有一些可见的红光。

10. 常见问题解答 (FAQ)

问：我可以直接从微控制器引脚驱动这个 LED 吗？

答：对于 20mA 的连续操作，请检查您的微控制器的 GPIO 引脚是否能提供或吸收那么大的电流。许多只能处理 10-25mA。通常更安全的方法是使用晶体管作为开关。

问：为什么在脉冲条件下辐射强度要高得多？

答：脉冲电流允许您以远高于其直流额定值的电流驱动 LED，而不会使结过热。光输出主要是瞬时电流的函数，因此短促的高电流脉冲会产生非常明亮的闪光。

问：如何识别阴极？

答：寻找圆形塑料透镜上的平坦边缘。与此平坦处相邻的引脚是阴极。此外，阴极引脚通常比阳极引脚短。

问：这样的红外 LED 对眼睛安全吗？

答：虽然不可见，但红外辐射仍可能被眼睛的晶状体聚焦到视网膜上。对于高功率应用，尤其是使用透镜时，应避免直视。大多数消费类遥控器使用非常低的平均功率，被认为是眼睛安全的。

11. 实际用例示例

场景：用于门禁开启器的长距离红外遥控器。

设计人员需要一个在日光下射程为 50 米的遥控器。他们选择 Q 档的 IR333C 以获得最大强度。电路使用微控制器生成 38kHz 载波信号，该信号用数据码进行幅度调制。使用一个 NPN 晶体管以非常低的占空比（例如 1%）在 1A 下脉冲驱动 LED。在 LED 前添加一个简单的塑料透镜以稍微准直光束。在接收端，使用带有 940nm 滤波器的标准 38kHz 红外接收模块。此设计利用 LED 的高脉冲输出和窄光束来实现所需射程，同时保持低平均功耗以实现长电池寿命。

12. 工作原理介绍

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 区的空穴被注入到结区。当这些载流子复合时，它们会释放能量。在红外 LED 中，选择的半导体材料（IR333C 使用 GaAlAs）使得这种能量主要以电磁光谱红外部分（约 940nm）的光子形式释放。透明环氧树脂封装充当透镜，将发射的光塑造成其特征光束图案。

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）和更高功率密度发展。这使得便携式设备具有更长的电池寿命和更远的操作距离。此外，针对气体分析和光谱测量等高级传感应用，多波长和可调谐红外光源也在发展中。将 LED 驱动电路甚至传感器集成到紧凑模块中是另一个常见趋势，简化了最终用户的设计。整个行业对 RoHS 和绿色制造标准的推动力依然强劲。