Hoja de Datos del Diodo Emisor de Infrarrojos SIR204C de 3mm - Diámetro 3.0mm - Tensión Directa 1.3V - Longitud de Onda 875nm - Disipación de Potencia 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El SIR204C es un diodo emisor de infrarrojos de alta intensidad encapsulado en un paquete plástico transparente de 3mm (T-1). Está diseñado para aplicaciones que requieren una emisión infrarroja fiable con un buen acoplamiento espectral a fotodetectores basados en silicio. El dispositivo utiliza un chip de GaAlAs para producir luz con una longitud de onda pico de 875nm, lo que lo hace ideal para diversos sistemas de detección y transmisión.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este LED ofrece varias ventajas clave, incluyendo alta fiabilidad, baja tensión directa y un factor de forma compacto con espaciado de terminales estándar de 2.54mm. Está emparejado espectralmente con fototransistores, fotodiodos y módulos receptores de infrarrojos comunes. El producto cumple con las normas RoHS, REACH de la UE y está libre de halógenos (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm). Sus principales mercados objetivo incluyen la electrónica de consumo, la automatización industrial y equipos de seguridad que requieren señalización o detección por infrarrojos.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Las siguientes secciones proporcionan un desglose detallado de las especificaciones eléctricas, ópticas y térmicas del dispositivo.

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

Estas especificaciones definen los límites 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 de Pico (I_FP):1.0 A (Ancho de Pulso ≤ 100μs, Ciclo de Trabajo ≤ 1%)
• Tensión Inversa (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 una temperatura ambiente de 25°C o inferior)

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Intensidad Radiante (I_e):4.0 mW/sr (Mín) a 6.4 mW/sr (Típ) con I_F=20mA. En condiciones de pulso (I_F=100mA, 1% ciclo de trabajo), puede alcanzar 30 mW/sr, y hasta 300 mW/sr con I_F=1A.
• Longitud de Onda Pico (λ_p):875 nm (Típica) con I_F=20mA.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):80 nm (Típico) con I_F=20mA.
• Tensión Directa (V_F):1.3V (Típ) a 1.6V (Máx) con I_F=20mA. Este valor aumenta bajo operación pulsada de mayor corriente.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo de 10 μA con V_R=5V.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):30 grados (Típico) con I_F=20mA.

Nota: Las incertidumbres de medición son ±0.1V para V_F, ±10% para I_e, y ±1.0nm para λ_p.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo diferentes condiciones.

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva muestra la relación entre la corriente directa continua máxima permitida y la temperatura ambiente de operación. A medida que aumenta la temperatura, la corriente máxima permisible disminuye linealmente para evitar superar el límite de disipación de potencia y garantizar la fiabilidad a largo plazo.

3.2 Distribución Espectral

El gráfico de salida espectral confirma la emisión pico en 875nm con un ancho de banda típico de 80nm. Este amplio ancho de banda asegura una buena compatibilidad con detectores de silicio, que tienen una amplia sensibilidad espectral en la región del infrarrojo cercano.

3.3 Longitud de Onda de Emisión Pico vs. Temperatura Ambiente

La longitud de onda pico presenta un ligero desplazamiento con la temperatura, una característica común de los LED semiconductores. Los diseñadores deben tener en cuenta este desplazamiento en aplicaciones críticas para la longitud de onda, especialmente en todo el rango de temperatura de operación de -40°C a +85°C.

3.4 Corriente Directa vs. Tensión Directa

Esta curva IV demuestra la relación exponencial entre corriente y tensión. La tensión directa típica es baja (1.3V a 20mA), lo que contribuye a una operación energéticamente eficiente. La curva es esencial para diseñar circuitos de limitación de corriente apropiados.

3.5 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

La intensidad radiante aumenta con la corriente directa, pero exhibe una relación sub-lineal a corrientes más altas debido a efectos térmicos y de eficiencia. El gráfico ayuda a determinar la corriente de accionamiento óptima para una intensidad de salida requerida.

3.6 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este diagrama polar define el patrón de emisión espacial, caracterizado por un semiángulo de 30 grados. La intensidad es máxima a 0° (en el eje) y disminuye según una función similar al coseno, lo cual es importante para el diseño de sistemas ópticos para asegurar una alineación y fuerza de señal adecuadas.

4. Información Mecánica y de Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El SIR204C utiliza un encapsulado redondo estándar T-1 (3mm). Las dimensiones clave incluyen un diámetro del cuerpo de 3.0mm, un espaciado típico de terminales de 2.54mm y una longitud total. Todas las tolerancias dimensionales son ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario. La lente es transparente, permitiendo que todo el espectro infrarrojo pase sin una absorción significativa.

4.2 Identificación de Polaridad

El LED tiene un lado plano en el borde de la lente plástica, que típicamente indica el terminal del cátodo (negativo). El terminal más largo suele ser el ánodo (positivo). Se debe observar la polaridad correcta durante el montaje del circuito para evitar daños por polarización inversa.

5. Guías de Soldadura y Montaje

Se puede utilizar soldadura manual o por ola. La temperatura máxima absoluta de soldadura es de 260°C, y el tiempo de soldadura no debe exceder los 5 segundos. Se recomienda mantener el cuerpo del LED al menos 1.5mm por encima de la superficie del PCB durante la soldadura por ola para minimizar el estrés térmico en el encapsulado epoxi. El dispositivo debe almacenarse en un entorno seco y antiestático a temperaturas entre -40°C y +100°C.

6. Información de Embalaje y Pedido

6.1 Especificación de Cantidad de Embalaje

Los LED se empaquetan típicamente en bolsas y cajas: 200-1000 piezas por bolsa, 5 bolsas por caja y 10 cajas por cartón.

6.2 Especificación del Formato de Etiqueta

Las etiquetas del producto incluyen identificadores clave: Número de Producción del Cliente (CPN), Número de Pieza (P/N), Cantidad de Embalaje (QTY), Categorías (CAT), Longitud de Onda Pico (HUE), Referencia (REF) y Número de Lote (LOT No).

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Sistemas de Transmisión en Aire Libre:Mandos a distancia, enlaces de datos de corto alcance.
• Interruptores Optoelectrónicos:Detección de objetos, sensado de posición, sensores de ranura.
• Detectores de Humo:Utilizados en cámaras de detección de humo por oscurecimiento.
• Sistemas de Infrarrojos Generales:Iluminadores de visión nocturna, sistemas de seguridad.
• Unidades de Disquete:Uso histórico para la detección de pista cero.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre utilice una resistencia en serie o un controlador de corriente constante para limitar I_Fal valor deseado, típicamente entre 20mA y 100mA para operación continua.
• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, asegure un área de cobre en el PCB o disipación de calor adecuada si opera cerca de las especificaciones máximas o a altas temperaturas ambientales.
• Diseño Óptico:Considere el ángulo de visión de 30 grados al diseñar lentes, reflectores o aperturas para recoger o colimar la luz emitida de manera efectiva.
• Protección contra Tensión Inversa:La baja especificación de tensión inversa (5V) hace que el dispositivo sea susceptible a daños por descarga electrostática o polaridad incorrecta. Considere añadir un diodo de protección en paralelo en circuitos donde sean posibles transitorios de tensión inversa.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El SIR204C se diferencia por su combinación de un encapsulado estándar de 3mm, una intensidad radiante relativamente alta (hasta 6.4 mW/sr a 20mA) y una baja tensión directa. En comparación con algunos LED infrarrojos más antiguos, ofrece una mejor fiabilidad y cumplimiento con las regulaciones ambientales modernas (RoHS, Libre de Halógenos). Su emparejamiento espectral con detectores de silicio es una ventaja clave sobre LED con diferentes longitudes de onda pico, maximizando la sensibilidad del sistema.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Cuál es la diferencia entre la corriente directa continua y la de pico?

La corriente directa continua (100mA) es la corriente máxima en CC que se puede aplicar indefinidamente sin riesgo de daño. La corriente directa de pico (1A) es una corriente mucho más alta que solo se puede aplicar en pulsos muy cortos (≤100μs) con un ciclo de trabajo muy bajo (≤1%). Esto permite ráfagas breves de luz de alta intensidad para detección de largo alcance o propósitos de sincronización.

9.2 ¿Cómo afecta la temperatura ambiente al rendimiento?

Como se muestra en las curvas características, el aumento de la temperatura reduce la corriente continua máxima permitida y puede causar un ligero desplazamiento en la longitud de onda pico. La intensidad radiante también puede disminuir a temperaturas más altas. Los diseños destinados a operar en los extremos del rango de -40°C a +85°C deben reducir las corrientes de operación en consecuencia.

9.3 ¿Se requiere un disipador de calor?

Para la mayoría de las aplicaciones que operan a 50mA de corriente continua o menos, no es necesario un disipador de calor dedicado si el PCB proporciona algo de área de cobre para esparcir el calor. Para operar a 100mA de corriente continua, especialmente en temperaturas ambientales elevadas, se recomienda un diseño térmico cuidadoso para mantener la temperatura de unión dentro de límites seguros.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Sensor de Proximidad de Objetos

En un interruptor optoelectrónico típico, el SIR204C se empareja con un fototransistor. El LED se acciona con una corriente de 20-50mA, a menudo modulada a una frecuencia específica (ej. 38kHz) para rechazar la interferencia de la luz ambiental. La luz infrarroja emitida se refleja en un objeto cercano y es detectada por el fototransistor. El ángulo de visión de 30 grados del LED proporciona un buen equilibrio entre el rango de detección y el campo de visión. La baja tensión directa permite que el sensor se alimente eficientemente desde una fuente lógica de 3.3V o 5V con una simple resistencia limitadora de corriente. Los diseñadores deben asegurar la alineación mecánica del LED y el detector y pueden usar una barrera para evitar diafonía óptica directa.

11. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (IR LED) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se polariza en directa, los electrones de la región n y los huecos de la región p se inyectan en la región activa. Cuando estos portadores de carga se recombinan, se libera energía en forma de fotones. La longitud de onda (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor (Arseniuro de Galio y Aluminio - GaAlAs en este caso), que está diseñado para producir fotones en el espectro del infrarrojo cercano alrededor de 875nm. Esta longitud de onda es invisible para el ojo humano pero es detectada eficientemente por sensores basados en silicio.

12. Tendencias y Desarrollos de la Industria

La tendencia en los LED infrarrojos continúa hacia una mayor eficiencia (más salida radiante por vatio eléctrico), mayores densidades de potencia para aplicaciones de largo alcance como LiDAR y vigilancia, y tamaños de encapsulado más pequeños para integrarse en dispositivos de consumo compactos. También hay un enfoque en mejorar la velocidad de modulación para comunicación de datos de alta velocidad (ej. IrDA, Li-Fi). Los encapsulados de múltiples longitudes de onda y doble emisor son cada vez más comunes para aplicaciones de detección avanzadas. El cumplimiento ambiental (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) es ahora un requisito estándar en toda la industria. El SIR204C representa una tecnología fiable y madura, muy adecuada para aplicaciones de alto volumen y sensibles al costo que requieren un rendimiento probado.