LTE-3271T-A 红外LED发射器规格书 - 940nm波长 - 高电流低正向电压 - 透明封装 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTE-3271T-A是一款高性能红外发光二极管，专为需要强劲光学输出且在严苛电气条件下稳定运行的应用而设计。其核心设计理念在于提供高辐射功率的同时，保持相对较低的正向电压，这对于功耗敏感的系统而言效率更高。器件采用透明树脂封装，最大限度地减少了红外发射光的吸收，从而实现了最高的外部辐射效率。它被设计为支持连续和脉冲两种驱动模式，为近红外光谱范围内的各种传感、通信和照明应用提供了灵活性。

2. 深度技术参数分析

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性损坏的应力极限。在此极限下或超过此极限的操作无法保证。

• 功耗（P_D）：150 mW。这是器件内部允许的最大功率损耗（主要转化为热量），计算为正向电流与正向电压的乘积。
• 峰值正向电流（I_FP）：2 A。此极高的电流额定值仅在特定脉冲条件下允许：脉冲宽度为10微秒，脉冲重复率不超过每秒300个脉冲。这使得器件能够在短距离测距或高速数据传输中实现极高的瞬时光学输出。
• 连续正向电流（I_F）：100 mA。在不超出功耗或热极限的情况下，可以持续施加的最大直流电流。
• 反向电压（V_R）：5 V。在反向偏置方向上超过此电压可能导致结击穿。
• 工作与存储温度：器件额定环境工作温度（T_A）范围为-40°C至+85°C，可在-55°C至+100°C的环境下存储。
• 引脚焊接温度：320°C，持续3秒，测量点距离封装本体4.0mm。此指南对于防止PCB组装过程中的热损伤至关重要。

2.2 电气与光学特性

这些参数在环境温度（T_A）为25°C时规定，定义了器件的典型性能。

• 辐射强度（I_E）：关键的光学输出指标。在正向电流（I_F）为100 mA时，典型辐射强度为30 mW/sr。在较低的20 mA测试电流下，其范围为6 mW/sr（最小值）至10.5 mW/sr（典型值）。辐射强度描述了每单位立体角发射的光功率。
• 孔径辐射照度（E_e）：在I_F=20mA时为0.80至1.4 mW/cm²。此参数有时称为辐照度，用于计算距离发射器特定距离处表面入射的光功率密度。
• 峰值发射波长（λ_P）：940 nm。这是光学输出功率达到最大值的标称波长。它位于近红外光谱范围内，人眼不可见，但可被硅光电二极管和许多CMOS/CCD传感器检测到。
• 光谱线半宽（Δλ）：50 nm（典型值）。这表示辐射强度至少为其峰值一半时的光谱带宽。50 nm的值是标准GaAlAs红外LED材料的典型特征。
• 正向电压（V_F）：这是一个随电流变化的关键电气参数。
  • 在I_F= 50 mA时：V_F（典型值）= 1.25V，（最大值）= 1.6V。
  • 在I_F= 250 mA时：V_F（典型值）= 1.65V，（最大值）= 2.1V。
  • 在I_F= 450 mA时：V_F（典型值）= 2.0V，（最大值）= 2.4V。
  • 在I_F= 1 A时：V_F（典型值）= 2.4V，（最大值）= 3.0V。规格书将“低正向电压”作为一项特性突出显示，从这些数值中显而易见，尤其是在中等电流下，这有助于提高电光转换效率。
• 反向电流（I_R）：在反向电压（V_R）为5V时，最大为100 µA。这是器件反向偏置时的漏电流。
• 视角（2θ_1/2）：50°（典型值）。这是辐射强度降至0°（轴向）值一半时的全角。50°的角度提供了宽广的辐射模式，适用于对准要求不高的区域照明或传感。

3. 性能曲线分析

规格书提供了几个对电路设计和理解非标准条件下性能至关重要的特性曲线图。

3.1 光谱分布图（图1）

该曲线显示了相对辐射强度随波长的变化。它确认了峰值波长约为940 nm，且光谱半宽较宽。其形状是红外LED的典型特征，输出在峰值两侧逐渐减弱。光学系统的设计者必须考虑此光谱，以确保与目标检测器（例如带滤光片的光电晶体管或硅光电二极管）的光谱灵敏度兼容。

3.2 正向电流与环境温度关系（图2）

此图说明了随着环境温度升高，最大允许连续正向电流的降额情况。在25°C时，允许满额100 mA。随着温度升高，必须线性降低最大电流，以防止超过150 mW的功耗极限并控制结温。这对于确保在高温环境下的长期可靠性至关重要。

3.3 正向电流与正向电压关系（图3）

这是电流-电压特性曲线。它显示了典型的二极管指数关系。该曲线对于设计限流驱动电路至关重要。工作区域内曲线的斜率有助于确定LED的动态电阻。该图直观地证实了在宽电流范围内的低V_F特性。

3.4 相对辐射强度与正向电流关系（图4）

此图显示了光学输出（相对于其在20 mA时的值归一化）如何随正向电流增加而变化。在较低电流下，关系基本呈线性，但在极高电流下，由于热效应增加和内部量子效率下降，可能会显示出饱和或效率降低的迹象。此曲线有助于设计者选择一个平衡输出功率、效率和器件应力的工作点。

3.5 相对辐射强度与环境温度关系（图5）

此图描述了光学输出的温度依赖性。通常，LED的辐射强度随着结温升高而降低。此曲线量化了这种下降，显示了在-20°C至80°C温度范围内，相对于其在20 mA时的值的归一化输出功率。此信息对于需要在变化环境条件下保持稳定光学输出的应用至关重要。

3.6 辐射方向图（图6）

此极坐标图提供了空间发射模式的详细可视化。同心圆代表相对辐射强度水平（例如，1.0， 0.9， 0.7）。该图证实了宽视角，显示了强度如何从0°到90°在不同角度上分布。此图对于光学设计不可或缺，允许工程师模拟目标表面上的照明轮廓。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

该器件采用带凸缘的标准LED封装形式，以提供机械稳定性和散热。规格书中的关键尺寸说明包括：

• 所有尺寸均以毫米为单位提供，除非另有说明，公差通常为±0.25mm。
• 允许凸缘下方有树脂小凸起，最大高度为1.5mm。
• 引脚间距在引脚伸出封装本体的位置测量，这对于PCB焊盘设计至关重要。
• 引脚镀锡以确保良好的可焊性。

透明封装材料专为红外发射器选择，因为它在940 nm区域吸收最小，这与用于可见光LED的会阻挡红外光的有色环氧树脂封装不同。

5. 焊接与组装指南

为确保PCB组装期间的器件完整性，必须遵守以下指南：

• 手工焊接：如果必须进行手工焊接，应快速操作，对引脚施加热量，而非封装本体。
• 波峰焊：可使用标准波峰焊曲线，但应尽量减少暴露于焊料热量的总时间。
• 回流焊：如规格书所述，器件可承受引脚温度320°C最长3秒。峰值温度低于此限值的标准红外或对流回流曲线是合适的。4.0mm距离的规定确保了引脚的热容量保护封装内部敏感的半导体结。
• 清洗：焊接后，可使用标准PCB清洗工艺，但应验证与透明树脂的兼容性。
• 存储：器件应存储在其原始的防潮袋中，环境温度在规定的存储温度范围（-55°C至+100°C）内，并保持低湿度以防止引脚氧化。

6. 应用建议

6.1 典型应用场景

• 红外照明：用于需要不可见照明的安防摄像头、夜视系统和机器视觉照明。
• 接近与存在感应：用于自动水龙头、皂液器、干手器和非接触式开关。此处宽视角是有益的。
• 光学开关与编码器：通过中断或反射红外光束来检测位置、旋转或运动。
• 短距离数据通信：用于IrDA兼容设备或简单的串行数据链路（例如，遥控器、设备间通信）。高脉冲电流能力支持调制数据传输。
• 工业传感：物体计数、液位检测和遮断式光束传感器。

6.2 设计考量

• 电流驱动：LED是电流驱动器件。务必使用串联限流电阻或恒流驱动电路。电阻值使用公式 R = (V_电源- V_F) / I_F 计算，使用规格书中的最大V_F值以确保电流不超过期望值。
• 热管理：对于高电流（例如，接近100 mA）下的连续工作，需考虑功耗（P_D= V_F* I_F）。确保足够的PCB铜箔面积或散热措施，以将结温保持在安全范围内，尤其是在高环境温度下。
• 脉冲操作：为实现极高的峰值光功率，请使用脉冲模式规格（2A， 10µs， 300pps）。这需要一个能够提供高电流脉冲的驱动电路，例如由脉冲发生器控制的MOSFET开关。
• 光学设计：在设计透镜、反射器或孔径以针对特定应用整形光束时，需考虑辐射方向图（图6）。透明透镜是半球形的，会影响初始发散角。
• 探测器匹配：将发射器与峰值灵敏度在940 nm附近的光电探测器（光电二极管、光电晶体管）配对。在探测器上使用红外滤光片有助于抑制环境可见光。

7. 技术对比与差异化

虽然规格书未与特定竞品进行对比，但可以推断出LTE-3271T-A的关键差异化特性：

• 高电流能力：2A脉冲额定值和100mA连续额定值的组合对于标准LED封装而言非常突出，提供了高输出灵活性。
• 低正向电压：在50mA时V_F约为1.25V，对于大功率红外发射器来说相对较低，与具有更高V_F.
• 的器件相比，能带来更好的功率效率和更少的热量产生。透明封装：
• 与会衰减输出的有色封装不同，这最大限度地提高了红外光的外部量子效率。宽视角：

50°半角提供了宽广的覆盖范围，这对于区域照明而言，比窄光束替代方案更具优势。

8. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1：我可以直接用5V微控制器引脚驱动这个LED吗？

A：不可以。微控制器GPIO引脚通常无法提供超过20-50mA的电流，并且其电压固定为5V或3.3V左右。您必须使用限流电阻，并且很可能需要一个晶体管（BJT或MOSFET）作为开关来驱动LED，尤其是在电流超过20mA时。

Q2：辐射强度（mW/sr）和孔径辐射照度（mW/cm²）有什么区别？A：辐射强度是衡量光源每单位立体角（球面度）发射多少功率的指标。它描述了光源的方向性。孔径辐射照度（或辐照度）是每单位面积

在特定距离处入射到表面的功率。它们通过平方反比定律（对于点光源）和视角相关联。

Q3：为什么峰值波长940nm很重要？

A：940nm是红外系统中非常常见的波长，因为它位于可见光谱之外（不可见），并且硅基探测器（光电二极管、相机传感器）在此波长下仍具有相当好的灵敏度。它也避开了850nm波长，后者在黑暗中可能可见微弱的红光。

Q4：如何解读“相对辐射强度”曲线图？A：这些图显示了光输出相对于参考条件（通常在I_F=20mA和T_A=25°C）

的变化

。它们不提供绝对输出值。要找到不同电流下的绝对输出，您需要将图4中的相对系数乘以表格中给出的20mA时的绝对辐射强度值。

1. 9. 实际设计案例研究场景：为非接触式开关设计接近传感器。
2. 目标：
   • 检测传感器10厘米范围内的手。_F设计选择：_F在I
   • = 50mA的连续模式下操作LTE-3271T-A以提供稳定照明。根据规格书，V
   • ≈ 1.4V（典型值）。
   • 电源为5V。串联电阻 R = (5V - 1.4V) / 0.05A = 72Ω。使用标准75Ω电阻。
   • 将匹配的硅光电晶体管与发射器相对放置，两者之间留有小间隙（“遮断式光束”配置）。当手遮断光束时，探测器信号下降。
   • 或者，使用反射式配置，发射器和探测器面向同一方向。LTE-3271T-A的50°宽视角有助于覆盖更大的检测区域。当手反射光线回来时，探测器上的信号会增加。_D使用运算放大器电路放大来自探测器的小光电流，并将其与由电位器设置的阈值进行比较，以考虑环境光变化。

热考量：功耗 P

= 1.4V * 0.05A = 70mW，远低于150mW的最大值。无需特殊散热片。

10. 技术原理简介

像LTE-3271T-A这样的红外LED是基于砷化镓铝等材料的半导体器件。当施加正向电压时，电子和空穴在半导体结的有源区复合。复合过程中释放的能量以光子（光）的形式发射出来。940 nm的特定波长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，塑造发射光的辐射模式并提供环境保护。“低正向电压”特性是通过优化的掺杂分布和材料质量实现的，降低了给定电流下结两端的压降，从而直接提高了电光转换效率。

• 11. 行业趋势与发展红外光电子领域持续发展。与LTE-3271T-A等器件相关的趋势包括：
• 功率密度提升：受更长距离传感和照明需求的推动，持续研究旨在将更多光功率封装到相同或更小的封装尺寸中，同时管理散热。
• 效率改进：新型半导体材料和结构（例如，多量子阱）的开发旨在提高电光转换效率，即光学输出功率与电输入功率之比。
• 集成化：存在将红外发射器与驱动IC甚至光电探测器集成在单个模块中的趋势，从而简化最终用户的系统设计。
• 波长特异性：虽然940nm仍占主导地位，但其他红外波长（例如，850nm， 1050nm）在特定应用（如人眼安全激光雷达或兼容不同传感器类型）中的使用日益增长。