IR3494-30C/H80/L419 紅外線LED規格書 - 4mm T-1 3/4封裝 - 波長940nm - 順向電壓1.2V - 輻射強度3.5mW/sr - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

IR3494-30C/H80/L419是一款高強度紅外線發光二極體，專為需要可靠且高效紅外光發射的應用而設計。此元件採用透明塑膠封裝，以緊湊的T-1 3/4（4mm）尺寸提供一致的性能。其主要功能是發射峰值波長為940nm的紅外線輻射，使其在光譜上與常見的光電晶體、光電二極體及紅外線接收模組相容。該元件採用標準2.54mm引腳間距，便於整合至標準PCB佈局中。

2. 主要特性與優勢

此元件的核心優勢源於其設計與材料選擇。它提供高可靠性，這對於長期應用至關重要。高輻射強度確保了強勁的信號傳輸，提升了感測系統的運作距離與訊噪比。低順向電壓特性有助於提升整體系統的能源效率。此外，該元件符合環保法規，為無鉛（Pb-free）設計，並符合RoHS標準。

3. 絕對最大額定值

超出這些限制操作可能導致永久性損壞。額定值是在環境溫度（Ta）為25°C下指定的。

• 連續順向電流（I_F）：100 mA
• 峰值順向電流（I_FP）：1.0 A（脈衝寬度 ≤100μs，工作週期 ≤1%）
• 逆向電壓（V_R）：5 V
• 工作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +100°C
• 焊接溫度（T_sol）：260°C（持續時間 ≤5 秒）
• 功率消耗（P_d）：180 mW（在25°C或以下的自由空氣溫度下）

4. 電光特性

以下參數定義了元件在標準測試條件（Ta=25°C）下的性能。典型值代表最常見的性能，而最小值和最大值則定義了可接受的範圍。

4.1 輻射與光譜特性

• 輻射強度（I_e）：在 I_F=20mA 時：2.5 mW/sr（最小），3.5 mW/sr（典型），5.5 mW/sr（最大）。在脈衝操作下（I_F=250mA，f=60Hz，50%工作週期），典型輻射強度為 40 mW/sr。
• 峰值波長（λ_p）：在 I_F=20mA 時：940 nm（典型）。
• 光譜頻寬（Δλ）：在 I_F=20mA 時：50 nm（典型），定義了最大強度一半處的光譜寬度。

4.2 電氣特性

• 順向電壓（V_F）：
  • 在 I_F=20mA 時：1.10V（最小），1.20V（典型），1.50V（最大）
  • 在 I_F=100mA 時：1.20V（最小），1.30V（典型），1.70V（最大）
• 逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時：10 μA（最大）。

4.3 視角

發射光的空間分佈並非均勻。視角定義為最大輻射強度一半處的全角（2θ_1/2），其值為：

• X 方向：95 度（典型）
• Y 方向：45 度（典型）

這表示輻射圖案是不對稱的，這是在光學系統設計中對齊發射器與接收器的關鍵因素。

5. 性能曲線分析

規格書提供了數條對於詳細設計工作至關重要的特性曲線。

5.1 順向電流 vs. 環境溫度

此曲線顯示了最大允許順向電流隨著環境溫度升高而降低的關係。為防止過熱並確保可靠性，當工作溫度高於25°C時，必須降低順向電流。

5.2 光譜分佈

此圖表繪製了相對於波長的相對輻射強度，中心位於940nm峰值處。它直觀地確認了50nm的典型頻寬，顯示大部分光功率集中在大約915nm至965nm之間。這種窄頻寬有利於濾除環境光雜訊。

5.3 輻射強度 vs. 順向電流

這是一個關鍵關係，顯示輻射強度隨順向電流增加而增加，但並非完全線性，特別是在較高電流下，由於熱效應和效率影響。此曲線讓設計師能夠選擇能提供所需光輸出功率的工作電流。

5.4 順向電流 vs. 順向電壓

此IV特性曲線是設計驅動電路的基礎。它顯示了指數關係，有助於確定恆流驅動器所需的電壓順應範圍，或計算電壓驅動設計中的串聯電阻值。

5.5 相對輻射強度 vs. 角度位移

X和Y方向的獨立曲線說明了不對稱的視角。在X平面，強度在±47.5度處降至最大值的一半；在Y平面，則在±22.5度處降至一半。在將LED與感測器對齊時，必須考慮此圖案，以確保最佳訊號強度。

6. 機械與封裝資訊

6.1 封裝尺寸

此元件採用標準T-1 3/4（直徑4mm）圓形封裝。技術圖紙提供了所有關鍵尺寸，包括本體直徑、透鏡形狀、引腳直徑和引腳間距。關鍵註記指明所有尺寸單位為毫米，標準公差為±0.25mm，除非另有說明。精確的機械圖紙對於建立準確的PCB封裝圖並確保在組裝中正確放置至關重要。

6.2 極性識別

紅外線LED是極性元件。規格書圖紙標示了陰極，通常可透過封裝邊緣的平面或較短的引腳來識別。組裝時必須遵守正確的極性，以防止元件故障。

7. 焊接與組裝指南

焊接溫度的絕對最大額定值為260°C，持續時間不超過5秒。這適用於波峰焊或迴流焊製程。嚴格遵守這些限制對於防止塑膠封裝和內部半導體晶片受到熱損壞至關重要。若適用，應遵循處理濕度敏感元件的標準產業實務。

8. 包裝與訂購資訊

標準包裝規格如下：每袋500件，每盒5袋，每箱10盒。包裝上的標籤包含多個用於追溯和規格的代碼：

• CPN：客戶零件編號
• P/N：生產編號（製造商的零件編號）
• QTY：包裝內含數量
• CAT：等級或性能分級（例如，輻射強度）
• HUE：指示峰值波長分級。
• REF：參考代碼。
• LOT No：生產批號，用於製造追溯。

9. 應用建議

9.1 典型應用場景

• 紅外線遙控器：其高輻射強度使其適用於需要更長距離或更強訊號穿透力的遙控器。
• 自由空間傳輸系統：用於短距離數據鏈路、接近感測器和物體檢測，其中紅外線光束被調變。
• 煙霧偵測器：用於遮光式煙霧偵測器，其中煙霧顆粒會中斷發射器與接收器之間的紅外線光束。
• 通用紅外線系統：任何需要可靠940nm紅外線光源的應用。

9.2 設計考量

• 驅動電路：務必使用串聯限流電阻或恆流驅動器，以防止超過最大順向電流，特別是在低順向電壓的情況下。應使用IV曲線來計算給定電源電壓下的適當電阻值。
• 熱管理：遵守功率消耗限制。如果在接近最大電流或高環境溫度下工作，請考慮降額曲線，並確保如果LED安裝在帶有其他發熱元件的電路板上，有足夠的通風或散熱措施。
• 光學對準：不對稱視角（95° x 45°）至關重要。LED和相應的接收器（光電晶體等）必須根據預期的靈敏度軸進行對準，以最大化收集到的訊號。
• 逆向電壓保護：最大逆向電壓僅為5V。在可能出現逆向偏壓的電路中（例如，交流耦合或電感性負載），強烈建議使用外部保護，例如並聯一個二極體（陰極對陽極）。

10. 技術比較與差異化

與標準低功率紅外線LED相比，IR3494系列提供了顯著更高的輻射強度（典型值3.5 mW/sr，而基本元件通常低於1 mW/sr）。這直接轉化為更長的工作距離，或在相同距離下使用更低驅動電流的能力，從而提高效率。940nm波長是理想的選擇，因為它比850nm LED（帶有微弱的紅光）更不易被人眼察覺，同時仍能被矽基光電探測器高度檢測到。不對稱光束圖案在需要一個平面上聚焦光束、另一個平面上更寬覆蓋的應用中可能是一個優勢。

11. 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。順向電壓僅約1.2-1.3V。在沒有限流電阻的情況下直接連接到5V，會導致極高的電流流過，立即損壞LED。必須始終使用串聯電阻。

問：典型和最大輻射強度有什麼區別？

答：典型值（3.5 mW/sr）是生產批次中大多數元件將達到的性能。最大值（5.5 mW/sr）是規格的上限；有些元件可能性能更好，但設計應基於最小值（2.5 mW/sr），以確保系統在所有條件下都能正常運作。

問：為什麼X和Y方向的視角不同？

答：這是內部晶片結構和塑膠透鏡形狀的結果。這是一種有意的設計特性，用於塑造發射光圖案，這對於瞄準紅外線光束可能很有用。

問：需要散熱片嗎？

答：在最大額定電流100mA下連續工作時，功率消耗約為130mW（1.3V * 0.1A），低於25°C時的180mW額定值。然而，如果環境溫度很高或LED處於密閉外殼中，則必須根據性能曲線進行熱降額，並且可能需要散熱片或降低工作電流。

12. 實務設計與使用案例

案例：設計長距離紅外線遙控發射器

目標：在典型的客廳環境中實現15米的可靠距離。

設計步驟：

1. 驅動電流選擇：參考輻射強度 vs. 順向電流曲線。為最大化距離，在接近上限處操作。選擇 I_F= 80mA，可提供約15 mW/sr的輻射強度（根據曲線），相較於20mA的值有顯著提升。

2. 電路設計：對於3.3V電源，計算串聯電阻。使用80mA下的典型 V_F（根據IV曲線估計約為~1.28V）：R = (V_電源- V_F) / I_F= (3.3V - 1.28V) / 0.08A = 25.25Ω。使用標準24Ω或27Ω電阻。驗證電阻功率：P = I²R = (0.08)²*27 = 0.173W，因此1/4W電阻足夠。

3. 熱檢查：LED功率消耗：P_d= V_F* I_F= 1.28V * 0.08A = 102mW。這遠低於25°C時的180mW限制。

4. 光學對準：將LED安裝在遙控器的PCB邊緣。調整LED方向，使其較寬的95度平面（X）水平對齊以覆蓋寬廣區域，而較窄的45度平面（Y）垂直對齊以集中能量向前。這樣可以優化即使遙控器在水平方向上略有偏軸也能擊中接收器的機會。

13. 工作原理

紅外線發光二極體（IR LED）是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向電壓時，來自n區的電子和來自p區的電洞被注入跨越接面。當這些電荷載子在半導體材料（通常基於砷化鎵，GaAs）的有源區複合時，能量以光子的形式釋放。半導體層的特定成分決定了發射光的波長。對於此元件，材料被設計為主要在940奈米波長產生光子，該波長屬於近紅外光譜，人眼不可見，但容易被矽光電二極體和光電晶體檢測到。

14. 技術趨勢

紅外線LED的發展持續聚焦於幾個關鍵領域：提高電光轉換效率（光功率輸出 / 電功率輸入），以實現電池供電設備的更低功耗或更高輸出；提升調變速度，用於IrDA等高速數據通信應用；以及開發具有更窄光譜頻寬的元件，用於需要精確波長匹配的應用，例如氣體感測。儘管通孔封裝如T-1 3/4因其在原型製作和某些高可靠性應用中的穩固性和易於手工焊接而仍然流行，但表面黏著元件（SMD）封裝的自動化組裝趨勢也在發展。940nm波長由於其在矽探測器靈敏度和低可見性之間的最佳平衡，仍然是產業標準。

重要注意事項：本文件提供的規格如有變更，恕不另行通知。使用本產品時，必須嚴格遵守本文概述的絕對最大額定值和工作條件。製造商對因超出這些指定條件使用而造成的損壞不承擔任何責任。本規格書中包含的資訊受版權保護，未經授權不得複製。