LTE-1252 紅外線發射器與偵測器規格書 - 940nm 波長 - 100mA 順向電流 - 1.53V 典型順向電壓 - 5.0x3.8x3.5mm 封裝 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTE-1252 是一款分離式紅外線發射元件，專為廣泛的光電應用而設計。其峰值發射波長為 940nm，適用於不希望出現可見光的環境。此元件採用透明塑膠封裝，提供寬廣的視角，並以其高輻射強度及適合高電流、低順向電壓操作而著稱。

1.1 主要特色

• 採用無鉛且符合 RoHS 規範的結構。
• 針對高電流與低順向電壓操作進行優化。
• 低成本微型塑膠端視型封裝。
• 寬廣視角，提供廣泛的覆蓋範圍。
• 高輻射強度輸出。
• 透明封裝。

1.2 目標應用

• 遙控裝置的紅外線發射器。
• 用於接近或物體偵測的感測器系統。
• 安防系統中的夜視照明。
• 紅外線無線資料傳輸鏈路。
• 安全警報系統。

2. 技術參數深度解析

本節針對 LTE-1252 紅外線發射器所指定的關鍵電氣與光學參數，提供詳細且客觀的詮釋。

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這些極限的操作。

• 功率消耗 (Pd)：150 mW。此為環境溫度 (TA) 25°C 時，元件可作為熱量消散的最大功率。超過此限制有熱損壞的風險。
• 峰值順向電流 (IFP)：1 A。此為特定條件下（每秒 300 個脈衝，10μs 脈衝寬度）允許的最大脈衝電流。它顯著高於連續電流額定值，允許短暫的高強度爆發。
• 連續順向電流 (IF)：100 mA。可持續施加而不損壞元件的最大直流電流。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。可施加於逆向方向的最大電壓。規格書明確註明此條件僅供測試，元件並非為逆向操作而設計。
• 操作溫度範圍 (Topr)：-40°C 至 +85°C。元件被指定可操作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍 (Tstg)：-55°C 至 +100°C。非操作狀態下的儲存溫度範圍。
• 引腳焊接溫度：260°C 持續 5 秒，測量點距離本體 2.0mm。此定義了手工焊接的熱曲線極限。

2.2 電氣與光學特性

這些是在 TA=25°C 及指定測試條件下量測的典型與保證性能參數。

• 輻射強度 (Ie)：40 mW/sr (最小值)，70 mW/sr (典型值)，於 IF=100mA，θ=0°。此量測沿中心軸每單位立體角發射的光功率，表示亮度。
• 峰值發射波長 (λPeak)：940 nm (典型值)，於 IF=100mA。發射光功率達到最大值時的波長。
• 譜線半高寬 (Δλ)：54 nm (典型值)，於 IF=100mA。此參數定義了頻譜頻寬；54nm 的值表示發射光並非單色光，而是圍繞峰值波長的一個範圍。
• 順向電壓 (VF)：1.30V (最小值)，1.53V (典型值)，1.83V (最大值)，於 IF=100mA。當流過指定順向電流時，元件兩端的電壓降。較低的 VF 通常帶來較高效率。
• 逆向電流 (IR)：100 μA (最大值)，於 VR=5V。施加指定逆向電壓時流過的小量漏電流。
• 半值角 (θ0.5)：40° (典型值)。輻射強度降至其在 0° 時值的一半時的視角。40° 的角度提供了相當寬廣的發射模式。

3. 性能曲線分析

典型特性曲線提供了在不同條件下元件行為的視覺化洞察。

3.1 頻譜分佈 (圖1)

此曲線顯示相對輻射強度隨波長的變化。它確認了 940nm 的峰值與頻譜半高寬，說明發射器主要在 880nm 至 1000nm 範圍內輸出紅外線光。

3.2 順向電流 vs. 環境溫度 (圖2)

此圖描繪了最大允許順向電流隨著環境溫度升高而降額的情況。對於熱管理設計至關重要，以確保元件在其安全工作區內運作。

3.3 順向電流 vs. 順向電壓 (圖3)

此 IV 曲線顯示了電流與電壓之間的指數關係，為二極體的典型特性。此曲線讓設計師能為所需的工作電流決定所需的驅動電壓。

3.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度 (圖4) 與 vs. 順向電流 (圖5)

圖 4 顯示在固定電流下，光學輸出如何隨著溫度升高而降低。圖 5 顯示輸出隨著順向電流增加而近乎線性地增加，突顯了 LED 的電流控制特性。

3.5 輻射圖 (圖6)

此極座標圖視覺化地呈現了發射光的空間分佈，確認了 40° 半值角並顯示了強度模式，這對於將發射器與偵測器對準非常重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 外型尺寸

此元件採用穿孔式封裝，具有以下關鍵尺寸（單位：mm，標稱值）：

• 總長度：24.0 最小值
• 本體寬度：5.0 ±0.3
• 本體高度：3.8 ±0.3
• 透鏡直徑/高度：3.5 ±0.3
• 引腳間距：2.54 標稱值（標準 0.1 英吋間距）
• 引腳直徑：0.5（法蘭下突出樹脂最大值）

極性識別：較長的引腳為陽極 (+)，較短的引腳為陰極 (-)。圖中也顯示透鏡上有一個平面，可作為額外的視覺標記。

4.2 關鍵註記

• 公差為 ±0.25mm，除非另有說明。
• 引腳間距在引腳從封裝本體伸出處量測。
• 標示製造地點。

5. 組裝、焊接與操作指南

5.1 引腳成型與 PCB 組裝

• 在距離 LED 透鏡基座至少 3mm 處彎折引腳。
• 彎折時請勿以封裝基座作為支點。
• 在常溫下，於焊接前進行引腳成型。
• 在 PCB 組裝過程中，使用最小的壓接力以避免機械應力。

5.2 焊接製程

手工焊接 (烙鐵)：

• 溫度：最高 350°C。
• 時間：最多 3 秒（僅限一次）。
• 位置：距離環氧樹脂透鏡基座不少於 2mm。

波峰焊接：

• 預熱：最高 100°C，最多 60 秒。
• 焊錫波：最高 260°C。
• 焊接時間：最多 5 秒。
• 浸錫位置：距離環氧樹脂透鏡基座不低於 2mm。

關鍵警告：過高的溫度或時間可能導致透鏡變形或造成災難性故障。紅外線迴焊不適用於此種穿孔式封裝類型。

5.3 儲存與清潔

• 儲存：請勿超過 30°C 或 70% 相對濕度。若從原始包裝中取出，請在 3 個月內使用。如需長期儲存，請使用帶有乾燥劑的密封容器或氮氣環境。
• 清潔：必要時可使用酒精類溶劑，如異丙醇。

6. 應用設計考量

6.1 驅動電路設計

LED 是一種電流驅動元件。為了確保並聯驅動多個 LED 時的亮度均勻，強烈建議為每個 LED 串聯一個獨立的限流電阻（電路模型 A）。不建議為多個並聯的 LED 使用單一電阻（電路模型 B），因為各個元件的順向電壓（I-V 特性）存在差異，這將導致電流分佈不均，從而亮度不均。

6.2 靜電放電防護

此元件易受靜電損壞。預防措施包括：

• 使用導電腕帶或防靜電手套。
• 確保所有設備、工作站和儲物架妥善接地。
• 使用離子風扇中和塑膠透鏡上的靜電荷。
• 維持具備 ESD 認證的人員與靜電安全工作區域（表面電位 <100V）。

6.3 應用範圍與可靠性

此元件適用於普通電子設備（辦公室、通訊、家用）。對於需要極高可靠性，且故障可能危及生命或健康的應用（航空、醫療、安全系統），使用前必須進行特定諮詢與資格認證。

7. 技術原理與趨勢

7.1 工作原理

LTE-1252 是一款紅外線發射二極體。當施加超過其閾值的順向電壓時，電子與電洞在半導體的主動區（可能基於 GaAs 或 AlGaAs 材料）復合，以光子的形式釋放能量。特定的材料組成與元件結構經過設計，主要產生 940nm 紅外線範圍的光子，此波長人眼不可見，但易於被矽光電二極體及許多相機感測器偵測。

7.2 產業背景與趨勢

像 LTE-1252 這樣的分離式紅外線元件，仍然是光電領域的基本建構模組。影響此領域的關鍵趨勢包括持續的微型化需求、更高的效率（每 mA 電流產生更多輻射強度），以及與感測 IC 更緊密的整合。同時，對符合環保法規（RoHS、無鉛）元件的重視也日益增長。940nm 波長特別受歡迎，因為它在矽偵測器靈敏度與相較於 850nm 光源更低的可見性之間取得了良好平衡，使其成為安防及遙控器等消費性應用中隱蔽照明的理想選擇。

8. 常見問題

8.1 我可以直接從微控制器引腳驅動這個 IR LED 嗎？

不行。微控制器的 GPIO 引腳通常無法持續提供 100mA 電流。您必須使用一個電晶體（例如 NPN BJT 或 N 通道 MOSFET）作為開關，由 GPIO 控制，從電源提供所需的電流。LED 路徑中仍需要串聯一個限流電阻。

8.2 如何計算串聯電阻值？

使用歐姆定律：R = (Vcc - VF) / IF。例如，使用 Vcc=5V 電源，在 100mA 時典型 VF=1.53V，電阻值為 R = (5 - 1.53) / 0.1 = 34.7 歐姆。使用最接近的標準值（例如 33 或 39 歐姆）並檢查額定功率：P = (IF)^2 * R = (0.1)^2 * 34.7 ≈ 0.347W，因此建議使用 0.5W 或更高功率的電阻。

8.3 為什麼逆向電壓額定值只有 5V？如果超過會發生什麼？

IR LED 並非設計用來阻擋顯著的逆向電壓。超過 5V 額定值可能導致逆向電流突然增加，引發雪崩崩潰並永久損壞半導體接面。請務必確保電路中的極性正確。在交流電或不確定極性的情況下，應使用外部保護二極體進行雙向保護。

8.4 規格書提到 "半值角" 為 40°。這對我的設計有何影響？

40° 半值角意味著發射光強度在中心最強，並在偏離中心軸 ±20° 時降至 50%。當將發射器與偵測器（如光電晶體）對準時，您必須確保偵測器位於此有效的輻射錐形範圍內。為了更廣泛的覆蓋，您可能需要多個發射器或一個擴散器。相反地，對於長距離定向光束，可以添加透鏡來準直光線。

9. 實務設計案例研究

9.1 簡單物體偵測 / 遮斷光束感測器

情境：偵測物體何時通過紅外線發射器與偵測器之間。

實作：

1. 發射器端：使用第 6.1 節所述的電路，以 50-100mA 的恆定電流驅動 LTE-1252。對於電池供電操作，可考慮以特定頻率（例如 1kHz，50% 工作週期）脈衝驅動 LED 以節省電力。
2. 偵測器端：使用與發射器對準的匹配光電晶體或光電二極體。將其置於發射器的 40° 輻射錐形範圍內。
3. 訊號調理：偵測器的輸出在接收到紅外線光時為高電位，當光束被阻擋時會下降。使用比較器或微控制器的 ADC 輸入將此訊號數位化。如果發射器採用脈衝驅動，請在軟體中添加濾波器或同步偵測以抑制環境光雜訊。

關鍵考量：由於光束的方向性，對準至關重要。環境陽光或其他紅外線光源可能造成干擾，因此強烈建議使用調變/解調技術以確保可靠運作。確保外殼能阻擋雜散光，使其不經過偵測區域而直接照射到偵測器。