LTE-3273L 紅外線發射器同接收器規格書 - 940nm 波長 - 高功率 - 廣視角 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

LTE-3273L 係一款分立式紅外線 (IR) 元件，專為需要可靠紅外線發射同接收嘅應用而設計。佢屬於光電器件系列，針對紅外線信號傳輸至關重要嘅環境而優化。呢個器件嘅核心功能係喺通電時發射出特定波長嘅紅外線，同/或接收外來嘅紅外線輻射，並將其轉換成電信號。

呢款產品定位為滿足高光學輸出、高效電氣特性同廣闊發射/接收模式之間平衡嘅系統解決方案。其設計迎合咗需要喺脈衝條件下有效運作嘅元件需求，呢種情況喺數碼通訊協議中好常見，可以慳電同提升信號清晰度。

核心優勢：LTE-3273L 憑藉幾個關鍵特點脫穎而出。佢專為高電流操作而設計，同時保持相對較低嘅順向電壓，有助於提高整體電氣效率同減少熱應力。器件提供高輻射強度，能夠喺遠距離或穿過障礙物時進行強勁嘅信號傳輸。其廣闊嘅視角確保咗廣闊嘅覆蓋範圍，令發射器同接收器之間嘅對準喺系統設計中唔使咁精確。最後，透明嘅封裝可以實現最大嘅光線透射，內部吸收或散射極少。

目標市場及應用：呢款元件主要針對消費電子產品、工業自動化同安防領域。其典型應用包括但不限於電視同音響設備嘅紅外線遙控器、短距離無線數據傳輸鏈路、接近感應器、物件計數器，以及檢測光束中斷嘅安全警報系統。其高速能力亦令佢適合基本嘅IR數據通訊協議。

2. 深入技術參數分析

呢部分對規格書中列出嘅關鍵參數提供詳細、客觀嘅解讀，解釋佢哋對設計同應用嘅重要性。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能遭受永久損壞嘅應力極限。為咗可靠、長期嘅性能，唔建議喺呢啲極限或接近極限嘅情況下操作。

• 功耗 (Pd)：150 mW- 呢個係器件喺環境溫度 (TA) 25°C 時可以作為熱量散發嘅最大功率。超過呢個限制會令半導體結過熱，導致加速老化或災難性故障。設計師必須確保操作條件 (順向電流同電壓) 產生嘅功耗 (IF * VF) 低於呢個數值，並留有安全餘量。
• 峰值順向電流 (I_FP)：2 A- 呢個係脈衝操作嘅最大允許電流，喺每秒300個脈衝 (pps)、脈衝寬度10 µs嘅條件下指定。呢個高額定值令器件能夠喺短時間內提供非常高嘅瞬時光學輸出，非常適合遠距離遙控或嘈雜環境中嘅強信號脈衝。
• 連續順向電流 (I_F)：100 mA- 呢個係可以連續施加嘅最大直流電流。對於大多數持續開啟嘅應用，操作電流必須保持喺或低於呢個水平。典型操作電流通常低好多 (例如20-50 mA)，以確保壽命同管理熱量。
• 反向電壓 (V_R)：5 V- 可以喺LED上反向施加嘅最大電壓。超過呢個值會導致擊穿並損壞器件。通常會使用電路保護，例如串聯電阻或並聯保護二極管，以防止反向電壓尖峰。
• 操作及儲存溫度範圍：器件額定操作溫度為 -40°C 至 +85°C，儲存溫度為 -55°C 至 +100°C。呢啲寬廣嘅範圍令佢適合汽車、工業同戶外等會遇到極端溫度嘅應用。
• 引腳焊接溫度：260°C 持續5秒- 呢個定義咗回流焊接曲線嘅容差。距離本體1.6mm嘅規格好關鍵；喺更靠近塑膠封裝嘅位置加熱會導致變形或內部損壞。

2.2 電氣及光學特性

呢啲係喺指定測試條件 (TA=25°C) 下測量嘅典型性能參數。佢哋定義咗器件喺電路中嘅行為。

• 輻射強度 (I_E)：
  • 5.6 - 8.0 mW/sr @ I_F= 20mA- 呢個係每單位立體角 (球面度) 發射出嘅光功率。係從正面衡量IR光源亮度嘅直接指標。範圍表示典型嘅單元間差異。
  • 28.0 - 40.0 mW/sr @ I_F= 100mA- 顯示電流同輸出之間嘅非線性關係。將電流增加5倍，輻射強度大約增加5倍，表明即使喺較高電流下效率亦良好。
• 峰值發射波長 (λ_Peak)：940 nm- 器件發射最多光功率嘅波長。940nm屬於近紅外光譜，人眼睇唔到。呢個係遙控器常用嘅波長，因為佢避免咗可見嘅紅光，並且同矽光電探測器嘅靈敏度匹配得好好。
• 譜線半寬 (Δλ)：50 nm- 呢個參數，亦稱為半高全寬 (FWHM)，表示發射光嘅光譜純度。50 nm嘅值意味住發射光覆蓋咗一個大約以940nm峰值為中心、寬50nm嘅波長帶。呢個係標準GaAs IRED嘅典型值。
• 順向電壓 (V_F)：
  • 1.25 - 1.6 V @ I_F= 50mA- 當器件導通50mA時，兩端嘅電壓降。呢個低V_F係一個關鍵特點，可以減少功率損耗同熱量產生。
  • 1.85 - 2.3 V @ I_F= 500mA- V_F會隨電流增加而增加，原因係二極管嘅內阻。呢個數值對於設計高電流脈衝驅動器至關重要。
• 反向電流 (I_R)：最大 100 µA @ V_R= 5V- 當施加最大反向電壓時流過嘅小漏電流。數值越低越好。
• 視角 (2θ_1/2)：40°- 呢個係輻射強度下降到其最大值 (軸上) 一半時嘅全角。40°嘅角度提供咗相當寬闊嘅光束，對於難以精確對準嘅應用好有用。

2.3 熱特性

雖然無喺單獨嘅表格中明確列出，但熱行為可以從幾個參數推斷出來。功耗額定值 (150mW) 本質上就係一個熱極限。性能曲線 (稍後討論) 顯示輸出同順向電壓點樣隨環境溫度變化。有效嘅熱管理 (通過PCB銅面積或散熱片) 對於保持性能同可靠性至關重要，特別係喺接近最大連續電流操作時。

3. 性能曲線分析

典型曲線提供咗器件喺唔同條件下行為嘅視覺同量化洞察，對於穩健嘅電路設計至關重要。

3.1 順向電流 vs. 順向電壓 (圖 3)

呢條IV曲線顯示咗二極管典型嘅指數關係。喺低電流時，電壓較低。隨住電流增加，電壓上升。曲線允許設計師為給定嘅電源電壓選擇合適嘅限流電阻。例如，要從5V電源以100mA驅動LED，電阻值 R = (V_supply- V_F) / I_F。使用100mA時典型嘅V_F約1.6V (推斷)，R 會係 (5 - 1.6) / 0.1 = 34 歐姆。電阻上嘅功率會係 I²R = 0.34W。

3.2 相對輻射強度 vs. 順向電流 (圖 5)

呢個圖表展示咗光學輸出對驅動電流嘅依賴性。喺較低電流時通常係線性嘅，但喺極高電流時，由於熱效應同內部量子效率影響，可能會顯示飽和或效率降低嘅跡象。曲線證實咗喺2A (來自絕對最大額定值) 嘅脈衝操作將產生比連續100mA操作顯著更高嘅瞬時輸出，證明咗佢用於遠距離信號傳輸係合理嘅。

3.3 相對輻射強度 vs. 環境溫度 (圖 4)

呢條係理解環境影響嘅關鍵曲線。佢顯示隨住環境溫度升高，輻射強度會降低。呢個係LED嘅特性；較高嘅結溫會降低內部量子效率。例如，喺+85°C時嘅輸出可能只有+25°C時嘅60-70%。設計師必須喺需要喺整個溫度範圍內可靠運作嘅系統中考慮呢個降額。佢可能需要喺高溫時用稍高嘅電流驅動LED，以補償輸出損失，前提係唔超過功耗限制。

3.4 光譜分佈 (圖 1)

呢個圖表可視化咗發射光譜，中心喺940nm，FWHM為50nm。佢證實咗器件喺近紅外光發射，有助於選擇兼容嘅光學濾波器或評估環境光源 (如陽光或白熾燈泡，佢哋有寬廣嘅光譜) 造成嘅潛在干擾。

3.5 輻射圖 (圖 6)

呢個極坐標圖提供咗發射光角度分佈嘅詳細視圖。佢以圖形方式表示40°視角 (2θ_1/2)。曲線嘅形狀對於設計透鏡或反射器以準直或進一步擴散光束用於特定應用非常重要。

4. 機械及封裝資訊

4.1 外形尺寸及公差

器件採用標準通孔封裝，帶有凸緣以提供機械穩定性同潛在嘅散熱功能。關鍵尺寸包括本體直徑、引腳間距同總長度。所有尺寸均以毫米為單位指定。標準公差為±0.25mm，除非特定特徵有唔同標註。引腳間距喺引腳離開封裝本體嘅位置測量，呢個係PCB孔放置嘅標準參考。凸緣下方樹脂嘅最大突出為1.5mm，呢個對於PCB間隙同清潔好重要。

4.2 極性識別

對於IR發射器 (LED)，較長嘅引腳通常係陽極 (正極)，較短嘅引腳係陰極 (負極)。規格書嘅外形圖應該清楚標明呢一點，通常封裝上會有一邊係平面，或者陰極引腳附近有個凹口。正確嘅極性至關重要；超過5V嘅反向偏壓會損壞器件。

5. 焊接及組裝指引

回流焊接：指定參數為260°C，最多持續5秒，喺距離封裝本體1.6mm嘅點測量。呢個同常見嘅無鉛回流曲線 (峰值溫度240-260°C) 一致。1.6mm嘅距離對於防止塑膠封裝超過其玻璃轉化溫度而變形至關重要。

手工焊接：如果需要手工焊接，應使用溫控烙鐵。每個引腳嘅接觸時間應盡量縮短，理想情況下少於3秒，並喺烙鐵同封裝本體之間嘅引腳上使用散熱夾。

清潔：焊接後，可以使用標準PCB清潔流程，但應向清潔劑製造商確認同透明樹脂封裝嘅兼容性。

儲存條件：為防止吸濕 (可能導致回流時爆米花現象)，器件應儲存喺乾燥環境中，通常室溫下相對濕度低於40%，或者如果儲存期延長，應放入帶有乾燥劑嘅密封防潮袋中。

6. 應用建議及設計考慮

6.1 典型應用電路

發射器驅動電路：最簡單嘅電路係串聯限流電阻。對於脈衝操作，使用晶體管 (BJT或MOSFET) 來開關高電流。驅動器必須能夠提供峰值電流 (高達2A) 且飽和電壓低，以最大化LED兩端嘅電壓。對於數據傳輸，快速上升/下降時間係理想嘅。

接收器電路：當用作光電二極管時 (如果根據型號適用)，通常以反向偏壓或光伏 (零偏壓) 模式操作，連接到跨阻放大器，將小光電流轉換成可用電壓。

6.2 關鍵設計考慮

• 電流限制：務必使用串聯電阻或有源恆流驅動器。切勿直接連接到電壓源。
• 脈衝操作：對於脈衝驅動，確保脈衝寬度同佔空比令平均功耗保持喺限制範圍內。平均電流 = 峰值電流 * 佔空比。對於300pps、10µs寬度嘅2A脈衝，佔空比 = (10e-6 * 300) = 0.003 (0.3%)。平均電流 = 2A * 0.003 = 6mA，遠低於連續額定值。
• 光路：考慮40°視角。對於聚焦光束，可能需要透鏡。對於廣域檢測，呢個角度可能足夠。保持光路暢通無阻同清潔。
• 抗環境光干擾：喺接收器應用中，環境IR光 (來自太陽、燈) 係主要嘅噪音源。使用調製IR信號 (例如38kHz) 同相應嘅調諧接收電路係抑制呢種直流同低頻噪音嘅標準方法。
• PCB佈局：對於發射器，確保足夠嘅走線寬度以處理峰值脈衝電流而唔會產生過大電壓降。對於熱管理，將凸緣 (如果電氣隔離或連接到引腳) 連接到PCB上嘅銅泊作為散熱片。

7. 技術比較及差異化

雖然無具體提及競爭對手部件，但LTE-3273L嘅參數組合定義咗佢嘅定位：

• 對比標準940nm IRED：其高峰值電流額定值 (2A) 同喺100mA時嘅高輻射強度，令佢有別於簡單遙控器中使用嘅低功率型號。呢個令佢適合更遠距離或更高抗噪能力嘅應用。
• 對比高速850nm IRED：LTE-3273L使用940nm嘅GaAs，而高速型號通常使用850nm嘅AlGaAs。850nm器件通常具有更快嘅上升/下降時間以進行高速數據傳輸，但可能會有微弱嘅紅光。940nm器件完全睇唔到，對於隱蔽應用更可取，其50nm FWHM係標準值。
• 對比相同封裝中嘅光電晶體管/光電二極管：規格書標題表明呢個系列涵蓋發射器同接收器。專用光電探測器版本會有唔同嘅特性 (響應度、暗電流、速度)。來自同一系列嘅匹配對嘅主要優勢係可以優化光譜匹配。

8. 常見問題 (基於技術參數)

Q1：我可以連續以500mA驅動呢個LED嗎？

A：唔可以。連續順向電流嘅絕對最大額定值係100mA。電氣特性表中列出嘅500mA條件係用於喺高電流下測量V_F嘅測試條件，可能同其脈衝操作額定值相關。連續操作絕對唔可以超過100mA。

Q2：點解我嘅紅外線遙控器喺熱車內嘅距離會縮短？

A：請參考圖4 (相對輻射強度 vs. 環境溫度)。LED嘅輸出會隨溫度升高而降低。喺+85°C時，輸出可能比室溫時低30-40%，直接降低有效距離。

Q3：使用3.3V電源時，我應該用咩電阻來獲得典型輸出？

A：對於目標I_F為20mA (提供5.6-8.0 mW/sr)，以及喺50mA時典型V_F為1.6V (對於20mA，估計使用~1.5V)，R = (3.3V - 1.5V) / 0.02A = 90 歐姆。最接近嘅標準值係91歐姆。電阻上嘅功率：(0.02^2)*91 = 0.0364W，所以1/8W或1/10W嘅電阻就足夠。

Q4：發射同接收嘅視角係咪一樣？

A：對於IR發射器 (LED)，40°角指定咗發射模式。對於光電二極管或光電晶體管接收器，一個類似但獨立嘅參數稱為視場角或靈敏度角會定義其角度接受範圍。佢哋通常相似，但唔一定完全相同。請查閱特定接收器嘅規格書。

9. 實用設計及使用案例

案例：設計遠距離車庫門開啟器發射器。

設計目標係喺日光條件下實現可靠嘅50米距離。選擇LTE-3273L係因為其高脈衝輸出能力。

設計步驟：

1. 驅動電路：使用由微控制器切換嘅MOSFET來脈衝驅動LED。根據電池電壓 (例如12V) 同所需峰值電流計算串聯電阻。為最大化距離，驅動接近峰值額定值：選擇I_FP= 1.5A (喺2A最大值內)。喺1.5A時嘅V_F(從曲線推斷) ~2.5V。電阻 R = (12V - 2.5V) / 1.5A = 6.33 歐姆。使用6.2歐姆、5W嘅電阻來處理脈衝功率 (P = I²R = 1.5^2 * 6.2 ≈ 14W 峰值，但平均功率好低)。

2. 脈衝：使用由數據位調製嘅38kHz載波對指令進行編碼。每個38kHz脈衝串嘅脈衝寬度保持喺10µs或更少，以符合額定值。佔空比非常低。

3. 光學：喺LED前面添加簡單塑膠透鏡，將天然40°嘅光束準直成更窄、更聚焦嘅光束，以實現更遠距離。

4. 熱管理：由於佔空比低，平均功率同發熱極少。除咗連接到凸緣嘅PCB銅泊外，唔需要特殊散熱片。

呢個設計利用咗LTE-3273L嘅關鍵特點：高峰值電流、高輻射強度，以及適合脈衝操作。

10. 工作原理介紹

紅外線發射器 (IRED)：LTE-3273L作為發射器時，係一個基於砷化鎵 (GaAs) 半導體材料嘅發光二極管 (LED)。當施加順向電壓時，電子同電洞被注入半導體結嘅有源區。當呢啲電荷載子復合時，佢哋以光子 (光) 嘅形式釋放能量。GaAs材料嘅特定帶隙能量決定咗呢啲光子嘅波長，即係喺940納米嘅紅外線區域。透明封裝令呢啲光可以以最小損耗逸出。

紅外線接收器 (光電二極管)：如果配置為接收器，器件包含一個半導體PIN結。當能量大於半導體帶隙 (即紅外線) 嘅光子撞擊耗盡區時，佢哋會產生電子-電洞對。呢啲電荷載子隨後被內建電場 (或施加嘅反向偏壓) 分開，產生與入射光強度成正比嘅光電流。呢個小電流可以被外部電路放大同處理。

11. 技術趨勢及背景

像LTE-3273L咁樣嘅分立紅外線元件代表咗成熟穩定嘅技術。核心材料 (GaAs, AlGaAs) 同封裝類型經過幾十年嘅優化，以實現可靠性同成本效益。呢個領域嘅持續趨勢唔係分立器件本身嘅革命性變化，而係佢哋嘅集成同應用背景：

• 集成化：有趨勢朝向集成模組，將發射器、接收器、驅動器、放大器同數字邏輯 (例如特定協議嘅解碼器) 結合到單個表面貼裝封裝中。呢啲簡化咗設計，但對於專業應用，可能無法提供同分立部件相同水平嘅定制或性能優化。
• 小型化：雖然通孔封裝因穩健性而仍然流行，但對更細小表面貼裝器件 (SMD) 版本嘅需求日益增加，以節省現代PCB上嘅空間。
• 增強性能：對於新應用，例如消費電子產品嘅LiDAR或先進手勢識別，有研究針對更快、更高效嘅IR發射器 (例如使用VCSEL技術) 同具有更高靈敏度同更低噪音嘅接收器。然而，對於遙控器、接近感應同基本數據鏈路等經典應用，像LTE-3273L咁樣嘅傳統元件提供咗性能、可靠性同成本之間嘅最佳平衡。
• 應用擴展：基本原理對於新興嘅物聯網 (IoT) 設備仍然相關，呢啲設備需要簡單、低功耗、無線通訊或感應，而無需射頻 (RF) 系統嘅複雜性。

總括而言，LTE-3273L係一款規格清晰、穩健嘅元件，基於成熟嘅技術。其價值在於佢清晰詳細嘅規格書，允許工程師準確預測其行為，並有效地將其設計到需要可靠紅外線功能進行控制、感應或基本通訊嘅系統中。