HSDL-4261 紅外線發射器規格書 - 870nm 波長 - 1.4V 正向電壓 - 190mW 功耗 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

HSDL-4261 係一款分立式紅外線發射器元件，專為需要高速光學數據傳輸嘅應用而設計。佢採用 AlGaAs（鋁鎵砷）LED 技術，產生峰值波長為 870 納米嘅紅外線光。呢款器件嘅特點係開關速度快，適合用喺數碼通訊介面。

1.1 核心優勢

• 高速運作：典型光學上升同下降時間為 15 納秒，能夠喺高頻寬應用中進行數據傳輸。
• 高光學功率：提供高輻射強度，為可靠嘅紅外線通訊提供強勁信號。
• 符合 RoHS 標準：作為無鉛產品製造，符合環保法規。
• 透明封裝：採用透明顏色封裝，唔會過濾發射出嚟嘅紅外線光。

1.2 目標應用

• 工業紅外線設備
• 紅外線便攜式儀器
• 消費電子產品（例如：光學滑鼠）
• 高速紅外線通訊（例如：IR LAN、數據機、加密狗）

2. 深入技術參數分析

除非另有說明，所有規格均定義喺環境溫度 (TA) 為 25°C 嘅條件下。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能受到永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下操作唔保證正常。

• 連續正向電流 (IFDC)：最大 100 mA。
• 峰值正向電流 (IFPK)：最大 500 mA，喺脈衝條件下（佔空比=20%，脈衝寬度=100µs）。
• 功耗 (PDISS)：最大 190 mW。必須隨住環境溫度升高而降低額定值，如特性曲線所示。
• 反向電壓 (VR)：最大 5 V。
• 儲存溫度範圍 (TS)：-40°C 至 +100°C。
• 操作溫度範圍 (TO)：-40°C 至 +85°C。
• 接面溫度 (TJ)：最大 110°C。
• 引腳焊接溫度：最高 260°C，最多 5 秒，烙鐵頭距離封裝主體唔少於 1.6mm。

2.2 電氣及光學特性

呢啲係喺指定測試條件下嘅典型性能參數。

• 輻射光功率 (Po)：典型值喺 IF=20mA 時為 9 mW，IF=100mA 時為 45 mW。
• 軸上輻射強度 (IE)：典型值喺 IF=20mA 時為 36 mW/sr，IF=100mA 時為 180 mW/sr。
• 峰值發射波長 (λPeak)：典型值 870 nm（範圍：850 nm 至 890 nm），喺 IF=20mA 時。
• 譜線半寬度 (Δλ)：大約 47 nm，喺 IF=20mA 時。
• 正向電壓 (Vf)：典型值喺 IF=20mA 時為 1.4 V，IF=100mA 時為 1.7 V。
• 正向電壓溫度係數 (△V/△T)：大約 -1.5 mV/°C，喺 IF=20mA 時。
• 視角 (2θ1/2)：典型 26 度，定義咗輻射發射嘅角度擴散。
• 強度溫度係數 (△IE/△T)：大約 -0.22 %/°C，喺 IF=100mA 時，表示輸出隨溫度升高而下降。
• 波長溫度係數 (△λ/△T)：大約 +0.18 nm/°C，喺 IF=20mA 時。
• 光學上升/下降時間 (Tr/Tf)：典型 15 ns，從光學輸出嘅 10% 到 90% 測量。
• 串聯電阻 (RS)：典型值喺 IF=100mA 時為 4.1 歐姆。
• 二極管電容 (CO)：典型值喺 0V 偏壓同 1 MHz 時為 80 pF。
• 熱阻 (RθJA)：典型值從接面經引腳到環境為 280 °C/W。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾幅圖表說明關鍵關係。

3.1 正向電流 vs. 相對輻射強度

呢條曲線顯示光學輸出強度隨正向電流超線性增加，特別係喺較高電流時。佢突顯咗電流驅動對於達到所需亮度嘅重要性。

3.2 正向電壓 vs. 正向電流

IV 特性曲線展示咗二極管典型嘅指數關係。正向電壓隨電流增加，並且亦都依賴於溫度。

3.3 正向電壓 vs. 環境溫度

呢幅圖顯示正向電壓嘅負溫度係數。喺恆定電流下，Vf 隨溫度升高而降低，呢點對於恆壓驅動電路至關重要。

3.4 直流正向電流降額 vs. 環境溫度

呢幅圖對於可靠性至關重要。佢定義咗最大允許連續正向電流作為環境溫度嘅函數。隨住溫度升高，最大允許電流必須降低，以防止接面溫度超過其 110°C 嘅極限。例如，喺 85°C 時，最大直流電流明顯低於 25°C 時。

3.5 輻射圖案

極座標圖說明咗發射紅外線光嘅空間分佈。HSDL-4261 嘅典型視角為 26 度（半高全寬），形成適度聚焦嘅光束，適合定向通訊鏈路。

4. 機械及封裝資料

4.1 外形尺寸

呢款器件係標準通孔 LED 封裝。關鍵尺寸包括引腳間距、主體直徑同總高度。引腳設計為喺距離透鏡底座至少 3mm 嘅位置彎曲。規定咗法蘭下方樹脂嘅最小突出量。除非另有註明，所有尺寸公差通常為 ±0.25mm。

4.2 極性識別

元件使用標準 LED 極性標記。較長嘅引腳通常表示陽極（正極連接），而較短嘅引腳係陰極（負極連接）。組裝時必須驗證呢點以確保正確操作。

5. 焊接及組裝指引

5.1 儲存條件

長期儲存時，環境溫度唔應超過 30°C 或相對濕度 70%。如果從原裝防潮袋中取出，元件應喺三個月內使用。對於喺原包裝外嘅延長儲存，請使用帶乾燥劑嘅密封容器或充氮乾燥器。

5.2 清潔

如果需要清潔，只可使用酒精類溶劑，例如異丙醇。應避免使用刺激性化學品。

5.3 引腳成型

彎曲必須喺室溫下同焊接前進行。彎曲點應距離 LED 透鏡底座至少 3mm。彎曲時唔應將封裝主體用作支點，以避免損壞內部晶片粘合或焊線。

5.4 焊接參數

手動焊接（烙鐵）：最高溫度 260°C，每條引腳最多 5 秒。烙鐵頭必須距離環氧樹脂透鏡底座唔少於 1.6mm。

波峰焊：預熱最高 100°C，最多 60 秒。焊波溫度應最高為 260°C，接觸時間為 5 秒。器件浸入深度唔應低於環氧樹脂燈泡底座 2mm。

重要：必須避免將透鏡浸入焊料中。IR 回流焊唔適合呢種通孔封裝類型。過高溫度或時間會導致透鏡變形或災難性故障。

6. 應用設計考慮

6.1 驅動電路設計

LED 係電流驅動器件。為確保並聯驅動多個 LED 時亮度均勻，強烈建議每個 LED 串聯一個獨立嘅限流電阻。唔建議將 LED 直接並聯而無獨立電阻，因為佢哋嘅正向電壓 (Vf) 特性存在差異，可能導致嚴重嘅電流不平衡同亮度不均。

6.2 熱管理

考慮到 280°C/W 嘅熱阻 (RθJA)，必須仔細管理功耗。喺最大連續電流 (100mA) 同典型 Vf 1.7V 下操作會產生 170mW 功耗。呢個會導致接面溫度比環境溫度升高約 47.6°C (170mW * 280°C/W)。喺 85°C 環境溫度下，接面溫度會達到 132.6°C，超過 110°C 嘅最大額定值。因此，必須嚴格遵循圖 6 中嘅降額曲線。

6.3 靜電放電 (ESD) 保護

呢個元件容易受到靜電放電損壞。推薦嘅處理預防措施包括：

- 使用接地手環或防靜電手套。

- 確保所有設備、工作站同儲物架妥善接地。

- 使用離子發生器中和處理過程中可能喺塑膠透鏡上積聚嘅靜電荷。

6.4 光學設計

26 度視角同 870nm 波長應與合適嘅光電探測器（例如，具有匹配光譜響應嘅 PIN 光電二極管）配合使用。為獲得最佳範圍同信號完整性，特別係喺定向通訊鏈路中，考慮使用透鏡或光圈來準直或聚焦光束。透明封裝允許使用外部光學元件而無內置濾波。

7. 技術比較與區分

HSDL-4261 通過特定參數組合喺紅外線發射器市場中定位：

速度 vs. 功率：佢提供咗高速開關 (15ns) 同相對較高光學功率輸出 (100mA 時典型 45mW) 之間嘅平衡。一啲發射器可能速度更快但功率較低，或者功率更高但響應較慢。

波長：870nm 峰值波長係許多紅外線數據鏈路同遙控系統嘅通用標準，相比可見光或近可見光波長，喺矽光電探測器靈敏度同較低環境光噪聲之間提供良好平衡。

封裝：標準通孔封裝使其適合原型製作同使用波峰焊嘅應用，與需要回流焊工藝嘅表面貼裝替代品區分開來。

8. 常見問題 (FAQs)

8.1 我可以用恆壓源驅動呢個 LED 嗎？

唔建議。LED 嘅指數 I-V 特性意味住電壓嘅微小變化會導致電流嘅巨大變化，如果直接用電壓源驅動，好容易超過最大額定值。應始終使用串聯電阻或恆流驅動器來設定工作點。

8.2 點解輸出強度會隨溫度下降？

輻射強度嘅負溫度係數 (-0.22%/°C) 係半導體材料嘅基本特性。隨住溫度升高，半導體內嘅非輻射復合過程變得更主導，降低咗發光效率。

8.3 降額曲線嘅用途係咩？

降額曲線（圖 6）對於確保長期可靠性至關重要。佢通過限制功耗（從而限制正向電流）隨環境溫度升高，防止 LED 接面溫度超過其最大額定值 (110°C)。忽略呢條曲線可能導致快速退化同故障。

8.4 呢個 LED 適合連續操作嗎？

係，但要喺絕對最大額定值同降額曲線定義嘅限制內。對於連續直流操作，正向電流喺 25°C 環境溫度下不得超過 100mA，並且必須根據圖 6 喺更高環境溫度下降低。對於具有高峰值電流嘅脈衝操作，必須遵守佔空比同脈衝寬度規格。

9. 實際應用示例

場景：設計一個用於短距離串列通訊嘅簡單 IR 數據發射器。

1. 電路設計：使用微控制器 GPIO 引腳驅動 LED。喺 LED 陽極串聯一個限流電阻。使用公式 R = (Vcc - Vf_LED) / I_desired 計算電阻值。對於 3.3V 電源、50mA 目標電流同典型 Vf 1.5V：R = (3.3V - 1.5V) / 0.05A = 36 歐姆。使用下一個標準值（例如：39 歐姆）。

2. 熱檢查：LED 中嘅功耗：P = Vf * I = 1.5V * 0.05A = 75mW。接面溫升：ΔTj = P * RθJA = 0.075W * 280°C/W = 21°C。喺最高環境溫度 85°C 下，Tj = 106°C，低於 110°C 極限。

3. 軟件：配置微控制器喺 GPIO 引腳上產生所需嘅數碼調製（例如：開關鍵控）。LED 嘅 15ns 上升/下降時間允許高數據速率。

4. 佈局：將 LED 同其串聯電阻靠近驅動引腳，以最小化寄生電感。確保接收器（光電二極管）對齊喺發射器 26 度視角內。

10. 工作原理

HSDL-4261 係一款基於 AlGaAs 材料嘅半導體 p-n 結二極管。當施加正向偏壓時，來自 n 區嘅電子同來自 p 區嘅電洞被注入穿過結進入相反區域。呢啲注入嘅少數載流子與多數載流子復合。喺 AlGaAs 呢類直接帶隙半導體中，呢啲復合嘅相當一部分係輻射性嘅，即係佢哋以光子形式釋放能量。所用 AlGaAs 合金嘅特定能帶隙決定咗發射光子嘅波長，喺呢個情況下，中心位於紅外光譜嘅 870nm 附近。透明環氧樹脂封裝封住半導體晶片，提供機械保護，並作為透鏡塑造輸出光束。

11. 行業趨勢

紅外線發射器繼續喺幾個與 HSDL-4261 等元件相關嘅關鍵領域發展：

速度提升：光學無線通訊（Li-Fi、高速 IRDA）中對更高數據速率嘅需求推動咗具有更快上升/下降時間嘅發射器開發。

效率增強：外延生長同晶片設計嘅改進旨在每單位電輸入功率（瓦特）產生更多光功率（流明或輻射通量），減少熱量產生並提高系統效率。

集成化：有趨勢將發射器與驅動電路甚至光電探測器集成喺單一封裝中，以創建完整嘅光學收發器模組，簡化終端用戶設計。

新波長：雖然 870-940nm 對於矽基接收器仍然係標準，但針對特定應用（如氣體感測或人眼安全 LiDAR）正研究其他波長。