Hoja de Datos del LED Infrarrojo HIR234C de 3mm - Carcasa T-1 - Longitud de Onda Pico 850nm - Voltaje Directo 1.65V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El HIR234C es un diodo emisor de infrarrojos de alta intensidad encapsulado en una carcasa plástica estándar de 3mm (T-1) transparente. Está diseñado para emitir luz con una longitud de onda pico de 850nm, lo que lo hace espectralmente compatible con fototransistores de silicio, fotodiodos y módulos receptores de infrarrojos comunes. Este dispositivo está concebido para aplicaciones que requieren una transmisión infrarroja fiable y eficiente.

1.1 Ventajas Principales

• Alta Intensidad Radiante:Proporciona una salida óptica potente, adecuada para sistemas receptores de largo alcance o baja sensibilidad.
• Alta Fiabilidad:Construido para un rendimiento consistente y una larga vida operativa.
• Bajo Voltaje Directo:Típicamente 1.65V a 20mA, contribuyendo a un menor consumo de energía en los diseños.
• Cumplimiento Ambiental:El producto cumple con las normas RoHS, REACH de la UE y libre de halógenos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Carcasa Estándar:El conocido factor de forma T-1 (3mm) con espaciado de terminales de 2.54mm garantiza una fácil integración en diseños y layouts de PCB existentes.

1.2 Aplicaciones Objetivo

Este LED infrarrojo es adecuado para una variedad de sistemas que requieren comunicación o detección con luz no visible.

• Unidades de mando a distancia por infrarrojos, especialmente aquellas con mayores requisitos de potencia.
• Enlaces de transmisión de datos ópticos en espacio libre.
• Sistemas de detección de humo.
• Sistemas infrarrojos de propósito general, incluidos sensores de proximidad y contadores de objetos.

2. Análisis de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen las condiciones más allá de las 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%)
• 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
• Disipación de Potencia (P_d):150 mW (a 25°C ambiente o menos)
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante ≤ 5 segundos

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):
  • 7.8 mW/sr (Mín) / 15 mW/sr (Típ) a I_F= 20mA (CC).
  • 50 mW/sr (Típ) a I_F= 100mA (pulsada).
  • 300 mW/sr (Típ) a I_F= 1A (pulsada).
• Longitud de Onda Pico (λ_p):850 nm (Típica) a I_F= 20mA.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):45 nm (Típica) a I_F= 20mA.
• Voltaje Directo (V_F):
  • 1.45V (Mín) / 1.65V (Típ) / 1.65V (Máx) a I_F= 20mA.
  • 1.80V (Típ) / 2.40V (Máx) a I_F= 100mA (pulsada).
  • 4.10V (Típ) / 5.25V (Máx) a I_F= 1A (pulsada).
• Corriente Inversa (I_R):10 μA (Máx) a V_R= 5V.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):30 grados (Típico) a I_F= 20mA.

Tolerancias de Medición:Voltaje Directo ±0.1V, Intensidad Radiante ±10%, Longitud de Onda Pico ±1.0nm.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que son cruciales para comprender el comportamiento del dispositivo bajo diferentes condiciones de operación.

3.1 Dependencias Térmicas y de Corriente

Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig.1):Esta curva muestra la reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Para garantizar la fiabilidad y mantenerse dentro del límite de disipación de potencia, la corriente de conducción debe reducirse a temperaturas más altas.

Longitud de Onda de Emisión Pico vs. Temperatura Ambiente (Fig.3):La longitud de onda pico de un LED tiene un coeficiente de temperatura, desplazándose ligeramente con la temperatura. Esta curva cuantifica ese desplazamiento para el HIR234C, lo cual es importante para aplicaciones donde el ajuste espectral preciso es crítico.

Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Fig.4):Esta es la curva I-V fundamental del diodo. Muestra la relación exponencial entre corriente y voltaje. La curva ayuda a diseñar el circuito limitador de corriente y a comprender la caída de voltaje en el LED bajo diferentes condiciones de conducción.

3.2 Características de Salida Óptica

Distribución Espectral (Fig.2):Este gráfico representa la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda. Confirma visualmente el pico de 850nm y el ancho de banda espectral de aproximadamente 45nm, mostrando el rango de longitudes de onda emitidas.

Intensidad Radiante vs. Corriente Directa (Fig.5):Esta curva demuestra la relación entre la potencia óptica de salida (en mW/sr) y la corriente eléctrica de entrada. Generalmente es lineal en el rango medio, pero puede saturarse a corrientes muy altas debido a efectos térmicos y de eficiencia.

Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular (Fig.6):Este gráfico polar define el patrón de radiación del LED. Muestra cómo la intensidad disminuye al alejarse del eje central (0°), definiendo finalmente el ángulo de visión de 30 grados donde la intensidad cae a la mitad de su valor pico.

Intensidad Radiante vs. Temperatura Ambiente (Fig.7):La salida óptica disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta curva cuantifica la reducción típica de la intensidad radiante a medida que aumenta la temperatura ambiente (y, en consecuencia, la de la unión), lo cual es vital para diseñar sistemas que operen en un amplio rango de temperaturas.

Voltaje Directo Relativo vs. Temperatura Ambiente (Fig.8):El voltaje directo de un diodo tiene un coeficiente de temperatura negativo. Esta curva muestra cómo V_Ftípicamente disminuye al aumentar la temperatura, lo que puede ser un factor en esquemas de conducción a voltaje constante o para usar el LED como sensor de temperatura.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Selección y Construcción del Dispositivo

• Material del Chip:GaAlAs (Arseniuro de Galio y Aluminio).
• Lente/Color:Plástico transparente.

4.2 Dimensiones de la Carcasa (T-1, 3mm)

El dispositivo se ajusta a las dimensiones estándar de la carcasa redonda de LED T-1 (3mm). Las notas mecánicas clave de la hoja de datos incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros (mm).
• Las tolerancias dimensionales estándar son de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario.
• El dibujo típicamente muestra el diámetro del cuerpo (3.0mm), el espaciado de terminales (2.54mm) y las dimensiones generales, incluida la forma de la lente y la longitud/diámetro de los terminales.

Identificación de Polaridad:El cátodo se identifica típicamente por un punto plano en el borde de la lente de plástico y/o un terminal más corto. Consulte siempre el dibujo del paquete para una identificación definitiva.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

• Soldadura Manual:Utilice un soldador con control de temperatura. Limite el tiempo de soldadura por terminal a un máximo de 3 segundos a una temperatura que no exceda los 350°C.
• Soldadura por Ola:Se puede utilizar, pero el tiempo de precalentamiento y exposición debe controlarse para minimizar el estrés térmico en la carcasa de plástico.
• Soldadura por Reflujo:El dispositivo puede soportar una temperatura máxima de soldadura de 260°C durante un máximo de 5 segundos, según los Límites Absolutos Máximos. Esto es compatible con perfiles de reflujo estándar sin plomo (Pb-free) (por ejemplo, IPC/JEDEC J-STD-020).
• Precauciones Generales:
  • Evite aplicar estrés mecánico a los terminales o la lente durante el manejo.
  • No exceda el rango de temperatura de almacenamiento especificado.
  • Utilice las precauciones adecuadas contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo y montaje.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificación de Embalaje

• Embalaje estándar: de 200 a 1000 piezas por bolsa.
• 5 bolsas se empaquetan en 1 caja.
• 10 cajas se empaquetan en 1 cartón.

6.2 Información de la Etiqueta

La etiqueta del producto incluye identificadores clave para trazabilidad y verificación:

• CPN:Número de Parte del Cliente
• P/N:Número de Producción (HIR234C)
• QTY:Cantidad en el paquete
• CAT:Rangos/Categorías (por ejemplo, bin de brillo)
• HUE:Información de Longitud de Onda Pico
• REF:Referencia
• LOT No:Número de Lote de Fabricación para trazabilidad

7. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

7.1 Conducción del LED

Conducción a Corriente Constante:Los LED son dispositivos controlados por corriente. Para una salida óptica estable y predecible, utilice una fuente de corriente constante o una resistencia limitadora de corriente en serie con una fuente de voltaje. El valor de la resistencia se puede calcular usando la Ley de Ohm: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Utilice siempre el V_Fmáximo de la hoja de datos para un diseño conservador.

Operación Pulsada:Para aplicaciones que requieren una intensidad instantánea muy alta (como mandos a distancia de largo alcance), el LED puede ser conducido con pulsos cortos de alta corriente (hasta 1A) según lo especificado. Esto debe hacerse con estricto cumplimiento de los límites de ancho de pulso (≤100μs) y ciclo de trabajo (≤1%) para evitar el sobrecalentamiento.

7.2 Diseño Óptico

Selección de Lente:La lente transparente emite un haz de 30 grados. Para haces más estrechos o con formas diferentes, se pueden usar ópticas secundarias (lentes de plástico, reflectores).

Ajuste del Receptor:La longitud de onda pico de 850nm es detectada óptimamente por sensores basados en silicio. Asegúrese de que el fototransistor, fotodiodo o módulo receptor IR seleccionado tenga una sensibilidad máxima en el rango de 800-900nm.

Inmunidad a la Luz Ambiente:En entornos con luz ambiente fuerte (especialmente luz solar que contiene IR), considere modular la señal de conducción del LED a una frecuencia específica y usar un receptor sintonizado a esa frecuencia para rechazar el ruido de fondo.

8. Comparación y Posicionamiento Técnico

El HIR234C se posiciona como un emisor infrarrojo de propósito general y alta fiabilidad en el ubicuo paquete de 3mm.

• vs. LED IR estándar de 5mm:El paquete de 3mm ofrece una huella más pequeña, lo que puede ser ventajoso en diseños miniaturizados, al tiempo que proporciona una intensidad radiante sustancial.
• vs. LED IR SMD:El paquete T-1 de orificio pasante a menudo se prefiere para prototipos, montaje manual o aplicaciones donde se desea una mayor robustez mecánica o un disipador de calor más fácil a través de los terminales en comparación con los dispositivos de montaje superficial.
• Diferenciador Clave:Su combinación dealta intensidad radiante pulsada (300 mW/sr)ycarcasa estándarlo hace adecuado para aplicaciones que necesitan ráfagas fuertes de luz IR desde un factor de forma comúnmente disponible.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P1: ¿Cuál es la diferencia entre intensidad radiante (mW/sr) y potencia de salida (mW)?

R1: La intensidad radiante mide la potencia óptica por ángulo sólido (estereorradián). Indica cuán concentrado está el haz. El flujo radiante total (mW) requeriría integrar la intensidad sobre todo el patrón de emisión. Para un LED de 30 grados, la potencia total es significativamente menor que el valor de intensidad pico.

P2: ¿Puedo conducir este LED continuamente a 100mA?

R2: El Límite Absoluto Máximo para la corriente directa continua es de 100mA. Sin embargo, la operación continua a esta corriente máxima generará un calor significativo, elevando la temperatura de la unión. Para una operación confiable a largo plazo, es recomendable operar a una corriente más baja (por ejemplo, 20-50mA) o implementar un disipador de calor adecuado, especialmente en altas temperaturas ambientales.

P3: ¿Por qué el voltaje directo es mucho más alto a 1A pulsado (5.25V máx) en comparación con 20mA CC (1.65V máx)?

R3: Esto se debe a la resistencia en serie dentro del chip del LED y su paquete. A corrientes muy altas, la caída de voltaje a través de esta resistencia interna se vuelve significativa, lo que lleva a un V_Ftotal más alto. Esta es una característica común de todos los LED.

P4: ¿Es visible un LED de 850nm?

R4: 850nm está en el espectro del infrarrojo cercano (NIR). Generalmente es invisible para el ojo humano. Sin embargo, algunas personas pueden percibir un brillo rojo oscuro muy tenue de los LED de 850nm de alta potencia, ya que el espectro de emisión tiene una pequeña "cola" que se extiende hacia la región roja visible. Para una operación completamente encubierta, normalmente se usan LED de 940nm.

10. Caso de Estudio de Diseño y Uso

Caso: Transmisor de Mando a Distancia por Infrarrojos de Largo Alcance

Objetivo:Diseñar un mando a distancia que debe funcionar de manera confiable a una distancia de 15 metros en un entorno típico de sala de estar.

Decisiones de Diseño:

1. Selección del LED:Se elige el HIR234C por su alta intensidad radiante pulsada (300 mW/sr típ a 1A).
2. Circuito de Conducción:Se utiliza un simple interruptor de transistor para pulsar el LED desde una fuente de batería de 3V. Se calcula una resistencia en serie para limitar la corriente de pulso a aproximadamente 800mA (por debajo del máximo de 1A), teniendo en cuenta la caída de voltaje de la batería y el V_Fdel LED a alta corriente.
3. Modulación de la Señal:Los pulsos de conducción se codifican con una frecuencia portadora de 38kHz, un estándar común para mandos a distancia IR.
4. Óptica:Se coloca una lente colimadora de plástico simple frente al LED para estrechar el haz de 30 grados a unos 10 grados, concentrando más energía emitida hacia el receptor distante.

Resultado:La combinación de la conducción pulsada de alta intensidad y la colimación del haz garantiza que una señal fuerte y detectable llegue al módulo receptor IR a la distancia objetivo, incluso en presencia de ruido IR ambiental moderado.

11. 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, se libera energía. En el caso del material GaAlAs del HIR234C, esta energía corresponde a fotones con una longitud de onda centrada alrededor de 850 nanómetros, que está en la porción infrarroja del espectro electromagnético. La longitud de onda específica está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. El encapsulado epoxi transparente actúa como una lente, dando forma a la luz emitida en el ángulo de visión especificado.

12. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de LED infrarrojos continúa evolucionando junto con la tecnología de LED visibles. Las tendencias generales relevantes para dispositivos como el HIR234C incluyen:

• Mayor Eficiencia:Las mejoras continuas en materiales y crecimiento epitaxial conducen a una mayor eficiencia de conversión eléctrica a óptica (más salida de luz por vatio eléctrico de entrada), reduciendo el consumo de energía y la generación de calor.
• Modulación de Mayor Velocidad:El desarrollo de LED capaces de conmutar más rápido está impulsado por aplicaciones en comunicaciones de datos ópticas (IrDA, Li-Fi) y detección avanzada como tiempo de vuelo (ToF).
• Miniaturización:Si bien los paquetes de orificio pasante siguen siendo populares, existe un fuerte cambio de mercado hacia paquetes de dispositivos de montaje superficial (SMD) (por ejemplo, 0805, 0603, escala de chip) para montaje automatizado y diseños con espacio limitado.
• Multi-Longitud de Onda y VCSELs:Para detección especializada (por ejemplo, análisis de gases, biometría), están surgiendo fuentes IR de múltiples longitudes de onda. Los Láseres de Emisión Superficial de Cavidad Vertical (VCSEL) también están ganando terreno en aplicaciones de detección 3D de alto rendimiento y luz estructurada debido a sus características de haz precisas.

El HIR234C representa una solución madura, fiable y rentable dentro de este panorama en evolución, perfectamente adaptada a sus aplicaciones objetivo en electrónica de consumo y detección industrial.