5mm 紅外線發光二極管 IR323 規格書 - 5.0mm 封裝 - 940nm 波長 - 1.5V 正向電壓 - 150mW 功耗 - 技術文件

1. 產品概覽

呢份文件提供咗一款高強度5mm紅外線發光二極管（LED）嘅完整技術規格。呢個元件封裝喺一個藍色透明塑膠殼入面，設計用嚟發射峰值波長為940納米（nm）嘅光，屬於近紅外線光譜。揀選呢個波長係經過策略性考慮，旨在為感應同遙控應用提供最佳性能，因為佢同常見嘅矽光電晶體管、光電二極管同紅外線接收模組嘅光譜靈敏度非常匹配。呢個元件嘅主要設計目標係高可靠性、高輻射輸出同低正向電壓操作，令佢適合用於各種基於紅外線嘅電子系統。

1.1 核心功能同優勢

呢款LED提供咗幾個關鍵優勢，有助於提升性能同易於整合：

• 高輻射強度：喺標準驅動電流20mA下，提供典型輻射強度6.4 mW/sr，確保強勁嘅信號傳輸。
• 低正向電壓：喺20mA下，典型正向電壓（Vf）為1.2V，有助於降低整體系統嘅功耗。
• 標準化封裝：採用常見嘅5mm徑向引腳封裝，引腳間距為2.54mm（0.1吋），兼容標準PCB佈局同麵包板。
• 環保合規：產品製造符合無鉛標準，符合歐盟RoHS同REACH法規，並達到無鹵素標準（Br<900ppm，Cl<900ppm，Br+Cl<1500ppm）。
• 明確視角：提供典型半強度視角（2θ1/2）為30度，提供適合定向應用嘅聚焦光束。

2. 技術參數分析

呢個部分對元件嘅電氣、光學同熱極限同特性進行詳細、客觀嘅解讀。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗元件可能受到永久損壞嘅應力極限。喺呢啲極限下或超出極限操作並唔保證。

• 連續正向電流（I_F）：100 mA。喺25°C環境溫度下，可以無限期通過LED嘅最大直流電流。
• 峰值正向電流（I_FP）：1.0 A。呢個高脈衝電流只喺嚴格條件下先容許：脈衝寬度 ≤ 100μs 同 佔空比 ≤ 1%。呢個對於短暫、高強度信號傳送好有用。
• 反向電壓（V_R）：5 V。可以喺反向偏壓方向施加嘅最大電壓。超過呢個值可能導致接面擊穿。
• 功耗（P_d）：喺25°C或以下自由空氣溫度時為150 mW。呢個係封裝可以作為熱量散發嘅最大功率。額定值會隨環境溫度升高而降低。
• 溫度範圍：操作（T_opr）：-40°C 至 +85°C；儲存（T_stg）：-40°C 至 +100°C。
• 焊接溫度（T_sol）：最高260°C，持續時間唔超過5秒，定義咗波峰焊或手焊嘅工藝窗口。

2.2 電光特性

呢啲參數喺Ta=25°C下測量，定義咗元件喺正常操作條件下嘅典型性能。

• 輻射強度（I_e）：光學輸出嘅主要量度。喺I_F=20mA時，最小4.0 mW/sr，典型6.4 mW/sr。喺最大連續電流100mA時，典型強度上升到30 mW/sr。
• 峰值波長（λ_p）：940 nm（典型）。呢個係發射光功率達到最大值時嘅波長。
• 光譜帶寬（Δλ）：45 nm（典型）。呢個定義咗發射嘅波長範圍，通常喺峰值功率一半處測量（半高全寬 - FWHM）。
• 正向電壓（V_F）：喺20mA時為1.2V（典型），1.5V（最大）。由於二極管嘅串聯電阻，喺100mA時增加到1.4V（典型），1.8V（最大）。
• 反向電流（I_R）：當施加5V反向偏壓時，最大為10 μA。
• 視角（2θ_1/2）：30度（典型）。輻射強度為0度（軸上）值一半時嘅點之間嘅角度擴散。

3. 分級系統說明

器件根據佢哋喺標準測試條件I_F= 20mA下測量到嘅輻射強度進行分類（分級）。咁樣設計師就可以選擇具有保證最小同最大輸出水平嘅部件，以確保系統性能一致。

例如，標記為分級 "L" 嘅部件保證其輻射強度喺5.6至8.9 mW/sr之間。較高嘅分級字母（例如P）對應較高輸出嘅器件。呢份規格書並無顯示呢款特定產品喺其他參數（如正向電壓或峰值波長）上嘅分級，表明對呢啲特性有嚴格嘅製造控制。

4. 性能曲線分析

提供嘅特性曲線為器件喺唔同條件下嘅行為提供咗有價值嘅見解。

4.1 正向電流 vs. 環境溫度

呢個圖表顯示咗最大允許連續正向電流隨環境溫度升高而降低嘅情況。喺25°C時，允許全額100mA。隨著溫度上升，必須降低最大電流，以防止超過150mW功耗極限並確保長期可靠性。呢條曲線對於設計喺高溫環境中運行嘅系統至關重要。

4.2 輻射強度 vs. 正向電流

呢個圖表說明咗驅動電流（I_F）同光學輸出（I_e）之間嘅關係。輻射強度喺較低電流水平下隨電流超線性增加，喺較高電流下趨向更線性，但最終會飽和。曲線確認咗表格中所述嘅典型值（例如，20mA時約6.4 mW/sr，100mA時約30 mW/sr）。

4.3 光譜分佈

光譜圖將相對輻射強度對應波長繪製成圖。佢直觀地確認咗峰值波長（λ_p）為940nm，以及喺FWHM點處約45nm嘅光譜帶寬（Δλ）。呢條曲線係GaAlAs（砷化鎵鋁）半導體材料系統嘅特徵。

4.4 相對輻射強度 vs. 角位移

呢個極座標圖描繪咗LED嘅輻射模式。佢顯示咗強度如何隨住偏離中心軸（0°）嘅角度增加而降低。強度下降到其軸上值50%時嘅角度定義咗半強度視角，呢度顯示約為30度，形成一個中等聚焦嘅光束。

5. 機械同封裝資訊

5.1 封裝尺寸

器件採用標準5mm徑向引腳封裝。尺寸圖指定咗關鍵尺寸：總直徑（典型5.0mm）、引線直徑、從透鏡底部到引線彎曲處嘅距離，以及引線間距（2.54mm）。圖紙包含註明，除非另有說明，公差為±0.25mm。較長嘅引腳通常表示陽極（正極）連接。

6. 焊接同組裝指引

正確處理對於保持器件完整性同性能至關重要。

6.1 引腳成型

• 彎曲必須喺距離環氧樹脂透鏡底部至少3mm嘅位置進行，以避免對密封造成應力。
• 成型應該喺任何焊接操作之前完成。
• 切割引腳應喺室溫下進行，以防止熱衝擊。
• PCB孔必須同LED引腳精確對齊，以避免安裝應力。

6.2 儲存

• 建議儲存條件為≤30°C同≤70%相對濕度（RH），從出貨起最多3個月。
• 對於更長嘅儲存（最多一年），請使用帶有氮氣氣氛同乾燥劑嘅密封容器。
• 避免喺潮濕環境中快速溫度變化，以防止凝結。

6.3 焊接過程

關鍵規則：保持焊點到環氧樹脂燈泡嘅最小距離為3mm。

• 手焊：烙鐵頭溫度≤300°C（適用於最大30W烙鐵），每條引腳焊接時間≤3秒。
• 波峰/浸焊：預熱≤100°C，時間≤60秒。焊錫槽溫度≤260°C，浸入時間≤5秒。
• 喺高溫階段避免對引腳施加應力。
• 浸焊或手焊唔應該進行超過一次。
• 焊接後讓LED逐漸冷卻至室溫；避免快速冷卻。

6.4 清潔

• 如有必要，只喺室溫下使用異丙醇清潔，時間唔超過一分鐘。
• 除非絕對必要並且只喺經過徹底嘅預先資格測試後，否則唔好使用超聲波清潔，因為佢可能導致機械損壞。

7. 包裝同訂購資訊

7.1 標籤規格

包裝上嘅標籤包含幾個代碼：客戶產品編號（CPN）、製造商產品編號（P/N）、包裝數量（QTY），以及發光強度（CAT）、主波長（HUE）同正向電壓（REF）嘅性能等級。佢仲包括批號同日期代碼（月份）。

7.2 包裝規格

• LED包裝喺防靜電袋中。
• 典型包裝：每袋200-500件，每內盒5袋，每主（外）箱10個內盒。

8. 應用建議同設計考慮

8.1 典型應用場景

• 紅外線遙控器：適用於電視、音響系統同其他消費電子產品。940nm波長係理想選擇，因為佢對人眼唔可見，但能被矽接收器有效檢測。
• 接近同物體檢測感應器：用於自動水龍頭、乾手機、安全系統同工業計數設備。一個IR LED配對一個光電檢測器可以感應其光束嘅中斷或反射。
• 光學開關同編碼器：用於檢測打印機、電機控制同旋轉編碼器中嘅運動或位置。
• 夜視照明：為配備紅外線敏感感應器嘅安全攝像頭提供隱蔽照明。
• 數據傳輸：用於短距離、視線光學數據鏈路（例如，舊式IrDA系統）。

8.2 設計考慮

• 限流：從電壓源驅動LED時，務必使用串聯限流電阻。使用公式 R = (V_supply- V_F) / I_F 計算電阻值。唔好直接連接到電壓源。
• 熱管理：當喺接近最大電流或高環境溫度下操作時，請考慮降額曲線。如有必要，確保足夠嘅通風或散熱，特別係對於密集排列嘅陣列。
• 光學設計：30度視角提供聚焦光束。對於更寬嘅覆蓋範圍，請使用多個LED或二次光學元件（如擴散器）。對於更長距離，可以使用透鏡進一步準直光束。
• 電氣抗噪性：喺感應應用中，調製IR信號（例如，使用38kHz載波）以將其與環境紅外線光（陽光、白熾燈泡）區分開。呢樣可以大大提高信噪比。
• 接收器匹配：確保所選嘅光電檢測器或接收模組（例如，38kHz集成接收器）喺940nm附近具有光譜靈敏度，以獲得最佳性能。

9. 技術比較同區分

雖然存在好多5mm IR LED，但呢款器件嘅參數組合提供咗特定優勢：

• 對比更高波長IR LED（例如850nm）：940nm發射光作為微弱紅光較唔可見，令佢更適合隱蔽應用。然而，矽光電檢測器喺940nm處嘅靈敏度略低於850nm，呢點可以由呢款LED嘅高輻射強度彌補。
• 對比標準亮度IR LED：提供更高輸出分級（例如，分級N、P），允許設計需要更長距離或相同信號強度下更低驅動電流，從而提高電源效率。
• 對比表面貼裝IR LED：通孔封裝更易於原型製作、業餘愛好者使用，以及喺連接機械穩健性優先於電路板空間嘅應用中。
• 關鍵區分因素：清晰定義且相對嚴格嘅強度分級結構，結合全面嘅環保合規性（RoHS、REACH、無鹵素），令呢款部件適合現代、受監管嘅電子產品。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 "輻射強度"同"發光強度"有咩唔同？

輻射強度（以mW/sr為單位）係每單位立體角發射嘅光功率，適用於所有波長。發光強度（以坎德拉，mcd為單位）根據人眼靈敏度（明視覺曲線）對光功率進行加權。由於人眼對940nm紅外線光幾乎唔敏感，因此呢款LED嘅發光強度基本上為零。輻射強度係用於電子感應器嘅紅外線元件嘅正確度量標準。

10.2 我可以連續以100mA驅動呢款LED嗎？

可以，但僅限於環境溫度（Ta）喺25°C或以下，根據絕對最大額定值。如果環境溫度更高，你必須參考"正向電流 vs. 環境溫度"降額曲線以找出新嘅最大允許連續電流。例如，喺85°C時，最大連續電流將顯著低於100mA。

10.3 點解峰值正向電流（1A）比連續電流（100mA）高咁多？

1A額定值適用於非常短嘅脈衝（≤100μs）同低佔空比（≤1%）。喺咁短暫嘅脈衝期間，半導體接面冇時間顯著升溫。100mA連續額定值受封裝嘅穩態散熱能力限制。高脈衝電流實現咗像遠距離、短脈衝信號傳送呢類應用。

10.4 我點樣識別陽極同陰極？

喺標準徑向LED封裝中，較長嘅引腳通常係陽極（正極）。此外，從底部觀察LED，塑膠透鏡邊緣有平坦處嗰邊嘅引腳通常係陰極（負極）。如果唔確定，請務必使用萬用表嘅二極管測試模式進行驗證。

11. 實用設計同使用示例

11.1 簡單接近感應器電路

可以通過將呢個IR LED同一個光電晶體管並排放置，指向同一方向，來構建一個基本反射式感應器。LED通過一個20-30Ω電阻由微控制器引腳驅動（對於3.3V電源約50mA：R = (3.3V - 1.2V)/0.05A ≈ 42Ω）。光電晶體管集電極通過上拉電阻（例如10kΩ）連接到電源，發射極接地。集電極節點連接到微控制器ADC或數字輸入。當物體靠近時，佢將紅外線光反射到光電晶體管上，導致其集電極電壓下降，呢個由微控制器檢測到。

11.2 驅動IR接收模組

對於遙控應用，將呢款LED同一個3針IR接收模組（例如，調諧到38kHz）配對使用。LED串聯一個限流電阻同一個NPN晶體管。晶體管基極由來自微控制器嘅調製信號驅動，該信號使用像NEC或RC5咁樣嘅協議編碼遙控指令。38kHz載波頻率喺LED上升/下降時間嘅帶寬內。接收模組解調呢個信號並向微控制器輸出乾淨嘅數字數據流。

12. 工作原理

紅外線發光二極管（IR LED）係一種半導體p-n接面二極管。當正向偏壓（陽極相對於陰極施加正電壓）時，來自n型區域嘅電子同來自p型區域嘅電洞被注入跨越接面。當呢啲電荷載子喺接面嘅有源區域復合時，佢哋釋放能量。喺呢款特定器件中，半導體材料係砷化鎵鋁（GaAlAs）。呢種材料嘅能帶隙決定咗發射光子嘅波長。對於調諧到發射940nm嘅GaAlAs，復合能量對應於電磁波譜近紅外部分嘅光子。藍色透明環氧樹脂封裝充當透鏡，將發射光塑造成指定視角，並且對紅外線波長係透明嘅。

13. 技術趨勢

雖然像呢款5mm LED咁樣嘅通孔元件仍然喺原型製作、教育同某些工業應用中受歡迎，但更廣泛嘅行業趨勢係朝向表面貼裝器件（SMD）封裝（例如0805、1206或芯片級封裝）。SMD提供更細尺寸，更適合自動化貼片組裝，並且由於更大嘅散熱焊盤連接到PCB，通常具有更好嘅熱性能。對於紅外線LED，具體趨勢包括開發具有更高電光轉換效率（每瓦電輸入更多光輸出）嘅器件、為特定感應應用（如氣體感應）提供更嚴格嘅波長公差，以及將驅動器或感應器集成到多芯片模組中。GaAlAs同類似III-V族半導體紅外線發射器背後嘅基礎物理同材料科學繼續為性能同成本進行改進。