LTE-4206 红外发射管规格书 - 940nm波长 - 20mA正向电流 - 1.6V正向电压 - 20°视角 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTE-4206是一款低成本、微型化的红外发射管，专为光电传感和通信应用而设计。其核心功能是发射峰值波长为940纳米（nm）的红外光。该器件采用透明塑料端视封装，可实现高效的光发射。一个关键特性是其与对应系列的光电晶体管在机械结构和光谱响应上相匹配，这通过确保物理尺寸和光谱响应的兼容性，简化了接收电路的设计。

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性损坏的极限条件。它们是在环境温度（T_A）为25°C时指定的。

• 功耗（P_D）：90 mW。这是器件可以耗散为热量的最大允许功率。
• 峰值正向电流（I_FP）：1 A。这是最大允许的脉冲电流，在每秒300个脉冲（pps）、脉冲宽度10 μs的条件下指定。
• 连续正向电流（I_F）：60 mA。这是可以持续施加的最大直流电流。
• 反向电压（V_R）：5 V。在反向偏置下超过此电压可能会损坏LED结。
• 工作温度范围：-40°C 至 +85°C。保证器件在此环境温度范围内正常工作。
• 储存温度范围：-55°C 至 +100°C。
• 引脚焊接温度：260°C下持续5秒，测量点距离封装本体1.6mm。

2.2 电气与光学特性

这些参数在T_A=25°C下测量，定义了器件在正常工作条件下的性能。测试光学参数时的正向电流（I_F）通常为20mA。

• 孔径辐射照度（E_e）：以 mW/cm² 为单位测量，这是入射到单位面积表面的辐射功率。该值因分档而异（参见第3节）。
• 辐射强度（I_E）：以 mW/sr 为单位测量，这是每单位立体角发射的辐射功率。它是表征红外光源亮度的关键参数。数值是分档的。
• 峰值发射波长（λ_峰值）：940 nm（典型值）。这是发射光功率达到最大值时的波长，位于近红外光谱范围内。
• 光谱线半宽（Δλ）：50 nm（典型值）。此参数也称为半高全宽（FWHM），表示光谱带宽。50 nm的值意味着发射光覆盖了以峰值为中心、宽度约为50 nm的波长范围。
• 正向电压（V_F）：在 I_F=20mA 时，为1.2 V（最小值），1.6 V（典型值）。这是LED在通过指定电流时两端的电压降。
• 反向电流（I_R）：在 V_R=5V 时，为100 μA（最大值）。这是器件反向偏置时流过的微小漏电流。
• 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°角表示光束相对集中。

3. 分档系统说明

LTE-4206对其关键光学输出参数——孔径辐射照度（E_e）和辐射强度（I_E）——采用分档系统。分档是一种制造过程，将元件按性能分组，以确保在定义范围内的一致性。该器件分为A、B、C、D四个档位。

• 档位A： E_e= 0.184 - 0.54 mW/cm²；I_E= 1.383 - 4.06 mW/sr。
• 档位B： E_e= 0.36 - 0.78 mW/cm²；I_E= 2.71 - 5.87 mW/sr。
• 档位C： E_e= 0.52 - 1.02 mW/cm²；I_E= 3.91 - 7.67 mW/sr。
• 档位D： E_e= 0.68 mW/cm²（最小值）；I_E= 5.11 mW/sr（最小值）。此档位代表最高输出组。

该系统允许设计人员根据特定应用的灵敏度或距离要求选择合适的档位。

4. 性能曲线分析

规格书提供了几条特性曲线，说明了器件在不同条件下的行为。

4.1 光谱分布图（图1）

此曲线显示了相对辐射强度随波长的变化关系。它确认了940 nm处的峰值发射以及大约50 nm的光谱半宽。该曲线形状是典型的GaAlAs红外LED的特征。

4.2 正向电流与正向电压关系曲线（IV曲线）（图3）

此图绘制了I_F与V_F的关系。它展示了二极管的指数关系特性。该曲线对于设计限流驱动电路至关重要。20mA时典型的V_F值1.6V可在此处得到验证。

4.3 相对辐射强度与正向电流关系曲线（图5）

此图表明，在相当大的范围内，光学输出（辐射强度）与正向电流几乎呈线性关系。这种线性简化了控制；增加驱动电流可直接且可预测地增加光输出。

4.4 相对辐射强度与环境温度关系曲线（图4）

这条关键曲线说明了LED输出对温度的依赖性。辐射强度随着环境温度的升高而降低。在旨在全温度范围（-40°C至+85°C）工作的设计中，必须考虑这种降额，以确保在高温下有足够的信号强度。

4.5 辐射方向图（图6）

这是一个极坐标图，描绘了发射光的空间分布。它直观地确认了20°的视角，显示了强度如何随着远离中心轴（0°）的角度而下降。

5. 机械与封装信息

该器件采用微型塑料端视封装。规格书中的关键尺寸说明包括：

• 所有尺寸均以毫米为单位（括号内提供英寸值）。
• 除非另有说明，一般公差为±0.25mm（±0.010"）。
• 凸缘下方树脂的最大突出量为1.0mm（0.039"）。
• 引脚间距在引脚从封装本体伸出的位置测量。
• 封装为透明材质。

（注：文本摘录未提供图纸中的具体数值尺寸，但通常包括本体直径、长度、引脚直径和间距）。

6. 焊接与组装指南

提供的主要指南是针对手工焊接的：引脚可在260°C下焊接，最长持续时间为5秒，加热点距离塑料封装本体至少1.6mm（0.063"）。这是为了防止环氧树脂受到热损伤。对于波峰焊或回流焊，应遵循标准的红外LED工艺曲线，注意峰值温度和液相线以上的时间，以确保在封装的热限值之内。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

• 物体检测与接近感应：与匹配的光电晶体管（例如LTR-4206系列）配对，用于反射式或对射式配置。应用于打印机、复印机、自动售货机和工业自动化。
• 红外数据传输：适用于短距离、低数据率的串行通信链路、遥控器或光学编码器。
• 烟雾检测：用于基于光学腔室的烟雾探测器。

7.2 设计注意事项

• 限流：务必使用串联电阻或恒流驱动器将I_F限制在所需值（例如，20mA以获得规格性能），切勿直接连接到电压源。
• 热管理：考虑输出随温度的降额（图4）。根据环境条件，确保功耗（I_F* V_F）不超过90mW。
• 光学对准：20°的视角要求与配对的探测器进行仔细对准，以实现最佳信号耦合，尤其是在对射式设置中。
• 电气噪声：在传感应用中，调制LED驱动电流，并在接收器电路中使用同步检测，以抑制可能包含940nm红外成分的环境光（例如，阳光、白炽灯泡）。

8. 技术对比与差异化

LTE-4206的主要差异化优势在于其与特定光电晶体管系列的机械和光谱匹配性。这保证了接收器的有效区域和光谱灵敏度曲线与发射器的输出模式和波长达到最佳匹配，从而最大化系统效率并简化机械设计。透明封装相比有色或漫射封装，提供了更高的外部效率。分档系统为选择所需的输出水平提供了灵活性。其低成本和微型尺寸使其适用于大批量、空间受限的消费类和工业应用。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：940nm波长有什么作用？

答：940nm位于近红外波段，人眼不可见。它是一个常用波长，因为它避免了可见光干扰，许多硅光电探测器（如光电晶体管）在此波长有良好的灵敏度，并且与850nm LED相比，它更不易受到环境白炽光（峰值在~1000nm范围）的干扰。

问：我可以用5V电源驱动这个LED吗？

答：可以，但您必须使用限流电阻。例如，要从5V电源获得I_F=20mA，典型V_F为1.6V：R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω。使用最接近的标准值（例如180Ω）并检查实际电流。

问：对于发射器来说，“视角”是什么意思？

答：它定义了光束宽度。20°全角意味着发射的光集中在一个相对较窄的锥形区域内。峰值强度的一半出现在中心轴±10°的位置。更小的角度会产生更聚焦的光束，适用于更长的距离或精确对准。

问：为什么输出要分档？

答：制造差异会导致输出功率略有不同。分档将LED分类到具有保证的最小和最大输出范围的组中。这使得设计人员可以选择一个档位，确保其系统可靠工作，同时了解元件的确切性能范围。

10. 实际设计案例

案例：为打印机设计纸张检测传感器。

需要一个对射式传感器来检测纸张的存在。一个LTE-4206（C档）放置在纸路的一侧，一个匹配的LTR-4206光电晶体管直接放置在对面。

1. 驱动电路：LED由微控制器GPIO引脚通过一个180Ω电阻驱动，当引脚为高电平（3.3V或5V逻辑）时，将I_F设置为约20mA。
2. 调制：微控制器以1kHz（50%占空比）脉冲驱动LED，以将其信号与环境光区分开。
3. 接收电路：光电晶体管的集电极连接一个上拉电阻。集电极电压由微控制器ADC或比较器读取。
4. 检测逻辑：当没有纸张时，红外光到达光电晶体管，它导通，将集电极电压拉低。当纸张阻挡光束时，光电晶体管关闭，集电极电压变高。微控制器在LED脉冲期间同步采样此信号以检测状态变化。
5. 注意事项：20°的视角确保光束足够窄，能被纸张边缘清晰地阻断。选择C档提供了足够的辐射强度，即使在长时间使用后可能积灰的情况下，也能在接收器中产生强信号。

11. 工作原理简介

红外发光二极管（IR LED）是一种半导体p-n结二极管。当施加超过其开启阈值（对于此器件约为1.2V）的正向电压时，电子和空穴被注入到结区。这些载流子复合，对于这种特定的材料成分（通常是砷化镓铝 - GaAlAs），复合过程中释放的能量以光子形式存在，其波长集中在940 nm左右，即红外光。发射光的强度与复合速率成正比，而复合速率由正向电流（I_F）控制。透明的环氧树脂封装起到透镜的作用，将输出光束塑造成指定的20°视角。

12. 技术发展趋势

红外发射器技术的发展趋势包括：

• 效率提升：开发新材料和结构（例如多量子阱），以在相同驱动电流下实现更高的辐射强度（mW/sr），从而降低功耗。
• 微型化：持续减小封装尺寸（例如芯片级封装），以便集成到更小的设备中，如可穿戴设备和超紧凑传感器。
• 可靠性增强与更高温度工作：改进封装材料和芯片贴装技术，以延长寿命并允许在更恶劣的环境（例如汽车、工业）中工作。
• 集成化解决方案：将红外发射器、驱动器，有时还包括探测器或逻辑电路组合到单个模块或IC中，以简化系统设计并减小占用空间。
• 多波长与VCSEL：使用垂直腔面发射激光器（VCSEL），用于需要非常精确、高速或结构光图案的应用，例如高级接近感应、3D成像（飞行时间）和人脸识别。

LTE-4206代表了满足标准红外传感需求的成熟、高性价比解决方案，而更新的技术则致力于满足更高性能、集成度和专业应用的需求。