紅外線發射管

將電能轉換成紅外光的發光器件

紅外線發射管(IR LED)也稱紅外線發射二極體,屬於二極體類。它是可以將電能直接轉換成近紅外光(不可見光)並能輻射出去的發光器件。

簡介


貼片式紅外線發射管
貼片式紅外線發射管
紅外線發射管主要應用於各種光電開關、觸摸屏及遙控發射電路中。紅外線發射管的結構、原理與普通發光二極體相近,只是使用的半導體材料不同。紅外發光二極體通常使用砷化鎵GaAs)、砷鋁化鎵(GaAlAs)等材料,採用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。

原理


直插式紅外線發射管
直插式紅外線發射管
普通的的紅外線發射管外形和一般的可見光LED相似,但卻是發出紅外線。其管壓一般降約1.4v,工作電流一般小於20mA。為了適應不同的工作電壓,迴路中常常串有限流電阻。發射紅外線去控制相應的受控裝置時,其控制的距離與發射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離,紅外發光二極體工作於脈衝狀態,因為脈動光(調製光)的有效傳送距離與脈衝的峰值電流成正比,只需盡量提高峰值Ip,就能增加紅外光的發射距離。提高Ip的方法,是減小脈衝占空比,即壓縮脈衝的寬度T,一些彩電紅外遙控器,其紅外發光管的工作脈衝占空比約為1/3-1/4;一些電器產品紅外遙控器,其占空比是1/10。減小脈衝占空比還可使小功率紅外發光二極體的發射距離大大增加。普通的紅外發光二極體,其功率分為小功率(1mW-10mW)、中功率(20mW-50mW)和大功率(50mW-100mW以上)三大類。要使紅外發光二極體產生調製光,只需在驅動管上加上一定頻率的脈衝電壓。紅外發光二極體發射紅外線去控制受控裝置時,受控裝置中均有相應的紅外光一電轉換元件,如紅外接收二極體光電三極體等。實用中已有紅外發射和接收配對的二級管。

參數


發射距離、發射角度(15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度)、發射的光強度、波長。以上為物理參數,需了解其電性能參數:市場上常用的直徑3mm,5mm為小功率紅外線發射管,8mm,10mm為中功率及大功率發射管。小功率發射管正向電壓:1.1-1.5V,電流20mA,中功率為正向電壓:1.4-1.65V 50-100mA,大功率發射管為正向電壓:1.5-1.9V200-350mA.煜星電子做出1-10W大功率紅外線發射管可應用於紅外監控照明。

應用


紅外線發射與接收的方式有兩種,其一是直射式,其二是反射式。直射式指發光管和接收管相對安放在發射與受控物的兩端,中間相距一定距離;反射式指發光管與接收管並列一起,平時接收管始終無光照,只在發光管發出的紅外光線遇到反射物時,接收管收到反射回來的紅外光線才工作。雙管紅外發射電路,可提高發射功率,增加紅外發射的作用距離。
根據紅外線發射管晶元的特性,依據不同波長可以得到更廣泛的應用,例如:
紅外線發射管產品
紅外線發射管產品
波長:940nm,適用於遙控器,例如家用電器的遙控器;
波長:808nm,適用於醫療器具,空間光通信,紅外照明,固體雷射器的泵浦源;
波長:830nm,適用於高速路的自動刷卡系統(夜視系統最好,可以看到管芯上有一點紅光,效果比850nm要好);
波長:840nm,適用於攝像機彩色變倍紅外防水;
波長:850nm,適用於攝像頭(視頻拍攝)數位攝影,監控,樓寓對講,防盜報警,紅外防水;
波長:870nm,適用於商場,十字路口的攝像頭。

市場


紅外線發射管的發光功率比可見光來得大,常被應用於通訊及感測器領域。遙控器需求成長有顯著下降趨勢,紅外線發射管於是轉往無線通訊的領域發展,通訊用的LED將有可能被廣泛使用,尤其是電腦產品的數據傳輸領域。因此,在美國紅外線數據傳輸協會制定無線數據傳輸模組(IrDA)的協定后, IrDA快速、可靠安全、干擾小的優點,使得IrDA成為短距離電腦無線數據傳輸的一項利器。在無線數據傳輸蓬勃發展的趨勢下,IrDA與藍牙一樣備受注目,雖然IrDA具有對準角度小、不能有障礙物等缺點,但其可靠安全、干擾小的特性可望成為與藍牙互補共同存在的無線數據傳輸技術,十分有利於電腦周邊產品裝置使用,未來對LED業者而言是一大商機。
紅外線發射管因功率較大,亦被用於取代激光在光纖通訊與印表機的用途上,其中LED用於建築物的短距離光纖通訊發射、接收用途,因時候未到而尚無明顯市場,而用於印表機的紅外線發射管則備受矚目,但LED光源印表機在追求高解析度上仍需要相當時間發展。儘管高功率的紅外線發射管尚在發展階段,未來在「光纖到家」與紅外線發射管印表機解析度漸增的趨勢下,仍不失為LED產業的一大商機。
人們通常認為,紅外線發射管是一個很小的市場,中國地區500家大型LED廠商中只有20%在生產紅外線發射管,而且多數廠商紅外線發射管產量只佔其總產量的10-20%。但事實上,來自中國光學光電子行業協會的數據顯示2012年大陸總體紅外線發射管產量估計為53.1億隻左右,比2004年增長18%。由於電子和工業領域方面的需求仍然強勁,產業普遍預期紅外線發射管產業將繼續穩步發展,行業協會還預計今年產量還將上升18%,達到62.6億隻,生產廠商的數量也將增加到120家。

注意事項


1、應保持清潔、完好狀態,尤其是其前端的球面形發射部分既不能存在臟垢之類的污染物,更不能受到摩擦損傷,否則,從管芯發出的紅外光將產生反射及散射現象,直接影響到紅外光的傳播。
2、在工作過程中其各項參數均不得超過極限值,因此在代換選型時應當注意原裝管子的型號和參數,不可隨意更換。另外,也不可任意變更紅外發射管的限流電阻。
3、由於紅外光波長的範圍相當寬,故紅外發發射管必須與紅外接收管配對使用,否則將影響遙控的靈敏度,甚至造成失控。因此在代換選型時,要務必關注其所輻射紅外光信號的波長參數。
4、封裝材料的硬度較低,它的耐高溫性能更差,為避免損壞,焊點應當晝遠離引腳的根部,焊接溫度也不能太高,時間更不宜過長,最好用金屬鑷子夾住引腳的根部,以散熱。引腳彎折開關的定型應當在焊接之前完成,焊接期間管體與引腳均不得受力。焊接后的器件引線割斷,需冷卻後進行。
5、紅外發射管的發光功率與光敏器件的靈敏度因封裝而有角分佈,使用時注意安裝的指向調整,更換時亦應做相應調整。注意管子的極性,管子不要與電路中的發熱元件靠近。