LTE-2871 红外发射器规格书 - T-1 3/4 封装 - 正向电压 1.6V - 峰值波长 940nm - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档提供了一款高性能红外发射器元件的完整技术规格。该器件设计用于在窄视角内提供高辐射强度，适用于需要定向红外照明的应用。其核心优势在于结合了高性价比的设计与针对高强度输出的专业性能特性。主要目标市场包括工业自动化、传感系统、接近检测以及需要可靠、聚焦红外光的光学通信链路。

2. 深度技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

所有额定值均在环境温度（T_A）为 25°C 时指定。超出这些限制可能导致器件永久性损坏。

• 功耗：90 mW
• 峰值正向电流：1 A（脉冲条件下：300 pps，10 μs 脉冲宽度）
• 连续正向电流（I_F）：60 mA
• 反向电压（V_R）：5 V
• 工作温度范围：-40°C 至 +85°C
• 存储温度范围：-55°C 至 +100°C
• 引脚焊接温度：260°C 持续 5 秒（在距封装本体 1.6mm 处测量）

2.2 电气与光学特性

关键性能参数在 T_A=25°C、标准测试电流 I_F= 20 mA 下测量，除非另有说明。

• 正向电压（V_F）：典型值 1.6 V，最大值 1.6 V（在 I_F=20mA 时）。此参数定义了发射器工作时的正向压降。
• 反向电流（I_R）：最大值 100 μA（在 V_R=5V 时）。这表示器件反向偏置时的漏电流。
• 峰值发射波长（λ_峰值）：940 nm。这是发射器辐射最大光功率的波长，位于近红外光谱范围内。
• 光谱线半宽（Δλ）：50 nm。此参数指定了发射光的带宽，以光谱分布曲线的半高全宽（FWHM）测量。
• 视角（2θ_1/2）：16 度。这个窄光束角证实了器件的聚焦输出特性，定义为辐射强度降至其峰值一半时的全角。

3. 分档系统说明

该元件根据其辐射输出被分类为不同的性能档位。这允许根据所需的强度水平进行选择。关键的分档参数是孔径辐射照度（E_e，单位 mW/cm²）和辐射强度（I_E，单位 mW/sr），两者均在 I_F=20mA 下测量。

• A档： E_e：0.44 - 0.96 mW/cm²；I_E：3.31 - 7.22 mW/sr。
• B档： E_e：0.64 - 1.20 mW/cm²；I_E：4.81 - 9.02 mW/sr。
• C档： E_e：0.80 - 1.68 mW/cm²；I_E：6.02 - 12.63 mW/sr。
• D档： E_e：1.12 mW/cm²（最小值）；I_E：8.42 mW/sr（最小值）。这代表最高输出档位。

设计人员必须指定所需的分档代码，以确保光功率满足应用对探测器系统的灵敏度要求。

4. 性能曲线分析

规格书包含了器件在不同条件下的几种图形化行为表示。

4.1 光谱分布

光谱输出曲线（图1）在 940nm 峰值波长处急剧集中，并具有明确的 50nm 半宽。此特性对于与硅光电探测器（其在此区域具有峰值灵敏度）匹配以及确保与滤除环境光的光学滤波器兼容至关重要。

4.2 正向电流与正向电压关系（I-V 曲线）

I-V 特性曲线（图3）显示了半导体二极管的典型指数关系。在 20mA 下指定的 1.6V（最大值）正向电压为设计限流驱动电路提供了必要数据。该曲线有助于计算不同工作电流下的功耗（V_F* I_F）。

4.3 相对辐射强度与正向电流关系

此曲线（图5）说明了光输出功率如何随驱动电流变化。在相当大的范围内通常是线性的，但在极高电流下可能表现出饱和或效率下降。此数据对于确定工作点以实现所需光输出而不超出绝对最大额定值至关重要。

4.4 温度依赖性

两条曲线详细说明了热性能。图2显示了最大允许正向电流如何随环境温度升高超过 25°C 而降额，这是可靠性考量的关键。图4描绘了相对辐射强度随环境温度的变化，显示了温度升高时输出效率的典型下降，这在精密传感应用中必须予以补偿。

4.5 辐射模式图

极坐标辐射图（图6）直观地证实了 16 度的窄视角。该图显示了发射红外光的空间分布，这对于设计光学对准和确保照射光斑尺寸满足应用需求至关重要。

5. 机械与封装信息

5.1 封装类型与尺寸

该器件采用改进型 T-1 3/4（5mm）通孔封装。图纸中的关键尺寸说明包括：

• 所有尺寸均以毫米为单位（括号内为英寸）。
• 标准公差为 ±0.25mm（±0.010"），除非特定特征要求不同的公差。
• 封装凸缘下方树脂的最大突出量为 1.0mm（0.039"）。
• 引脚间距在引脚伸出封装本体的位置测量，这对于 PCB 焊盘设计很重要。

该封装设计用于标准波峰焊或手工焊接工艺。

5.2 极性识别

For through-hole packages, polarity is typically indicated by a flat spot on the package rim or by leads of different lengths (the longer lead usually being the anode). The datasheet's dimensional drawing should be consulted for the exact marking scheme. Correct polarity is essential to prevent reverse bias application exceeding the 5V limit.

6. 焊接与组装指南

必须严格遵守焊接温度曲线，以防止对半导体芯片和环氧树脂透镜造成热损伤。

• 焊接温度：引脚可承受 260°C 的温度，最长 5 秒。此测量在距封装本体 1.6mm（0.063"）处进行。
• 工艺建议：对于波峰焊，可采用包含预热、停留和冷却阶段的标准温度曲线。引脚与本体连接处的 260°C/5s 限制不应被超过。
• 清洗：如果需要清洗，请使用与封装环氧树脂材料兼容的溶剂，以避免透镜雾化或开裂。
• 存储条件：器件应储存在原装防潮袋中，温度在指定的存储范围（-55°C 至 +100°C）内，并置于低湿度环境中，以防止引脚氧化。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

高强度和窄光束的结合使该发射器非常适合以下应用：

• 接近与存在感应：用于自动水龙头、皂液器、干手器和占位检测。
• 工业光学传感器：生产线中的物体计数、边缘检测和位置感应。
• 光栅与遮断器：为安防系统或机械安全光幕中的物体检测创建聚焦光束。
• 短距离数据链路：红外数据传输（IrDA），其中定向光可减少干扰和功耗。
• 夜视照明：作为配备红外敏感传感器的闭路电视摄像机的不可见光源。

7.2 设计考量

• 驱动电路：必须使用恒流源或与 LED 串联的限流电阻来设定 I_F。使用公式 R = (V_电源- V_F) / I_F 计算电阻值，为安全设计应使用最大 V_F值。
• 热管理：虽然功耗较低，但在高环境温度或接近最大连续电流下工作时，需要注意降额曲线。确保 PCB 上有足够的通风。
• 光学对准：窄光束要求与配对的光电探测器或目标区域进行精确的机械对准。使用辐射模式图进行光学设计。
• 电气保护：由于最大反向电压仅为 5V，应加入防止电源线反接和电压瞬变的保护措施。
• 分档选择：根据接收器的灵敏度以及应用所需的信噪比，选择合适的输出档位（A 至 D）。更高的档位提供更强的光功率，但可能涉及成本考量。

8. 技术对比与差异化

与标准的非聚焦红外发射器相比，该器件具有明显优势：

• 窄光束内更高的辐射强度：标准发射器的视角通常为 30° 或更大，将光线分散到更广的区域。该元件将其输出集中到 16° 的光束中，在轴向上提供更高的强度，这意味着在相同接收信号下，可能实现更长的感应距离或更低的所需驱动电流。
• 为传感优化：窄光束降低了多传感器阵列中光学串扰的可能性，并最大限度地减少了来自非目标表面的反射，提高了系统的准确性和可靠性。
• 高性价比性能：它提供了通常与更昂贵的带透镜封装相关的聚焦光束特性，但采用的是标准、低成本的 T-1 3/4 形式。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1：孔径辐射照度（E_e）和辐射强度（I_E）有什么区别？

A1：辐射强度（I_E，单位 mW/sr）是每单位立体角发射的光功率的度量，描述了光束的“集中度”。孔径辐射照度（E_e，单位 mW/cm²）是在特定距离处入射到表面（如探测器）上的功率密度，取决于强度和距离两者。I_E是发射器的固有属性；E_e则依赖于系统几何结构。

Q2：我可以用 3.3V 电源驱动这个发射器吗？

A2：通常可以。在 20mA 时典型 V_F为 1.6V，可以使用一个串联电阻来降低剩余电压（3.3V - 1.6V = 1.7V）。电阻值应为 R = 1.7V / 0.02A = 85 欧姆。标准的 82 或 100 欧姆电阻是合适的，需重新计算实际电流。

Q3：为什么峰值波长是 940nm 而不是 850nm？

A3：与 850nm 相比，940nm 对人眼更不可见（呈现为较暗的红色或不可见），因此更适合隐蔽照明。硅光电二极管对这两种波长都能有效检测，尽管在 850nm 处的灵敏度略高。选择取决于对可见性与最大探测器响应的需求权衡。

Q4：如何理解分档代码（A, B, C, D）？

A4：这些档位代表工厂根据测量的光输出进行分组的类别。D档具有最高的保证最小输出，而A档最低。根据您的接收电路在所有条件下（包括温度效应和老化）可靠工作所需的最小光功率来选择档位。

10. 设计使用案例研究

场景：为打印机设计纸张计数器。

发射器和光电晶体管放置在纸张路径的两侧。LTE-2871 的 16° 窄光束至关重要。它确保光线直接聚焦穿过间隙到达探测器，最大限度地减少来自打印机内部机械结构的散射和反射，这些可能导致误计数。将选择 C 档或 D 档发射器，以提供强信号，即使透镜上轻微积聚纸尘。驱动电路将使用 20-40mA 的恒定电流，接收电路将设计用于检测当一张纸中断聚焦光束时信号的明显下降。将参考温度降额曲线，以确保在打印机内部环境温度可能达到 50-60°C 时的可靠运行。

11. 工作原理简介

红外发射器是一种半导体 p-n 结二极管。当正向偏置（相对于阴极，阳极施加正电压）时，电子和空穴在半导体材料（通常基于砷化铝镓 - AlGaAs）的有源区复合。这种复合过程以光子（光粒子）的形式释放能量。半导体层的特定成分决定了发射光子的波长；对于该器件，其被设计为 940nm，位于近红外范围。改进的封装包含一个环氧树脂透镜，将发射光塑造成指定的窄光束模式，为定向应用准直输出。

12. 技术趋势

在红外发射器领域，总体趋势集中在提高效率（每瓦电输入产生更多光输出功率）、实现更高的数据通信工作速度以及开发用于自动化组装的表面贴装器件（SMD）封装。同时，正在持续努力为特定传感应用（例如气体传感）扩展波长选项，并将发射器与驱动器和控制逻辑集成到智能模块中。半导体材料中的电致发光基本原理仍然是该技术的基础。