850nm 高功率红外发射管 5mm 透明封装 - 尺寸 5.0mm直径 x 8.6mm高度 - 正向电压 1.6-2.0V - 峰值波长 850nm - 辐射强度 30-45mW/sr - 中文技术规格书

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款适用于广泛光电应用的分离式红外发光二极管（IRED）的规格。该器件设计用于在低正向电压特性下提供高辐射输出，非常适合对功耗敏感的设计。其主要发射光谱位于近红外波段，峰值波长中心为850纳米。

该元件的核心优势包括其高电流工作能力，这直接转化为高光功率输出。它采用标准的5mm透明透镜封装，提供宽广的视角，适用于大面积照明或接收。这使其成为需要可靠红外信号传输系统的通用选择。

目标市场和典型应用场景涵盖消费电子、工业控制和安防系统。常见用途包括电视和音响设备的红外遥控器、短距离无线数据链路、安防报警中的入侵检测传感器以及光学编码器。其性能参数针对脉冲操作进行了优化，这是遥控和数据传输协议中的标准模式。

2. 深度技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

超出这些极限操作可能导致器件永久性损坏。最大连续正向电流额定值为80 mA，在脉冲条件下（300 pps，10μs脉冲宽度）允许的峰值正向电流为1 A。最大功耗为200 mW，这决定了应用的热设计。器件可承受高达5V的反向电压，但并非设计用于在此状态下工作。工作温度和存储温度范围分别为-40°C至+85°C和-55°C至+100°C，确保在恶劣环境下的可靠性。引脚焊接必须在260°C下进行，最长5秒，烙铁头距离环氧树脂封装体至少1.6mm。

2.2 电气与光学特性

关键性能参数在标准测试条件下测量：正向电流（I_F）为50 mA，环境温度（T_A）为25°C。

• 辐射强度（I_E）：单位立体角的光功率输出，范围从最小值30 mW/sr到典型值45 mW/sr。这是衡量LED在其主方向上亮度的直接指标。
• 峰值发射波长（λ_P）：标称波长为850 nm，位于近红外区域，这使其非常适合硅光电探测器，并且比更短波长的光对人眼更不可见。
• 光谱线半宽（Δλ）：约为50 nm。这定义了光谱带宽，表示围绕峰值发射的波长范围。
• 正向电压（V_F）：典型值为1.6V，在I_F=50mA时最大为2.0V。低V_F是高效、电池供电设备的一个关键特性。
• 反向电流（I_R）：在V_R=5V时最大为100 μA。此参数仅用于测试目的；该器件不适用于反向偏压工作。
• 上升/下降时间（T_r/T_f）：30纳秒。这种快速开关速度使其能够用于数据传输的高频脉冲操作。
• 视角（2θ_1/2）：30度。这是辐射强度降至其峰值一半时的全角，定义了光束的扩散范围。

3. 性能曲线分析

规格书提供了几条对电路设计和性能预测至关重要的特性曲线。

3.1 正向电流与正向电压关系曲线（I-V曲线）

此曲线显示了流过LED的电流与其两端电压之间的关系。它是非线性的，这是二极管的典型特征。设计者可以利用此曲线确定所需工作电流所需的驱动电压，并计算功耗（V_F* I_F）。从典型的V_F值1.6V可以明显看出其低开启电压。

3.2 相对辐射强度与正向电流关系

此图展示了光输出功率如何随输入电流变化。通常，在正常工作范围内，辐射强度随电流线性增加。这种线性对于模拟调制应用非常重要。设计者可以利用此图选择合适的驱动电流以达到特定的亮度水平。

3.3 相对辐射强度与环境温度关系

此曲线对于理解热效应至关重要。LED的辐射强度随着结温升高而降低。此图量化了这种降额，显示了在整个工作温度范围内相对于25°C时输出功率的变化。为确保可靠运行，必须考虑热管理以维持输出稳定性，特别是在大电流或高环境温度的应用中。

3.4 光谱分布

光谱图说明了在不同波长下发射的光强度。它确认了850 nm处的峰值以及大约50 nm的半宽。在将LED与光电探测器匹配时，此信息至关重要，因为探测器的响应度随波长变化。

3.5 辐射方向图

此极坐标图直观地表示了视角。该图显示了强度分布，确认了30度的半角。它有助于为特定覆盖区域设计光学系统，例如确保接收器位于LED的光束范围内。

4. 机械与封装信息

4.1 外形尺寸

该器件符合标准的5mm圆形LED封装。关键尺寸包括本体直径5.0mm，从法兰底部到透镜顶部的典型高度为8.6mm。引脚间距（在引脚伸出封装处测量）为标准2.54mm（0.1英寸）。除非另有说明，公差通常为±0.25mm。法兰下方允许的最大树脂凸起为1.5mm。阳极（正极引脚）通常通过较长的引脚长度来识别。

5. 焊接与组装指南

5.1 存储条件

元件应存储在温度低于30°C、相对湿度低于70%的环境中。一旦打开原始密封包装，元件必须在<25°C和<60% RH的受控环境下在3个月内使用，以防止引脚氧化，影响可焊性。

5.2 清洁

如果需要清洁，只能使用酒精类溶剂，如异丙醇。刺激性化学品可能会损坏环氧树脂透镜。

5.3 引脚成型

如果需要弯曲引脚，必须在焊接前且在常温下进行。弯曲点应距离LED透镜基座至少3mm。弯曲时不应以引线框架的基座作为支点，以避免对内部芯片连接处产生应力。

5.4 焊接工艺

手工焊接（烙铁）：最高温度350°C，每个引脚不超过3秒。烙铁头必须距离环氧树脂透镜基座至少2mm。
波峰焊：推荐的焊接曲线包括：预热最高至100°C，最长60秒，随后在最高260°C的焊锡波中浸焊5秒。浸锡位置必须不低于透镜基座2mm。
关键警告：必须避免将透镜浸入焊锡中。过高的温度或时间可能导致透镜变形或灾难性故障。红外（IR）回流焊不适用于此类通孔封装类型。

6. 包装与订购信息

元件采用防静电袋包装。标准包装配置为每袋1000片。八袋装一个内盒，八个内盒构成一个外运输箱，总计每个外箱64,000片。

7. 应用设计建议

7.1 驱动电路设计

LED是电流驱动器件。为确保亮度均匀并防止电流不均，强烈建议为每个LED串联一个限流电阻，即使多个LED并联连接到电压源时也是如此。每个LED串联一个电阻的简单电路模型（A）是正确的做法。不鼓励使用替代模型（B），即多个LED直接并联而没有各自的电阻，因为每个LED正向电压（V_F）的微小差异将导致电流分配和亮度的显著差异。

串联电阻（R_s）的值可以使用欧姆定律计算：R_s= (V_电源- V_F) / I_F，其中I_F是所需的工作电流（例如，50mA），V_F是规格书中的典型正向电压（例如，1.6V）。

7.2 静电放电（ESD）防护

该元件对静电放电敏感。在操作和组装过程中必须实施适当的ESD控制措施：

• 操作人员应佩戴接地腕带或防静电手套。
• 所有工作站、工具和设备必须正确接地。
• 使用离子发生器中和可能积聚在塑料透镜上的静电荷。
• 在导电或防静电包装中存储和运输元件。

7.3 应用范围与可靠性

本产品适用于标准商业和工业电子设备，包括办公自动化、通信和家用电器。对于需要极高可靠性且故障可能危及生命或健康的应用（例如，航空、医疗生命支持、交通安全系统），在设计采用前必须进行专门的咨询和认证。

8. 技术对比与差异化

这款850nm红外发射管通过其高功率输出（30-45 mW/sr）和低正向电压（典型值1.6V）的组合实现差异化。与标准可见光LED或低功率IRED相比，这使得电池供电设备能够实现更亮的照明或更远的距离。30度的视角在聚焦强度和覆盖区域之间提供了良好的平衡。快速的30ns开关速度使其既适用于简单的开关遥控，也适用于更高速的数据传输协议，这与仅限于基本开关的较慢器件不同。

9. 常见问题解答（FAQ）

问：我可以直接用3.3V或5V微控制器引脚驱动这个LED吗？
答：不行。您必须始终使用一个串联限流电阻。微控制器引脚的电流源/灌能力有限，并且缺乏精确的电流调节功能。直接连接LED可能会超过引脚的最大电流，损坏微控制器，并可能使LED过载。

问：为什么反向电流额定值仅用于测试，而不用于操作？
答：LED是为正向导通优化的二极管。施加反向电压，即使在其最大额定值5V以内，也不会使其发挥有用的功能。指定的反向电流是用于质量测试的泄漏参数，而不是电路操作的设计参数。

问：如何计算在5V电源、50mA电流下所需的电阻值？
答：使用典型的V_F值1.6V：R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68 欧姆。最接近的标准值是68Ω。电阻的额定功率应至少为 P = I²R = (0.05)²* 68 = 0.17W，因此一个1/4W的电阻就足够了。

问：如果光是不可见的，透明封装有什么作用？
答：透明环氧树脂对850nm红外光具有高透光性，最大限度地减少了封装本身的光学损耗。有色透镜会吸收部分红外输出，降低效率。透明封装可实现最大的辐射强度。

10. 设计使用案例研究

场景：设计一个简单的红外遥控发射器。
目标是在典型的客厅环境中，将编码指令从手持设备传输到最远10米外的接收器。

元件选择：这款850nm红外发射管是一个绝佳选择，因为它具有高输出功率（保证良好距离）、低电压工作（兼容2节AA电池提供的3V电压）以及快速开关速度（能够处理遥控器中常用的38kHz载波频率）。

电路设计：核心发射电路涉及一个产生调制编码的微控制器。微控制器引脚以开关配置驱动一个晶体管（例如，简单的NPN型如2N3904）。红外发射管及其限流电阻置于晶体管的集电极电路中。晶体管充当高速开关，允许微控制器以所需的高电流（例如，100mA脉冲）驱动LED，而无需直接加载MCU引脚。串联电阻值根据电池电压（3V）、LED的V_F（约1.6V）和所需的脉冲电流计算得出。

注意事项：LED宽广的30度视角确保遥控器无需精确对准接收器。在手持设备的组装过程中，ESD预防措施至关重要。存储指南确保LED在生产过程中保持可焊性。

11. 工作原理

红外发光二极管（IRED）是一种半导体p-n结器件。当施加正向电压时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入到结区。当这些载流子复合时，能量以光子（光）的形式释放。发射光的特定波长（本例中为850 nm）由半导体材料的带隙能量决定，此处基于砷化镓（GaAs）或铝砷化镓（AlGaAs）化合物。"透明"环氧树脂封装包裹着半导体芯片，提供机械保护，并作为透镜来塑形输出光束。

12. 技术趋势

分离式红外元件持续发展。趋势包括开发具有更高功率密度和效率的器件，用于激光雷达和飞行时间传感等更长距离的应用。同时，也在推动器件向表面贴装器件（SMD）封装的小型化发展，以适应自动化组装和更小的外形尺寸。此外，正在开发波长公差控制更严格、光谱带宽更窄的元件，用于专业传感和光通信应用，以减少干扰并提高信噪比。半导体结中电致发光的基本原理保持不变，但材料科学和封装技术推动着性能的不断提升。