LTE-4208 紅外線發射二極體規格書 - 940nm 波長 - T-1 3/4 封裝 - 5V 反向電壓 - 100mW 功率消耗

1. 產品概述

LTE-4208 系列是一款高輻射功率紅外線發射二極體，專為需要可靠且高效紅外線發射的應用而設計。此元件工作於峰值波長 940nm，採用標準 T-1 3/4 封裝並配備透明透鏡，適用於各種感測與偵測系統。

1.1 核心特色與目標市場

LTE-4208 的主要優勢包括其高輻射強度、透明透鏡確保無阻礙發射，以及其光譜與對應的光電晶體（如 LTR-3208 系列）相匹配，這對於優化接收器性能至關重要。它是一款無鉛且符合 RoHS 規範的產品。其主要目標應用為煙霧偵測系統以及需要精確脈衝紅外線訊號的通用紅外線發射電路。

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應力極限，並非用於連續操作。

• 功率消耗 (Pd)：100 mW。這是元件內部允許的最大功率損耗（主要為熱能），由順向電壓與電流計算得出。
• 峰值順向電流 (I_FP)：在脈衝條件下（300 pps，10µs 脈衝寬度）為 3 A。此高電流能力可實現用於遠距離感測的極亮、短時脈衝。
• 連續順向電流 (I_F)：50 mA。這是可靠連續操作的最大直流電流。
• 反向電壓 (V_R)：5 V。在反向偏壓下超過此電壓可能導致崩潰。
• 操作與儲存溫度：分別為 -40°C 至 +85°C 與 -55°C 至 +100°C，顯示其為適用於工業環境的堅固元件。
• 引腳焊接溫度：距離本體 1.6mm 處，260°C 持續 5 秒，定義了手焊或波峰焊的熱曲線。

2.2 電氣與光學特性

這些是在 25°C 下測量的典型性能參數。

• 輻射強度 (I_E)：核心光學輸出參數，以 mW/sr（毫瓦每球面度）為單位測量。它根據多個分級代碼（A 至 D4）指定了最小值和典型值，允許根據所需的輸出功率進行選擇。例如，分級 A 提供 3.31-7.22 mW/sr，而分級 D4 則提供 15.72 mW/sr（最小值）。
• 峰值發射波長 (λ_Peak)：940 nm。此波長位於近紅外光譜，人眼不可見，是遙控器和感測器的常見波長，因其可避免環境光干擾。
• 光譜線半高寬 (Δλ)：50 nm。這定義了發射光的頻寬；頻寬越窄表示光源的單色性越好。
• 順向電壓 (V_F)：在 I_F=20mA 時為 1.6 V（典型值）。這是二極體導通時的跨壓，對於驅動電路設計很重要。
• 反向電流 (I_R)：在 V_R=5V 時為 100 µA（最大值）。一個漏電流參數；規格書明確指出此條件僅用於測試，元件不適用於反向操作。
• 視角 (2θ_1/2)：20 度。此窄光束角將輻射強度集中成定向光束，非常適合目標感測應用。

3. 分級系統說明

LTE-4208 採用輻射強度分級系統。元件根據其在標準測試電流 20mA 下測得的輻射輸出，被測試並分類到不同的性能組別（分級）。這讓設計師能為其應用選擇具有保證最小光學輸出的元件，確保系統性能的一致性，尤其是在使用多個發射器時。分級範圍從 A（最低輸出）到 D4（最高輸出）。設計師在下單時必須指定所需的分級代碼，以保證光功率水準。

4. 性能曲線分析

規格書提供了數個關鍵圖表供設計分析使用。

4.1 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 940nm 峰值為中心，並具有定義的 50nm 半高寬。它確認了發射位於預期的紅外線波段內。

4.2 順向電流 vs. 環境溫度（圖2）

此降額曲線顯示最大允許連續順向電流如何隨著環境溫度升高而降低。在 85°C 時，最大電流顯著低於 25°C 時，這對於設計中的熱管理至關重要。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓（圖3）

二極體的標準 I-V 特性曲線。它顯示了指數關係，並標記了在 20mA 時典型的 V_F值 1.6V。此曲線對於設計與 LED 串聯的限流電阻至關重要。

4.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度（圖4）與 vs. 順向電流（圖5）

圖4 說明了光學輸出的溫度依賴性，通常顯示效率隨溫度升高而降低。圖5 顯示了驅動電流與光輸出之間的非線性關係；電流加倍並不會使輸出加倍，這是 LED 的常見特性。

4.5 輻射圖（圖6）

一個極座標圖，直觀地呈現了 20 度的視角。強度已歸一化，顯示了光束的集中度。

5. 機械與封裝資訊

此元件採用通孔式 T-1 3/4（5mm）封裝。外形圖指定了關鍵尺寸，包括引腳直徑、透鏡直徑和總高度。重要注意事項包括：所有尺寸單位為 mm，公差為 ±0.25mm，法蘭下方樹脂凸起最大為 1.0mm，以及引腳間距是在引腳從封裝伸出的點測量。極性通常由較長的陽極引腳或封裝法蘭上的平面標記指示。

6. 焊接與組裝指南

6.1 儲存

元件應儲存在 <30°C 且 <70% RH 的環境中。打開防潮袋後，必須在受控環境（<25°C，<60% RH）中於 3 個月內使用，以防止影響可焊性的引腳氧化。

6.2 清潔

僅建議使用酒精類溶劑，如異丙醇（IPA）。

6.3 引腳成型

彎曲必須在距離透鏡基座至少 3mm 處進行。基座不能用作支點。成型必須在室溫下並在焊接前完成。

6.4 焊接

規定了兩種方法，並有嚴格限制以防止熱損傷：
引腳焊接：最高 350°C 持續 3 秒，焊點距離透鏡基座不得近於 1.6mm。
波峰焊接：預熱至最高 100°C 持續 60 秒，波峰焊溫度最高 260°C 持續 5 秒，浸錫點距離基座不得低於 1.6mm。
重要警告：透鏡絕不能浸入焊錫中。紅外線迴焊不適用於此通孔封裝。過高的溫度或時間會使透鏡變形或損壞 LED。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 煙霧偵測器：用於光電式煙霧偵測器，其中發射的紅外線光束被煙霧顆粒散射到接收器上。
• 接近與物體感測：與匹配的光電晶體（例如 LTR-3208）配對，用於遮斷式或反射式感測配置。
• 工業自動化：用於物體計數、位置感測和邊緣偵測。

7.2 設計考量與驅動方法

LED 是電流驅動裝置。為了在並聯驅動多個 LED 時確保亮度均勻，必須為每個 LED 串聯一個獨立的限流電阻（電路模型 A）。不建議為並聯陣列使用單一電阻（電路模型 B），因為各個 LED 的順向電壓（V_F）存在差異，這會導致電流分佈不均，從而亮度不均。電阻值使用公式 R = (V_supply- V_F) / I_F.

計算。

7.3 ESD（靜電放電）防護

紅外線 LED 對 ESD 敏感。必須採取的防護措施包括：使用接地腕帶和工作站、使用離子產生器中和塑膠透鏡上的靜電，以及確保所有處理元件的人員都接受過 ESD 培訓。規格書中提供了靜電安全區域的詳細檢查清單。

8. 技術比較與差異化

LTE-4208 的主要差異化特點是其高脈衝電流能力（3A），這使其能夠實現用於遠距離或抗干擾脈衝操作的極高瞬時輻射功率，以及其與 LTR-3208 光電晶體系列的特定匹配性。與廣角發射器相比，其 20 度的窄視角在軸向上提供了更高的強度，使其更適合定向光束應用。清晰的分級結構確保了可預測的光學性能。

9. 基於技術參數的常見問題
問：我可以直接從 5V 微控制器引腳驅動這個 LED 嗎？_F答：不行。您必須使用一個串聯的限流電阻。例如，在 5V 電源、V_F為 1.6V、期望 I

為 20mA 的情況下，電阻值為 (5V - 1.6V) / 0.02A = 170 歐姆（可使用標準的 180 歐姆電阻）。
問：分級代碼的目的是什麼？

答：它保證了最小的輻射強度。對於像煙霧偵測器這樣訊號強度至關重要的關鍵應用，指定較高的分級（例如 D2）可確保比低分級（例如 A）更強的紅外線光束。
問：為什麼視角這麼窄？

答：窄光束將光功率集中到較小的立體角內，增加了沿中心軸的強度。這提高了定向感測應用中的訊噪比，並允許更長的感測距離。
問：我可以在其峰值電流下用於連續波（CW）操作嗎？

答：不行。3A 額定值僅適用於脈衝操作（10µs 脈衝）。最大連續電流為 50mA。超過連續額定值會導致過熱並損壞元件。

10. 實務設計與使用案例
案例：設計槽式物體計數器。

將 LTE-4208 紅外線發射器置於槽的一側，並將 LTR-3208 光電晶體直接置於對面。當槽中沒有物體時，紅外線光束照射到接收器，產生高訊號。當物體通過時，它會遮斷光束，導致接收器訊號下降。LTE-4208 的高脈衝電流能力允許設計師以高電流（例如 1A）在極短時間內脈衝驅動 LED。這產生了非常明亮的閃光，可以克服環境紅外線雜訊，提高系統可靠性。設計師選擇分級 C 的 LED，以確保跨越間隙有足夠的光束強度。在多感測器陣列中，每個 LED 串聯使用獨立的 10 歐姆電阻，以確保電流一致。組裝過程遵循焊接指南，以防止在 PCB 組裝過程中發生熱損傷。

11. 原理介紹

紅外線發射二極體（IRED）是一種半導體 p-n 接面二極體，當施加順向偏壓時會發射非相干紅外線。電子在元件內與電洞復合，以光子的形式釋放能量。這些光子的波長由所用半導體材料的能隙能量決定（例如，用於 940nm 的砷化鎵變體）。T-1 3/4 封裝容納了半導體晶片，提供機械保護，並包含一個環氧樹脂透鏡，用於塑造發射的光束（在此案例中，形成 20 度的圖案）。

12. 發展趨勢