Hoja de Datos del LED Infrarrojo IR204/H16/L10 de 3mm - Dimensiones 3mm - Voltaje 1.5V - Longitud de Onda 940nm - 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 encapsulado en un paquete de plástico transparente azul y está diseñado para una coincidencia espectral óptima con fotodetectores de silicio, fototransistores y módulos receptores infrarrojos. Su función principal es emitir luz infrarroja a una longitud de onda pico de 940 nanómetros, haciéndola invisible al ojo humano mientras es altamente detectable por sensores electrónicos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El LED ofrece varias ventajas clave, incluyendo alta fiabilidad, bajo voltaje directo y alta intensidad radiante. Está diseñado con un espaciado estándar de terminales de 2.54mm para facilitar la integración en PCB. El producto cumple con los estándares RoHS, REACH de la UE y libre de halógenos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), lo que lo hace adecuado para mercados regulados y conscientes del medio ambiente. Sus aplicaciones objetivo principales son en sistemas basados en infrarrojos como mandos a distancia, sensores de proximidad, detección de objetos e interruptores ópticos.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está diseñado para operar dentro de límites estrictos para garantizar longevidad y fiabilidad. La corriente directa continua (IF) no debe exceder los 100 mA. Para operación pulsada con un ancho de pulso ≤100μs y un ciclo de trabajo ≤1%, se permite una corriente directa pico (IFP) de hasta 1.0 A. El voltaje inverso máximo (VR) es de 5 V. El rango de temperatura de operación (Topr) es de -40°C a +85°C, mientras que la temperatura de almacenamiento (Tstg) se extiende de -40°C a +100°C. La temperatura de soldadura (Tsol) debe mantenerse a 260°C o menos durante una duración no superior a 5 segundos. La disipación de potencia máxima (Pd) a 25°C en aire libre es de 150 mW.

2.2 Características Electro-Ópticas

Todas las características electro-ópticas se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C y una corriente directa (IF) de 20mA, salvo que se indique lo contrario. La intensidad radiante (IE) está clasificada en bins, con valores mínimos que van de 4.0 a 11.0 mW/sr dependiendo del rango. La longitud de onda pico (λp) es típicamente de 940 nm, con un ancho de banda espectral (Δλ) de 45 nm. El voltaje directo (VF) es típicamente de 1.2 V con un máximo de 1.5 V. La corriente inversa (IR) es un máximo de 10 μA a un voltaje inverso de 5V. El ángulo de visión (2θ1/2), definido como el ángulo total a la mitad de la intensidad, es típicamente de 50 grados.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La salida radiante del LED se categoriza en bins para garantizar consistencia en el diseño de aplicaciones. La clasificación se basa en la intensidad radiante medida a IF=20mA. Los bins disponibles son K, L, M y N, con los valores mínimos y máximos de intensidad radiante correspondientes: Bin K: 4.0-6.4 mW/sr; Bin L: 5.6-8.9 mW/sr; Bin M: 7.8-12.5 mW/sr; Bin N: 11.0-17.6 mW/sr. Esto permite a los diseñadores seleccionar un componente que cumpla con los requisitos específicos de sensibilidad de su circuito fotodetector.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

La curva de reducción de potencia muestra la relación entre la corriente directa continua máxima permitida y la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura ambiente, la corriente directa máxima permisible disminuye linealmente. Esta es una consideración de diseño crítica para prevenir la fuga térmica y asegurar que la temperatura de unión permanezca dentro de los límites seguros de operación, manteniendo así la fiabilidad del dispositivo.

4.2 Distribución Espectral

El gráfico de distribución espectral ilustra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. La emisión está centrada alrededor de la longitud de onda pico típica de 940 nm con un ancho de banda definido. Esta característica es crucial para garantizar la compatibilidad con el sensor receptor, que típicamente tiene su propia curva de sensibilidad espectral. Una buena coincidencia maximiza la eficiencia del sistema y la relación señal-ruido.

4.3 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Este gráfico representa la relación no lineal entre la salida radiante (Ie) y la corriente directa (IF). La intensidad radiante aumenta con la corriente pero no de una manera perfectamente lineal, especialmente a niveles de corriente más altos. Comprender esta curva es esencial para excitar el LED correctamente y lograr la salida óptica deseada sin exceder los límites absolutos máximos.

4.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

El gráfico del patrón de radiación muestra cómo varía la intensidad de la luz emitida con el ángulo desde el eje central (0°). El patrón es típicamente Lambertiano o casi Lambertiano para este tipo de encapsulado, con la intensidad cayendo al 50% de su valor en el eje aproximadamente a ±25 grados (resultando en el ángulo de visión de 50°). Esta información es vital para el diseño óptico, determinando el área de cobertura y los requisitos de alineación en un sistema.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El LED está encapsulado en un paquete radial con terminales estándar T-1 (3mm). El cuerpo está hecho de plástico transparente azul. Los terminales tienen un espaciado estándar de 2.54mm (0.1 pulgadas). El dibujo dimensional (implícito en el PDF) proporcionaría las medidas exactas del diámetro del cuerpo, longitud de los terminales y otras dimensiones críticas, típicamente con una tolerancia de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario. El cátodo se identifica típicamente por un borde plano en el borde de la lente o por un terminal más corto, aunque la marca específica debe verificarse en el dibujo mecánico.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Se pueden utilizar procesos de 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 seguir las directrices estándar IPC para la soldadura de componentes de orificio pasante. La exposición prolongada a altas temperaturas puede dañar el encapsulado de plástico y el chip semiconductor interno. El dispositivo debe almacenarse en un ambiente seco para prevenir la absorción de humedad, lo que podría causar el efecto "popcorn" durante el reflujo si es aplicable, aunque este es principalmente un componente de orificio pasante.

7. Información de Embalaje y Pedido

La especificación de embalaje estándar es de 200 a 1000 piezas por bolsa, 4 bolsas por caja y 10 cajas por cartón. La etiqueta en el embalaje incluye información crítica para trazabilidad e identificación: Número de Producción del Cliente (CPN), Número de Pieza (P/N), Cantidad de Embalaje (QTY), Rangos (CAT), Longitud de Onda Pico (HUE), Referencia (REF), Número de Lote (LOT No) y Lugar de Producción. Se utilizan materiales de embalaje resistentes a la humedad para proteger los componentes durante el almacenamiento y el tránsito.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este LED infrarrojo es idealmente adecuado para una amplia gama de aplicaciones de detección y señalización sin contacto. Los usos comunes incluyen mandos a distancia infrarrojos para electrónica de consumo (televisores, sistemas de audio), detección de proximidad y objetos en electrodomésticos y equipos industriales, codificadores ópticos, sensores de interrupción de haz, y como fuente de luz en módulos emisor-detector emparejados para conteo o detección de nivel.

8.2 Consideraciones de Diseño

Al diseñar un circuito, siempre incluya una resistencia limitadora de corriente en serie con el LED para controlar la corriente directa y prevenir daños. El valor se puede calcular usando la Ley de Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF. Elija el bin de intensidad radiante apropiado según la distancia de detección requerida y la sensibilidad del detector. Considere el ángulo de visión al alinear el LED con el receptor. Para operación pulsada para lograr una salida instantánea más alta (ej., para mayor alcance), asegúrese de que el ancho de pulso y el ciclo de trabajo se mantengan dentro de los límites especificados para IFP. Proporcione un diseño de PCB adecuado para disipar el calor, especialmente cuando opere cerca de los límites máximos.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED infrarrojos genéricos, este dispositivo ofrece una salida espectral bien definida y consistente centrada en 940nm, que es una longitud de onda de sensibilidad pico común para fotodiodos y fototransistores de silicio, asegurando un acoplamiento eficiente. La disponibilidad de bins de intensidad radiante permite un rendimiento predecible en la producción en volumen. La combinación de bajo voltaje directo (típicamente 1.2V) y alta intensidad radiante puede conducir a diseños más eficientes energéticamente. El cumplimiento de los estándares ambientales modernos (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) es una ventaja significativa para productos dirigidos a mercados globales con regulaciones estrictas.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Cuál es la diferencia entre los bins K, L, M y N?

R: Los bins representan diferentes rangos de intensidad radiante mínima. El Bin N tiene la salida más alta (11.0-17.6 mW/sr), mientras que el Bin K tiene la más baja (4.0-6.4 mW/sr). Seleccione un bin según la fuerza de señal requerida para su aplicación.

P: ¿Puedo excitar este LED directamente con una fuente de 5V?

R: No. El voltaje directo es solo de aproximadamente 1.2-1.5V. Conectarlo directamente a 5V causaría un flujo de corriente excesivo y destruiría el LED. Siempre debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie.

P: ¿Cómo identifico el cátodo?

R: Para un paquete T-1 estándar, el cátodo suele estar indicado por un borde plano en el borde de la lente de plástico. Alternativamente, al ver el LED desde abajo, el terminal correspondiente al lado plano es el cátodo. El cátodo también puede ser el terminal más corto.

P: ¿Cuál es la vida útil típica de operación?

R: Aunque no se establece explícitamente en esta hoja de datos, los LED infrarrojos como este típicamente tienen vidas operativas muy largas (decenas de miles de horas) cuando se operan dentro de sus límites absolutos máximos especificados, particularmente los límites de corriente y temperatura.

11. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Escenario: Diseño de un Sensor Simple de Detección de Objetos.

Un ingeniero necesita detectar la presencia de un objeto que pasa por una brecha. Empareja este LED IR204 con un fototransistor colocado en el lado opuesto de la brecha (configuración de haz atravesado). Selecciona un LED del Bin M para una intensidad suficiente. El LED es excitado con una corriente constante de 20mA desde un pin de microcontrolador de 3.3V a través de una resistencia de 100Ω (R = (3.3V - 1.2V) / 0.02A ≈ 105Ω). El colector del fototransistor se conecta a 3.3V a través de una resistencia, y el voltaje en el colector es leído por el ADC del microcontrolador. Cuando el haz no está obstruido, el fototransistor conduce, bajando el voltaje. Cuando un objeto bloquea el haz, el fototransistor deja de conducir, y el voltaje sube, señalando la presencia del objeto. El ángulo de visión de 50° asegura un haz lo suficientemente amplio para una detección confiable incluso con una ligera desalineación.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un LED infrarrojo es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo que excede su energía de banda prohibida, los electrones de la región n se recombinan con los huecos de la región p en la región activa (hecha de GaAlAs en este caso). Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica del material (Arseniuro de Galio y Aluminio) determina la longitud de onda de los fotones emitidos, que en este dispositivo está en el espectro infrarrojo alrededor de 940 nm. El encapsulado de plástico transparente azul no es un filtro, sino que actúa como una lente para dar forma al haz de salida y proteger el chip semiconductor.

13. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de LED infrarrojos continúa evolucionando hacia una mayor eficiencia (más salida radiante por vatio eléctrico de entrada), mayores densidades de potencia para aplicaciones de largo alcance como LiDAR y sensores de tiempo de vuelo, y tamaños de encapsulado más pequeños para integración en dispositivos de consumo compactos. También hay una tendencia hacia un control de longitud de onda más preciso y anchos de banda espectral más estrechos para aplicaciones de detección específicas, como detección de gases o monitoreo fisiológico. La integración de controladores y lógica de control directamente con el chip LED (LEDs inteligentes) es otra área de desarrollo. Los principios fundamentales de dispositivos como el descrito aquí siguen siendo críticos para una amplia gama de sistemas optoelectrónicos establecidos y emergentes.