LTE-R38381L-S 红外发射器与探测器规格书 - 940nm波长 - 1A正向电流 - 1.8W功率 - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档提供了一款分立式红外发射器组件的完整技术规格。该器件专为需要高功率、可靠红外光源的应用而设计。它采用砷化镓（GaAs）芯片，在940纳米的峰值波长处发光，该波长属于近红外光谱，人眼不可见。该组件的主要功能是在各种电子系统中作为受控的红外发射源。

1.1 核心优势与目标市场

该组件为红外应用提供了多项关键优势。它具有高辐射强度，可实现强信号传输。其设计支持高驱动电流，这有助于提升其输出功率。该器件还具有使用寿命长、性能可靠性高的特点。它符合RoHS等环保法规，属于绿色产品。这款红外发射器的目标应用领域广泛，主要聚焦于遥控系统的红外发射器，以及用于接近检测、物体感应或数据传输的PCB安装式红外传感器等领域。

2. 技术参数：深入客观解读

以下章节根据其规格限制，对器件的关键技术参数进行了详细、客观的分析。

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损坏的应力极限。在达到或超过这些极限的条件下工作无法保证，在可靠设计中应予以避免。

• 功耗（Pd）：1.8 瓦。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。超过此值将导致结温过度升高。
• 峰值正向电流（IFP）：5 安培。这是在脉冲条件下（每秒300个脉冲，10微秒脉冲宽度）允许的最大电流。它远高于直流额定值，利用了器件的热惯性。
• 直流正向电流（IF）：1 安培。这是器件能够承受的最大连续正向电流。
• 反向电压（VR）：5 伏特。施加高于此值的反向电压可能导致半导体结击穿。
• 热阻（RθJ）：10 K/W。此参数表示热量从半导体结传导到环境中的效率。数值越低意味着散热性能越好。
• 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。

2.2 电气与光学特性

这些是在指定测试条件下（除非注明，TA=25°C）测得的典型和保证性能参数。

• 辐射强度（I_E）：160 mW/sr（最小值）。此参数测量沿轴向单位立体角（球面度）内发射的光功率。它定义了光束在特定方向上的强度。
• 总辐射通量（Φ_e）：590 mW（典型值）。这是器件向所有方向（4π球面度）发射的总光功率。
• 峰值发射波长（λ_P）：940 nm（典型值）。发射光功率达到最大值时的波长。
• 光谱线半宽（Δλ）：50 nm（典型值）。这是辐射强度至少为其峰值一半时的光谱带宽。它描述了发射光颜色（波长）的纯度。
• 正向电压（V_F）：1.8V（典型值），2.3V（最大值），在 I_F=1A 条件下。器件在导通指定正向电流时两端的电压降。
• 反向电流（I_R）：10 μA（最大值），在 V_R=5V 条件下。器件反向偏置时流过的微小漏电流。
• 上升/下降时间（t_r/t_f）：30 ns（典型值）。光学输出响应阶跃电流时，从其最终值的10%上升到90%（或从90%下降到10%）所需的时间。这决定了最大调制速度。
• 视角（2θ_1/2）：90 度（典型值）。辐射强度为中心（0°）值一半时的全角。90°角表示光束模式宽广。

3. 性能曲线分析

规格书包含多张图表，说明了器件在不同条件下的行为。这些曲线对于理解非线性和温度依赖性至关重要。

3.1 光谱分布

图表（图1）显示了相对辐射强度与波长的关系。曲线以940 nm为中心，典型半宽为50 nm。这证实了器件在近红外区域发光，这对于许多滤除可见光的传感器和遥控器而言是最佳选择。

3.2 正向电流 vs. 正向电压（I-V曲线）

I-V曲线（图3）展示了典型的二极管指数关系。在额定电流1A时，正向电压典型值为1.8V。设计人员必须确保驱动电路能在所需电流下提供此电压。

3.3 温度依赖性

关键图表说明了温度的影响：

• 正向电流 vs. 环境温度（图2）：显示了由于固定的功耗限制，最大允许正向电流如何随着环境温度升高而降低。
• 相对辐射强度 vs. 环境温度（图4）：表明光学输出功率随着结温升高而降低。这是保持性能一致性的关键因素。
• 相对辐射强度 vs. 正向电流（图5）：显示了驱动电流与光输出之间的亚线性关系，尤其是在较高电流下，效率可能下降且发热增加。

3.4 辐射模式

辐射图（图6）是一个极坐标图，显示了发射光的角分布。90°视角得到直观确认，显示强度在中心轴±45°处降至一半。此模式对于将发射器与探测器对准，或确保传感应用中有足够的覆盖范围非常重要。

4. 机械与封装信息

4.1 外形尺寸

该器件采用标准的通孔封装形式。尺寸图规定了主体尺寸、引脚间距和引脚直径。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，典型公差为±0.1 mm。封装上标识了阴极，这对于PCB组装时的正确方向至关重要。

4.2 建议焊盘尺寸

图表提供了PCB设计的推荐焊盘图形（封装）尺寸。遵循这些建议有助于确保可靠的焊点以及在波峰焊或回流焊后获得适当的机械稳定性。

5. 焊接与组装指南

5.1 焊接条件

规格书为两种焊接方法提供了明确的指导：

• 回流焊：推荐用于表面贴装组装。温度曲线必须包含预热阶段（150-200°C），峰值温度不超过260°C，且高于260°C的时间最长不超过10秒。器件最多可承受此温度曲线两次。
• 手工焊接（烙铁）：烙铁头温度不应超过300°C，每个引脚的接触时间应限制在3秒以内。此操作应仅进行一次。

提供了符合JEDEC标准的回流温度曲线作为通用目标参考，强调需要同时遵守JEDEC限制和焊膏制造商规格。

5.2 储存与处理

• 储存（密封袋）：器件应储存在≤30°C且相对湿度（RH）≤90%的环境中。在带有干燥剂的防潮袋中，保质期为一年。
• 储存（已开封袋）：开封后，环境不应超过30°C / 60% RH。元件应在一周内使用。若需在原始包装袋外长期储存，必须将其存放在带有干燥剂的密封容器或氮气干燥器中。
• 烘烤：如果器件暴露在环境空气中超过一周，建议在焊接前进行烘烤，在60°C下至少烘烤20小时，以去除吸收的水分，防止回流焊过程中出现“爆米花”现象。

5.3 清洁

如果焊接后需要清洁，只能使用异丙醇等酒精类溶剂，以避免损坏封装或透镜材料。

5.4 驱动方法

一项关键设计说明强调，LED是电流驱动器件。为确保并联驱动多个LED时亮度均匀，必须在每个LED上串联一个独立的限流电阻。这可以补偿各个器件正向电压（V_F）的微小差异，防止电流不均和照明或输出功率不一致。

6. 包装与订购信息

6.1 编带与卷盘包装尺寸

详细的机械图纸规定了载带、容纳元件的凹槽以及整体卷盘（提及直径为7英寸）的尺寸。载带用盖带密封，以在运输和自动化组装过程中保护元件。

6.2 包装规格

关键包装细节包括：

• 卷盘尺寸：7 英寸。
• 数量：每卷 600 个。
• 质量：载带中连续缺失元件的最大数量为两个。
• 标准：包装符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 规范。

7. 应用建议与设计考量

7.1 典型应用场景

根据其规格，这款红外发射器非常适合用于：

• 红外遥控器：用于电视、音响系统和其他消费电子产品。940nm波长是大多数红外接收器的标准。
• 接近与物体感应：与光电二极管或光电晶体管配对，通过反射其红外光来检测物体的存在、缺失或距离。
• 光学开关与编码器：中断发射器和探测器之间的光束，以创建非接触式开关或测量旋转/位置。
• 短距离数据传输：用于类似IrDA的应用或简单的无线数据链路，利用其快速的上升/下降时间进行调制。

7.2 设计考量

• 热管理：功耗为1.8W，热阻为10 K/W，以最大直流电流驱动该器件会产生大量热量。对于连续工作，尤其是在高环境温度下，可能需要足够的PCB铜箔面积（散热焊盘）或散热器。
• 电流驱动电路：使用恒流驱动器或带有串联电阻的电压源来设定电流。避免直接从逻辑引脚或无稳压的电压源驱动。
• 光学设计：考虑90°视角。对于远距离或定向光束，可能需要透镜来准直光线。对于广域照明，原生角度可能已足够。
• 与探测器配对：确保所选光电探测器（PIN光电二极管、光电晶体管）对940nm区域敏感。使用带有日光阻挡滤波器的探测器将改善环境光条件下的信噪比。

8. 技术对比与差异化

虽然直接对比需要具体的竞争对手数据，但根据其自身规格书，该器件的关键差异化特征包括：

• 高功率能力：1A直流正向电流和5A脉冲电流额定值表明其芯片和封装设计坚固，能够实现高输出。
• 宽视角：90°角提供了宽广的覆盖范围，适用于对准要求不严格或需要区域照明的传感应用。
• 快速开关速度：典型的30ns上升/下降时间允许高频调制，与速度较慢的器件相比，在通信应用中可实现更快的数据传输速率。
• 成熟的可靠性：参考JEDEC标准以及详细的焊接/湿度敏感性指南，表明该组件专为稳健的制造工艺而设计。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

9.1 我可以用5V微控制器引脚直接驱动这个LED吗？

不，不建议这样做，并且可能会损坏LED或微控制器。该LED在1A电流下典型压降为1.8V。微控制器引脚无法提供1A电流，并且在没有电流限制的情况下直接连接到5V会试图汲取破坏性的高电流。您必须使用带有串联电阻的驱动电路（晶体管/MOSFET）来将电流限制在所需值。

9.2 为什么高温下输出会降低？

半导体材料将电流转换为光（内量子效率）的效率随着结温升高而降低。这是一个基本的物理特性。图4中的图表量化了这种降额，在宽温度范围内工作的设计中必须考虑这一点，以确保一致的光学性能。

9.3 辐射强度与总辐射通量有何区别？

辐射强度（mW/sr）是一个方向性度量：发射到特定立体角（通常沿中心轴）的功率。这对于探测器放置在特定位置的应用至关重要。总辐射通量（mW）是总的、发射到所有方向（整个球体）的积分功率。它代表了发射器不考虑方向的总“亮度”。如果光线散布得非常宽，一个器件可能具有高的总通量但低的轴向强度。

9.4 打开包装袋后1周的使用期限有多关键？

这对于可靠焊接非常重要。塑料封装会从空气中吸收水分。在高温回流焊过程中，这些被困住的水分会迅速汽化，导致内部分层、开裂或“爆米花”现象，从而损坏组件。1周的限制和烘烤要求是基于封装的湿度敏感等级（MSL），以防止这些故障。

10. 实际设计与使用案例

案例：设计多发射器物体检测屏障
一个系统需要红外光幕来检测通过50厘米宽通道的物体。将使用五对发射器-探测器。

1. 驱动电路：每个发射器将由一个专用的N沟道MOSFET驱动，由共享的微控制器PWM信号控制以调制红外光（例如，在38kHz）。将为每个LED支路计算一个限流电阻：R = (V_电源- V_{F_LED}) / I_F。假设电源为5V，V_F=1.8V，且I_F=500mA（为可靠性降额），R = (5 - 1.8) / 0.5 = 6.4Ω（使用6.2Ω标准值）。电阻的额定功率必须至少为 I²R = (0.5)²*6.2 ≈ 1.55W，因此需要一个2W或3W的电阻。
2. 热管理：每个LED的功耗 P = V_F* I_F= 1.8V * 0.5A = 0.9W。PCB应具有连接到LED阴极和阳极焊盘的大面积覆铜，以充当散热器，将结温保持在安全范围内。
3. 光学对准：90°视角简化了与间隙对面相应探测器的对准。可以在发射器和探测器周围放置小型管状遮光罩，以限制环境光干扰，而不会过度限制光束。
4. 调制：使用38kHz方波驱动发射器，允许探测器调谐到相同频率，有效滤除恒定的环境红外光（如来自阳光或灯光），从而大大提高检测可靠性。

11. 工作原理简介

该器件是一种在红外光谱工作的发光二极管（LED）。其核心是由砷化镓（GaAs）制成的半导体芯片。当在芯片的P-N结上施加正向电压时，来自N型材料的电子与来自P型材料的空穴复合。此复合过程会释放能量。在标准硅二极管中，此能量主要以热的形式释放。而在GaAs等材料中，该能量的很大一部分以光子（光粒子）的形式释放。GaAs材料的特定能带隙决定了这些光子的波长，在本例中集中在940 nm左右，使其处于近红外区域。发射光的强度与复合速率成正比，而复合速率由流过二极管的正向电流控制。

12. 技术趋势（客观视角）

红外发射器领域正随着更广泛的光电子学趋势不断发展。始终存在向更高功率密度和效率发展的驱动力，从而允许更小的封装或更低的功耗实现更亮的输出。这使得传感器设计更紧凑，便携设备电池寿命更长。集成是另一个关键趋势，组件将发射器、驱动电路，有时甚至是基本探测器或监控光电二极管组合到单个模块或IC封装中，从而简化系统设计。此外，材料方面的进步，例如开发更高效的外延结构或使用新的半导体化合物，旨在提高性能参数，如电光转换效率（每单位电输入的光输出）和温度稳定性。对支持更高调制速度的器件的需求也持续存在，这受到更快数据通信和激光雷达（光探测与测距）系统应用的推动。这些趋势侧重于为系统设计者提升性能、可靠性和易用性。