LTE-3226 紅外線發射器規格書 - 5.0mm 封裝 - 850nm 波長 - 1.6V 順向電壓 - 120mW 功率消耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTE-3226 是一款高效能紅外線（IR）發射器，專為需要快速響應時間與顯著光學輸出的應用而設計。其核心優勢包括高速運作、高輻射功率輸出、適用於脈衝驅動方案，以及透明的封裝便於精確光學對準。此元件主要針對遙控系統、光學開關、工業感測器及短距離數據通訊鏈路等市場，這些應用皆依賴可靠的紅外線訊號傳輸。

2. 深入技術參數分析

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應力極限。不建議長時間在接近或達到這些極限的條件下運作。

• 功率消耗（P_D）：120 mW。此為在環境溫度（T_A）為 25°C 的任何操作條件下，元件能以熱形式消耗的最大總功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：1 A。此高電流僅在特定脈衝條件下允許：脈衝寬度 10 µs，且脈衝重複率不超過每秒 300 個脈衝（pps）。此額定值對於高亮度、短時訊號傳輸等應用至關重要。
• 連續順向電流（I_F）：60 mA。此為可連續施加於元件的最大直流電流。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。逆向電壓超過此值可能導致接面崩潰。
• 操作與儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。此寬廣範圍確保了在嚴苛環境條件下的可靠性。
• 引腳焊接溫度：距離封裝本體 1.6mm 處測量，可承受 260°C 達 6 秒。此定義了組裝製程的熱耐受曲線。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在 T_A=25°C 下量測，定義了元件在指定測試條件下的典型性能。

• 輻射強度（I_e）：關鍵的光學輸出參數。典型值為 I_F=20mA 時 26 mW/sr，以及 I_F=50mA 時 65 mW/sr。輸出隨電流顯著增加，突顯了元件的高功率輸出能力。
• 峰值發射波長（λ_P）：850 nm（典型值）。此波長位於近紅外線光譜，對矽光電探測器而言是理想選擇，且相較於更短波長，對人眼較不可見。
• 譜線半高寬（Δλ）：40 nm（典型值）。此參數表示發射光的光譜頻寬。
• 順向電壓（V_F）：1.6 V（典型值），在 I_F=50mA 時最大值為 2.0 V。此低電壓有利於低功耗電路設計。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時為 100 µA（最大值）。
• 視角（2θ_1/2）：25 度（典型值）。此為輻射強度降至峰值一半時的全角，定義了光束的角向擴散範圍。

3. 性能曲線分析

規格書提供了數個元件行為的圖形化表示，對於設計優化至關重要。

3.1 光譜分佈圖（圖 1）

此曲線顯示相對輻射強度隨波長的變化，以 850nm 峰值為中心，並具有 40nm 半高寬的特徵。它確認了元件在預期的紅外線波段發射。

3.2 順向電流 vs. 順向電壓（圖 3）

此 IV 曲線說明了電流與電壓之間的非線性關係。可看到在 50mA 時典型的 V_F為 1.6V。設計人員利用此圖計算串聯電阻值及 LED 的功率消耗。

3.3 相對輻射強度 vs. 順向電流（圖 5）

此圖表展示了光學輸出隨驅動電流呈超線性增加，證明了使用脈衝高電流操作（最高可達 1A 峰值額定值）以實現極高瞬時亮度的合理性。

3.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度（圖 4）

此曲線顯示了光學輸出的負溫度係數。隨著環境溫度升高，輻射強度會下降。在涵蓋全溫度範圍的設計中必須考慮此因素，以確保一致的訊號強度。

3.5 輻射圖（圖 6）

此極座標圖以視覺化方式呈現 25 度的視角，顯示了發射紅外線的空間分佈。對於設計透鏡、反射器以及將發射器與探測器對準至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

LTE-3226 採用標準 5.0mm 徑向引腳封裝，並配有透明透鏡。關鍵尺寸註記包括：所有尺寸單位為毫米，一般公差為 ±0.25mm；法蘭下方的樹脂最大突出量為 1.5mm；引腳間距在引腳離開封裝本體處量測。

4.2 極性識別

元件封裝本體上有一個平面，通常表示陰極（負極）引腳。較長的引腳通常是陽極（正極）。連接前務必確認極性，以防止逆向偏壓損壞。

5. 焊接與組裝指南

遵守焊接規範對於可靠性至關重要。絕對最大額定值規定，在距離封裝本體 1.6mm 處量測時，引腳可承受 260°C 達 6 秒。這意味著在波峰焊或手工焊接過程中，應盡量減少熱暴露時間。對於迴流焊，建議採用峰值溫度低於 260°C 的溫度曲線以符合此限制。長時間暴露於高溫會使內部環氧樹脂和半導體材料劣化。

6. 應用建議

6.1 典型應用場景

• 紅外線遙控器：其高速與高功率特性使其適合傳輸編碼數據脈衝。
• 光學開關與感測器：與光電探測器配對使用，用於物體偵測、計數和位置感測。
• 工業數據鏈路：用於電氣噪聲環境中的短距離、抗噪序列通訊。
• 安全系統：作為對紅外線敏感的攝影機之隱形照明光源。

6.2 設計考量

• 電流限制：務必使用串聯電阻或恆流驅動器將順向電流限制在所需水平（例如 20mA、50mA 或脈衝 1A），切勿直接連接到電壓源。
• 熱管理：雖然封裝可消耗 120mW，但在高連續電流或高環境溫度下運作時，可能需要考量熱環境以維持性能和壽命。
• 光學設計：25 度的視角和透明封裝便於與透鏡或導光管耦合，以針對特定應用塑形光束。
• 電路保護：若電路可能使 LED 暴露於超過 5V 的逆向電壓，請考慮並聯一個逆向偏壓保護二極體。

7. 技術比較與差異化

與標準低功率 IR LED 相比，LTE-3226 的主要差異在於其高速能力與高功率輸出，特別是在脈衝條件下。其 1A 峰值電流額定值顯著高於典型的指示型 IR LED。相較於擴散或帶色封裝，其透明封裝提供了更定向、更有效率的光束，這對於聚焦型應用具有優勢。其 850nm 波長是常見標準，確保了與矽光電探測器和接收器的廣泛相容性。

8. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接用 5V 微控制器引腳驅動這個 LED 嗎？

答：不行。典型的微控制器引腳無法持續提供 50-60mA 電流，且 LED 需要限流。您必須使用由 MCU 引腳驅動的電晶體開關（例如 BJT 或 MOSFET），並搭配一個串聯電阻，根據電源電壓和 LED 的 V_F.

問：輻射強度（mW/sr）與孔徑輻射照度（mW/cm²）有何不同？

答：輻射強度量測的是單位立體角（球面度）的光功率，描述光束的集中程度。孔徑輻射照度量測的是在給定距離下到達特定表面積（cm²）的功率密度。後者對於計算已知面積探測器上的訊號位準更為直接有用。

問：25 度的視角如何影響我的設計？

答：它定義了光束的擴散範圍。對於長距離或窄光束應用，您可能需要準直透鏡。對於更廣的覆蓋範圍，原生角度可能已足夠，或者可以使用擴散器。

9. 實務設計案例

情境：設計一個長距離紅外線信標。

目標：最大化脈衝信標的偵測距離。

設計方法：

1. 驅動電路：使用由計時器 IC 控制的 MOSFET 開關，以最大額定值脈衝驅動 LED：1A 脈衝，寬度 10µs，低工作週期（例如在 300pps 時 <0.3%）。這能提供遠超過直流操作的光學峰值功率。

2. 電流設定：計算串聯電阻：R = (V_電源- V_F) / I_FP。對於 5V 電源，且高電流下 V_F約為 1.8V，則 R = (5 - 1.8) / 1 = 3.2Ω。使用一個 3.3Ω、高瓦數的電阻。

3. 光學元件：將 LED 與小型準直透鏡配對，將有效光束角從 25 度縮小至約 5-10 度，將發射功率集中到更窄的光束中，以增加遠距離的強度。

4. 熱檢查：計算平均功率：P_平均= V_F* I_FP* 工作週期。在工作週期 0.3% 下，P_平均≈ 1.8V * 1A * 0.003 = 5.4mW，遠低於 120mW 的消耗極限，確保不會過熱。

10. 工作原理簡介

LTE-3226 是一個發光二極體（LED）。其運作基於半導體 p-n 接面的電致發光效應。當施加超過接面內建電位（對此材料約為 1.6V）的順向電壓時，來自 n 區的電子和來自 p 區的電洞被注入主動區。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。所使用的特定半導體材料（通常是砷化鋁鎵 - AlGaAs）決定了發射光子的波長，在此案例中為 850nm 紅外線範圍。透明的環氧樹脂封裝充當透鏡，塑造輸出光束。

11. 技術趨勢

在紅外線發射器領域，一般趨勢包括：

效率提升：開發新材料和結構，以在單位電輸入功率（瓦特）下產生更多光功率（流明或輻射通量），減少熱產生和能源消耗。

更高速度：優化以實現更快的調變速率，以支援光通訊應用中更高的數據傳輸速度。

微型化：朝向表面黏著元件（SMD）封裝發展，以實現自動化組裝和更小的外形尺寸，儘管像 5mm 這樣的徑向引腳封裝在原型製作和某些高功率/傳統應用中仍然流行。

波長多樣化：雖然 850nm 和 940nm 是標準，但其他波長正在為特定感測應用（例如氣體感測、生物醫學監測）而開發。LTE-3226 作為一款 850nm 元件，由於其與矽探測器的相容性，仍然是主流元件。