Hoja de Datos del LED IR 5.0mm IR533C - Paquete 5mm - Longitud de Onda Pico 940nm - Corriente Directa 100mA - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El IR533C es un diodo emisor de infrarrojos de alta intensidad, alojado en un paquete de plástico azul estándar de 5.0mm (T-1 3/4). Está diseñado para aplicaciones que requieren una emisión infrarroja potente y fiable en el espectro de 940nm. El dispositivo está emparejado espectralmente con fototransistores de silicio comunes, fotodiodos y módulos receptores de infrarrojos, lo que lo convierte en una fuente ideal para sistemas ópticos de lazo cerrado.

El posicionamiento clave de este componente está en aplicaciones de alto volumen y bajo coste, donde una salida infrarroja consistente y la compatibilidad con paquetes estándar son primordiales. Sus ventajas principales incluyen alta fiabilidad, una intensidad radiante de salida significativa y una característica de tensión directa baja, lo que contribuye a una gestión eficiente de la potencia del sistema.

El mercado objetivo abarca la electrónica de consumo, la detección industrial y los equipos de seguridad. Es especialmente adecuado para diseñadores de unidades de control remoto por infrarrojos, enlaces de datos ópticos en espacio libre, sistemas de detección de humo y varios otros sistemas de aplicación basados en infrarrojos.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estos límites.

• Corriente Directa Continua (IF):100 mA. Esta es la corriente continua máxima que puede pasar a través del LED indefinidamente a una temperatura ambiente de 25°C.
• Corriente Directa de Pico (IFP):1.0 A. Esta corriente alta solo es permisible en condiciones de pulsos con un ancho de pulso ≤100μs y un ciclo de trabajo ≤1%. Este límite es crucial para aplicaciones que requieren ráfagas breves de luz IR de alta intensidad.
• Tensión Inversa (VR):5 V. Exceder esta tensión de polarización inversa puede causar la ruptura de la unión.
• Disipación de Potencia (Pd):150 mW a o por debajo de 25°C de temperatura ambiente libre. Este parámetro, combinado con la resistencia térmica, dicta la potencia máxima permitida en funcionamiento continuo.
• Rangos de Temperatura:El dispositivo está clasificado para funcionar desde -40°C hasta +85°C y puede almacenarse desde -40°C hasta +100°C.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):260°C durante un tiempo no superior a 5 segundos, cumpliendo con los perfiles típicos de reflujo sin plomo.

2.2 Características Electro-Ópticas

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

• Intensidad Radiante (Ie):Esta es la medida principal de la potencia óptica de salida por ángulo sólido (estereorradián).
  • A una corriente de accionamiento estándar de 20mA DC, la intensidad radiante típica es de 7.8 mW/sr, con un mínimo de 4.0 mW/sr.
  • Bajo funcionamiento pulsado a 100mA (≤100μs, ≤1% de ciclo de trabajo), la salida aumenta significativamente.
  • A la corriente pulsada máxima de 1A, la intensidad radiante típica alcanza los 350 mW/sr, mostrando su capacidad para emisiones de alta potencia y corta duración.
• Longitud de Onda de Pico (λp):940 nm (típico). Esta longitud de onda es ideal ya que se encuentra dentro de una ventana de alta transmisión para muchos plásticos y vidrios, y está bien emparejada con la sensibilidad máxima de los detectores de silicio, siendo en gran medida invisible para el ojo humano.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):Aproximadamente 45 nm (típico). Esto define el ancho espectral de la luz emitida a la mitad de su intensidad máxima (FWHM).
• Tensión Directa (VF):Un parámetro clave para el diseño del circuito.
  • A 20mA, VF es típicamente 1.5V con un máximo de 1.5V.
  • A 100mA pulsado, sube a un valor típico de 1.4V (máx. 1.85V).
  • A 1A pulsado, la VF típica es de 2.6V (máx. 4.0V), lo que indica un aumento de la caída de tensión en la unión a corrientes muy altas.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):25 grados (típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor a 0 grados (en el eje). Un ángulo de 25 grados proporciona un haz moderadamente enfocado.
• Corriente Inversa (IR):Máximo de 10 μA a VR=5V, lo que indica una buena calidad de la unión.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos incluye una tabla de clasificación para la Intensidad Radiante a IF=20mA. El "binning" es un proceso de control de calidad donde los LED se clasifican (se "binnan") según parámetros de rendimiento medidos después de la fabricación.

Clasificación por Intensidad Radiante:Los LED se categorizan en bins (K, L, M, N, P) según su intensidad radiante medida. Por ejemplo, el bin 'K' incluye LED con intensidad entre 4.0 y 6.4 mW/sr, mientras que el bin 'P' incluye aquellos entre 15.0 y 24.0 mW/sr. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con niveles de salida mínimos (y máximos) garantizados para su aplicación, asegurando consistencia en el rendimiento del sistema, especialmente en matrices de múltiples LED o sistemas receptores sensibles. El bin específico para un lote dado se indica en la etiqueta del embalaje.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran tendencias de rendimiento más allá de los datos puntuales de las tablas.

• 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 los 25°C. Para evitar el sobrecalentamiento, la corriente de accionamiento debe reducirse a temperaturas más altas.
• Distribución Espectral (Fig.2):Un gráfico que representa la intensidad relativa frente a la longitud de onda, confirmando visualmente el pico de 940nm y el ancho de banda de ~45nm.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico vs. Temperatura Ambiente (Fig.3):Ilustra el desplazamiento de la longitud de onda de pico (típicamente un ligero aumento) a medida que cambia la temperatura de la unión. Esto es importante para aplicaciones con filtrado espectral estricto.
• Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva IV) (Fig.4):Muestra la relación no lineal entre corriente y tensión. La curva se vuelve más pronunciada a corrientes más altas debido a la resistencia en serie en el semiconductor y el paquete.
• Intensidad Relativa vs. Corriente Directa (Fig.5):Demuestra la relación sub-lineal entre la corriente de accionamiento y la salida de luz. La eficiencia (salida de luz por unidad de corriente) a menudo disminuye a corrientes muy altas.
• Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular (Fig.6):Este es el patrón de radiación espacial, definiendo gráficamente el ángulo de visión de 25 grados. Muestra cómo la intensidad disminuye a medida que te alejas del eje central.
• Intensidad Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.7):Muestra la disminución de la salida de luz a medida que aumenta la temperatura ambiente (y por tanto de la unión), un fenómeno conocido como extinción térmica.
• Tensión Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig.8):Indica cómo la caída de tensión directa disminuye al aumentar la temperatura, lo cual es una característica de la unión semiconductor.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El IR533C utiliza el paquete radial con pines estándar de la industria de 5.0mm (T-1 3/4). Las especificaciones dimensionales clave del dibujo incluyen:

• Diámetro total: 5.0mm (nominal).
• Separación entre pines: 2.54mm (0.1 pulgadas), compatible con placas perforadas estándar y zócalos.
• El cuerpo del paquete está moldeado en plástico de color azul, lo que es típico para los LED infrarrojos para indicar su función y puede ofrecer cierto filtrado.
• La lente es transparente.
• El material del chip es Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs).
• Todas las tolerancias dimensionales son de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario.

5.2 Identificación de Polaridad

Como la mayoría de los LED radiales, un pin es más largo que el otro. El pin más largo es el ánodo (positivo, A+), y el pin más corto es el cátodo (negativo, K-). El paquete también puede tener un punto plano en el borde cerca del pin del cátodo. La polaridad correcta es esencial para el funcionamiento.

6. Guías de Soldadura y Montaje

• Soldadura Manual:Utilice un soldador con control de temperatura. Limite el tiempo de soldadura por pin a un máximo de 3-5 segundos a una temperatura no superior a 350°C para evitar daños térmicos en el paquete de plástico y las conexiones internas.
• Soldadura por Ola:Es posible pero requiere un control cuidadoso de los perfiles de precalentamiento y temperatura de la ola de soldadura para mantenerse dentro del límite de 260°C durante 5 segundos máximo.
• Limpieza:Si es necesaria la limpieza después de soldar, utilice disolventes apropiados compatibles con el material del paquete de plástico azul. Evite la limpieza ultrasónica que puede dañar la estructura interna del chip.
• Doblado de Pines:Si se requiere formar los pines, dóblelos en un punto no más cercano a 3mm del cuerpo del paquete para evitar tensión en el sellado. Utilice herramientas adecuadas para evitar mellas o daños en los pines.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en un entorno seco y antiestático a temperaturas entre -40°C y +100°C. El Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) no se declara explícitamente, pero tratarlo como MSL 2A o mejor (vida útil en suelo >1 año) es típico para este tipo de paquete.

7. Información de Embalaje y Pedido

• Especificación de Embalaje:Los LED se empaquetan típicamente en bolsas que contienen de 200 a 500 piezas. Cinco bolsas se colocan en una caja, y diez cajas constituyen un cartón de envío.
• Información de la Etiqueta:La etiqueta del embalaje incluye información crítica para la trazabilidad e identificación:
  • CPN (Número de Parte del Cliente): Asignado por el comprador.
  • P/N (Número de Producción): El número de parte del fabricante (IR533C).
  • QTY (Cantidad de Embalaje): Número de piezas en la bolsa/caja.
  • CAT (Clasificación): El código de clasificación de rendimiento (ej., M para intensidad radiante).
  • HUE: La clasificación de longitud de onda de pico.
  • LOT No: El número de lote de fabricación único para trazabilidad.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Circuito de Accionamiento Básico:El circuito más simple implica una resistencia limitadora de corriente en serie conectada a una fuente de tensión. El valor de la resistencia (R) se calcula usando la Ley de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF, donde Vcc es la tensión de alimentación, VF es la tensión directa del LED a la corriente deseada IF, e IF es la corriente directa objetivo (ej., 20mA). Asegúrese siempre de que la potencia nominal de la resistencia sea adecuada (P = IF² * R).

Funcionamiento Pulsado para Alta Intensidad:Para aplicaciones como mandos a distancia de largo alcance, utilice las especificaciones de pulsado. Se puede usar un transistor (BJT o MOSFET) para conmutar la alta corriente pulsada (hasta 1A) desde un condensador o una fuente de mayor tensión. La resistencia en serie debe calcularse en base a la VF pulsada y la corriente de pulso deseada. Asegúrese de que se respetan estrictamente las restricciones de ancho de pulso y ciclo de trabajo (≤100μs, ≤1%).

8.2 Consideraciones de Diseño

• Disipación de Calor:Aunque el paquete tiene una capacidad de disipación térmica limitada, para funcionamiento continuo cerca de la corriente máxima (100mA), considere la temperatura ambiente y proporcione una ventilación adecuada. Se debe seguir la curva de reducción (Fig.1).
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 25 grados proporciona un enfoque natural. Para haces más estrechos, se pueden usar lentes o reflectores externos. Para una cobertura más amplia, pueden ser necesarios múltiples LED o difusores.
• Emparejamiento con el Receptor:Asegúrese de que el receptor (fototransistor, fotodiodo o CI) sea sensible en la región de 940nm. Usar un filtro IR coincidente en el receptor puede mejorar enormemente la relación señal/ruido al bloquear la luz visible ambiental.
• Ruido Eléctrico:En aplicaciones de detección analógica sensibles, accione el LED con una fuente de corriente constante en lugar de una simple resistencia para una salida más estable. Para sistemas digitales pulsados, asegure tiempos de subida/bajada rápidos de la señal de accionamiento.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El IR533C se posiciona dentro del amplio mercado de LED IR de 5mm a través de características específicas:

• Alta Intensidad Radiante:Su valor típico de 7.8 mW/sr a 20mA y su capacidad para una salida pulsada muy alta (350 mW/sr a 1A) lo hacen adecuado para aplicaciones que requieren mayor alcance o mayor fuerza de señal en comparación con los LED IR estándar de baja potencia.
• Longitud de Onda de 940nm:Esta es la longitud de onda IR más común y versátil. Ofrece un buen equilibrio entre la sensibilidad del detector de silicio, la disponibilidad de filtros coincidentes y la seguridad ocular relativa en comparación con longitudes de onda del infrarrojo cercano más cortas.
• Paquete Estándar:El omnipresente factor de forma de 5mm asegura una fácil integración en diseños existentes, placas de prototipos y recortes de panel estándar.
• Baja Tensión Directa:Una VF típica de 1.5V a 20mA permite un funcionamiento eficiente desde fuentes de alimentación lógicas de bajo voltaje (3.3V, 5V) con una caída de tensión mínima en la resistencia limitadora, dejando más margen para un funcionamiento estable.
• Cumplimiento Normativo:El cumplimiento declarado con las normas RoHS (Sin Plomo), REACH de la UE y Sin Halógenos aborda los requisitos ambientales y regulatorios modernos para componentes electrónicos.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo accionar este LED continuamente a 100mA?

R1: El Límite Absoluto Máximo para la corriente directa continua es de 100mA a Ta=25°C. Sin embargo, debe consultar la curva de reducción (Fig.1). A temperaturas ambiente elevadas, la corriente continua máxima permitida disminuye significativamente para evitar exceder la temperatura máxima de la unión y el límite de disipación de potencia de 150mW. Para un funcionamiento fiable a largo plazo, a menudo es aconsejable diseñar para una corriente más baja (ej., 50-75mA).

P2: ¿Cuál es la diferencia entre Intensidad Radiante (mW/sr) y Potencia Radiante (mW)?

R2: La Intensidad Radiante es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). La Potencia Radiante (o Flujo) es la potencia óptica total emitida en todas las direcciones. Para estimar la potencia total, necesitaría integrar la intensidad sobre todo el patrón de emisión espacial (Fig.6). Para un LED con ángulo de visión de 25 grados, la potencia total es significativamente menor que el valor de intensidad en el eje multiplicado por 4π estereorradianes.

P3: ¿Cómo selecciono la resistencia limitadora de corriente correcta?

R3: Use la fórmula R = (Vs - VF) / IF. Utilice la VF *máxima* de la hoja de datos para su IF elegido para asegurar suficiente caída de tensión en la resistencia en todas las condiciones, evitando sobrecorriente. Por ejemplo, para una alimentación de 5V y un objetivo de 20mA: R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175 Ohmios. Use el siguiente valor estándar (180 Ohmios). Potencia en la resistencia: P = (0.02A)² * 180Ω = 0.072W, por lo que una resistencia de 1/8W o 1/4W es segura.

P4: ¿Por qué la tensión directa es más baja a 100mA pulsado que a 20mA DC en la tabla?

R4: Esto parece ser una discrepancia en los datos proporcionados (Típ. 1.4V a 100mA pulsado vs. 1.5V a 20mA). En realidad, VF debería aumentar con la corriente debido a la resistencia en serie. La medición pulsada a 100mA podría tener un aumento de temperatura de unión menor que una medición DC a 20mA, lo que podría afectar ligeramente a VF. Diseñe siempre utilizando la VF *máxima* especificada para su condición de funcionamiento para estar seguro.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

Ejemplo 1: Transmisor de Control Remoto por Infrarrojos de Largo Alcance.

Objetivo: Lograr un alcance de 30 metros en condiciones de interior.

Diseño: Utilice funcionamiento pulsado al límite máximo. Accione el IR533C con pulsos de 1A de 50μs de ancho a un ciclo de trabajo de 1/40 (ej., 50μs encendido, 1950μs apagado, cumpliendo la especificación ≤100μs, ≤1%). Un circuito simple usa un pin GPIO de un microcontrolador para accionar la base de un transistor NPN (ej., 2N2222) a través de una pequeña resistencia de base. El colector del transistor se conecta al ánodo del LED, y el cátodo del LED se conecta a tierra a través de una resistencia de bajo valor para establecer la corriente calculada para 1A. El ánodo del LED también se conecta a un condensador cargado (ej., 100μF) cerca del LED para suministrar la alta corriente de pico. Esta configuración aprovecha la alta intensidad radiante pulsada (350 mW/sr típ.) para un alcance máximo.

Ejemplo 2: Sensor de Proximidad o Detección de Objetos.

Objetivo: Detectar un objeto dentro de 10cm.

Diseño: Use funcionamiento continuo a una corriente moderada (ej., 50mA) para una salida estable. Empareje el IR533C con un fototransistor de silicio coincidente colocado a unos centímetros de distancia. Module la corriente de accionamiento del LED a una frecuencia específica (ej., 38kHz) usando el microcontrolador. El circuito receptor incluye un filtro de paso de banda sintonizado a 38kHz. Esta técnica hace que el sistema sea inmune a los cambios de luz ambiental (luz solar, luces de la habitación). La longitud de onda de 940nm minimiza la interferencia de la luz visible. La baja VF permite que el sistema funcione desde una fuente de alimentación de 3.3V del microcontrolador.

12. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se polariza en directa (tensión positiva aplicada al lado p en relación con el lado n), los electrones de la región n se inyectan a través de la unión hacia la región p, y los huecos de la región p se inyectan en la región n. Estos portadores minoritarios inyectados (electrones en la región p, huecos en la región n) se recombinan con los portadores mayoritarios. En un semiconductor de banda prohibida directa como el Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs), una parte significativa de este evento de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida (Eg) del material semiconductor, según la ecuación λ ≈ 1240 / Eg (con Eg en electrón-voltios y λ en nanómetros). Para GaAlAs sintonizado para emisión de 940nm, la banda prohibida es aproximadamente 1.32 eV. El dopado específico y la estructura de capas del chip están diseñados para maximizar la eficiencia de este proceso de recombinación radiativa dentro del espectro infrarrojo.

13. Tendencias Tecnológicas

La tecnología fundamental detrás de dispositivos como el IR533C es madura. Sin embargo, las tendencias en el mercado más amplio de LED IR influyen en su contexto de aplicación y desarrollo:

• Mayor Potencia y Eficiencia:La investigación continua en ciencia de materiales tiene como objetivo mejorar la eficiencia de conversión eléctrica a óptica (potencia óptica de salida / potencia eléctrica de entrada) de los LED IR, permitiendo una salida más brillante o un menor consumo de energía. Esto es impulsado por aplicaciones en sensores de tiempo de vuelo (ToF), LiDAR y reconocimiento facial.
• Miniaturización:Mientras que el formato de 5mm sigue siendo popular para diseños con orificios pasantes, los paquetes de montaje superficial (SMD) (ej., 0805, 1206 y paquetes a escala de chip) se están volviendo dominantes para el montaje automatizado y diseños con limitaciones de espacio como teléfonos inteligentes y wearables.
• Soluciones Integradas:Existe una tendencia a combinar el LED IR con un CI controlador, un fotodetector y, a veces, incluso un microcontrolador en un solo módulo. Estos módulos de "fusión de sensores" simplifican el diseño para los usuarios finales en aplicaciones como control por gestos o detección de presencia.
• Diversificación de Longitudes de Onda:Si bien 940nm es estándar, otras longitudes de onda como 850nm (a menudo visible como un tenue brillo rojo) se usan donde cierta visibilidad es aceptable y la sensibilidad del detector de silicio es ligeramente mayor. Longitudes de onda más largas (1050nm, 1300nm, 1550nm) se utilizan para aplicaciones especializadas como LiDAR seguro para los ojos y comunicaciones ópticas.
• Expansión de Aplicaciones:El crecimiento del Internet de las Cosas (IoT), la automatización del hogar inteligente, el monitoreo del conductor automotriz y la seguridad biométrica está creando continuamente nuevas aplicaciones para emisores infrarrojos fiables y de bajo coste como el IR533C.