紅外線發射LED 5mm透明封裝 - 直徑5mm - 正向電壓1.8V - 輻射強度4.81mW/sr - 粵語技術規格書

1. 產品概覽

呢份文件詳細說明咗一款高功率、微型紅外線發光二極管嘅規格，佢採用透明塑膠封裝。呢個器件係一個端視發射器，專為需要可靠紅外線照明嘅應用而設計。佢嘅主要功能係將電流轉換成紅外線輻射，通常用於感應、檢測同通訊系統，經常同兼容嘅光電探測器配對使用。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢個器件設計喺指定嘅環境同電氣限制內可靠運作。超過呢啲額定值可能會導致永久損壞。

• 功耗：150 mW。呢個係器件喺任何操作條件下可以安全散發嘅最大熱功率。
• 峰值正向電流：2 A。呢個係最大允許脈衝電流，喺每秒300個脈衝、脈衝寬度10微秒嘅條件下指定。佢明顯高於連續額定值，允許短暫、高強度嘅光爆發。
• 連續正向電流：100 mA。呢個係可以無限期施加喺LED上而無損壞風險嘅最大直流電流。
• 反向電壓：5 V。施加超過呢個數值嘅反向偏壓可能會擊穿半導體結。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。保證器件喺呢個環境溫度範圍內運作。
• 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C。器件可以喺呢個更寬嘅溫度範圍內儲存而唔運作。
• 引腳焊接溫度：260°C 持續5秒，測量點距離封裝主體1.6mm。呢個定義咗組裝過程嘅熱曲線容差。

2.2 電氣及光學特性

呢啲參數喺標準環境溫度25°C下測量，定義咗器件喺正常操作條件下嘅性能。大多數光學參數嘅測試條件係正向電流（I_F）為20 mA。

• 孔徑輻射照度（E_e）：0.64 mW/cm²（最小值）。呢個測量發射器孔徑處每單位面積嘅輻射功率。對於發射器靠近探測器放置嘅應用嚟講，係一個關鍵參數。
• 輻射強度（I_E）：4.81 mW/sr（最小值）。呢個係每單位立體角（球面度）發射嘅輻射功率。係衡量LED喺紅外線光譜中輸出亮度嘅主要指標，對於計算遠距離照明至關重要。
• 峰值發射波長（λ_峰值）：880 nm（典型值）。器件圍繞呢個波長發射紅外線光。呢個屬於近紅外線區域，人眼睇唔到，但好容易被矽光電探測器檢測到。
• 譜線半寬度（Δλ）：50 nm（最大值）。呢個指定咗發射光功率至少係峰值一半嘅波長範圍。50 nm嘅數值表示光譜輸出適中寬闊，係標準IR LED嘅典型特徵。
• 正向電壓（V_F）：1.3 V（最小值），1.8 V（最大值），當 I_F=20mA。呢個係LED運作時嘅壓降。對於設計限流電路嚟講係必不可少嘅。
• 反向電流（I_R）：100 µA（最大值），當 V_R=5V。呢個係器件反向偏壓時流動嘅小量漏電流。
• 視角（2θ_1/2）：40°（典型值）。呢個係輻射強度下降到最大值（軸上）一半時嘅全角。40°嘅角度提供咗寬闊嘅光束，適合需要廣泛區域覆蓋嘅應用。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗器件喺唔同條件下行為嘅幾個圖形表示。

3.1 光譜分佈

光譜輸出曲線（圖1）顯示咗相對輻射強度隨波長變化嘅關係。佢確認咗峰值發射大約喺880 nm，具有典型嘅鐘形曲線，兩邊逐漸減弱。半寬度可以從呢個圖表視覺上估算。

3.2 正向電流 vs. 正向電壓

I-V曲線（圖3）說明咗施加嘅正向電壓同產生嘅電流之間嘅非線性關係。佢顯示咗二極管典型嘅指數開啟特性。指定嘅 V_F範圍（20mA時）可以喺呢條曲線上交叉參考。

3.3 相對輻射強度 vs. 正向電流

呢條曲線（圖5）展示咗光學輸出功率如何隨驅動電流增加。喺一個顯著範圍內通常係線性嘅，但喺極高電流時可能會出現飽和或效率下降。呢個圖表對於確定達到所需輸出水平所需嘅驅動電流至關重要。

3.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度

溫度依賴性曲線（圖4）顯示，LED嘅輸出功率隨結溫升高而降低。呢個係半導體光源嘅基本特性。呢個圖表允許設計師為高溫操作環境降低預期輸出。

3.5 輻射圖

極座標輻射圖案（圖6）提供咗視角嘅視覺表示。佢繪製咗相對強度相對於中心軸角度嘅關係，清楚顯示咗強度下降到50%嘅40°半角。

4. 機械及封裝資訊

4.1 封裝尺寸

器件採用標準5mm直徑、端視、透明塑膠封裝（通常稱為T-1 3/4封裝）。關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸均以毫米提供，並附有英吋等效值。
• 除非另有說明，否則適用±0.25mm嘅標準公差。
• 法蘭下方樹脂嘅最大突出部分為1.5mm。
• 引腳間距喺引腳離開封裝主體嘅點測量。

封裝係透明嘅，允許紅外線光以最小吸收通過。引腳通常由鍍錫銅合金製成。

4.2 極性識別

對於呢種封裝樣式，較長嘅引腳通常表示陽極（正極連接），較短嘅引腳表示陰極（負極連接）。此外，封裝邊緣靠近陰極引腳嘅位置可能有一個平面。必須遵守正確極性，器件先會發光。

5. 焊接及組裝指引

引腳焊接嘅絕對最大額定值為260°C，持續時間5秒，測量點距離封裝主體1.6mm。呢個額定值適用於手動焊接或波峰焊接過程。

• 回流焊接：雖然無明確指定用於回流，但260°C嘅限制表明佢可能耐受某啲回流曲線。不過，強烈建議使用較低峰值溫度（例如245°C）同受控升溫速率嘅曲線，以最小化對塑膠封裝同內部引線鍵合嘅熱應力。
• 一般注意事項：避免對引腳施加過度嘅機械應力。唔好喺封裝根部彎曲引腳。如有需要，焊接時使用適當嘅散熱措施。
• 儲存條件：喺指定溫度範圍（-55°C至+100°C）內，儲存喺乾燥、防靜電嘅環境中，以防止吸濕同其他劣化。

6. 應用建議

6.1 典型應用場景

呢款IR發射器非常適合各種光電應用，包括：

• 物體檢測及感應：用於接近傳感器、物體計數器同液位檢測系統，通常同提到嘅LTR-3208系列光電晶體管等配對，形成光學遮斷器或反射式傳感器。
• 遙控系統：作為消費電子產品紅外線遙控器嘅發射器。
• 光學數據鏈路：實現短距離、無線串行數據通信。
• 安全系統：用於夜視攝像機嘅紅外線照明，或作為入侵檢測光束嘅一部分。

6.2 設計考慮因素

• 電流限制：LED係電流驅動器件。務必使用串聯限流電阻或恆流驅動電路，以防止超過最大連續正向電流，特別係因為正向電壓有一個範圍（1.3V-1.8V）。
• 熱管理：雖然功耗低，但喺高連續電流或高環境溫度下運作會降低輸出同壽命。如有需要，確保足夠通風。
• 光學匹配：規格書註明，器件喺機械同光譜上與特定光電晶體管匹配。使用推薦嘅探測器可確保喺880nm峰值波長處獲得最佳靈敏度，並喺組裝模組中實現物理對齊。
• 電路保護：考慮增加針對反向電壓尖峰或靜電放電嘅保護，因為最大反向電壓只有5V。

7. 技術比較及差異化

區分呢款IR發射器嘅關鍵特點包括：

• 選定強度範圍：器件經過分選或挑選以符合特定輻射強度規格，確保生產一致性。
• 高功率輸出：20mA時最小輻射強度為4.81 mW/sr，對於標準5mm封裝嚟講具有競爭力，提供良好信號強度。
• 寬視角（40°）：提供廣泛覆蓋，對於對齊要求唔高嘅接近感應同反射感應應用有利。
• 透明封裝：同有色或漫射封裝唔同，透明鏡頭最大化正向光輸出，並且對發射光嘅顏色係中性嘅，呢個對於IR應用嚟講係理想嘅。
• 與探測器系列匹配：呢個簡化咗使用配對光電晶體管嘅系統設計同採購，保證光學同機械兼容性。

8. 常見問題（基於技術參數）

8.1 使用5V電源時，我應該用幾大嘅電阻值？

使用歐姆定律（R = (V_電源- V_F) / I_F），並假設目標 I_F為20mA，電阻值取決於實際 V_F。為確保電流永遠唔超過20mA嘅最壞情況設計，使用最小 V_F（1.3V）。R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185 歐姆。最接近嘅標準值係180歐姆。呢個提供最大約20.6mA嘅電流，係安全嘅。功率額定值：P = I²R = (0.02)² * 180 = 0.072W，所以1/8W或1/4W嘅電阻就足夠。

8.2 我可以直接用微控制器引腳驅動佢嗎？

通常唔可以。大多數微控制器GPIO引腳嘅電流源/灌電流限制為20-40mA，呢個已經喺呢個LED嘅操作點邊緣。即使喺限制內，引腳嘅輸出電壓喺負載下會下降，令電流控制唔精確。始終建議使用晶體管（例如NPN BJT或N溝道MOSFET）作為由微控制器引腳驅動嘅開關，獨立控制LED電流。

8.3 溫度如何影響性能？

如圖4所示，相對輻射強度隨環境溫度升高而降低。喺+85°C時，輸出可能只有25°C時嘅60-80%。相反，喺非常低嘅溫度下，輸出可能會更高。呢個必須納入系統靈敏度計算，特別係對於戶外或高可靠性應用。正向電壓（V_F）亦具有負溫度係數，意味住佢隨溫度升高而輕微下降。

8.4 輻射照度同輻射強度有咩分別？

輻射強度（I_E, mW/sr）係功率嘅角度量度——佢描述咗向特定方向（每球面度）發射幾多功率。佢同距離無關。孔徑輻射照度（E_e, mW/cm²）係功率密度嘅面積量度——佢描述咗喺光源孔徑處，通過單位面積嘅功率有幾多。E_e更適用於探測器基本上喺發射器表面嘅極近距離應用，而 I_E則與平方反比定律一齊用嚟計算遠距離嘅輻照度。

9. 設計及使用案例分析

場景：設計打印機用紙張計數器。

需要一個光學遮斷器傳感器嚟計算通過打印機機構嘅紙張。一個U形支架將IR發射器固定喺一邊，將匹配嘅光電晶體管固定喺另一邊。當無紙張時，來自發射器嘅IR光直接照射探測器，令其導通。當一張紙通過間隙時，佢阻擋咗IR光束，導致探測器嘅導通下降。

元件選擇理由：

• 選擇呢款IR發射器係因為佢嘅高輻射強度（最小4.81 mW/sr），確保即使支架對齊唔完美或有灰塵積聚，強信號都能到達探測器。
• 佢嘅寬40°視角有好處，因為佢為U形支架唔同臂中嘅發射器同探測器之間嘅輕微機械錯位提供咗容差。
• 佢與LTR-3208光電晶體管嘅光譜匹配保證咗探測器喺發射嘅880nm波長處最敏感，最大化信噪比。
• 佢嘅透明封裝係理想嘅，因為佢唔會不必要地衰減IR光。

電路實現：發射器由恆定20mA電流源驅動以獲得一致輸出。光電晶體管以共發射極配置連接，帶有上拉電阻。比較器或微控制器ADC引腳監測光電晶體管集電極嘅電壓。一張通過嘅紙張會引起明顯嘅電壓轉變，呢個由微控制器嘅韌體計數。

10. 工作原理介紹

紅外線發光二極管係一種半導體p-n結二極管。當施加超過結內建電勢嘅正向電壓時，來自n區嘅電子被注入穿過結進入p區，而來自p區嘅電洞被注入n區。呢啲注入嘅少數載流子（p區中嘅電子，n區中嘅電洞）與多數載流子複合。喺用於IR發射嘅直接帶隙半導體材料（如砷化鎵或類似化合物）中，呢啲複合嘅顯著部分係輻射性.

嘅。喺輻射複合期間，複合電子-電洞對嘅能量以光子形式釋放。呢個光子嘅波長（λ）由半導體材料嘅帶隙能量（E_g）決定，根據公式 λ = hc / E_g，其中h係普朗克常數，c係光速。對於880 nm嘅發射峰值，相應嘅帶隙能量約為1.41 eV。透明環氧樹脂封裝封裝住半導體芯片，提供機械保護，並作為鏡頭塑造發射光嘅輻射圖案。

11. 技術趨勢

雖然IR LED嘅基本原理保持穩定，但幾個趨勢影響緊佢哋嘅發展同應用：

• 功率及效率提升：持續嘅材料科學同芯片設計改進，帶來具有更高輻射強度同電光轉換效率（光功率輸出 / 電功率輸入）嘅器件，允許更亮嘅信號或更低嘅功耗。
• 微型化：有強烈趨勢朝向表面貼裝器件封裝（例如0805、0603、芯片級）以實現自動化組裝，減少尺寸同成本。通孔5mm封裝對於原型製作、教育用途同需要更高單器件輸出或更容易手動組裝嘅應用仍然流行。
• 波長專門化：除咗常見嘅850-940 nm LED，特定波長喺專門應用中嘅使用日益增長，例如用於醫療脈搏血氧儀嘅810nm或用於人眼安全LiDAR嘅1450nm。
• 集成化：發射器越來越多地與驅動器、調製器，有時甚至探測器集成到單一模組或IC中，簡化數據通信同感應嘅系統設計。
• 應用擴展：物聯網、可穿戴設備、汽車LiDAR同先進生物識別感應（例如面部識別、靜脈檢測）嘅普及，持續推動對具有特定性能特徵嘅可靠、低成本IR發射器嘅需求。