紅外線LED發射器 LTE-209 規格書 - 封裝尺寸5.0mm - 順向電壓1.6V - 峰值波長940nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTE-209系列代表一個專為可靠光電應用而設計的紅外線發光二極體家族。這些元件經過設計，可在940奈米的峰值波長發射光線，此波長位於近紅外線光譜範圍內。這個特定波長通常用於需要非可見光源的應用，例如接近感測器、物體偵測和光學編碼器。本系列的核心優勢在於其精密的製造工藝，確保了穩定的輻射強度和光譜特性。該元件採用低成本、微型塑膠端視封裝，適合空間受限的設計。一個關鍵特點是其與特定系列光電晶體管在機械結構和光譜上的匹配性，有助於設計優化的發射器-偵測器配對，從而提升系統效能和訊號完整性。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些額定值是在環境溫度（T_A）為25°C時指定的。最大連續順向電流為60 mA，在脈衝條件下（每秒300個脈衝，脈衝寬度10 μs）的峰值順向電流能力為1 A。最大功耗為90 mW。該元件可承受高達5 V的反向電壓。工作溫度範圍為-40°C至+85°C，而儲存溫度範圍則從-55°C延伸至+100°C。在組裝方面，引腳可在260°C的溫度下進行焊接，最長持續時間為5秒，測量點距離封裝本體1.6mm。

2.2 電光特性

電光特性是在標準測試條件下（T_A=25°C，I_F=20mA）測量的關鍵效能參數。輻射強度（I_E），即每單位立體角發射的光功率，其典型值為1.383 mW/sr。孔徑輻射照度（E_e），代表功率密度，典型值為0.184 mW/cm²。峰值發射波長（λ_Peak）中心位於940 nm，光譜半寬度（Δλ）為50 nm，定義了發射光的光譜純度。順向電壓（V_F）在測試電流下，典型範圍從1.2V到最大值1.6V。當施加5V反向偏壓時，反向電流（I_R）最大值為100 μA。視角（2θ_1/2），即輻射強度降至其峰值一半的角度，為16度，表示光束模式相對狹窄。

3. 分級系統說明

雖然提供的規格書沒有明確詳細說明多參數分級系統，但它指出元件是根據特定的線上強度和輻射強度範圍進行篩選。這意味著存在一個基於測量的輻射強度和可能的輻射照度值進行選擇或分類的過程。這種預先篩選確保為特定訂單交付的元件，其關鍵光學參數落在比一般規格中所述絕對最小和最大限制更嚴格的公差範圍內。這種做法增強了應用效能的一致性，特別是在光學輸出匹配至關重要的系統中。

4. 性能曲線分析

規格書包含數個典型特性曲線，用以說明元件在不同條件下的行為。

4.1 光譜分佈

圖1顯示了光譜分佈曲線，繪製了相對輻射強度與波長的關係。它確認了在940 nm處的峰值發射以及大約50 nm的光譜半寬度，顯示了圍繞峰值的發射波長分佈。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

圖3描繪了順向電流與順向電壓的特性。這條曲線是非線性的，是二極體的典型特徵。它顯示了當電壓超過導通閾值後，電壓的微小增加會導致電流快速增加的關係。規格中在20mA時的V_F值為1.2V至1.6V，可以在這條曲線的背景下理解。

4.3 相對輻射強度 vs. 順向電流

圖5說明了光學輸出（相對輻射強度）如何隨著順向驅動電流變化。通常，輸出會隨著電流增加而增加，但在整個工作範圍內，這種關係可能並非完全線性。這條曲線對於確定達到所需光學輸出水平所需的驅動電流至關重要。

4.4 溫度依賴性

圖2和圖4顯示了環境溫度的影響。圖2（順向電流 vs. 環境溫度，可能在恆定電壓下）和圖4（相對輻射強度 vs. 環境溫度，在恆定電流下）表明LED的電氣和光學特性都與溫度相關。通常，對於紅外線LED，隨著溫度升高，順向電壓會降低，光學輸出也會降低。這些曲線對於設計具有溫度補償的電路或估算非環境溫度下的效能至關重要。

4.5 輻射模式圖

圖6是輻射圖或視角模式圖。它是一個極座標圖，顯示了發射輻射強度的角度分佈。16度的半角在這裡以視覺方式呈現，顯示強度在偏離中心軸±8度時降至軸上值的50%。

5. 機械與封裝資訊

該元件採用微型塑膠端視封裝。封裝圖中的關鍵尺寸包括本體直徑、引腳間距和總長度。引腳以特定的間距從封裝中伸出，這對於PCB佈局至關重要。封裝包含一個凸緣，註釋指定了此凸緣下樹脂的最大突出量。註釋還澄清了引腳間距是在引腳離開封裝本體的點處測量的，除非另有說明，一般公差為±0.25mm。物理配置設計為與相應的光電晶體管在機械上匹配，確保在組裝模組中的正確對準。

6. 焊接與組裝指南

提供的主要組裝指南與焊接溫度有關。絕對最大額定值規定，引腳可以承受260°C的溫度，最長持續時間為5秒。此額定值是在距離封裝本體1.6mm（0.063"）處測量的。此資訊對於定義迴流焊接曲線或手工焊接程序至關重要。超過此溫度或時間可能會損壞內部晶片黏著、接合線或塑膠封裝材料本身。在處理過程中應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施。元件應儲存在指定的-55°C至+100°C溫度範圍內的乾燥環境中，以防止吸濕，這可能在迴流焊接過程中導致爆米花現象。

7. 包裝與訂購資訊

規格書將料號標識為LTE-209。規格編號為DS-50-92-0001，修訂版為C。摘錄中未提供關於帶狀包裝、捲盤數量或濕度敏感等級的具體細節。訂購通常基於基本料號LTE-209，可能帶有表示特定強度分級的後綴，如特性中提到的選擇過程所暗示。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

LTE-209非常適合需要緊湊、高效紅外線光源的應用。其940nm波長對人眼不可見，非常適合用於：

• 光學開關與物體偵測：與光電晶體管（如提到的LTR-4206系列）配對，通過中斷紅外線光束來偵測物體的存在、不存在或位置。
• 接近感測：用於偵測使用者或物體接近的裝置中，通常採用反射式感測。
• 編碼器：為馬達控制和位置感測系統中的增量式或絕對式光學編碼器提供光源。
• 資料傳輸：可用於短距離、低資料速率的紅外線通訊鏈路（例如，遙控系統），但其狹窄的視角可能需要對準。

8.2 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的工作點，切勿超過絕對最大額定值。
• 熱管理：考慮功耗（V_F* I_F）以及環境溫度對輸出的影響。對於高可靠性應用，應在高溫下降低最大電流額定值。
• 光學對準：16度的狹窄視角要求與配對的偵測器或目標區域進行精確的機械對準，以獲得最佳訊號強度。
• 電路保護：雖然它具有5V反向電壓額定值，但在電路中加入防止反向電壓或電壓突波的保護措施是良好的做法。
• 匹配對：為了在感測應用中獲得最佳效能，建議使用與其光譜和機械匹配的光電晶體管配對使用。

9. 技術比較與差異化

如所述，LTE-209系列的關鍵差異化因素是其針對強度參數的特定篩選，以及其與光電晶體管系列的匹配配對。與通用紅外線LED相比，這種預先篩選提供了更高的光學輸出一致性，可以簡化電路校準並提高量產良率。機械匹配確保了與指定光電晶體管使用時，物理對準和光耦合得到優化，從而產生更強、更可靠的訊號。在砷化鎵基板上使用砷化鎵鋁是生產波長約940nm的高效近紅外線發射器的標準技術。

10. 常見問題解答

問：940nm波長的用途是什麼？

答：940nm位於近紅外線光譜，對人眼不可見。它常用於感測和通訊，以避免可見光干擾，並且能被矽光電偵測器高效偵測。

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。在20mA時，典型的V_F為1.6V，對於5V電源，電阻值為 R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω。使用標準的180Ω電阻會使電流接近19mA。

問：溫度如何影響效能？

答：如特性曲線所示，對於給定的電流，溫度升高通常會降低光學輸出，並降低順向電壓。針對寬溫度範圍的設計必須考慮這一點。

問：光譜匹配是什麼意思？

答：這意味著LED的發射光譜（中心在940nm）與指定光電晶體管的峰值響應區域良好對齊。這最大化了偵測器能轉換為電訊號的發射光量。

11. 實用設計與使用範例

範例1：物體偵測閘門：可以將兩個LTE-209紅外線LED放置在輸送帶的一側，每個都與對側的匹配光電晶體管配對，形成兩個獨立的偵測光束。微控制器監控光電晶體管的輸出。當物體通過時，它會中斷一個或兩個光束，使系統能夠計數物體、測量尺寸（通過計時光束中斷時間）或觸發動作。

範例2：反射式接近感測器：將一個LTE-209及其匹配的光電晶體管並排放置在PCB上，面向同一方向。LED發射光束。當物體靠近時，它會將部分光線反射回光電晶體管。偵測到的訊號強度與物體的接近程度相關。這種設置常見於非接觸式水龍頭或自動給皂機中。

12. 工作原理介紹

紅外線發光二極體是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域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。在此使用的特定材料系統中，這種能量對應於紅外線光譜中的光子，波長約為940nm。二極體的結構，包括提到的窗層，旨在讓產生的光有效地逸出半導體材料。塑膠封裝用於保護半導體晶片、提供機械結構，並且還可以作為透鏡來塑造發射光束，從而形成指定的16度視角。

13. 技術趨勢與發展

紅外線發射器技術持續發展。該領域的總體趨勢包括：

• 效率提升：開發新的半導體材料和結構，以在給定的電氣輸入下實現更高的光學輸出功率，從而降低功耗和熱量產生。
• 微型化：持續減小封裝尺寸，以整合到更小的消費性電子和物聯網裝置中。
• 功能增強：將發射器與驅動電路、光電偵測器甚至微控制器整合到單一模組或系統級封裝解決方案中。
• 波長多樣化：雖然940nm仍然是標準，但其他紅外線波長正在針對特定應用進行優化，例如人眼安全系統或不同的大氣傳輸窗口。
• 可靠性改善：封裝材料和晶片黏著技術的進步，以承受更高的溫度和更嚴苛的環境條件，例如汽車應用所需的要求。