Hoja de Datos del LED Infrarrojo HIR204C de 3mm y 850nm - Carcasa T-1 - Voltaje Directo 1.45V - Potencia 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un diodo emisor de luz (LED) infrarrojo de alta intensidad de 3mm (T-1). El dispositivo está diseñado para emitir luz con una longitud de onda pico de 850 nanómetros (nm), lo que lo hace adecuado para una variedad de aplicaciones de detección y transmisión infrarroja. Sus principales ventajas incluyen alta fiabilidad, una salida radiante significativa y un bajo requisito de voltaje directo.

El LED está construido con material de chip de Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs) y está encapsulado en una carcasa de plástico transparente al agua. Esta salida espectral está intencionalmente adaptada para ser compatible con receptores infrarrojos comunes, como fototransistores, fotodiodos y módulos receptores integrados. El producto cumple con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

1.1 Aplicaciones Destinadas

El dispositivo está diseñado para sistemas que requieren señalización infrarroja robusta. Las áreas de aplicación clave incluyen:

• Sistemas de transmisión de datos ópticos en aire libre.
• Unidades de control remoto por infrarrojos, especialmente aquellas que demandan mayor potencia de salida.
• Sistemas de detección de humo y alarma contra incendios que utilizan principios de detección óptica.
• Sistemas de aplicación de propósito general basados en infrarrojos para uso industrial o de consumo.

2. Análisis de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Corriente Directa Continua (I_F): 100 mA
• Corriente Directa Pico (I_FP): 1.0 A (Ancho de Pulso ≤ 100μs, Ciclo de Trabajo ≤ 1%)
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V
• Temperatura de Operación (T_opr): -40°C a +85°C
• Temperatura de Almacenamiento (T_stg): -40°C a +100°C
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C (durante ≤ 5 segundos)
• Disipación de Potencia (P_d): 150 mW (a o por debajo de 25°C de temperatura ambiente)

2.2 Características Electro-Ópticas (T_a= 25°C)

Estos parámetros definen el rendimiento típico del dispositivo bajo condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Radiante (I_e):
  • Típico: 17.6 mW/sr a I_F= 20 mA.
  • Típico: 90 mW/sr a I_F= 100 mA (pulsado).
  • Típico: 900 mW/sr a I_F= 1 A (pulsado).
• Longitud de Onda Pico (λ_p): Típico 850 nm a I_F= 20 mA.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ): Típico 45 nm a I_F= 20 mA.
• Voltaje Directo (V_F):
  • Típico: 1.45 V, Máximo: 1.65 V a I_F= 20 mA.
  • Típico: 1.80 V, Máximo: 2.40 V a I_F= 100 mA (pulsado).
  • Típico: 4.10 V, Máximo: 5.25 V a I_F= 1 A (pulsado).
• Corriente Inversa (I_R): Máximo 10 μA a V_R= 5 V.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): Típico 25 grados a I_F= 20 mA.

Nota: Las incertidumbres de medición se especifican para el voltaje directo (±0.1V), la intensidad radiante (±10%) y la longitud de onda dominante (±1.0nm).

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables. Estas son críticas para que los ingenieros de diseño predigan el rendimiento en aplicaciones reales.

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra la reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. La capacidad de disipación de potencia del dispositivo disminuye con el aumento de la temperatura, lo que debe tenerse en cuenta en el diseño térmico para evitar el sobrecalentamiento.

3.2 Distribución Espectral

El gráfico de salida espectral confirma la emisión pico a 850nm con un ancho de banda definido. Esto es esencial para garantizar la compatibilidad con la sensibilidad espectral del receptor previsto (por ejemplo, un fotodetector de silicio, que es más sensible alrededor de 800-900nm).

3.3 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Este gráfico demuestra la relación entre la corriente de accionamiento y la salida óptica. Normalmente muestra un aumento sub-lineal, lo que significa que la eficiencia puede disminuir a corrientes muy altas. Los diseñadores utilizan esto para seleccionar un punto de operación que equilibre la potencia de salida con la eficiencia y la longevidad del dispositivo.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar define el patrón de emisión espacial (ángulo de visión). El semiángulo típico de 25 grados indica un haz moderadamente enfocado, lo que es útil para dirigir la energía infrarroja hacia un objetivo o sensor específico.

3.5 Longitud de Onda de Emisión Pico vs. Temperatura Ambiente

Los LED infrarrojos exhiben un desplazamiento en la longitud de onda pico con la temperatura, típicamente alrededor de 0.2-0.3 nm/°C. Esta curva cuantifica ese desplazamiento para el HIR204C, lo cual es importante para aplicaciones donde el emparejamiento preciso de longitud de onda es crítico.

3.6 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

La característica eléctrica fundamental de un diodo. Esta curva se utiliza para determinar la caída de voltaje a través del LED a una corriente de operación dada, lo cual es necesario para diseñar el circuito de accionamiento (por ejemplo, seleccionar una resistencia limitadora de corriente o diseñar un controlador de corriente constante).

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado (T-1, 3mm)

El dispositivo se ajusta a las dimensiones estándar del encapsulado radial con pines T-1 (3mm). Las especificaciones mecánicas clave incluyen:

• El diámetro total del encapsulado es aproximadamente 3.0mm.
• La separación estándar entre pines (entre centros) es de 2.54mm (0.1 pulgadas).
• Se proporciona un dibujo detallado con dimensiones en la hoja de datos, especificando longitudes, diámetros y calibres de los cables de conexión con una tolerancia general de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario.

4.2 Identificación de Polaridad

El LED tiene un lado plano en la lente o un pin más corto para indicar el terminal cátodo (negativo). Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje del circuito.

5. Pautas de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado es crucial para mantener la fiabilidad y el rendimiento del dispositivo.

5.1 Formado de Pines

• El doblado debe ocurrir al menos a 3mm de la base de la lente de epoxi para evitar tensión en el chip interno y las uniones de alambre.
• Forme los pines antes de soldar.
• Evite aplicar tensión al encapsulado. Los orificios de la PCB deben alinearse perfectamente con los pines del LED para evitar tensión de montaje.
• Corte los pines a temperatura ambiente.

5.2 Condiciones de Almacenamiento

• Almacenamiento recomendado: ≤ 30°C y ≤ 70% de Humedad Relativa (HR).
• La vida útil después del envío es de 3 meses bajo estas condiciones.
• Para un almacenamiento más prolongado (hasta 1 año), utilice un contenedor sellado con atmósfera de nitrógeno y desecante.
• Evite cambios rápidos de temperatura en ambientes húmedos para prevenir la condensación.

5.3 Recomendaciones de Soldadura

Mantenga una distancia mínima de 3mm desde la unión de soldadura hasta la bombilla de epoxi.

• Soldadura Manual: Temperatura de la punta del soldador ≤ 300°C (máx. 30W), tiempo de soldadura ≤ 3 segundos.
• Soldadura por Ola/Inmersión: Precalentamiento ≤ 100°C (máx. 60 seg), baño de soldadura ≤ 260°C, tiempo de inmersión ≤ 5 segundos.
• Evite la tensión en los pines durante las operaciones a alta temperatura.
• No realice soldadura por inmersión/manual más de una vez.
• Permita que el dispositivo se enfríe gradualmente a temperatura ambiente después de soldar, protegiéndolo de golpes o vibraciones durante el enfriamiento.

5.4 Limpieza

• Si es necesario, limpie solo con alcohol isopropílico a temperatura ambiente durante ≤ 1 minuto. Seque al aire.
• No se recomienda la limpieza ultrasónica. Si es inevitable, se debe evaluar cuidadosamente su impacto potencial.

6. Información de Embalaje y Pedido

6.1 Materiales y Especificación del Embalaje

Los dispositivos se empaquetan utilizando materiales resistentes a la humedad para evitar daños durante el almacenamiento y transporte. La jerarquía del embalaje es:

1. Los dispositivos se colocan en bolsas antiestáticas.
2. Las bolsas se colocan en cajas de cartón internas.
3. Las cajas internas se empaquetan en cajas de envío principales.

6.2 Cantidades de Embalaje

• Mínimo 200 a 1000 piezas por bolsa antiestática.
• 5 bolsas por caja interna.
• 10 cajas por caja de envío principal.

6.3 Explicación de Etiquetas

Las etiquetas en el embalaje contienen identificadores clave:

• CPN: Número de Producción del Cliente
• P/N: Número de Producción (Número de Parte)
• QTY: Cantidad de Embalaje
• CAT: Rangos (clasificaciones de rendimiento)
• HUE: Longitud de Onda Dominante
• REF: Referencia
• LOT No: Número de Lote para trazabilidad

7. Consideraciones de Diseño de Aplicación

7.1 Diseño del Circuito de Accionamiento

Debido a la característica exponencial I-V del diodo, es obligatorio un controlador de corriente constante o una resistencia limitadora de corriente. El valor de la resistencia (R_limit) se puede calcular usando la Ley de Ohm: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Utilice siempre el V_Fmáximo de la hoja de datos para una I_Fdada para garantizar corriente suficiente bajo todas las condiciones. Para operación pulsada (por ejemplo, controles remotos), asegúrese de que el controlador pueda suministrar la alta corriente pico (hasta 1A) con el ciclo de trabajo correcto.

7.2 Gestión Térmica

Aunque el encapsulado puede disipar 150mW a 25°C, esta especificación se reduce con la temperatura ambiente. En espacios cerrados o altas temperaturas ambientales, asegúrese de que la disipación de potencia real (I_F* V_F) permanezca por debajo del límite reducido. Puede ser necesario un área de cobre de PCB adecuada u otro disipador de calor para operación continua de alta corriente.

7.3 Diseño Óptico

El ángulo de visión de 25 grados proporciona un equilibrio entre la concentración del haz y la cobertura. Para aplicaciones de mayor alcance, se pueden usar ópticas secundarias (lentes) para colimar el haz. Para cobertura de área amplia, podría ser necesario un difusor. Asegúrese de que el campo de visión y la sensibilidad espectral del receptor se alineen con la salida del LED.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores clave del HIR204C en su clase (LEDs IR de 3mm) son su combinación dealta intensidad radiante(hasta 900 mW/sr pulsado) yvoltaje directo relativamente bajo(típico 1.45V a 20mA). Esto lo hace eficiente, reduciendo el consumo de energía y la generación de calor para una salida de luz dada en comparación con dispositivos con V_Fmás alta. La longitud de onda de 850nm es un estándar para receptores basados en silicio, ofreciendo un buen equilibrio entre la sensibilidad del receptor y la relativa invisibilidad. Su construcción robusta y material de encapsulado transparente contribuyen a su declarada alta fiabilidad.

9. Preguntas Frecuentes (FAQs)

9.1 ¿Cuál es la diferencia entre las especificaciones de corriente continua y pulsada?

La especificación de corriente continua (100mA) es la corriente DC máxima que el LED puede manejar indefinidamente sin riesgo de daño. La especificación de corriente pulsada (1A) es mucho mayor pero solo puede aplicarse durante pulsos muy cortos (≤100μs) con un ciclo de trabajo muy bajo (≤1%). Esto permite ráfagas breves de brillo muy alto, comunes en señales de control remoto, sin sobrecalentar el dispositivo.

9.2 ¿Por qué el voltaje directo es mayor a 1A en comparación con 20mA?

Esto se debe a la resistencia en serie inherente dentro del chip del LED y el encapsulado. A medida que aumenta la corriente, la caída de voltaje a través de esta resistencia interna (V = I * R) aumenta, lo que lleva a un voltaje directo total más alto. La hoja de datos proporciona estos datos para que los controladores puedan diseñarse para suministrar el voltaje necesario en la corriente de operación objetivo.

9.3 ¿Se puede usar este LED para transmisión de datos?

Sí, su capacidad de conmutación rápida (implícita por su uso en controles remotos) lo hace adecuado para la transmisión de datos modulados en sistemas de aire libre. La velocidad de datos alcanzable dependerá de la capacidad del circuito de accionamiento para conmutar la corriente rápidamente y del ancho de banda del receptor.

10. Ejemplo de Caso de Uso Práctico

10.1 Diseño de una Baliza IR Simple

Objetivo: Crear una baliza IR continuamente encendida para detección de proximidad con un alcance de unos pocos metros.

Pasos de Diseño:

1. Elegir Punto de Operación: Seleccionar I_F= 50mA para un equilibrio entre buena salida y potencia moderada. De la curva I-V, estimar V_F≈ 1.6V.
2. Calcular Controlador: Usando una fuente de 5V y una resistencia en serie: R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω. Potencia en la resistencia: P = I²R = (0.05)² * 68 = 0.17W. Usar una resistencia de 68Ω, 0.25W.
3. Verificación Térmica: Disipación de potencia del LED: P_LED= V_F* I_F= 1.6V * 0.05A = 80mW. Esto está muy por debajo de la especificación de 150mW a 25°C. Si se espera que la temperatura ambiente sea de 50°C, consulte la curva de reducción para asegurarse de que 80mW sigue siendo seguro.
4. Montaje: Colocar en PCB con orificios alineados a los pines. Soldar, manteniendo las uniones a >3mm del cuerpo de la lente.
5. Emparejamiento: Usar un fototransistor o módulo receptor sensible a la luz de 850nm, colocado dentro del cono de haz de 25 grados del LED.

11. Principio de Funcionamiento

Un LED infrarrojo es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía en forma de fotones (luz). El material semiconductor específico utilizado (GaAlAs en este caso) determina la energía del bandgap, que define directamente la longitud de onda de los fotones emitidos, en este caso, en la región del infrarrojo cercano alrededor de 850nm. El encapsulado de epoxi transparente al agua actúa como una lente, dando forma al haz de salida, y protege el delicado chip semiconductor.

12. Tendencias Tecnológicas

El desarrollo de LEDs infrarrojos continúa centrándose en varias áreas clave:Mayor Eficiencia(más potencia óptica de salida por vatio eléctrico de entrada),Mayor Densidad de Potencia(encapsulados más pequeños capaces de manejar más corriente), yFiabilidad Mejoradabajo condiciones ambientales adversas. También hay trabajo continuo para desarrollar dispositivos en otras longitudes de onda específicas (por ejemplo, 940nm para mayor discreción, o longitudes de onda específicas para detección de gases). La integración con circuitos de accionamiento y receptores en módulos compactos es otra tendencia significativa, simplificando el diseño del sistema para los usuarios finales. El HIR204C representa una tecnología madura y fiable muy adecuada para sus aplicaciones previstas.