LTE-4208M 红外发射管规格书 - 940nm 波长 - T-1 3/4 封装 (5mm) - 1.6V 正向电压 - 100mW 功耗

1. 产品概述

LTE-4208M 是一款高性能红外发射二极管，专为需要可靠、高效非可见光发射的应用而设计。其核心功能是将电能转换为峰值波长为 940 纳米 (nm) 的红外辐射。该波长非常适合需要最大限度减少可见光干扰的应用，因为它对人眼基本不可见，同时又能被硅基光电探测器（如光电晶体管和光电二极管）高效检测。

该器件采用标准的 T-1 3/4 (直径约 5mm) 封装，并配有透明透镜。这种微型塑料封装提供了经济高效的解决方案，同时具备机械鲁棒性。一个关键的设计特点是其与相应的光电晶体管系列（例如 LTR-3208）在光谱和机械结构上相匹配，这通过确保发射器和探测器对之间的最佳对准和信号耦合，简化了光学系统设计。

1.1 核心优势与目标市场

LTE-4208M 的主要优势包括其高辐射强度输出、通过严格分档流程保证的一致性能，以及其紧凑、低成本的形态。它被预先筛选到特定的辐射强度范围（分档），使设计人员能够选择精确满足其系统灵敏度要求的元件，而无需外部校准或微调电路。这种可预测性提高了制造良率和系统可靠性。

该元件的目标市场主要是需要接近感应、物体检测或光学编码的工业和消费电子产品。其最突出的应用是烟雾探测器，通过测量光的散射或衰减来检测烟雾颗粒。其他潜在应用包括非接触式开关、短距离数据传输（例如遥控系统）、工业自动化传感器和物体计数器。

2. 深入技术参数分析

理解电气和光学参数对于可靠的电路设计以及确保 LED 在其安全工作区 (SOA) 内运行至关重要。

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应力极限。不建议在接近或达到这些极限的条件下长时间运行。

• 功耗 (Pd):100 mW。这是在环境温度 (TA) 为 25°C 时，器件能够耗散为热量的最大功率。超过此限制有热失控和失效的风险。
• 峰值正向电流 (I_FP):3 A。这是在脉冲条件下（每秒 300 个脉冲，10μs 脉冲宽度）允许的最大瞬时电流。它远高于连续电流额定值，突显了器件处理短时高强度脉冲的能力。
• 连续正向电流 (I_F):50 mA。这是在不超过功耗额定值的前提下，假设典型正向电压时，可以持续施加的最大直流电流。
• 反向电压 (V_R):5 V。该器件对反向偏置的耐受性非常低。施加超过 5V 的反向电压可能导致立即击穿。规格书明确指出该器件并非为反向操作而设计。
• 工作与存储温度:分别为 -40°C 至 +85°C 和 -55°C 至 +100°C。这些范围定义了可靠运行和非运行存储的环境条件。
• 引脚焊接温度:距离封装本体 4.0mm 处，260°C 持续 5 秒。这对于波峰焊或回流焊工艺至关重要，以防止损坏内部半导体芯片或塑料封装。

2.2 电气与光学特性

These parameters are measured under standard test conditions (TA=25°C, I_F=20mA，除非另有说明)，定义了器件的典型性能。

• 辐射强度 (I_E):这是核心的光学输出参数，以毫瓦每球面度 (mW/sr) 为单位。它表示每单位立体角发射的光功率。该器件根据其在 20mA 标准测试电流下的测量输出被分档（A 至 G 档），最小值和典型值范围从 3.6/13.2 mW/sr (A 档) 到 28.8 mW/sr (G 档)。这种分档允许根据所需的信号强度进行选择。
• 峰值发射波长 (λ_Peak):940 nm。这是发射光功率达到最大值时的波长。它属于近红外光谱范围。
• 光谱线半宽 (Δλ):50 nm。该参数也称为半高全宽 (FWHM)，定义了光谱带宽。50nm 的宽度意味着发射光在峰值强度一半处覆盖大约 915nm 至 965nm 的波长范围。
• 正向电压 (V_F):1.2V (最小), 1.6V (典型)。这是在导通 20mA 电流时二极管两端的压降。对于计算驱动电路中的串联电阻值至关重要：R = (V_supply- V_F) / I_F.
• 反向电流 (I_R):在 V_R=5V 时，最大 100 μA。这是当二极管在其最大额定值下反向偏置时流过的小漏电流。
• 视角 (2θ_1/2):20 度。这是辐射强度下降到其最大值（轴向）一半时的全角。20° 的视角表示光束相对狭窄、聚焦，这对于定向传感应用是有利的。

3. 分档系统说明

LTE-4208M 采用单一的关键分档参数：辐射强度。器件根据其在 20mA 标准测试电流下的测量输出进行测试并分组（A 至 G 档）。该系统提供了几个好处：

1. 设计一致性:工程师可以选择特定的分档，以确保生产批次中所有单元的光学信号水平一致，从而提高产品均匀性。
2. 性能匹配:当与匹配的光电探测器一起使用时，选择发射器分档可以更精确地控制光学传感器系统的整体灵敏度和动态范围。
3. 成本优化:对灵敏度要求不那么严格的应用可以使用较低分档（例如 A、B 档）的器件，这可能更具成本效益。

该规格书未表明此型号对正向电压或波长进行分档，这表明对这些参数有严格的工艺控制，或者这些参数并非其目标应用的关键差异化因素。

4. 性能曲线分析

典型特性曲线直观地展示了器件在不同条件下的行为，这对于超越标称 25°C 点的稳健系统设计至关重要。

4.1 光谱分布 (图1)

该曲线显示了一个以 940nm 为中心、半高宽约为 50nm 的类高斯分布。这证实了 LED 输出的单色性，这对于在传感应用中滤除环境光干扰至关重要。该曲线的形状对于基于 AlGaAs 的红外 LED 来说是典型的。

4.2 正向电流 vs. 环境温度 (图2)

这条降额曲线对于热管理至关重要。它显示了最大允许连续正向电流随着环境温度升高而降低。在 85°C（最高工作温度）时，允许的电流远低于 25°C 时的 50mA 额定值。设计人员必须使用此图来确保工作电流不超过系统预期最高环境温度下的曲线值。

4.3 正向电流 vs. 正向电压 (图3)

这是二极管的标准 I-V 曲线。它显示了电流与电压之间的指数关系。该曲线允许设计人员估算在非 20mA 测试条件下的 V_F，这对于电源设计和效率计算很重要。

4.4 相对辐射强度 vs. 环境温度 (图4)

此图说明了光学输出的温度依赖性。相对辐射强度随着温度升高而降低。例如，在 85°C 时，输出可能仅为 25°C 时值的 60-70%。这种负温度系数必须在设计用于宽温度范围运行的系统中加以考虑，以避免高温下的信号损失。

4.5 相对辐射强度 vs. 正向电流 (图5)

该曲线表明，在典型工作范围内（例如，高达 50mA），光学输出大致与正向电流成正比。然而，这种关系并非完全线性，在非常高的电流下，由于热效应增加和半导体内部的其他非理想因素，效率（每 mA 的辐射强度）可能会略有下降。

4.6 辐射方向图 (图6)

这个极坐标图直观地定义了视角。归一化强度相对于中心轴 (0°) 的角度绘制。该图证实了 20° 的半角，显示在偏离中心约 ±10° 后强度迅速下降。这种模式是具有简单穹顶透镜的 LED 的特征，提供了适合定向应用的聚焦光束。

5. 机械与封装信息

5.1 外形尺寸

该器件符合标准的 T-1 3/4 通孔封装尺寸。关键尺寸包括本体直径约 5mm，引脚从封装伸出处的典型引脚间距为 2.54mm (0.1")，以及总长度。注意法兰下方最大树脂凸起为 1.0mm。引脚通常由镀锡铜合金制成。封装采用透明、无色的环氧树脂透镜。

5.2 极性识别

对于像 T-1 3/4 这样的通孔封装，极性通常通过引脚长度（较长的引脚通常是阳极或正极）和/或靠近阴极（负极）引脚的塑料法兰上的平面标记来指示。应查阅规格书图纸以了解此元件使用的具体标记。

6. 焊接与组装指南

遵守焊接规范对于防止热冲击和潜在故障至关重要。

• 手工焊接:使用温控烙铁。每个引脚的焊接时间限制在 3-5 秒，温度不超过 350°C。对引脚施加热量，而不是封装本体。
• 波峰焊/回流焊:规定的条件是距离封装本体 4.0mm 处，260°C 持续 5 秒。这意味着该组件可以承受典型的红外或对流回流焊曲线，但必须考虑引脚的热容量，以确保封装本身不会过热。
• 清洗:如果焊接后需要清洗，请使用与环氧树脂封装材料兼容的溶剂。除非已验证对组件安全，否则避免使用超声波清洗。
• 存储:在规定的温度范围 (-55°C 至 +100°C) 内，储存在干燥、防静电的环境中。对湿度敏感的器件如果使用前未烘烤，应保存在带有干燥剂的密封袋中。

7. 应用建议与设计考量

7.1 典型应用：烟雾探测器

在光电烟雾探测器中，LTE-4208M 被放置在一个腔室内，使得在空气洁净的条件下，其光束不会直接照射到配对的光电晶体管上。当烟雾颗粒进入腔室时，它们会散射红外光，导致部分光线偏转到光电晶体管上。由此产生的探测器电流增加会触发警报。对于此应用：

• 选择一个能提供足够信号以进行可靠烟雾检测，同时最大限度降低功耗的辐射强度分档。
• 使用脉冲电流（例如，短时高脉冲，如 100mA 持续 10μs）而不是直流来驱动 LED，以增加峰值信号，获得更好的信噪比，并降低平均功耗，延长电池寿命。
• 考虑辐射强度和最大电流的温度降额，因为探测器可能安装在阁楼或其他温度波动较大的环境中。

7.2 通用设计考量

• 电流限制:始终使用串联电阻或恒流驱动器来限制正向电流。切勿将 LED 直接连接到电压源。
• 反向电压保护:在可能出现反向电压瞬变（例如，感性负载、热插拔）的电路中，考虑在 LED 两端并联一个保护二极管（阴极对阳极），以将任何反向电压钳位在 0.7V 以下。
• 散热:对于接近最大电流额定值的连续运行，请考虑 PCB 布局。在引脚周围提供充足的铜面积有助于散热。
• 光学设计:20° 的窄视角简化了准直的光学设计，但需要与接收器进行精心的机械对准。对于更宽的覆盖范围，可能需要漫射器或透镜。

8. 技术对比与差异化

与通用的、未分档的红外 LED 相比，LTE-4208M 的关键差异化在于其有保证的辐射强度分档，提供了可预测的性能。与表面贴装器件 (SMD) 红外 LED 相比，T-1 3/4 通孔封装由于其更大的热容量和更长的引脚，可能提供更高的功耗能力，从而可能允许更高的连续或脉冲驱动电流。当需要最大的正向光输出和光束定义时，其透明封装优于着色或漫射封装，尽管它本身不提供对可见光的屏蔽。

9. 常见问题解答 (基于技术参数)

问：既然峰值额定值是 3A，我可以用 3A 连续驱动这个 LED 吗？

答：不可以。3A 额定值适用于特定占空比下的极短脉冲 (10μs)。最大连续电流是 50mA。超过此值会因过热而迅速损坏器件。

问：为什么反向电压额定值只有 5V？

答：红外 LED 针对正向导通进行了优化。其半导体结构并非设计用于承受高反向偏置。务必确保电路防止施加反向电压。

问：如何选择正确的分档（A 到 G）？

答：根据您的系统在接收端所需的信号强度进行选择。如果您的探测器电路增益高且需要最小化功耗，较低的分档（A、B）可能就足够了。对于更长的距离、较弱的探测器或需要高信噪比的系统，请选择较高的分档（E、F、G）。建议使用您的特定光路进行测试。

问：典型正向电压是 1.6V。对于 20mA 电流，使用 5V 电源时应该用多大的电阻？

答：R = (V_supply- V_F) / I_F= (5V - 1.6V) / 0.020A = 170 欧姆。使用最接近的标准值（例如，180 欧姆）并检查实际电流：I_F= (5V - 1.6V) / 180 = ~18.9mA，这是可以接受的。

10. 实际设计案例研究

场景:为工业传送带设计一个低功耗、电池供电的物体计数器。系统使用对射式传感器，其中 LTE-4208M 与 LTR-3208 光电晶体管隔着传送带相对放置。

设计步骤:

1. 目标:在确保可靠检测所有物体的同时，最大化电池寿命。
2. 驱动方法:使用脉冲操作。微控制器生成 100Hz、10% 占空比的脉冲（1ms 开启，9ms 关闭）。
3. 电流计算:为了保持在平均功率限制内，选择脉冲电流。根据 Pd=100mW 和 V_F~1.6V，平均 I_F可达 ~62.5mA。对于 10% 的占空比，脉冲 I_F最高可达 625mA。为获得强信号，选择了一个保守的 100mA 脉冲电流。
4. 元件选择:选择 D 或 E 档的 LTE-4208M 以获得良好的信号强度。选择匹配的 LTR-3208 光电晶体管。
5. 电路:使用微控制器 GPIO 引脚驱动一个晶体管（例如 NPN BJT 或 N 沟道 MOSFET），该晶体管切换流经 LED 的 100mA 脉冲。一个串联电阻设定电流：R = (3.3V_GPIO- V_CE(sat)- V_F) / I_F。光电晶体管输出连接到比较器或微控制器 ADC。
6. 考量:通过将检测与 LED 脉冲同步（同步检测）来考虑环境光的影响。考虑温度对输出强度的影响。

这种方法将平均电流消耗降低到大约 10mA (100mA * 10%)，而不是连续的 20-50mA，在保持强可检测光脉冲的同时，显著延长了电池寿命。

11. 工作原理

LTE-4208M 是一种由铝镓砷 (AlGaAs) 等材料制成的半导体 p-n 结二极管。当施加超过材料带隙能量的正向电压时，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。在发光二极管 (LED) 中，这种能量主要以光子（光）的形式释放。发射光的波长（颜色）由半导体材料的带隙能量决定。对于调谐到 940nm 的 AlGaAs，带隙能量约为 1.32 电子伏特 (eV)。透明的环氧树脂封装充当透镜，塑造发射模式并提供环境保护。

12. 技术趋势

红外发射器技术持续发展。与 LTE-4208M 等器件相关的趋势包括：

• 效率提升:持续的材料科学研究旨在提高红外 LED 的插墙效率（光功率输出 / 电功率输入），在相同光输出下减少发热和功耗。
• 更高速度调制:开发能够更快切换的 LED，用于光学数据通信（例如 IrDA、Li-Fi）和高速传感应用。
• 集成化:向集成光电组件发展，将发射器、探测器，有时还包括驱动电路组合在单个模块中，简化设计并提高对准和性能一致性。
• 替代波长:扩展到其他近红外波长（例如 850nm、880nm），用于特定应用，如眼动追踪（其中 940nm 因其更不可见而更受青睐）或兼容不同的硅探测器灵敏度。
• 封装小型化:虽然通孔封装在高功率或高可靠性应用中仍然流行，但向表面贴装技术 (SMD) 发展的趋势强劲，以满足自动化组装和空间受限设计的需求。

LTE-4208M 凭借其成熟的 T-1 3/4 封装、高辐射输出和严格的分档，代表了一种成熟可靠的解决方案，非常适合其主要应用，特别是在首选或需要通孔安装的场合。