紅外線發射LED LTE-7377LM1-TA 規格書 - 高速、高功率、藍色封裝 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

呢份文件詳細說明咗一款高性能紅外線發射元件嘅規格。呢個器件專為需要快速響應時間同顯著光學輸出功率嘅應用而設計。其核心設計理念集中喺脈衝操作環境下嘅可靠性同效率，令佢適合用於一系列感測同通訊系統。元件封裝喺一個獨特嘅藍色透明封裝內，有助於組裝期間嘅視覺識別，並且可能對發射波長具有特定嘅濾波或透射特性。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義咗器件可能發生永久損壞嘅應力極限。呢啲數值唔係用於連續操作，而係代表任何情況下都唔可以超過嘅閾值。

• 功耗 (P_D):200 mW。呢個係器件可以作為熱量散發嘅最大功率。超過呢個限制會有熱失控同故障嘅風險。
• 峰值順向電流 (I_FP):2 A。呢個額定值適用於特定脈衝條件下（每秒100個脈衝，10 µs脈衝寬度）。佢表示器件能夠喺短時間內處理非常高嘅瞬時電流，對於產生高強度光脈衝至關重要。
• 連續順向電流 (I_F):100 mA。可以連續通過器件而不會降低其性能或壽命嘅最大直流電流。
• 反向電壓 (V_R):5 V。可以施加喺反向偏壓方向上嘅最大電壓。超過呢個值可能導致接面擊穿。
• 操作溫度範圍 (T_A):-40°C 至 +85°C。保證器件符合其公佈規格嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍 (T_stg):-55°C 至 +100°C。非操作儲存而不會退化嘅溫度範圍。
• 引腳焊接溫度:260°C 持續5秒，測量點距離封裝主體1.6mm。呢個定義咗波峰焊或手工焊接過程嘅熱曲線容差。

2.2 電氣與光學特性

呢啲參數喺標準環境溫度25°C下測量，定義咗器件喺指定測試條件下嘅典型性能。

• 輻射強度 (I_E):35 mW/sr (最小值)。喺順向電流 (I_F) 為50mA時測量。輻射強度描述咗每單位立體角（球面度）發射嘅光功率，表示光源從特定方向嘅亮度。
• 峰值發射波長 (λ_P):880 nm (典型值)。呢個係光輸出功率最大嘅波長。880nm屬於近紅外光譜，人眼睇唔到，但可以被矽光電二極體同許多感測器檢測到。
• 譜線半寬 (Δλ):50 nm (最大值)。呢個參數，亦稱為半高全寬，表示發射光嘅光譜帶寬。50nm嘅值表明佢唔係單色光源，而係圍繞880nm中心波長嘅一個波長範圍內發射。
• 順向電壓 (V_F):1.5V (最小), 1.75V (典型), 2.1V (最大)。喺350mA高脈衝電流下測量（100pps，10µs脈衝）。呢個係二極體正向偏壓導通時嘅壓降。對於設計驅動電路同計算功耗至關重要。
• 反向電流 (I_R):100 µA (最大值)。施加5V反向偏壓時嘅漏電流。數值越低越好。
• 上升/下降時間 (T_r/T_f):40 nS (最大值)。呢個定義咗器件嘅開關速度，測量為光輸出從最終值嘅10%過渡到90%所需嘅時間（上升）以及相反過程（下降）。40ns嘅規格證實咗佢適合高速調製同脈衝應用。
• 視角 (2θ_1/2):16 度 (典型值)。呢個係輻射強度下降到其最大值（軸上）一半時嘅全角。16°嘅角度表示光束相對較窄，對於特定路徑上嘅定向照明或感測非常有用。

3. 性能曲線分析

規格書參考咗典型特性曲線，呢啲對於詳細設計分析至關重要。雖然具體圖表未喺提供嘅文本中複製，但佢哋嘅典型內容同重要性解釋如下。

3.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

呢個圖表顯示咗流經二極體嘅電流同其兩端電壓之間嘅關係。佢係非線性嘅，表現出一個開啟/閾值電壓（對於GaAs IR LED約為1.2-1.4V），之後電流會隨電壓嘅微小增加而迅速增加。設計師使用呢條曲線來選擇適當嘅限流電阻或設計恆流驅動器。

3.2 輻射強度 vs. 順向電流

呢個圖表說明咗光輸出功率如何隨驅動電流增加而增加。通常喺好大範圍內係線性嘅，但喺極高電流下可能由於熱效應同內部效率下降而飽和。呢條線嘅斜率與器件嘅外部量子效率有關。

3.3 輻射強度 vs. 環境溫度

呢條曲線展示咗光輸出嘅溫度依賴性。對於LED，輻射強度通常隨接面溫度升高而降低。呢個降額因子對於設計喺整個溫度範圍（-40°C至+85°C）內運行嘅系統至關重要，以確保性能一致。

3.4 光譜分佈

一個顯示相對光功率作為波長函數嘅圖表。佢會喺典型嘅880nm處達到峰值，並具有由50nm FWHM規格定義嘅寬度。呢個對於將發射器與所用檢測器嘅光譜靈敏度匹配非常重要。

4. 機械與封裝資料

4.1 封裝尺寸

器件使用標準LED封裝格式，帶有凸緣以提供機械穩定性，並可能用於散熱。規格書中嘅關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸均以毫米為單位，括號內為英寸。
• 除非特定特徵有不同標註，否則適用±0.25mm (±0.010")嘅一般公差。
• 凸緣下方嘅樹脂可能最多凸出1.5mm (0.059")。
• 引腳間距喺引腳離開封裝主體嘅點處測量，呢個對於PCB封裝設計至關重要。

具體嘅尺寸圖會提供主體長度、寬度、高度、引腳直徑同間距嘅精確數值。

4.2 極性識別

紅外線LED係極性元件。封裝通常有一個平面或邊緣有一個凹口來指示陰極（負極）引腳。較長嘅引腳也可能表示陽極（正極），但封裝標記係確定性嘅參考。正確嘅極性對於操作至關重要。

5. 焊接與組裝指引

遵守焊接規格對於防止機械或熱損壞至關重要。

• 焊接溫度:只要熱量施加喺距離塑膠封裝主體至少1.6mm (0.063")嘅地方，引腳可以承受260°C長達5秒。咁樣可以防止樹脂熔化或受到熱應力。
• 工藝建議:對於回流焊，峰值溫度不超過260°C嘅標準無鉛曲線係合適嘅。應控制液相線以上嘅時間以最小化總熱輸入。
• 清潔:如果需要清潔，請使用與藍色透明環氧樹脂相容嘅工藝。應避免使用強烈溶劑。
• 儲存條件:喺指定嘅儲存溫度範圍（-55°C至+100°C）內，儲存於乾燥、防靜電環境中。如果適用，濕度敏感等級資訊會喺單獨嘅包裝規格中找到。

6. 包裝與訂購資料

規格書嘅最後一頁專門介紹包裝細節。呢個通常包括：

• 包裝格式:器件可能以帶狀和捲盤形式供應，用於自動貼裝，呢個係表面貼裝元件嘅標準。捲盤尺寸、帶寬、凹槽尺寸同方向喺呢度定義。
• 每捲數量:每捲嘅標準件數（例如，1000、2000、4000）。
• 型號:零件編號LTE-7377LM1-TA係完整嘅訂購代碼。後綴如"-TA"可能表示帶狀和捲盤包裝或特定分檔選項。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 紅外線感測:接近感測器、物體檢測、循線機器人同遮斷式光學開關（例如，打印機中嘅紙張檢測）。窄視角同高速係有益嘅。
• 光學通訊:短距離數據鏈路、遙控發射器（用於電視等）以及需要抗電磁干擾嘅工業紅外線數據傳輸。40ns嘅上升/下降時間支持中等數據速率。
• 機器視覺與照明:為具有夜視功能嘅閉路電視攝像機或專門嘅機器視覺系統提供不可見照明。

7.2 設計考慮因素

• 驅動電路:由於允許嘅高脈衝電流（2A），幾乎總是需要專用嘅驅動晶體管（BJT或MOSFET）。對於咁高電流嘅脈衝，簡單嘅串聯電阻係唔夠嘅，而且會浪費過多功率。
• 電流限制:對於直流或脈衝操作，必須主動限制電流以防止超過絕對最大額定值。使用恆流驅動器以獲得穩定嘅光輸出。
• 熱管理:雖然封裝有凸緣，但對於高電流（接近100mA）嘅連續操作，應考慮PCB佈局作為散熱器，特別係喺高環境溫度下操作時。
• 光學設計:如果需要不同嘅光束模式，16度嘅視角可能需要透鏡或擴散器。880nm嘅波長需要對該範圍敏感嘅檢測器（例如，矽光電二極體、光電晶體管）。
• 電氣保護:儘管有5V反向電壓額定值，但建議使用小型串聯電阻或瞬態電壓抑制器來防止電壓尖峰，特別係喺工業環境中。

8. 技術比較與差異化

根據其規格，呢款IR發射器通過關鍵屬性嘅組合喺市場上實現差異化：

• 高速與高功率組合:40ns嘅開關速度結合高輻射強度（35 mW/sr最小值）同極高脈衝電流能力（2A），對於需要明亮脈衝同快速數據速率或精確定時嘅應用係一個顯著優勢。
• 針對脈衝操作優化:對峰值脈衝電流嘅明確額定值以及脈衝條件下指定嘅順向電壓表明，呢個器件係為呢種要求苛刻嘅模式而設計嘅，比僅額定用於直流嘅LED提供更好嘅性能同可靠性。
• 窄視角:16度嘅光束比許多標準IR LED（可能係30-60度）更窄，提供更定向嘅光同更高嘅軸上強度，從而提高定向感測應用中嘅信噪比。

9. 常見問題 (FAQs)

Q1: 我係咪可以只用一個串聯電阻，用5V微控制器引腳驅動呢個LED？

A: 對於低電流（例如20-50mA）嘅短暫脈衝，串聯電阻計算係可能嘅（R = (V_CC- V_F) / I_F)。然而，對於器件設計用於嘅高電流脈衝操作（350mA或2A），微控制器引腳無法提供足夠電流。必須使用由MCU控制嘅晶體管開關（如MOSFET）從獨立電源提供所需電流。

Q2: 藍色封裝嘅目的係咩？只係為咗顏色？

A: 藍色透明環氧樹脂充當短波長通濾波器。佢對發射嘅880nm紅外線係透明嘅，但會阻擋或衰減可見光。咁樣可以幫助減少檢測器中環境可見光嘅干擾，提高紅外線系統嘅信噪比。佢亦作為視覺識別標記。

Q3: 我應該點樣理解"輻射強度"數值來進行我嘅設計？

A: 輻射強度 (mW/sr) 係衡量發射到給定立體角內嘅光功率有幾多。要估算光軸上距離 (d) 處嘅輻照度（每單位面積功率），你可以使用近似值：對於小角度，E ≈ I_E/ d²，其中如果d以cm為單位，則E以mW/cm²為單位。咁樣有助於確定係咪有足夠光線到達你嘅檢測器。

Q4: 儲存溫度最大值係100°C，但焊接溫度係260°C。呢個唔係矛盾咩？

A: 唔係。儲存溫度係針對長期、非操作條件，整個封裝均勻處於該溫度。焊接額定值係針對非常短暫、局部嘅熱暴露（5秒），僅施加於金屬引腳，引腳會將熱量從敏感嘅半導體接面同封裝主體導走。

10. 實用設計案例研究

場景: 設計一個高速光學編碼器。

一個光學旋轉編碼器需要一個光源穿過編碼盤照射到光電檢測器陣列上。編碼器必須喺高轉速下運行，需要光源快速開關以避免模糊並實現精確邊緣檢測。

• 元件選擇理由:選擇LTE-7377LM1-TA係因為其40ns嘅上升/下降時間允許非常銳利嘅光脈衝，使系統能夠高速解析精細嘅位置變化。窄16度視角有助於將光線集中通過編碼盤嘅狹窄槽，提高對比度。
• 電路設計:實現咗一個使用高速MOSFET嘅恆流驅動電路。MOSFET由定時器或FPGA輸出控制開關。電流設置為100mA（連續最大值）或像350mA嘅脈衝值以獲得更高強度脈衝，保持喺規格書限制內。該電流下嘅順向電壓用於計算驅動器中嘅功耗。
• 佈局與散熱:PCB封裝匹配封裝圖嘅引腳間距。凸緣下方放置咗一個連接到地平面嘅小型散熱焊盤，以幫助連續操作期間散熱。
• 光學對準:發射器同檢測器對準喺編碼盤嘅兩側。窄光束確保編碼盤上相鄰軌道之間嘅串擾最小。

11. 工作原理

呢個器件係一個基於半導體p-n接面嘅發光二極體，通常使用砷化鎵或鋁鎵砷等材料來產生紅外線。當施加超過接面開啟電壓嘅正向電壓時，電子同電洞被注入穿過接面。當呢啲電荷載子復合時，能量以光子形式釋放。半導體材料嘅特定帶隙能量決定咗發射光子嘅波長，喺呢個情況下中心波長約為880納米。藍色環氧樹脂封裝封裝咗半導體芯片，提供機械保護，並作為塑造輸出光束同時濾除較短波長嘅主透鏡。

12. 技術趨勢

紅外線發射器技術隨著更廣泛嘅光電趨勢不斷發展。不斷追求更高效率（每輸入電瓦產生更多光輸出）以降低功耗同熱量產生。咁樣使得便攜式設備中嘅光源更亮或電池壽命更長。另一個趨勢係將發射器與驅動器同控制邏輯集成到智能模塊中，簡化系統設計。此外，正朝著更快嘅開關速度發展，以支持光學通訊中更高嘅數據速率（例如，用於Li-Fi）以及用於3D成像同LiDAR應用嘅更精確嘅飛行時間感測。小型化嘅推動亦持續進行，導致更小嘅封裝尺寸，同時保持或改善性能特性。