LTE-S9511-E 红外发射与接收管规格书 - 940nm波长 - 20mA正向电流 - 1.5V正向电压 - 100mW功耗 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTE-S9511-E是一款分立式红外元件，专为需要可靠红外发射与接收的广泛应用而设计。它是满足红外解决方案中对高功率、高速度和宽视角需求的全系列产品之一。

1.1 核心优势与目标市场

该元件旨在满足现代制造和环保标准。它是一款符合RoHS标准的绿色产品，以13英寸直径卷盘上的8mm载带形式供货，兼容高速自动贴片设备。其设计支持红外回流焊接工艺，适用于大批量PCB组装。主要目标应用包括遥控系统、红外无线数据传输模块、安全警报器，以及其他各种需要红外传感或信号传输的消费电子和工业电子设备。

2. 技术参数：深入客观解读

以下参数定义了器件在标准条件（TA=25°C）下的工作极限和性能特征。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值规定了可能对器件造成永久性损坏的极限值，不适用于连续工作。

• 功耗（Pd）：100 mW。这是器件能以热量形式耗散的最大功率。
• 峰值正向电流（I_FP）：1 A。这是在特定条件下（300 pps，10μs脉冲宽度）允许的最大脉冲电流。
• 直流正向电流（I_F）：50 mA。可靠工作的最大连续正向电流。
• 反向电压（V_R）：5 V。该器件并非为反向偏置工作而设计；超过此电压可能导致击穿。
• 工作温度范围（T_opr）：-40°C 至 +85°C。器件正常工作的环境温度范围。
• 储存温度范围（T_stg）：-55°C 至 +100°C。
• 红外焊接条件：可承受最高260°C，最长10秒，定义了回流焊曲线的耐受度。

2.2 电气与光学特性

这些是在规定测试条件下测得的典型性能参数。

• 辐射强度（I_E）：4.0（最小值），6.0（典型值） mW/sr。在 I_F= 20mA 条件下测量。这表示每单位立体角的光功率输出。
• 峰值发射波长（λ_Peak）：940 nm（典型值）。发射的红外辐射最强的波长。
• 光谱线半宽（Δλ）：50 nm（典型值）。在峰值强度一半处的发射光谱带宽。
• 正向电压（V_F）：1.2（典型值），1.5（最大值） V。在 I_F= 20mA 条件下测量。器件导通时两端的电压降。
• 反向电流（I_R）：10 μA（最大值）。在 V_R= 5V 条件下测量。反向偏置下的小漏电流。
• 视角（2θ_1/2）：20（最小值），25（典型值） 度。辐射强度降至轴向值一半时的全角。

3. 分档系统说明

该器件根据辐射强度提供不同的性能等级，即“分档”。这使得设计人员能够选择精确匹配其应用灵敏度或输出功率要求的元件。

分档代码列表规定了在20mA测试电流下每个等级的最小和最大辐射强度：

• K档：4 至 6 mW/sr
• L档：5 至 7.5 mW/sr
• M档：6 至 9 mW/sr
• N档：7 至 10.5 mW/sr

选择更高的分档代码（例如，N档优于K档）通常能确保更高的最小光输出，这对于在系统中实现更远距离或更好的信噪比至关重要。

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。这些对于详细的电路设计和理解性能权衡至关重要。

4.1 光谱分布

一条曲线（图1）显示了相对辐射强度与波长的关系。它确认了在940nm处的峰值发射以及大约50nm的光谱半宽，这对于基于GaAs的红外发射器来说是典型的。这种宽光谱适用于硅光电探测器，后者在近红外区域具有广泛的灵敏度。

4.2 正向电流 vs. 正向电压（I-V曲线）

这条曲线（图3）描绘了电流与电压之间的非线性关系。它显示正向电压随电流增加而增加，从大约1.0V开始，在100mA时接近1.5V。这条曲线对于设计限流电路至关重要。

4.3 温度特性

多条曲线说明了器件对环境温度（T_a）的依赖性。

- 正向电流 vs. 环境温度（图2）：可能显示了最大允许正向电流如何随着环境温度升高而降额，以防止超过功耗极限。

- 相对辐射强度 vs. 环境温度（图4）：表明光输出功率随温度升高而降低。这种负温度系数是在变化的热环境中运行的应用的关键考虑因素，因为它可能需要在驱动或接收电路中进行温度补偿以保持一致的性能。

4.4 相对辐射强度 vs. 正向电流

这条曲线（图5）显示辐射强度通常与正向电流成正比，但在极高电流下，由于发热和效率下降，这种关系可能变得亚线性。它有助于确定达到期望输出水平的最佳工作电流。

4.5 辐射方向图

极坐标图（图6）直观地表示了视角。强度在0°（轴向）最高，并对称下降，在大约±12.5°（对于25°视角）处降至一半。这种模式对于将发射器与接收器对准或设计光学器件以塑造光束至关重要。

5. 机械与封装信息

5.1 外形尺寸

该器件符合EIA标准封装。关键尺寸包括主体尺寸、引脚间距和总高度。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位提供，典型公差为±0.1mm。该封装采用侧视配置的透明塑料透镜，将发射的光线导向垂直于PCB平面的方向。

5.2 建议焊盘尺寸

图表提供了推荐的PCB焊盘图形尺寸，以确保在回流焊过程中和之后形成正确的焊点并保持机械稳定性。遵循这些指南对于制造良率和长期可靠性至关重要。

5.3 极性识别

阴极通常通过封装上的平面、凹口或较短的引脚来指示。在组装过程中必须注意正确的极性，因为施加超过最大额定值的反向电压会立即损坏器件。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊接参数

该器件兼容红外回流工艺。推荐条件包括：

- 预热：150–200°C，最长120秒。

- 峰值温度：最高260°C。

- 液相线以上时间：最长10秒（最多两次回流循环）。

这些参数符合JEDEC标准和常见的无铅焊膏规格。应根据具体的PCB设计、元件和使用的炉子来表征回流曲线。

6.2 储存条件

该器件的湿度敏感等级（MSL）为3级。

- 密封包装：储存在≤30°C和≤90% RH条件下。在袋子密封日期后一年内使用。

- 已开封包装：对于从防潮袋中取出的元件，储存环境不应超过30°C/60% RH。建议在一周（168小时）内完成红外回流焊。对于在原包装外更长时间的储存，应使用带干燥剂的密封容器。储存超过一周的元件在焊接前应在约60°C下烘烤至少20小时，以去除吸收的水分并防止回流焊过程中出现“爆米花”现象。

6.3 清洁

如果焊接后需要清洁，请使用酒精类溶剂，如异丙醇。应避免使用刺激性或腐蚀性化学品。

7. 包装与订购信息

7.1 载带与卷盘规格

该器件以13英寸（330mm）直径卷盘上的8mm载带形式供货。每卷大约包含9000片。包装符合ANSI/EIA 481-1-A-1994规范。载带有顶盖密封，最多允许连续两个空元件袋。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

• 遥控器：用于电视、音响系统和其他消费电子产品。
• 红外数据传输：用于传感器或控制信号的短距离、单工无线通信。
• 安全系统：作为入侵检测光束或接近传感器的一部分。
• 物体检测：用于计数、位置传感或边缘检测的PCB安装传感器。

8.2 设计考虑与驱动方法

LED是电流驱动器件。为确保一致的强度和寿命，必须使用电流源或带串联限流电阻的电压源驱动。电阻值（R_s）可以使用欧姆定律计算：R_s= (V_supply- V_F) / I_F。其中 V_F是规格书中在期望工作电流 I_F下的正向电压。当并联驱动多个LED时，强烈建议为每个LED使用单独的限流电阻，以防止因其 V_F characteristics.

的微小差异而导致电流不均。

9. 技术对比与差异化

LTE-S9511-E凭借其940nm波长，相比可见光LED或其他红外波长具有一个关键优势：它对人眼几乎不可见，非常适合隐蔽操作。与850nm发射器相比，940nm通常具有更低的太阳辐照度背景噪声，这可以在环境光条件下提高信噪比。侧视透镜封装专为需要红外光束平行于PCB表面传播的应用而设计，这是槽型传感器或侧光面板中的常见要求。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我可以直接从3.3V或5V微控制器引脚驱动这个LED吗？_F答：不行。必须使用串联电阻来限制电流。例如，使用5V电源，目标 I_F为20mA（V_s~1.2V），则 R

= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω。200Ω电阻将是一个合适的标准值。

问：“辐射强度”和“视角”有什么区别？

答：辐射强度（mW/sr）衡量的是在给定方向（每球面度）上集中的光功率有多少。视角定义了光束的宽度。一个具有高辐射强度但视角非常窄的器件会投射出强大但狭窄的光束。该器件具有适中的25°视角，在光束集中度和覆盖范围之间提供了良好的平衡。

问：为什么湿度敏感等级（MSL 3）很重要？

答：塑料封装会从空气中吸收水分。在高温回流焊接过程中，这些被困住的水分会迅速汽化，导致内部分层、裂纹或“爆米花”现象，从而损坏器件。遵循规定的储存、处理和烘烤程序对于防止这种失效模式至关重要。

11. 实际设计与使用案例

案例：设计一个简单的红外物体检测传感器。

1. 一种常见的设计使用LTE-S9511-E同时作为发射器和接收器（在反射式传感模式下），或使用单独的光电晶体管。发射器以特定频率（例如38kHz）脉冲驱动。接收器电路包括一个调谐到此频率的滤波器。当物体将红外光束反射回接收器时，电路会记录到一个信号。关键设计步骤：驱动电路：

2. 使用由微控制器控制的晶体管（例如NPN或N沟道MOSFET）以期望的电流（例如50mA脉冲）和频率脉冲驱动LED。包括计算出的串联电阻。接收电路：

3. 光电晶体管的输出馈入放大器和以调制频率（38kHz）为中心的带通滤波器。这可以抑制环境光（直流和低频）和其他红外噪声。对准：

4. 使用辐射方向图来对准发射器和接收器。对于反射式传感，它们通常以一定角度并排放置，其视场在期望的传感距离处相交。PCB布局：

根据建议的焊盘布局放置元件。确保透明塑料透镜不被阻焊层或其他元件遮挡。

12. 原理介绍

LTE-S9511-E作为红外发射器，是一种半导体二极管。当正向偏置时，电子和空穴在有源区（由GaAs或AlGaAs等材料制成）复合，以光子的形式释放能量。特定的材料成分决定了这些光子的波长；在本例中，它集中在940nm左右，属于近红外光谱。侧视透镜由透明环氧树脂模塑而成，可有效地将光从半导体芯片中提取出来并导向侧面。该器件也可以作为探测器使用，因为当暴露于足够能量的光（波长短于材料截止波长的光子）时，半导体PN结可以产生小的光电流。然而，其主要优化功能是发射。

13. 发展趋势

- 分立式红外元件领域持续发展。趋势包括：更高效率：

- 开发新的半导体材料和结构（例如多量子阱），以从单位电输入中提取更多光功率，减少发热和功耗。更高速度：

- 对于数据传输应用，具有更快上升/下降时间的元件可实现更高的数据速率。集成化：

- 将发射器、接收器和控制逻辑（如调制/解调）组合到单个封装或模块中，简化设计并提高性能。小型化：

- 持续减小封装尺寸以适应日益小型化的消费电子产品的需求，同时保持或改进性能规格。增强可靠性：