LTE-3273L 红外发射器与探测器规格书 - 940nm波长 - 高功率 - 宽视角 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTE-3273L 是一款分立式红外 (IR) 元件，专为需要可靠红外光发射与检测的应用而设计。它属于一类光电器件，旨在红外信号传输至关重要的环境中发挥性能。该器件的核心功能是在电驱动下发射特定波长的红外光，和/或检测入射的红外辐射并将其转换为电信号。

该产品定位于为需要平衡高光输出、高效电气特性和宽发射/检测模式的系统提供解决方案。其设计满足了在脉冲条件下有效工作的元件需求，这在数字通信协议中很常见，旨在节省功耗并提高信号清晰度。

核心优势：LTE-3273L 通过几个关键特性脱颖而出。它专为高电流工作而设计，同时保持相对较低的正向电压，这有助于提高整体电气效率并减少热应力。该器件提供高辐射强度，能够在远距离或穿透障碍物时实现强信号传输。其宽视角确保了广阔的覆盖区域，使得在系统设计中发射器和探测器之间的对准要求不那么苛刻。最后，透明的封装允许最大程度的光传输，同时将内部吸收或散射降至最低。

目标市场与应用：该元件主要面向消费电子、工业自动化和安防领域。其典型应用包括但不限于：电视和音响设备的红外遥控器、短距离无线数据传输链路、接近传感器、物体计数器以及检测光束中断的安防报警系统。其高速能力也使其适用于基本的红外数据通信协议。

2. 深入技术参数分析

本节对规格书中列出的关键参数进行详细、客观的解读，解释它们对设计和应用的意义。

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。不建议在达到或接近这些极限的条件下工作，以确保可靠、长期的性能。

• 功耗 (Pd)：150 mW- 这是在环境温度 (TA) 为 25°C 时，器件能够以热量形式耗散的最大功率。超过此限制有过热损坏半导体结的风险，导致加速退化或灾难性故障。设计人员必须确保工作条件（正向电流和电压）产生的功耗 (IF * VF) 低于此值，并留有余量。
• 峰值正向电流 (I_FP)：2 A- 这是脉冲操作允许的最大电流，在每秒 300 个脉冲 (pps)、脉冲宽度 10 µs 的条件下规定。这一高额定值使器件能够在短脉冲内提供非常高的瞬时光输出，非常适合远距离遥控或在嘈杂环境中的强信号脉冲。
• 连续正向电流 (I_F)：100 mA- 这是可以连续施加的最大直流电流。对于大多数常亮应用，工作电流必须保持在此水平或以下。典型工作电流通常要低得多（例如 20-50 mA），以确保寿命并管理热量。
• 反向电压 (V_R)：5 V- 可以施加在 LED 两端的反向最大电压。超过此值可能导致击穿并损坏器件。通常使用串联电阻或并联保护二极管等电路保护措施来防止反向电压尖峰。
• 工作与存储温度范围：该器件的工作温度额定范围为 -40°C 至 +85°C，存储温度范围为 -55°C 至 +100°C。这些宽范围使其适用于汽车、工业和户外等可能遇到极端温度的应用。
• 引脚焊接温度：260°C 持续 5 秒- 这定义了回流焊接曲线的容差。距离本体 1.6mm 的规格至关重要；在更靠近塑料封装的位置施加热量可能导致变形或内部损坏。

2.2 电气与光学特性

这些是在指定测试条件 (TA=25°C) 下测得的典型性能参数。它们定义了器件在电路中的行为。

• 辐射强度 (I_E)：
  • 5.6 - 8.0 mW/sr @ I_F= 20mA- 这是每单位立体角（球面度）发射的光功率。它是从正面衡量 IR 光源“亮度”的直接指标。该范围表示典型的单元间差异。
  • 28.0 - 40.0 mW/sr @ I_F= 100mA- 显示了电流与输出之间的非线性关系。电流增加 5 倍，辐射强度大约增加 5 倍，表明即使在较高电流下也具有良好的效率。
• 峰值发射波长 (λ_Peak)：940 nm- 器件发射最大光功率的波长。940nm 属于近红外光谱，人眼不可见。这是遥控器的常见波长，因为它避免了可见红光，并且与硅光电探测器的灵敏度特性匹配良好。
• 光谱线半宽 (Δλ)：50 nm- 此参数也称为半高全宽 (FWHM)，表示发射光的光谱纯度。值为 50 nm 意味着发射光覆盖一个以 940nm 峰值为中心、宽度约为 50nm 的波长带。这对于标准 GaAs 红外发射二极管来说是典型的。
• 正向电压 (V_F)：
  • 1.25 - 1.6 V @ I_F= 50mA- 当导通 50mA 电流时，器件两端的电压降。这种低 V_F是一个关键特性，可减少功率损耗和热量产生。
  • 1.85 - 2.3 V @ I_F= 500mA- V_F 由于二极管的内阻而随电流增加。此值对于设计大电流脉冲驱动器至关重要。
• 反向电流 (I_R)：最大 100 µA @ V_R= 5V- 施加最大反向电压时流过的小漏电流。理想情况下该值应较低。
• 视角 (2θ_1/2)：40°- 这是辐射强度下降到其最大值（轴向）一半时的全角。40° 角提供了相当宽的光束，适用于难以精确对准的应用。

2.3 热特性

虽然未在单独的表格中明确列出，但热行为可以从几个参数推断出来。功耗额定值 (150mW) 本质上是一个热极限。性能曲线（稍后讨论）显示了输出和正向电压如何随环境温度变化。有效的热管理（通过 PCB 铜箔面积或散热器）对于保持性能和可靠性至关重要，尤其是在接近最大连续电流工作时。

3. 性能曲线分析

典型曲线提供了器件在不同条件下行为的视觉和量化洞察，这对于稳健的电路设计至关重要。

3.1 正向电流 vs. 正向电压 (图 3)

这条 IV 曲线显示了典型的二极管指数关系。在低电流下，电压较低。随着电流增加，电压上升。该曲线允许设计者为给定的电源电压选择合适的限流电阻。例如，要从 5V 电源以 100mA 驱动 LED，电阻值 R = (V_supply- V_F) / I_F。使用在 100mA 时典型的 V_F 约 1.6V（外推），R 将为 (5 - 1.6) / 0.1 = 34 欧姆。电阻中的功率为 I²R = 0.34W。

3.2 相对辐射强度 vs. 正向电流 (图 5)

此图展示了光输出对驱动电流的依赖性。在较低电流下通常是线性的，但在非常高的电流下，由于热效应和内部量子效率影响，可能会显示出饱和或效率降低的迹象。该曲线证实了在 2A（来自绝对最大额定值）下的脉冲操作将产生比连续 100mA 操作高得多的瞬时输出，这证明了其在远距离信令中的用途。

3.3 相对辐射强度 vs. 环境温度 (图 4)

这是理解环境影响的关键曲线。它显示随着环境温度升高，辐射强度降低。这是 LED 的特性；较高的结温会降低内部量子效率。例如，在 +85°C 时的输出可能仅为 +25°C 时输出的 60-70%。设计人员必须在必须在整个温度范围内可靠工作的系统中考虑这种降额。这可能需要在高温度下以略高的电流驱动 LED 以补偿损失的光输出，前提是不超过功耗限制。

3.4 光谱分布 (图 1)

此图可视化了发射光谱，中心在 940nm，FWHM 为 50nm。它确认了器件在近红外区域发射，并有助于选择兼容的光学滤波器或评估来自环境光源（如具有宽光谱的阳光或白炽灯泡）的潜在干扰。

3.5 辐射方向图 (图 6)

此极坐标图提供了发射光角度分布的详细视图。它以图形方式表示了 40° 视角 (2θ_1/2)。曲线的形状对于设计透镜或反射器以准直或进一步扩散光束以适应特定应用非常重要。

4. 机械与封装信息

4.1 外形尺寸与公差

该器件采用标准的通孔封装，带有凸缘以提供机械稳定性和潜在的散热功能。关键尺寸包括本体直径、引脚间距和总长度。所有尺寸均以毫米为单位指定。除非特定特征有不同的标注，否则标准公差为 ±0.25mm。引脚间距在引脚伸出封装本体的点处测量，这是 PCB 孔放置的标准参考。凸缘下方树脂的最大突出量为 1.5mm，这对于 PCB 的离板高度和清洁很重要。

4.2 极性识别

对于红外发射器 (LED)，较长的引脚通常是阳极（正极），较短的引脚是阴极（负极）。规格书的外形图应明确指示这一点，通常在封装上有一个平面或在阴极引脚附近有一个凹口。正确的极性至关重要；超过 5V 的反向偏置会损坏器件。

5. 焊接与组装指南

回流焊接：指定的参数是 260°C 最多 5 秒，在距离封装本体 1.6mm 的点处测量。这与常见的无铅回流曲线（峰值温度 240-260°C）一致。1.6mm 的距离对于防止塑料封装超过其玻璃化转变温度并变形至关重要。

手工焊接：如果必须进行手工焊接，应使用温控烙铁。每个引脚的接触时间应最小化，理想情况下小于 3 秒，并在烙铁和封装本体之间的引脚上使用散热夹。

清洁：焊接后，可以使用标准的 PCB 清洁工艺，但应验证清洁剂与透明树脂封装的兼容性。

存储条件：为防止吸湿（这可能导致回流焊接时出现“爆米花”现象），器件应储存在干燥环境中，通常在室温下相对湿度低于 40%，或者如果延长储存期，则应储存在带有干燥剂的密封防潮袋中。

6. 应用建议与设计考量

6.1 典型应用电路

发射器驱动电路：最简单的电路是串联限流电阻。对于脉冲操作，使用晶体管（BJT 或 MOSFET）来开关大电流。驱动器必须能够提供峰值电流（高达 2A）且具有低饱和压降，以最大化 LED 两端的电压。对于数据传输，需要快速的上升/下降时间。

探测器电路：当用作光电二极管时（如果根据型号适用），它通常在反向偏置或光伏（零偏置）模式下工作，连接到跨阻放大器，将小的光电流转换为可用的电压。

6.2 关键设计考量

• 电流限制：始终使用串联电阻或有源恒流驱动器。切勿直接连接到电压源。
• 脉冲操作：对于脉冲驱动，确保脉冲宽度和占空比使平均功耗保持在限制范围内。平均电流 = 峰值电流 * 占空比。对于 300pps、10µs 宽度的 2A 脉冲，占空比 = (10e-6 * 300) = 0.003 (0.3%)。平均电流 = 2A * 0.003 = 6mA，这远在连续额定值之内。
• 光路：考虑 40° 的视角。对于聚焦光束，可能需要透镜。对于广域检测，该角度可能已足够。保持光路无遮挡且清洁。
• 抗环境光干扰：在探测器应用中，环境红外光（来自太阳、灯具）是主要的噪声源。使用调制的红外信号（例如 38kHz）和相应的调谐接收电路是抑制这种直流和低频噪声的标准方法。
• PCB 布局：对于发射器，确保足够的走线宽度以处理峰值脉冲电流而不会产生过大的压降。对于热管理，将凸缘（如果电气隔离或连接到引脚）连接到 PCB 上的铜箔区域作为散热器。

7. 技术对比与差异化

虽然没有提及具体的竞争对手型号，但 LTE-3273L 的参数组合定义了其定位：

• 与标准 940nm 红外发射二极管相比：其高峰值电流额定值 (2A) 和在 100mA 时的高辐射强度，使其区别于用于简单遥控器的低功率型号。这使其适用于更长距离或更高抗噪能力的应用。
• 与高速 850nm 红外发射二极管相比：LTE-3273L 使用 GaAs 材料工作在 940nm，而高速型号通常使用 AlGaAs 材料工作在 850nm。850nm 器件通常具有更快的上升/下降时间以用于高速数据，但可能有微弱的红光。940nm 器件完全不可见，这对于隐蔽应用更可取，其 50nm 的半高全宽是标准值。
• 与同封装的光电晶体管/光电二极管相比：规格书标题表明该系列涵盖发射器和探测器。专用的光电探测器版本将具有不同的特性（响应度、暗电流、速度）。来自同一系列的匹配对的关键优势在于可以实现优化的光谱匹配。

8. 常见问题解答 (基于技术参数)

Q1: 我可以用 500mA 连续驱动这个 LED 吗？

A: 不可以。连续正向电流的绝对最大额定值是 100mA。电气特性表中列出的 500mA 条件是测量高电流下 V_F 的测试条件，可能与其脉冲操作额定值相关。连续工作不得超过 100mA。

Q2: 为什么我的红外遥控器在炎热的汽车里距离变短？

A: 请参考图 4（相对辐射强度 vs. 环境温度）。LED 的输出随着温度升高而降低。在 +85°C 时，输出可能比室温时低 30-40%，直接降低了有效距离。

Q3: 使用 3.3V 电源时，为了获得典型输出，我应该使用多大的电阻？

A: 对于目标 I_F 为 20mA（产生 5.6-8.0 mW/sr），以及在 50mA 时典型的 V_F 为 1.6V（对于 20mA，估算使用约 1.5V），R = (3.3V - 1.5V) / 0.02A = 90 欧姆。最接近的标准值是 91 欧姆。电阻中的功率：(0.02^2)*91 = 0.0364W，因此 1/8W 或 1/10W 的电阻就足够了。

Q4: 发射和检测的视角相同吗？

A: 对于红外发射器 (LED)，40° 角指定了发射模式。对于光电二极管或光电晶体管探测器，一个类似但独立的参数称为“视场角”或“灵敏度角”将定义其角度接受范围。它们通常相似但不一定完全相同。请查阅具体的探测器规格书。

9. 实际设计与使用案例

案例：设计一个远距离车库门开启器发射器。

设计目标是在日光条件下实现可靠的 50 米距离。选择 LTE-3273L 是因为其高脉冲输出能力。

设计步骤：

1. 驱动电路：使用由微控制器控制的 MOSFET 来脉冲驱动 LED。根据电池电压（例如 12V）和所需的峰值电流计算串联电阻。为了最大化距离，驱动接近峰值额定值：选择 I_FP= 1.5A（在 2A 最大值以内）。在 1.5A 时的 V_F（根据曲线外推）约 2.5V。电阻 R = (12V - 2.5V) / 1.5A = 6.33 欧姆。使用 6.2 欧姆、5W 的电阻来处理脉冲功率（P = I²R = 1.5^2 * 6.2 ≈ 14W 峰值，但平均功率很低）。

2. 脉冲调制：使用由数据位调制的 38kHz 载波对命令进行编码。每个 38kHz 脉冲串的脉冲宽度保持在 10µs 或更短，以保持在额定值内。占空比非常低。

3. 光学：在 LED 前添加一个简单的塑料透镜，将天然的 40° 光束准直成更窄、更聚焦的光束，以获得更远的距离。

4. 热管理：由于占空比低，平均功率和发热量极小。除了连接到凸缘的 PCB 铜箔外，不需要特殊的散热器。

此设计利用了 LTE-3273L 的关键特性：高峰值电流、高辐射强度以及适用于脉冲操作。

10. 工作原理简介

红外发射器 (IRED)：LTE-3273L 作为发射器时，是一种基于砷化镓 (GaAs) 半导体材料的发光二极管 (LED)。当施加正向电压时，电子和空穴被注入半导体结的有源区。当这些载流子复合时，它们以光子（光）的形式释放能量。GaAs 材料的特定带隙能量决定了这些光子的波长，即 940 纳米的红外区域。透明的封装允许这些光以最小的损失逸出。

红外探测器 (光电二极管)：如果配置为探测器，该器件包含一个半导体 PIN 结。当能量大于半导体带隙的光子（即红外光）撞击耗尽区时，它们会产生电子-空穴对。这些载流子随后被内置电场（或施加的反向偏压）分开，产生与入射光强度成正比的光电流。这个小电流可以被外部电路放大和处理。

11. 技术趋势与背景

像 LTE-3273L 这样的分立红外元件代表了一种成熟且稳定的技术。核心材料（GaAs、AlGaAs）和封装类型经过数十年的优化，以实现可靠性和成本效益。该领域的持续趋势不在于分立器件本身的革命性变化，而在于它们的集成和应用背景：

• 集成化：有向集成模块发展的趋势，这些模块将发射器、探测器、驱动器、放大器和数字逻辑（如特定协议的解码器）组合到一个单一的表面贴装封装中。这些简化了设计，但对于专业应用，可能无法提供与分立元件相同水平的定制或性能优化。
• 小型化：虽然通孔封装因其坚固性仍然流行，但对更小的表面贴装器件 (SMD) 版本的需求日益增长，以节省现代 PCB 上的空间。
• 性能增强：对于消费电子 LiDAR 或高级手势识别等新应用，正在研究更快、更高效的红外发射器（例如使用 VCSEL 技术）以及具有更高灵敏度和更低噪声的探测器。然而，对于遥控器、接近感应和基本数据链路等经典应用，像 LTE-3273L 这样的传统元件在性能、可靠性和成本之间提供了最佳平衡。
• 应用扩展：其基本原理对于新兴的物联网 (IoT) 设备仍然相关，这些设备需要简单、低功耗的无线通信或传感，而无需射频 (RF) 系统的复杂性。

总之，LTE-3273L 是一款基于成熟技术、规格明确、坚固耐用的元件。其价值在于其清晰、详细的规格书，使工程师能够准确预测其行为，并将其有效地设计到需要可靠红外功能以进行控制、传感或基本通信的系统中。