IR204-A 3.0mm 紅外線發光二極體規格書 - 3mm封裝 - 940nm波長 - 100mA電流 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IR204-A是一款高強度紅外線發射二極體，採用標準3mm (T-1)藍色塑膠封裝。其設計峰值發射波長為940nm，與常見的光電晶體、光電二極體及紅外線接收模組在光譜上完美匹配。此元件具備高可靠性、高輻射強度及低順向電壓等特性，適用於各種紅外線傳輸應用。

1.1 核心優勢

• 高輻射強度：提供強大的紅外線輸出，確保可靠的訊號傳輸。
• 波長匹配：940nm峰值波長經過優化，與標準紅外線接收器高度相容。
• 緊湊標準化：3mm封裝搭配2.54mm引腳間距，易於整合至標準PCB佈局。
• 符合規範：本產品符合RoHS、歐盟REACH及無鹵素標準（Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm）。

1.2 目標應用

此紅外線LED主要用於需要非可見光通訊的系統。關鍵應用領域包括高功率需求的紅外線遙控器、自由空間傳輸系統、煙霧偵測器，以及其他基於紅外線的感測或通訊系統。

2. 技術參數：深入客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不保證在這些極限下或超過極限的操作。

• 連續順向電流 (IF)：100 mA。可持續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (IFP)：1.0 A。此高電流僅允許在脈衝條件下使用（脈衝寬度 ≤ 100μs，工作週期 ≤ 1%）。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能損壞二極體接面。
• 工作與儲存溫度 (Topr/Tstg)：-40°C 至 +85°C。元件額定適用於工業級溫度範圍。
• 功率消耗 (Pd)：在25°C時為150 mW。封裝在不超過其熱限值下可消耗的最大功率。

2.2 電氣-光學特性

這些參數在標準接面溫度25°C下量測，定義了元件在特定條件下的性能。

• 輻射強度 (Ie)：關鍵性能指標。在標準驅動電流20mA下，典型輻射強度為5.6 mW/sr。在高電流脈衝操作下（100mA, 1A），輸出分別顯著增加至38 mW/sr和350 mW/sr，適用於長距離或高亮度脈衝應用。
• 峰值波長 (λp)：940 nm（典型值）。此波長位於近紅外光譜，人眼不可見，但能被矽基感測器有效偵測。
• 頻譜頻寬 (Δλ)：約45 nm。定義了圍繞峰值波長的發射光譜寬度。
• 順向電壓 (VF)：在20mA下典型值為1.2V，並隨電流增加而上升。此低電壓有助於設計中降低功耗。
• 視角 (2θ1/2)：35度。此為輻射強度降至峰值一半時的角度範圍，定義了光束模式。

3. 分級系統說明

規格書包含輻射強度分級結構。LED根據其在IF=20mA下的量測輸出被分為不同等級（K, L, M, N）。例如，等級'L'的最小強度為5.6 mW/sr，最大為8.9 mW/sr。這讓設計師能選擇具有保證最低性能的元件，以確保系統行為一致。此特定料號的規格書未標示波長或順向電壓的分級。

4. 性能曲線分析

規格書提供了幾條對設計至關重要的特性曲線。

4.1 順向電流 vs. 環境溫度 (圖1)

此曲線顯示了最大允許連續順向電流如何隨著環境溫度超過25°C而遞減。設計師必須使用此圖表，確保在應用最高環境溫度下，工作電流不超過安全限值。

4.2 頻譜分佈 (圖2)

說明了相對輻射功率隨波長的變化關係，以940nm峰值為中心，並具有指定的~45nm頻寬。

4.3 峰值發射波長 vs. 溫度 (圖3)

顯示峰值波長隨環境（及接面）溫度變化而產生的偏移。對於需要與偵測器精確頻譜匹配的應用至關重要。

4.4 順向電流 vs. 順向電壓 (IV曲線) (圖4)

描繪了電流與電壓之間的非線性關係。此曲線對於設計限流電路（例如，串聯電阻計算）至關重要。

4.5 相對強度 vs. 順向電流 (圖5)

證明了光輸出與電流並非線性比例關係，特別是在較高電流下，效率可能因加熱和其他效應而下降。

4.6 相對輻射強度 vs. 角度位移 (圖6)

此為空間輻射模式圖，以圖形方式顯示了35度視角。對於光學設計以確保正確對準和覆蓋範圍至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

元件採用標準T-1 (3mm)圓形封裝。規格書中的詳細機械圖提供了所有關鍵尺寸，包括本體直徑（典型值3.0mm）、引腳間距（2.54mm）和引腳直徑。除非另有說明，公差通常為±0.25mm。封裝材料為藍色塑膠，可作為內建濾光片。

5.2 極性識別

較長的引腳為陽極 (+)，較短的引腳為陰極 (-)。這是LED的標準慣例。封裝邊緣的平面側也可能標示陰極側。

6. 焊接與組裝指南

• 焊接溫度：最高焊接溫度為260°C。
• 焊接時間：引腳暴露在超過260°C的焊接溫度下不應超過5秒。
• 一般操作：在操作和組裝過程中應遵循標準的ESD（靜電放電）預防措施，以防止損壞半導體接面。
• 儲存條件：元件應在-40°C至+85°C的指定溫度範圍內，於乾燥環境中儲存。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED通常以袋裝包裝（每袋200-1000顆）。四袋裝入一盒，十盒構成一個紙箱。

7.2 標籤資訊

包裝上的標籤包含關鍵資訊，如料號 (P/N)、數量 (QTY)、等級/分級 (CAT)、峰值波長 (HUE)、批號 (LOT No.) 及參考代碼。此可追溯性對於品質控管非常重要。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

在基本電路中，LED透過一個限流電阻由電壓源驅動。電阻值 (R) 使用歐姆定律計算：R = (Vcc - Vf) / If，其中Vcc為電源電壓，Vf為LED的順向電壓（例如，20mA時為1.2V），If為所需的順向電流。對於脈衝操作（例如在遙控器中），通常使用電晶體開關從電容器或直接從電源提供高峰值電流（高達1A）。

8.2 設計考量

• 電流驅動：務必使用受控電流驅動LED，而非固定電壓。請使用串聯電阻或恆流驅動器。
• 熱管理：雖然封裝具有低熱阻，但在高電流（接近100mA）或高環境溫度下連續運行時，需要考慮降額曲線以避免過熱。
• 光學對準：35度視角需要與接收感測器正確對準，以獲得最佳訊號強度。如有需要，可使用透鏡或反射器來修改光束模式。
• 電源雜訊：在敏感的類比感測應用中，請確保LED驅動電路不會引入可能干擾來自偵測器的微弱訊號的電氣雜訊。

9. 技術比較與差異化

IR204-A的主要差異化優勢在於其結合了標準3mm封裝、高脈衝輻射強度（高達350 mW/sr）以及精確定義的940nm波長。與通用IR LED相比，它提供保證的最低性能（透過分級）並符合現代環保法規。其GaAlAs晶片材料是實現高效紅外線發射的標準選擇。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

10.1 我可以直接從5V或3.3V微控制器引腳驅動此LED嗎？

不行，不能直接驅動。微控制器引腳通常無法持續提供20mA電流（請查閱您的MCU規格書），且肯定無法提供1A峰值電流。更重要的是，您必須使用串聯電阻將電流限制在所需值（例如20mA）。需要一個電晶體（BJT或MOSFET）來切換LED所需的高電流。

10.2 為何在脈衝條件下輻射強度高出許多？

更高的脈衝額定值（100mA, 1A）允許在極短時間內以更大的電流驅動接面。這能在不導致平均接面溫度上升到破壞性水平的情況下產生更多光，因為晶片和封裝的熱質量在脈衝之間有時間冷卻。這對於像遙控器這樣的突發通訊非常理想。

10.3 "與光電晶體頻譜匹配"是什麼意思？

矽基光電晶體和光電二極體在近紅外區域（約800-900nm）具有峰值靈敏度。IR204-A的940nm發射光落在這個高靈敏度波段內，確保偵測器接收到強訊號，從而提高系統的訊噪比和操作距離。

11. 實務設計與使用案例

案例：簡易紅外線遙控發射器。一個常見用途是電視遙控器。微控制器產生調變的數位碼（例如38kHz載波）。此訊號驅動電晶體的基極。電晶體切換流經IR204-A的集極電流。LED附近的電容器可提供產生強訊號所需的短暫高電流脈衝（高達100mA或更高）。LED以38kHz頻率脈衝發光。940nm的光是不可見的，高脈衝強度使得訊號能從牆壁反射，並在房間另一頭被接收器偵測到。低順向電壓有助於節省電池電力。

12. 原理介紹

紅外線發光二極體 (IR LED) 是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向電壓時，來自n區的電子和來自p區的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，會釋放能量。在此特定元件中，所選用的半導體材料（砷化鎵鋁 - GaAlAs）使得此能量主要以紅外光譜（波長940奈米）的光子形式釋放。藍色塑膠封裝充當濾光片，可能阻擋部分可見光，並可能作為透鏡來塑形輸出光束。

13. 發展趨勢

紅外線LED技術的發展趨勢包括開發具有更高電光轉換效率（每瓦電輸入產生更多光輸出）的元件，從而實現更長的電池壽命或更遠的距離。同時，持續致力於生產具有更窄頻譜頻寬的LED，以滿足需要精確波長控制的應用，並降低對環境光雜訊的敏感度。將LED與驅動IC或光偵測器整合到單一模組中是另一個趨勢，可簡化系統設計。在更小封裝中實現更高功率密度的推動仍在繼續，同時整個產業也普遍致力於完全符合環境和安全法規。