LTE-3276 紅外線發射器規格書 - 850nm 波長 - 50mA 順向電流 - 1.8V 順向電壓 - 高功率與高速 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTE-3276 是一款高效能紅外線發射器，專為需要快速響應時間與顯著輻射輸出的應用而設計。其核心優勢在於結合了高速與高功率能力，使其適合在嚴苛環境中進行脈衝操作。此元件採用典型的透明封裝，以實現紅外光線的最大透射率。目標市場包括工業自動化、通訊系統（如 IrDA）、遙控器、光學開關以及需要可靠、高強度紅外線訊號的感測器系統。

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極限。不建議長時間在或接近這些極限下操作。

• 功率消耗（P_D）：200 mW。這是在任何操作條件下，元件能以熱能形式散發的最大總功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：1 A。此高電流僅允許在脈衝條件下（每秒 300 個脈衝，脈衝寬度 10 μs）。這突顯了元件產生短暫、強烈光脈衝的能力。
• 連續順向電流（I_F）：100 mA。這是可以連續施加的最大直流電流。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致半導體接面崩潰。
• 操作與儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。此寬廣範圍確保了在惡劣環境條件下的可靠性。
• 引腳焊接溫度：距離本體 1.6mm 處，260°C 持續 6 秒。這對於波焊或迴焊製程至關重要，以防止熱損傷。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在環境溫度（T_A）為 25°C 時指定的，定義了元件的典型性能。

• 輻射強度（I_E）：衡量每單位立體角光學輸出功率的關鍵指標。在 I_F= 20mA 時，典型值為 12.75 mW/sr。在 I_F= 50mA 時，顯著增加至典型值 32 mW/sr，顯示出隨電流增加的非線性、高效率提升。
• 峰值發射波長（λ_P）：典型值為 850 nm。此波長位於近紅外線光譜，人眼不可見，但易於被矽光電二極體及具備紅外線感度的攝影機偵測。
• 光譜線半高寬（Δλ）：典型值為 40 nm。這表示光譜頻寬；寬度越窄表示光源單色性越好。
• 順向電壓（V_F）：在 I_F= 50mA 時，V_F典型值為 1.49V，最大值為 1.80V。在 I_F= 200mA 時，V_F上升至典型值 1.83V，最大值 2.3V。驅動電路設計時必須考量此正溫度係數。
• 視角（2θ_1/2）：典型值為 50 度。這是輻射強度降至峰值一半時的全角。50° 的視角在光束集中度與覆蓋範圍之間提供了良好的平衡。

3. 性能曲線分析

規格書提供了數條典型的特性曲線，對於電路設計及理解元件在不同條件下的行為至關重要。

3.1 光譜分佈圖（圖 1）

此曲線繪製了相對輻射強度與波長的關係。它確認了峰值波長約在 850 nm，並顯示了發射光譜的形狀與寬度（半高寬 40 nm）。這對於匹配發射器與偵測器的光譜感度至關重要。

3.2 順向電流 vs. 順向電壓（圖 3）

此 IV 曲線顯示了二極體典型的指數關係。設計者可利用此曲線決定所需工作電流對應的必要驅動電壓，這對於設計恆流驅動器至關重要。

3.3 相對輻射強度 vs. 順向電流（圖 5）

此圖表顯示光輸出如何隨驅動電流增加。在較低電流下通常呈線性關係，但在極高電流下可能因熱效應與效率限制而出現飽和現象。此數據對於設定工作點以達到所需光功率至關重要。

3.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度（圖 4）

此曲線展示了 LED 輸出的負溫度係數。隨著環境溫度升高，輻射強度會降低。在設計用於高溫環境的應用時，必須將此熱降額因素納入考量，以確保足夠的訊號餘裕。

3.5 輻射圖（圖 6）

此極座標圖以視覺化方式呈現發射光的空間分佈，清楚說明了 50 度的視角。它有助於設計用於聚焦或準直紅外線光束的光學系統。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

此元件採用標準的穿孔式封裝，很可能是紅外線發射器常見的 T-1 3/4（5mm）樣式。規格書中的關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為公釐（英吋）。
• 除非另有說明，公差為 ±0.25mm（.010"）。
• 法蘭下方的樹脂凸出部分最大為 1.5mm（.059"）。
• 引腳間距是在引腳從封裝伸出的位置測量。

透明封裝材料通常為環氧樹脂，針對 850 nm 波長的高透射率進行了優化。

4.2 極性辨識

對於標準 LED 封裝，較長的引腳通常是陽極（正極），較短的引腳是陰極（負極）。封裝靠近陰極的一側可能有一個平面。觀察正確的極性對於防止逆向偏壓損壞至關重要。

5. 焊接與組裝指南

引腳焊接的絕對最大額定值明確規定：距離本體 1.6mm（.063"）處測量，260°C 持續 6 秒。這是組裝時的關鍵參數。

• 波焊/手焊：嚴格遵守 260°C/6s 的限制。建議進行預熱以最小化熱衝擊。
• 迴焊：雖然未明確提及適用於 SMD，但溫度曲線應確保封裝本體溫度長時間不超過儲存最大值 85°C，且在指定點的引腳溫度不得超過 260°C。
• 儲存條件：在指定的溫度範圍（-40°C 至 +85°C）內，儲存於乾燥、防靜電的環境中，以防止吸濕和性能劣化。

6. 應用建議

6.1 典型應用場景

• 紅外線資料傳輸（IrDA）：其高速特性使其適合用於串列資料鏈路。
• 遙控器：高功率確保了長距離與可靠操作。
• 光學開關與物體偵測：與光偵測器結合使用，以感測存在、位置或計數。
• 工業安全光幕：建立用於機器防護的不可見光束屏障。
• 夜視照明：用於具備紅外線感度的 CCTV 攝影機。

6.2 設計考量要點

• 驅動電路：務必使用串聯限流電阻或恆流驅動器。根據所需工作電流（I_F）下的順向電壓（V_F）進行計算。
• 熱管理：若要在接近最大電流下連續操作，需考量功率消耗（P_D= V_F* I_F），並在必要時確保足夠的散熱，以將接面溫度維持在限制範圍內。
• 脈衝操作：對於 1A 的峰值脈衝電流，確保驅動器能以快速的上升/下降時間提供所需的高電流脈衝，以發揮高速能力。
• 光學設計：根據應用需求（例如，長距離應用需窄光束，區域覆蓋需寬光束）使用透鏡或反射鏡來塑造 50° 的光束。
• 偵測器匹配：搭配峰值光譜感度約在 850 nm 的光偵測器（例如光電晶體、光電二極體），以獲得最佳性能。

7. 技術比較與差異化

LTE-3276 透過其特定的參數組合在市場上實現差異化：

• 中等電流下的高功率：在 50mA 下達到 32 mW/sr 是強勁的輸出，對於需要良好訊噪比的應用有益。
• 高速能力：脈衝操作的規格意味著快速的內在響應時間，適合調變訊號。
• 堅固的結構：寬廣的操作溫度範圍與透明封裝顯示了為可靠性而設計。
• 與標準低功率紅外線 LED 相比，此元件提供了顯著更高的輻射強度。與雷射二極體相比，它更安全（在此功率等級下對眼睛安全）、光束更寬，且通常更堅固、更容易驅動。

8. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以直接從 5V 微控制器引腳驅動這個 LED 嗎？

答：不行。您必須使用限流電阻。例如，要從 5V 電源在 I_F=50mA、V_F約 1.5V 下驅動：R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 歐姆。使用 68 或 75 歐姆的電阻，並檢查其額定功率（P = I²R = 0.175W，因此 1/4W 的電阻已足夠）。

問：輻射強度（mW/sr）與孔徑輻射照度（mW/cm²）有何不同？

答：輻射強度是每單位立體角（球面度）發射的功率，描述光源的方向性強度。孔徑輻射照度是在特定距離與對準下，到達偵測器表面的功率密度（每平方公分毫瓦）。後者取決於前者以及距離/平方反比定律。

問：如何在脈衝模式下使用它？

答：使用由邏輯訊號控制的電晶體（BJT 或 MOSFET）開關來脈衝驅動 LED。確保驅動器能以快速切換提供高峰值電流（高達 1A）。在考量工作週期時，平均電流仍必須遵守連續電流額定值（100mA）。

問：為什麼輸出會隨溫度升高而降低？

答：這是半導體 LED 的基本特性。溫度升高會增加半導體材料內部的非輻射復合過程，從而降低內部量子效率，進而減少光輸出。

9. 實務設計案例

案例：設計一個長距離紅外線物體偵測感測器。

目標：在 5 公尺處偵測物體。

設計步驟：

1. 發射器驅動：以 I_F=50mA（1kHz 脈衝，50% 工作週期）操作 LTE-3276，以實現高峰值強度（32 mW/sr），同時保持平均功率可控。

2. 光學元件：在發射器前方添加一個簡單的準直透鏡，將 50° 光束收窄至更聚焦的約 10° 光束，顯著增加遠距離的強度。

3. 偵測器：使用峰值響應在 850nm 的匹配矽光電晶體。在其前方放置一個窄帶通光學濾波片（中心波長 850nm）以抑制環境光。

4. 電路：接收器電路放大微小的光電流。使用同步偵測技術（調變發射器並將接收器調諧至相同頻率）來抑制直流環境光與低頻雜訊，大幅提升偵測距離與可靠性。

此設置利用了 LTE-3276 的高功率與高速特性，打造出一個強健、抗干擾的偵測系統。

10. 工作原理簡介

像 LTE-3276 這樣的紅外線發射器，是一種基於半導體物理的發光二極體。當在 p-n 接面上施加順向電壓時，電子和電洞被注入主動區。當這些電荷載子復合時，會釋放能量。在此特定元件中，半導體材料（通常基於砷化鋁鎵 - AlGaAs）經過設計，使此能量以紅外線光譜中的光子形式釋放，峰值波長為 850 奈米。"透明"的環氧樹脂封裝經過摻雜，對此波長透明，使光子能有效逸出。"高速"特性指的是此復合過程快速的開啟與關閉時間，使 LED 能夠在高頻下進行調變以進行資料傳輸。

11. 技術趨勢

紅外線發射器技術隨著更廣泛的光電趨勢持續演進。關鍵發展包括：

提升功率效率：研究重點在於提高內部量子效率（每個電子產生更多光子）以及封裝的光提取效率，從而在相同的電輸入功率下獲得更高的輻射強度。

更小的外形尺寸：微型化的趨勢推動了表面黏著元件封裝的發展，其性能與傳統穿孔式相當或更佳。

增強速度：針對通訊應用，正在開發具有更快調變頻寬的元件，以支援更高的資料傳輸速率。

波長多樣化：雖然 850nm 和 940nm 很常見，但其他波長正針對特定應用進行優化，例如對眼睛安全的更長波長，或用於氣體感測的特定吸收譜線。

整合化：趨勢是將發射器與驅動 IC 整合，甚至與偵測器整合在單一模組中，為終端使用者簡化系統設計。