5mm 紅外線LED HIR333/H0 規格書 - 5mm 直徑 - 1.45V 正向電壓 - 850nm 波長 - 150mW 功耗 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

HIR333/H0 係一款高強度紅外線發射二極管，採用標準T-1 3/4 (5mm) 通孔封裝，配備黃色塑膠透鏡。呢款器件專為紅外線感應同通訊系統提供可靠性能而設計。佢嘅主要功能係發射峰值波長為850nm嘅紅外線光，呢個波長經過光譜優化，能夠同常見嘅矽基光電探測器（例如光電晶體管、光電二極管同埋集成紅外線接收模組）完美兼容。產品設計重點在於高可靠性同穩定輸出。

1.1 核心優勢同目標市場

呢個元件嘅主要優勢包括高輻射強度，能夠提供強勁嘅信號傳輸，以及低正向電壓，有助於實現節能運作。佢採用無鉛材料製造，並且符合主要嘅環保同安全指令，包括RoHS、歐盟REACH同埋無鹵素標準（Br < 900ppm，Cl < 900ppm，Br+Cl < 1500ppm）。呢啲特點令佢非常適合廣泛嘅商業同工業紅外線應用，尤其係對法規合規同長期可靠性有嚴格要求嘅場合。目標市場包括安防系統、遙控器、光學開關、物體檢測傳感器，以及各種需要不可見光源嘅消費電子產品製造商。

2. 深入技術參數分析

呢個部分會詳細拆解定義LED運作邊界同性能嘅電氣、光學同熱學規格。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義咗器件可能受到永久損壞嘅應力極限。呢啲額定值絕對唔可以超過，即使係瞬間都唔得。為咗確保可靠性能，運作應該維持喺建議嘅工作條件之內。

• 連續正向電流 (I_F): 100 mA。呢個係可以連續施加喺LED上嘅最大直流電流。
• 峰值正向電流 (I_FP): 1.0 A。呢個高電流只允許喺脈衝條件下使用，脈衝寬度 ≤ 100μs，佔空比 ≤ 1%，以防止過熱。
• 反向電壓 (V_R): 5 V。超過呢個反向偏壓可能會導致結擊穿。
• 功耗 (P_d): 喺25°C或以下嘅自由空氣溫度下為150 mW。呢個額定值會隨住環境溫度升高而降低。
• 溫度範圍: 工作溫度：-40°C 至 +85°C；儲存溫度：-40°C 至 +100°C。
• 焊接溫度 (T_sol): 最高260°C，持續時間唔超過5秒，定義咗波峰焊或回流焊製程嘅極限。

2.2 電光特性

電光特性係喺標準測試條件下指定，即環境溫度 (T_a) 為25°C。呢啲參數定義咗器件嘅典型性能。

• 輻射強度 (I_e): 呢個係每單位立體角發射嘅光功率，以毫瓦每球面度 (mW/sr) 為單位測量。喺正向電流 (I_F) 為20mA時，典型值為15 mW/sr。喺100mA嘅脈衝電流下，輻射強度可以達到80 mW/sr。
• 峰值波長 (λ_p): 850 nm（典型值）。呢個係光輸出功率達到最大值時嘅波長。呢個波長人眼睇唔到，但係矽傳感器可以高效檢測到。
• 光譜帶寬 (Δλ): 45 nm（典型值）。呢個表示LED發射嘅波長範圍，係喺最大強度一半處（半高全寬 - FWHM）測量嘅。
• 正向電壓 (V_F): 喺 I_F=20mA 時為1.45V（典型值），最大值為1.65V。喺 I_F=100mA（脈衝）時，典型 V_F會上升到1.80V，最大值為2.40V。
• 反向電流 (I_R): 喺 V_R=5V 時最大為10 μA，表示關斷狀態下嘅漏電流非常低。
• 視角 (2θ_1/2): 30度（典型值）。呢個係輻射強度下降到中心（0°）值一半時嘅全角。30°嘅角度提供咗一個中等聚焦嘅光束。

3. 分級系統說明

LED嘅輻射強度會分為唔同嘅等級（Bin），以確保最終用戶獲得一致嘅性能。分級係喺標準測試條件 I_F= 20mA 下進行。可用嘅等級由字母代碼（M、N、P、Q、R）定義，並有相應嘅最小同最大輻射強度值。咁樣設計師就可以選擇符合佢哋特定靈敏度或距離要求嘅元件。例如，選擇'P'級可以保證最小輻射強度為15.0 mW/sr，最大為24.0 mW/sr。呢個特定型號嘅規格書冇標明波長（色調）或正向電壓（REF）嘅獨立分級，但標籤規格表明呢啲參數喺製造過程中係有跟蹤嘅。

4. 性能曲線分析

典型性能曲線提供咗器件喺唔同條件下行為嘅視覺化洞察，對於電路設計同熱管理至關重要。

4.1 正向電流 vs. 環境溫度

呢條降額曲線顯示咗最大允許連續正向電流點樣隨住環境溫度升高超過25°C而降低。為咗確保結溫保持喺安全限度內並維持長期可靠性，喺高溫環境下必須降低工作電流。設計師喺將LED用於密閉外殼或高環境溫度時，必須參考呢條曲線。

4.2 光譜分佈

光譜分佈圖將相對輻射強度對應波長繪製成圖。佢直觀地確認咗850nm嘅峰值波長同大約45nm嘅光譜帶寬。條曲線係GaAlAs（砷化鎵鋁）半導體材料嘅特徵。窄而明確嘅峰值確保咗同可見光嘅重疊最小，並且同矽探測器（其峰值靈敏度喺800-900nm左右）嘅耦合達到最佳。

4.3 輻射強度 vs. 正向電流

呢條曲線說明咗驅動電流同光輸出之間嘅關係。輻射強度喺較低電流水平時隨電流超線性增加，喺較高電流時趨向於更線性，最終會因為熱效應導致內部效率下降而飽和。脈衝條件（100mA）下嘅曲線顯示輸出明顯高於直流條件，突顯咗脈衝操作喺實現高峰值強度而唔造成熱損傷方面嘅好處。

4.4 相對輻射強度 vs. 角位移

呢個極座標圖描繪咗LED嘅空間發射模式。佢顯示咗光強度點樣隨住視角偏離中心軸（0°）而減弱。對於呢種封裝類型，模式大致係朗伯分佈，喺半角點（大約±15°）嘅強度係軸上強度嘅50%，呢個就定義咗30°嘅視角。

5. 機械同封裝信息

器件採用標準5mm（T-1 3/4）徑向引線封裝。引線有標準2.54mm（0.1英寸）間距，兼容常見嘅穿孔原型板同PCB佈局。封裝尺寸圖提供咗關鍵尺寸，包括總直徑、透鏡高度、引線長度同引線直徑。主體由黃色塑膠製成，對850nm紅外線光係透明嘅，但呈現顏色有助於視覺識別同區分可見光LED。陰極通常可以通過透鏡邊緣嘅平邊同/或較短嘅引線來識別。除非另有說明，所有尺寸嘅標準公差為±0.25mm。

6. 焊接同組裝指引

組裝過程中嘅正確處理對於防止LED受到機械或熱損傷至關重要。

6.1 引線成型

如果需要彎曲引線，必須喺距離環氧樹脂燈泡底部至少3mm嘅位置進行。成型應該總係喺焊接之前、室溫下進行，並且要小心避免直接對環氧樹脂主體施加應力，否則可能會導致封裝破裂或損壞內部引線鍵合。PCB孔必須同LED引線精確對齊，以避免安裝應力。

6.2 儲存

LED應該儲存喺陰涼、乾燥嘅環境中（≤30°C，相對濕度≤70%）。出貨後嘅建議儲存壽命為3個月。對於更長時間嘅儲存（長達一年），元件應該放喺帶有乾燥劑嘅密封防潮袋中，最好係氮氣環境，以防止吸濕同焊接過程中可能出現嘅爆米花現象。

6.3 焊接製程

必須喺焊點同環氧樹脂燈泡之間保持至少3mm嘅距離。建議嘅焊接參數如下：
手工焊接: 烙鐵頭溫度 ≤300°C（適用於最大30W嘅烙鐵），每條引線焊接時間 ≤3秒。
波峰/浸焊: 預熱溫度 ≤100°C，時間 ≤60秒；焊錫槽溫度 ≤260°C，時間 ≤5秒。
提供嘅焊接溫度曲線圖建議快速升溫、一個平台（保溫）區、260°C嘅短暫峰值，以及受控嘅冷卻。應避免快速冷卻或熱衝擊。唔建議進行返工焊接（超過一次浸焊或手工焊接循環）。

6.4 清潔

如果焊接後需要清潔，請使用室溫下嘅異丙醇，時間唔超過一分鐘。除非其效果（功率、頻率、持續時間）已經喺樣品組件上經過充分預先驗證，否則唔好使用超聲波清潔，因為超聲波能量可能會損壞精密嘅內部半導體結構。

5.5 熱管理

有效嘅熱管理係一個關鍵嘅設計考慮因素。150mW嘅功耗額定值係喺25°C下指定嘅。喺實際應用中，實際功耗 (V_F* I_F) 必須隨住環境溫度升高而降額，正如降額曲線所示。對於高電流或高環境溫度下嘅連續運作，可以考慮使用散熱器、增加氣流或實施脈衝驅動，以降低平均結溫並確保長期可靠性。

7. 包裝同訂購信息

LED包裝喺防靜電袋中，以保護佢哋免受靜電放電（ESD）損害。呢啲袋會放入內盒，然後再裝入更大嘅外箱進行運輸。典型嘅包裝數量係每袋200-500件，每內盒5袋，每主外箱10個內盒。袋上嘅標籤包含用於追溯同識別嘅關鍵信息，包括客戶產品編號（CPN）、製造商產品編號（P/N）、包裝數量（QTY）同發光強度等級（CAT）。其他代碼可能表示主波長等級（HUE）、正向電壓等級（REF）、批號同日期代碼。

8. 應用建議同設計考慮

8.1 典型應用場景

• 紅外線遙控器: 用作電視、音響同機頂盒遙控器中嘅發射器。
• 接近同物體檢測: 配對光電晶體管來感應物體嘅存在、不存在或位置。
• 光學開關: 用於槽型傳感器（例如打印機中嘅紙張檢測）或反射式傳感器。
• 安防系統: 用於閉路電視攝像機嘅夜視照明，或作為紅外線入侵檢測光束嘅一部分。
• 工業自動化: 用於計數、對齊同液位檢測應用中嘅非接觸式感應。

8.2 設計考慮

• 電流限制: 務必使用串聯電阻或恆流驅動器將正向電流限制喺所需值，計算基於電源電壓同LED嘅正向電壓。
• 脈衝操作: 對於需要高峰值強度嘅應用（例如遠距離感應），使用具有適當佔空比嘅脈衝驅動，以保持喺峰值電流同平均功率額定值之內。
• 光學設計: 設計透鏡、光圈或光路時，要考慮30°嘅視角。對於更長距離，可以使用外部透鏡來準直光束。
• 探測器匹配: 確保所選嘅光電探測器（光電晶體管、光電二極管或接收器IC）喺850nm區域具有高靈敏度。
• 抗環境光干擾: 喺有強烈環境光（特別係含有紅外線嘅陽光）嘅環境中，使用調製（脈衝）紅外線信號同接收器中嘅同步檢測，以將信號同背景噪音區分開。

9. 技術比較同差異化

同標準可見光LED相比，呢款IR LED針對紅外線光譜輸出進行咗優化，採用嘅材料（GaAlAs）能夠喺850nm提供高效率。佢喺IR LED類別中嘅關鍵區別在於結合咗相對較高嘅輻射強度（典型值15 mW/sr）同低正向電壓（典型值1.45V），呢點可以令電池供電設備嘅功耗更低。30°嘅視角喺光束集中度同覆蓋範圍之間提供咗良好嘅平衡。符合現代環保標準（RoHS、REACH、無鹵素）對於面向全球市場嘅產品係一個顯著優勢，消除咗材料合規性嘅顧慮。

10. 基於技術參數嘅常見問題

問：我可唔可以直接用5V電源驅動呢個LED？
答：唔可以。你必須使用限流電阻。例如，使用5V電源，目標電流為20mA，假設典型 V_F為1.45V，電阻值會係 R = (5V - 1.45V) / 0.02A = 177.5Ω。一個標準嘅180Ω電阻就啱用。

問：直流同脈衝輻射強度額定值有咩區別？
答：直流額定值（20mA時15 mW/sr）適用於連續運作，熱效應會限制輸出。脈衝額定值（100mA時80 mW/sr）可以實現，係因為短暫嘅脈衝唔會讓結溫顯著升高，從而允許更高嘅瞬時電流，因此光輸出更高。

問：點樣識別陰極？
答：喺標準5mm封裝中，陰極通常由兩個特徵指示：1) 圓形塑膠透鏡邊緣上有一個平邊。2) 陰極引線通常比陽極引線短。焊接前務必驗證極性。

問：呢個LED對ESD敏感嗎？
答：同所有半導體器件一樣，佢可能會被靜電放電損壞。佢係用防靜電包裝供應嘅，組裝期間應該採取適當嘅ESD預防措施進行處理。

11. 實用設計同使用案例

案例：設計一個簡單嘅物體檢測傳感器
一個常見應用係遮斷光束式傳感器。將HIR333/H0 IR LED放喺路徑嘅一邊，光電晶體管直接放喺對面。當有物體喺佢哋之間通過時，會中斷紅外線光束，導致光電晶體管嘅輸出發生變化。對於呢個設計：
1. 使用簡單嘅晶體管開關或微控制器GPIO引腳（帶串聯電阻）以20mA恆流驅動LED。
2. 為咗提高抗噪能力同距離，以特定頻率（例如38kHz）脈衝驅動LED，並使用內置38kHz濾波器嘅光電晶體管模組。
3. 考慮到30°嘅發射錐角，仔細對齊LED同探測器。對於更長嘅間隙，可以考慮喺LED前面加個管或準直透鏡來收窄光束。
4. 將傳感器遠離直射陽光或其他強紅外線光源，以防止誤觸發。

12. 工作原理簡介

紅外線發光二極管（IR LED）係一種半導體p-n結二極管。當施加正向電壓時，來自n區嘅電子同來自p區嘅空穴會注入穿過結。當呢啲電荷載流子喺有源區複合時，能量會以光子（光）嘅形式釋放。發射光嘅波長（顏色）由半導體材料嘅帶隙能量決定。HIR333/H0使用砷化鎵鋁（GaAlAs），其帶隙對應於近紅外線光譜中嘅光子，具體喺850納米左右。黃色塑膠封裝經過摻雜，對呢個波長係透明嘅，同時阻擋可見光，佢仲充當主透鏡來塑造輸出光束。

13. 技術趨勢同發展

紅外線LED技術嘅趨勢繼續朝向更高效率（每電瓦輸入產生更多光輸出）同更高功率密度發展。咁樣可以實現更亮嘅光源或更節能嘅設計。峰值波長嘅變化亦喺發展中；雖然850nm同940nm好常見，但其他波長正針對特定應用（如氣體感應或醫療診斷）進行優化。封裝技術正喺演變以支持表面貼裝技術（SMD）用於自動化組裝，儘管像5mm呢類通孔封裝對於原型製作、維修同某啲高可靠性應用仍然好受歡迎。集成係另一個趨勢，IR LED同驅動器、調製器，甚至探測器結合喺單一模組中，以簡化最終用戶嘅系統設計。