Hoja de Datos del LED Infrarrojo IR204-A - Paquete 3mm - Longitud de Onda 940nm - Corriente 100mA - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El IR204-A es un diodo emisor de infrarrojos de alta intensidad, alojado en un encapsulado plástico azul estándar de 3mm (T-1). Está diseñado para emitir luz con una longitud de onda pico de 940nm, lo que lo hace espectralmente compatible con fototransistores, fotodiodos y módulos receptores de infrarrojos comunes. Este dispositivo se caracteriza por su alta fiabilidad, alta intensidad radiante y bajo voltaje directo, lo que lo hace idóneo para diversas aplicaciones de transmisión por infrarrojos.

1.1 Ventajas Principales

• Alta Intensidad Radiante:Proporciona una salida de infrarrojos potente para una transmisión de señal fiable.
• Coincidencia de Longitud de Onda:La longitud de onda pico de 940nm está optimizada para la compatibilidad con receptores IR estándar.
• Compacto y Estandarizado:El paquete de 3mm con espaciado de terminales de 2.54mm permite una fácil integración en diseños de PCB estándar.
• Conformidad:El producto cumple con las normativas RoHS, REACH de la UE y está libre de halógenos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).

1.2 Aplicaciones Destinadas

Este LED infrarrojo está destinado principalmente a sistemas que requieren comunicación mediante luz no visible. Las áreas de aplicación clave incluyen unidades de control remoto por infrarrojos con altos requisitos de potencia, sistemas de transmisión en aire libre, detectores de humo y otros sistemas generales de detección o comunicación basados en infrarrojos.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen las condiciones más allá de las cuales puede producirse un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o por encima de estos límites.

• Corriente Directa Continua (IF):100 mA. La corriente continua máxima que se puede aplicar de forma continua.
• Corriente Directa de Pico (IFP):1.0 A. Esta corriente elevada solo es admisible en condiciones de pulso (Ancho de Pulso ≤ 100μs, Ciclo de Trabajo ≤ 1%).
• Voltaje Inverso (VR):5 V. Superar este voltaje en polarización inversa puede dañar la unión del diodo.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento (Topr/Tstg):-40°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industriales.
• Disipación de Potencia (Pd):150 mW a 25°C. La potencia máxima que el encapsulado puede disipar sin superar sus límites térmicos.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura de unión estándar de 25°C y definen el rendimiento del dispositivo en condiciones especificadas.

• Intensidad Radiante (Ie):Una métrica clave de rendimiento. Con una corriente de accionamiento estándar de 20mA, la intensidad radiante típica es de 5.6 mW/sr. En operación pulsada de alta corriente (100mA, 1A), la salida aumenta significativamente a 38 mW/sr y 350 mW/sr respectivamente, permitiendo aplicaciones pulsadas de largo alcance o alta luminosidad.
• Longitud de Onda Pico (λp):940 nm (típico). Se encuentra en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano pero detectado eficientemente por sensores basados en silicio.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):Aproximadamente 45 nm. Define la anchura espectral de la luz emitida alrededor de la longitud de onda pico.
• Voltaje Directo (VF):Típicamente 1.2V a 20mA, aumentando con la corriente. Este bajo voltaje contribuye a un menor consumo de energía en los diseños.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):35 grados. Es la dispersión angular a la cual la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo, definiendo el patrón del haz.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos incluye una estructura de clasificación por intensidad radiante. Los LED se clasifican en grupos (K, L, M, N) según su salida medida a IF=20mA. Por ejemplo, la clasificación 'L' tiene una intensidad mínima de 5.6 mW/sr y una máxima de 8.9 mW/sr. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con niveles de rendimiento mínimo garantizado para un comportamiento del sistema consistente. La hoja de datos no indica clasificación para longitud de onda o voltaje directo para este número de parte específico.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que son cruciales para el diseño.

4.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig.1)

Esta curva muestra cómo la corriente directa continua máxima permitida se reduce a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. Los diseñadores deben usar este gráfico para asegurar que la corriente de operación no exceda el límite seguro a la temperatura ambiente máxima de la aplicación.

4.2 Distribución Espectral (Fig.2)

Ilustra la potencia radiante relativa en función de la longitud de onda, centrada alrededor del pico de 940nm con el ancho de banda especificado de ~45nm.

4.3 Longitud de Onda de Emisión Pico vs. Temperatura (Fig.3)

Muestra el desplazamiento de la longitud de onda pico con los cambios en la temperatura ambiente (y por tanto, de la unión). Esto es importante para aplicaciones donde la coincidencia espectral precisa con un detector es crítica.

4.4 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva IV) (Fig.4)

Representa la relación no lineal entre corriente y voltaje. La curva es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente (por ejemplo, cálculo de la resistencia en serie).

4.5 Intensidad Relativa vs. Corriente Directa (Fig.5)

Demuestra que la salida de luz no es proporcional linealmente a la corriente, especialmente a corrientes más altas donde la eficiencia puede disminuir debido al calentamiento y otros efectos.

4.6 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular (Fig.6)

Este es el patrón de radiación espacial, mostrando gráficamente el ángulo de visión de 35 grados. Es vital para el diseño óptico para asegurar una alineación y cobertura adecuadas.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete redondo estándar T-1 (3mm). El dibujo mecánico detallado en la hoja de datos proporciona todas las dimensiones críticas, incluido el diámetro del cuerpo (3.0mm típico), espaciado de terminales (2.54mm) y diámetro de los terminales. Las tolerancias son típicamente de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario. El material del encapsulado es plástico de color azul, que actúa como un filtro incorporado.

5.2 Identificación de Polaridad

El terminal más largo es el ánodo (+), y el terminal más corto es el cátodo (-). Esta es la convención estándar para los LED. El lado plano en el borde del encapsulado también puede indicar el lado del cátodo.

6. Pautas de Soldadura y Montaje

• Temperatura de Soldadura:La temperatura máxima de soldadura es de 260°C.
• Tiempo de Soldadura:Los terminales no deben estar expuestos a temperaturas de soldadura superiores a 260°C durante más de 5 segundos.
• Manejo General:Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo y montaje para prevenir daños en la unión del semiconductor.
• Condiciones de Almacenamiento:El dispositivo debe almacenarse dentro de su rango de temperatura especificado de -40°C a +85°C en un ambiente seco.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificación de Embalaje

Los LED se empaquetan típicamente en bolsas (200-1000 piezas por bolsa). Cuatro bolsas se colocan en una caja, y diez cajas constituyen un cartón.

7.2 Información de la Etiqueta

La etiqueta en el embalaje incluye información clave como el Número de Parte (P/N), cantidad (QTY), clasificación/bin (CAT), longitud de onda pico (HUE), número de lote (LOT No.) y un código de referencia. Esta trazabilidad es importante para el control de calidad.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

En un circuito básico, el LED es accionado por una fuente de voltaje a través de una resistencia limitadora de corriente. El valor de la resistencia (R) se calcula usando la Ley de Ohm: R = (Vcc - Vf) / If, donde Vcc es el voltaje de alimentación, Vf es el voltaje directo del LED (por ejemplo, 1.2V a 20mA), e If es la corriente directa deseada. Para operación pulsada (por ejemplo, en controles remotos), típicamente se usa un transistor como interruptor para proporcionar la alta corriente de pico (hasta 1A) desde un condensador o directamente desde la fuente de alimentación.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Accionamiento de Corriente:Siempre accione un LED con una corriente controlada, no con un voltaje fijo. Use una resistencia en serie o un controlador de corriente constante.
• Gestión Térmica:Aunque el paquete tiene baja resistencia térmica, la operación continua a altas corrientes (acercándose a 100mA) o en altas temperaturas ambientales requiere considerar la curva de reducción de potencia para evitar el sobrecalentamiento.
• Alineación Óptica:El ángulo de visión de 35 grados requiere una alineación adecuada con el sensor receptor para una fuerza de señal óptima. Se pueden usar lentes o reflectores para modificar el patrón del haz si es necesario.
• Ruido de la Fuente de Alimentación:En aplicaciones de detección analógica sensibles, asegúrese de que el circuito de accionamiento del LED no introduzca ruido eléctrico que pueda interferir con la señal débil del detector.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores principales del IR204-A son su combinación de un paquete estándar de 3mm, alta intensidad radiante pulsada (hasta 350 mW/sr) y una longitud de onda de 940nm definida con precisión. En comparación con los LED IR genéricos, ofrece un rendimiento mínimo garantizado (mediante clasificación) y cumplimiento con las regulaciones ambientales modernas. Su material de chip GaAlAs es estándar para una emisión infrarroja eficiente.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Puedo accionar este LED directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V o 3.3V?

No, no directamente.Un pin de microcontrolador típicamente no puede suministrar 20mA de forma continua (consulte la hoja de datos de su MCU), y ciertamente no puede proporcionar la corriente de pico de 1A. Más importante aún, debe usar una resistencia en serie para limitar la corriente al valor deseado (por ejemplo, 20mA). Se requiere un transistor (BJT o MOSFET) para conmutar las corrientes más altas necesarias para el LED.

10.2 ¿Por qué la intensidad radiante es mucho mayor en condiciones pulsadas?

Las especificaciones pulsadas más altas (100mA, 1A) permiten que la unión sea accionada con mucha más corriente durante períodos muy cortos. Esto genera más luz sin causar que la temperatura promedio de la unión aumente a niveles destructivos, ya que la masa térmica del chip y el paquete tiene tiempo para enfriarse entre pulsos. Esto es ideal para comunicaciones en ráfagas como los controles remotos.

10.3 ¿Qué significa "espectralmente compatible con fototransistor"?

Los fototransistores y fotodiodos basados en silicio tienen una sensibilidad máxima en la región del infrarrojo cercano, alrededor de 800-900nm. La emisión de 940nm del IR204-A cae dentro de esta banda de alta sensibilidad, asegurando que el detector reciba una señal fuerte, lo que mejora la relación señal-ruido y la distancia de operación del sistema.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Transmisor Simple de Control Remoto por Infrarrojos.Un uso común es en un control remoto de TV. Un microcontrolador genera un código digital modulado (por ejemplo, portadora de 38kHz). Esta señal acciona la base de un transistor. El transistor conmuta la corriente del colector a través del IR204-A. Un condensador cerca del LED puede proporcionar el breve pulso de alta corriente (hasta 100mA o más) necesario para una señal fuerte. El LED se pulsa a la frecuencia de 38kHz. La luz de 940nm es invisible, y la alta intensidad pulsada permite que la señal se refleje en las paredes y aún sea detectada por el receptor al otro lado de la habitación. El bajo voltaje directo ayuda a conservar la energía de la batería.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (IR LED) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región n y los huecos de la región p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En este dispositivo específico, el material semiconductor (Arseniuro de Galio y Aluminio - GaAlAs) se elige para que esta energía se libere principalmente como fotones de luz en el espectro infrarrojo (longitud de onda de 940 nanómetros). El encapsulado plástico azul actúa como un filtro, bloqueando potencialmente parte de la luz visible y también puede servir como una lente para dar forma al haz de salida.

13. Tendencias de Desarrollo

Las tendencias en la tecnología de LED infrarrojos incluyen el desarrollo de dispositivos con una eficiencia de conversión de energía aún mayor (más salida de luz por vatio eléctrico de entrada), lo que permite una mayor duración de la batería o un mayor alcance. También hay trabajos en curso para producir LED con anchos de banda espectral más estrechos para aplicaciones que requieren un control preciso de la longitud de onda y para reducir la sensibilidad al ruido de la luz ambiental. La integración del LED con un CI controlador o un fotodetector en un solo módulo es otra tendencia, simplificando el diseño del sistema. El impulso por una mayor densidad de potencia en paquetes más pequeños continúa, junto con el impulso universal de la industria para el cumplimiento total de las regulaciones ambientales y de seguridad.