3.0mm 紅外線發光二極管 IR204C-A 規格書 - 3mm T-1 封裝 - 940nm 峰值波長 - 100mA 正向電流 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

IR204C-A 係一款高強度紅外線發光二極管，採用標準 3mm (T-1) 透明塑膠封裝。其主要功能係發射峰值波長為 940nm 嘅紅外光，呢個波長同常見嘅矽光電晶體、光電二極管同紅外線接收模組嘅光譜特性匹配。呢款器件專為需要可靠同高效紅外線傳輸嘅應用而設計。

1.1 核心優勢

• 高輻射強度：提供強勁嘅光學輸出，適合中至長距離應用。
• 高可靠性：為穩定同長壽命性能而設計。
• 低正向電壓：喺 20mA 電流下，典型值為 1.5V，有助於節能運作。
• 環保合規：產品無鉛，符合歐盟 REACH 法規，並達到無鹵素標準 (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)。
• 標準封裝：熟悉嘅 T-1 (3mm) 外形，腳距 2.54mm，確保易於整合到現有設計同原型板。

1.2 目標應用

• 需要高功率嘅紅外線遙控裝置。
• 自由空間光學數據傳輸系統。
• 煙霧檢測感測器。
• 一般紅外線感應同遮斷系統。
• 工業自動化同物體檢測。

2. 深入技術參數分析

本節對規格書中列出嘅關鍵電氣同光學參數提供詳細、客觀嘅解讀。理解呢啲極限值同典型值對於穩健嘅電路設計至關重要。

2.1 絕對最大額定值

呢啲係任何情況下都唔可以超過嘅應力極限，即使係瞬間都唔得。喺呢啲額定值之外操作可能會導致永久損壞。

• 連續正向電流 (I_F)：100 mA。只要遵守功耗同溫度限制，LED 可以喺呢個電流水平下連續運作。
• 峰值正向電流 (I_FP)：1.0 A。呢個高電流只允許喺脈衝條件下使用 (脈衝寬度 ≤ 100μs，工作週期 ≤ 1%)。呢個對於喺長距離遙控等突發模式應用中實現極高嘅瞬時輻射輸出非常有用。
• 反向電壓 (V_R)：5 V。LED 嘅反向電壓耐受能力有限。電路設計必須小心，防止反向偏壓超過呢個極限，呢種情況可能由感性負載或電源順序不當引起。
• 功耗 (P_d)：喺 25°C 或以下自由空氣溫度時為 150 mW。呢個額定值會隨環境溫度升高而降低。實際工作電流必須根據接面溫度進行降額，以保持喺安全範圍內。
• 焊接溫度 (T_sol)：最高 260°C，持續時間唔超過 5 秒。呢個定義咗回流焊接曲線嘅限制。

2.2 電光特性

呢啲參數定義咗器件喺正常工作條件下 (Ta=25°C) 嘅性能。

• 輻射強度 (I_e)：呢個係每單位立體角嘅光學輸出功率主要量度單位 (mW/sr)。
  • 喺 I_F= 20mA (直流)：典型值為 7.8 mW/sr，最小值為 4.0 mW/sr。
  • 喺 I_F= 100mA (脈衝)：典型輻射強度顯著上升。
  • 喺 I_F= 1A (脈衝)：可以提供典型輸出 390 mW/sr，展示咗其高功率脈衝運作能力。
• 峰值波長 (λ_p)：940 nm (典型)。呢個波長係理想嘅，因為佢同矽基光電探測器嘅峰值靈敏度匹配良好，同時對人眼幾乎不可見，並且具有良好嘅大氣穿透性。
• 光譜帶寬 (Δλ)：大約 45 nm (典型)。呢個定義咗發射光喺其最大強度一半時嘅光譜寬度 (半高全寬)。
• 正向電壓 (V_F)：
  • 喺 20mA：典型 1.5V，最小 1.2V，對於計算串聯電阻值至關重要。
  • 喺 100mA (脈衝)：典型 1.4V，最大 1.8V。V_F會隨電流增加而增加，原因係二極管電阻。
  • 喺 1A (脈衝)：典型 2.6V，最大 4.0V，顯示喺高電流脈衝條件下顯著增加。
• 視角 (2θ_1/2)：40 度 (典型)。呢個係輻射強度下降到軸上值一半時嘅全角。40° 角度喺光束集中度同覆蓋範圍之間提供良好平衡。

3. 分級系統說明

規格書包含輻射強度嘅分級表，呢個係根據測量性能對 LED 進行分類嘅常見做法。

3.1 輻射強度分級

喺條件 I_F= 20mA 下，LED 根據其測量到嘅輻射強度被分為唔同等級 (K, L, M, N)。

• 等級 K：4.0 - 6.4 mW/sr
• 等級 L：5.6 - 8.9 mW/sr
• 等級 M：7.8 - 12.5 mW/sr
• 等級 N：11.0 - 17.6 mW/sr

設計含義：對於需要一致光學信號強度嘅應用 (例如，具有定義範圍嘅遙控器)，指定更窄嘅等級 (例如單一等級) 或更高嘅最低等級，可以確保生產批次之間嘅性能更加均勻。等級代碼通常會喺訂購資料或產品標籤上標示。

4. 性能曲線分析

典型特性曲線提供咗器件喺唔同條件下行為嘅寶貴見解。

4.1 正向電流 vs. 正向電壓 (圖4)

呢條 IV 曲線顯示指數關係。曲線會隨溫度而偏移；對於給定電流，正向電壓通常會隨接面溫度升高而降低。

4.2 相對強度 vs. 環境溫度 (圖7)

呢個圖表對於熱管理至關重要。LED 嘅輻射輸出會隨其接面溫度升高而降低。曲線量化咗呢個降額情況，告知設計者更高嘅環境溫度或不足嘅散熱會導致更低嘅光學輸出。喺設計喺整個 -40°C 至 +85°C 範圍內運作嘅系統時，必須考慮呢一點。

4.3 光譜分佈 & 峰值波長 vs. 溫度 (圖2 & 圖3)

圖2 顯示以 940nm 為中心嘅典型發射光譜。圖3 說明峰值波長如何隨溫度偏移。紅外線 LED 通常表現出波長嘅正溫度係數 (即 λ_p隨溫度升高而增加)。呢個偏移對於探測器具有窄光譜響應嘅應用非常重要。

4.4 角度輻射圖 (圖6)

呢個極坐標圖描繪咗相對輻射強度作為與中心軸角度位移嘅函數。40° 視角喺呢度得到確認。對於呢種封裝類型，輻射圖通常係朗伯或接近朗伯分佈，意味住強度大約同視角嘅餘弦成正比。

5. 機械與封裝資料

5.1 封裝尺寸

器件採用標準 T-1 (直徑 3mm) 圓形封裝。規格書中嘅關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米 (mm)。
• 標準公差為 ±0.25mm，除非另有說明。
• 引腳間距為 2.54mm (0.1 英寸)，兼容標準穿孔板同許多插座。

5.2 極性識別

對於標準 T-1 LED，陰極通常由塑膠透鏡邊緣嘅平面標記同/或較短嘅引腳來識別。應查閱規格書以了解呢個部件嘅具體標記方式。

6. 焊接與組裝指引

• 回流焊接：最高焊接溫度為 260°C，喺或高於呢個溫度嘅時間唔可以超過 5 秒。適用標準無鉛回流焊接曲線。
• 手動焊接：如果需要手動焊接，應使用溫控烙鐵，並且每個引腳嘅焊接時間應盡量縮短 (通常喺 350°C 下 < 3 秒)，以防止對塑膠封裝同半導體晶片造成熱損壞。
• 儲存條件：儲存溫度範圍為 -40°C 至 +85°C。組件應保持喺其原始防潮袋中直至使用，以防止吸濕，吸濕會導致回流焊接期間出現 \"爆米花\" 現象。

7. 包裝與訂購資料

7.1 包裝規格

• 標準包裝：每袋 200 至 1000 件。
• 5 袋裝入 1 個盒。
• 10 盒裝入 1 個紙箱。

7.2 標籤資料

產品標籤包含關鍵嘅可追溯性同規格數據：

• CPN (客戶部件編號)
• P/N (製造商部件編號：IR204C-A)
• QTY (包裝數量)
• 等級/分級代碼 (例如，輻射強度)
• HUE (峰值波長資料)
• LOT No. (可追溯批次號)

8. 應用設計建議

8.1 驅動電路設計

LED 必須使用限流元件驅動，通常係同電壓源串聯嘅電阻。電阻值 (R_s) 計算如下：R_s= (V_supply- V_F) / I_F。使用規格書中針對所選工作電流嘅最大 V_F，以確保電流唔超過所需值。例如，對於 5V 電源，目標 I_F為 20mA，使用最大 V_F1.5V：R_s= (5 - 1.5) / 0.02 = 175 Ω。標準 180 Ω 電阻會係合適嘅。對於高電流脈衝操作，需要晶體管開關 (BJT 或 MOSFET)。

8.2 散熱考量

雖然 T-1 封裝嘅散熱能力有限，但喺高達 100mA 嘅連續電流下，確保足夠嘅氣流或考慮功耗 (P_d= V_F* I_F) 係重要嘅。如果喺高環境溫度下接近最大電流連續運作，接面溫度可能會升高，從而降低輸出並可能影響壽命。

8.3 光學設計

透明透鏡適合與外部透鏡或反射器一齊使用，以針對長距離傳輸等特定應用進行光束準直或整形。940nm 波長可以良好穿透許多用於透鏡同視窗嘅常見塑膠材料。

9. 技術比較與差異化

IR204C-A 憑藉以下關鍵差異化因素定位：

• 高脈衝功率能力：1A 峰值電流額定值允許極高嘅瞬時光學輸出，相比僅額定較低脈衝電流嘅 LED 具有優勢。
• 標準化封裝與性能：佢喺常見、易用嘅 T-1 封裝中提供更高嘅輻射強度，相比許多基本紅外線 LED。
• 環保合規：完全符合現代環保法規 (RoHS, REACH, 無鹵素)，對於目標全球市場嘅產品係一個顯著優勢。
• 光譜匹配：明確提及與常見探測器光譜匹配，簡化咗構建完整光學系統嘅設計師嘅選擇過程。

10. 常見問題 (基於技術參數)

1. 問：我可以直接用 3.3V 微控制器引腳驅動呢個 LED 嗎？
   答：唔可以。微控制器引腳無法安全地連續提供 20mA 電流，而且缺乏限流功能。你必須使用串聯電阻同晶體管開關。LED 嘅 V_F(1.5V) 低於 3.3V，所以電壓方面係兼容嘅，但電流必須由外部控制。
2. 問：輻射強度 (mW/sr) 同輻射功率 (mW) 有咩區別？
   答：輻射強度係角密度——每單位立體角嘅功率。輻射功率 (或通量) 係所有方向發射嘅總功率。要搵總功率，你需要將強度喺整個發射圖案上積分。規格書提供強度，呢個對於計算特定方向上距離處嘅輻照度更有用。
3. 問：點解峰值波長 940nm 比 850nm 更受青睞？
   答：相比 850nm，940nm 對人眼更唔可見 (更暗嘅紅光)，令佢喺消費設備中較少造成干擾。兩者都能被矽良好探測，但 940nm 可能對來自陽光同白熾燈等光源嘅環境光干擾稍低，呢啲光源喺 850nm 區域有強烈發射。
4. 問：我點樣選擇正確嘅等級？
   答：如果你嘅應用喺接收器端有最低要求嘅信號強度，使用一個等級嘅最小值來確保所有部件都達到要求。例如，如果你需要至少 6 mW/sr，指定等級 L 或更高。對於成本敏感且可以接受某啲變化嘅應用，更寬嘅等級或默認供應可能就足夠。

11. 實用設計與使用範例

11.1 長距離紅外線遙控

場景：設計一個必須喺光線中等嘅客廳中，喺 15 米距離可靠工作嘅遙控器。
實現：以脈衝模式使用 LED。使用由編碼器 IC 控制嘅 MOSFET 開關，以短 (例如 50μs)、高電流脈衝 (例如 500mA) 驅動佢。呢樣可以為長距離傳輸提供高峰值輻射強度 (參考 1A 脈衝數據)，同時保持平均功率較低。可以添加簡單塑膠透鏡進一步準直光束。940nm 波長最小化可見光。

11.2 接近或物體檢測感測器

場景：創建一個範圍為 10-50 厘米嘅非接觸物體檢測系統。
實現：將 IR204C-A 與匹配嘅光電晶體配對。使用恆流源以中等連續電流 (例如 50mA) 驅動 LED，以獲得穩定光輸出。以特定頻率 (例如 38kHz) 調製 LED 電流，並喺光電晶體側使用調諧接收器。呢種調製技術使系統對環境光波動 (例如來自陽光或室內燈光) 具有高度抗干擾性，大大改善信噪比同可靠性。

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。當正向偏置時，來自 n 區嘅電子同來自 p 區嘅電洞喺有源區複合。對於像 IR204C-A 咁樣嘅紅外線 LED，半導體材料 (通常係砷化鎵鋁 - GaAlAs，如所示) 嘅能帶隙使得複合過程中釋放嘅能量對應於紅外光譜中嘅光子 (約 940nm 波長)。透明環氧樹脂封裝充當透鏡，將發射光塑造成特徵視角。發射光嘅強度與流經二極管嘅正向電流成正比，直至器件嘅物理極限。

13. 技術趨勢

紅外線 LED 技術與可見光 LED 技術一齊持續發展。影響像 IR204C-A 呢類器件嘅關鍵趨勢包括：

• 效率提升：持續嘅材料科學研究旨在提高 IR LED 嘅電光轉換效率 (光功率輸出 / 電功率輸入)，從而允許喺更低驅動電流下實現更高輸出或減少熱量產生。
• 更高功率密度：晶片級封裝嘅發展同改進嘅熱管理材料，使 IR LED 能夠喺更細小嘅外形尺寸中處理更高嘅連續同脈衝電流。
• 集成化：有趨勢將紅外線發射器與驅動 IC、光電探測器，甚至微控制器集成到單一模組中，用於特定應用 (例如接近感測器、手勢識別)。
• 波長精度與穩定性：外延生長技術嘅進步允許對峰值波長同光譜寬度進行更嚴格嘅控制，呢個對於像氣體感測或使用波分複用嘅光通信等應用至關重要。
• 應用領域擴展：汽車/機器人 LiDAR、面部識別同健康監測 (例如脈搏血氧儀) 等領域嘅增長，推動咗對跨唔同波長同功率水平嘅高性能、可靠紅外線發射器嘅需求。