Hoja de Datos del LED Infrarrojo SIR323-5 de 5.0mm - Paquete 5mm - Voltaje Directo 1.3V - Longitud de Onda 875nm - Disipación de Potencia 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El SIR323-5 es un diodo emisor de infrarrojos (IR) de alta intensidad, alojado en un paquete plástico estándar T-1 3/4 (5mm) transparente al agua. Está diseñado para emitir luz con una longitud de onda pico de 875 nanómetros (nm), que se encuentra dentro del espectro del infrarrojo cercano. Este dispositivo está concebido para aplicaciones que requieren fuentes de luz infrarroja potentes y fiables, con una salida espectral específicamente adaptada para ser compatible con fototransistores de silicio, fotodiodos y módulos receptores de infrarrojos comunes. El paquete presenta una separación estándar de terminales de 2.54mm para facilitar su integración en diseños de placas de circuito impreso (PCB) de orificio pasante.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales de este componente incluyen su alta intensidad radiante, que garantiza una transmisión de señal potente, y su bajo voltaje directo, lo que contribuye a un funcionamiento energéticamente eficiente. Está fabricado con materiales libres de plomo y cumple con la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), las regulaciones REACH de la UE y los estándares libres de halógenos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), lo que lo hace adecuado para mercados globales con estrictos requisitos medioambientales. El dispositivo se caracteriza por su alta fiabilidad, un factor crítico para la electrónica de consumo e industrial. Sus aplicaciones objetivo se centran principalmente en sistemas de señalización inalámbricos y sin contacto.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los principales parámetros eléctricos, ópticos y térmicos definidos en la hoja de datos.

2.1 Especificaciones Absolutas Máximas

Estas especificaciones definen los límites 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 (I_F): 100 mA. Esta es la corriente máxima de CC que se puede aplicar continuamente al LED sin riesgo de degradación.
• Corriente Directa Pico (I_FP): 1.0 A. Esta corriente elevada solo es permisible en condiciones de pulsos con un ancho de pulso ≤ 100μs y un ciclo de trabajo ≤ 1%. Esto permite ráfagas de luz muy brillantes y cortas, útiles para transmisión de largo alcance.
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V. Aplicar un voltaje de polarización inversa que exceda este valor puede causar la ruptura de la unión.
• Disipación de Potencia (P_d): 150 mW a una temperatura ambiente de 25°C o inferior. Esta es la potencia máxima que el paquete puede disipar en forma de calor. Exceder este límite eleva la temperatura de la unión, reduciendo la vida útil y la salida.
• Temperatura de Funcionamiento y Almacenamiento: El dispositivo puede funcionar desde -40°C hasta +85°C y almacenarse desde -40°C hasta +100°C.
• Temperatura de Soldadura: 260°C durante un tiempo no superior a 5 segundos, lo que es compatible con los perfiles estándar de soldadura por reflujo sin plomo.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C) y definen el rendimiento del dispositivo.

• Intensidad Radiante (I_e): Esta es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). Con una corriente directa de 20mA, el valor típico es 7.8 mW/sr, con un mínimo de 4.0 mW/sr. En condiciones de pulso (I_F=100mA, pulso ≤100μs, ciclo ≤1%), la intensidad radiante típica alcanza los 40 mW/sr, mostrando su capacidad para ráfagas de alta potencia.
• Longitud de Onda Pico (λ_p): 875 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la que la potencia óptica emitida es máxima. El ancho de banda espectral (Δλ) es típicamente de 45 nm, indicando el rango de longitudes de onda emitidas alrededor del pico.
• Voltaje Directo (V_F): A 20mA, el voltaje directo típico es de 1.3V, con un máximo de 1.65V. En la condición de pulso de 100mA, aumenta a un valor típico de 1.4V (máx. 1.8V). Este bajo V_Fes beneficioso para el diseño de circuitos de bajo voltaje.
• Corriente Inversa (I_R): Máximo 10 μA a un voltaje inverso de 5V, lo que indica un buen aislamiento de la unión.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 35 grados (típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo (en el eje). Un ángulo de 35 grados proporciona un haz moderadamente enfocado, adecuado para aplicaciones dirigidas.

Nota sobre la Incertidumbre de Medición: La hoja de datos especifica tolerancias para mediciones clave: V_F(±0.1V), I_e(±10%), y λ_p(±1.0nm). Estas deben considerarse en los cálculos de diseño de precisión.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

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

3.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva (Fig.1) muestra típicamente la reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Para evitar exceder la temperatura máxima de la unión y el límite de disipación de 150mW, la corriente directa continua debe reducirse cuando se opera por encima de 25°C. Los diseñadores deben consultar este gráfico para aplicaciones a alta temperatura.

3.2 Distribución Espectral

El gráfico de distribución espectral (Fig.2) representa la intensidad relativa frente a la longitud de onda. Confirma visualmente la longitud de onda pico en 875nm y el ancho de banda espectral aproximado de 45nm. Esta curva es esencial para garantizar la compatibilidad con la sensibilidad espectral del receptor previsto (fototransistor, fotodiodo o CI).

3.3 Intensidad Relativa vs. Corriente Directa

Este gráfico (Fig.3) demuestra la relación entre la corriente de accionamiento y la salida de luz. Para los LEDs, la salida óptica es generalmente proporcional a la corriente directa en el rango de funcionamiento normal. Sin embargo, la eficiencia puede disminuir a corrientes muy altas debido a efectos térmicos y otras no linealidades. La curva ayuda a los diseñadores a seleccionar la corriente de accionamiento adecuada para lograr la intensidad radiante deseada.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este diagrama polar (Fig.4) mapea el patrón de emisión del LED. Muestra cómo la intensidad disminuye a medida que el ángulo de observación se aleja del eje central (0°). El ángulo de visión de 35 grados (donde la intensidad es el 50% del pico) se deriva de esta curva. Esta información es crítica para el diseño de sistemas ópticos, determinando la cobertura del haz y las tolerancias de alineación.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete estándar de LED redondo de 5mm (T-1 3/4). El dibujo mecánico detallado en la hoja de datos proporciona todas las dimensiones críticas, incluido el diámetro del cuerpo, la forma de la lente, la longitud de los terminales y su separación. La separación de terminales se confirma como 2.54mm (0.1 pulgadas), que es el estándar para componentes de orificio pasante. Todas las dimensiones tienen una tolerancia de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario. El material de la lente es plástico transparente al agua, optimizado para la transmisión infrarroja con una absorción mínima.

4.2 Identificación de Polaridad

Para los LEDs de orificio pasante, la polaridad suele indicarse mediante dos características: la longitud de los terminales y la estructura interna. El terminal más largo es el ánodo (positivo), y el terminal más corto es el cátodo (negativo). Además, muchos paquetes tienen un punto plano en el borde de la base de la lente cerca del terminal del cátodo. Siempre verifique la polaridad antes de soldar para evitar daños por polarización inversa.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El dispositivo está clasificado para soldadura por ola o manual. El parámetro clave es la temperatura máxima de soldadura de 260°C durante un tiempo no superior a 5 segundos. Esto se alinea con los estándares IPC/JEDEC J-STD-020 para perfiles de reflujo sin plomo. La exposición prolongada a altas temperaturas puede dañar el paquete plástico y las conexiones internas de alambre. Al soldar manualmente, utilice un soldador con control de temperatura y minimice el tiempo de contacto. Asegúrese de que el dispositivo se almacene en un ambiente seco según el rango de temperatura de almacenamiento (-40 a +100°C) para evitar la absorción de humedad, que puede causar "efecto palomita" durante el reflujo.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Especificación de Embalaje

Los componentes se empaquetan en bolsas antiestáticas para su protección. La cantidad de embalaje estándar es de 200 a 500 piezas por bolsa. Cinco bolsas se colocan en una caja. Finalmente, diez cajas se empaquetan en un cartón de envío.

6.2 Especificación de Etiqueta

La etiqueta del embalaje contiene varios identificadores clave:

• CPN: Número de Producción del Cliente (número de pieza específico del cliente).
• P/N: Número de Producción (número de pieza del fabricante, ej., SIR323-5).
• QTY: Cantidad de Empaquetado.
• CAT: Rangos (puede indicar clasificaciones de rendimiento).
• HUE: Longitud de Onda Pico (ej., 875nm).
• REF: Referencia.
• LOT No: Número de Lote para trazabilidad.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Unidades de Control Remoto por Infrarrojos: La alta intensidad radiante, especialmente en modo de pulso (40 mW/sr típ.), lo hace ideal para mandos a distancia de largo alcance para televisores, sistemas de audio y otros dispositivos electrónicos de consumo.
• Sistemas de Transmisión en Aire Libre: Se utiliza en enlaces de datos inalámbricos de corto alcance, alarmas de intrusión y sistemas de detección de objetos donde un haz IR se transmite por el aire a un receptor.
• Detectores de Humo: A menudo empleado en detectores de humo ópticos (fotoeléctricos). Un haz de LED IR es dispersado por partículas de humo hacia un fotodiodo, activando la alarma.
• Sistemas Aplicados de Infrarrojos Generales: Incluye automatización industrial (conteo de objetos, detección de posición), pantallas táctiles y codificadores ópticos.

7.2 Consideraciones de Diseño y Protección del Circuito

• Limitación de Corriente: Un LED es un dispositivo accionado por corriente. Utilice siempre una resistencia limitadora de corriente en serie (o un controlador de corriente constante) para evitar exceder la corriente directa continua máxima (100mA). El valor de la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F.
• Funcionamiento por Pulsos: Para ráfagas de alta intensidad, asegúrese de que el circuito de accionamiento pueda entregar la corriente pico de 1A mientras se adhiere estrictamente a los límites de ancho de pulso (≤100μs) y ciclo de trabajo (≤1%). Un simple pin GPIO de un microcontrolador a menudo no puede suministrar tanta corriente directamente y puede requerir un interruptor de transistor (ej., MOSFET).
• Protección contra Voltaje Inverso: Aunque el dispositivo puede tolerar hasta 5V en inversa, es una buena práctica evitar la polarización inversa. En circuitos acoplados en CA o donde es posible un voltaje inverso, considere agregar un diodo de protección en paralelo con el LED (cátodo a ánodo).
• Gestión del Calor: Aunque el paquete es pequeño, a corrientes más altas y temperaturas ambientales elevadas, la disipación de potencia se vuelve importante. Asegure una ventilación adecuada y considere la curva de reducción de potencia si opera por encima de 25°C.
• Diseño Óptico: Considere el ángulo de visión de 35 grados. Para haces enfocados, pueden necesitarse lentes o reflectores externos. Para iluminación de área amplia, el ángulo nativo puede ser suficiente. Asegúrese de que el receptor esté espectralmente adaptado al pico de 875nm.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El SIR323-5 se diferencia en el mercado de LEDs IR de 5mm a través de una combinación de parámetros clave. En comparación con los LEDs IR genéricos de 5mm, ofrece una mayor intensidad radiante típica (7.8 mW/sr @20mA frente a menudo 5-6 mW/sr), permitiendo un mayor alcance o un menor consumo de energía para la misma intensidad de señal. Su bajo voltaje directo (1.3V típ.) es ventajoso para dispositivos alimentados por batería. La longitud de onda de 875nm es un estándar común, lo que garantiza una amplia compatibilidad con receptores basados en silicio. Su cumplimiento con los estándares medioambientales modernos (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) es un requisito obligatorio para la mayoría de la fabricación electrónica contemporánea, lo que puede no ser el caso de alternativas más antiguas o de menor costo.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Cuál es la diferencia entre Intensidad Radiante e Intensidad Luminosa?

La Intensidad Radiante (I_e, medida en mW/sr) es lapotenciaóptica emitida por ángulo sólido, relevante para todas las longitudes de onda. La Intensidad Luminosa (medida en candelas, cd) está ponderada por la sensibilidad del ojo humano (curva fotópica) y solo tiene sentido para la luz visible. Dado que este es un LED infrarrojo, la Intensidad Radiante es la métrica correcta y especificada.

9.2 ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

Nodebeconectarlo directamente. Un pin GPIO de microcontrolador tiene un límite de suministro de corriente (a menudo 20-40mA) y no puede manejar el consumo de corriente potencial del LED o el pulso de 1A. Más importante aún, debe tener una resistencia en serie para limitar la corriente. Por ejemplo, desde una fuente de 5V apuntando a I_F=20mA y V_F=1.3V: R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185 Ohmios (use una resistencia estándar de 180 o 220 Ohmios). El pin GPIO luego accionaría la base/puerta de un transistor que conmuta la corriente del LED.

9.3 ¿Por qué la Corriente Directa Pico (1A) es mucho mayor que la Corriente Continua (100mA)?

Esto se debe a los límites térmicos. El pulso de 1A es tan corto (≤100μs) e infrecuente (ciclo ≤1%) que la unión del semiconductor no tiene tiempo de calentarse significativamente. La clasificación continua de 100mA considera el calor generado en estado estacionario, que el paquete debe disipar al ambiente para mantener la temperatura de la unión dentro de límites seguros.

9.4 ¿Cómo elijo un receptor compatible para este LED?

Busque un fototransistor, fotodiodo o módulo receptor de IR cuya sensibilidad espectral pico esté alrededor de 875nm. La mayoría de los detectores basados en silicio tienen una sensibilidad pico entre 800nm y 950nm, lo que los hace una buena opción. Consulte siempre la hoja de datos del receptor para ver su curva de sensibilidad espectral.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Control Remoto IR de Largo Alcance
Objetivo: Transmitir una señal fiable hasta 15 metros en una sala de estar típica.
Decisiones de Diseño:

1. Modo de Accionamiento: Utilice funcionamiento por pulsos a I_FP= 1A para maximizar la intensidad radiante (40 mW/sr típ.) y obtener el mayor alcance.
2. Circuito: Un microcontrolador genera la secuencia de pulsos codificada. Un pin GPIO controla un MOSFET de canal N. El LED y una pequeña resistencia de detección de corriente se colocan en serie entre la fuente de alimentación (ej., 2 pilas AA ~3V) y el drenador del MOSFET. El valor de la resistencia es pequeño, solo para establecer la corriente pico: R = (V_batería- V_{F_pulso}- V_{DS_on}) / 1A. Se utiliza una resistencia de puerta para el MOSFET.
3. Temporización de Pulsos: Asegúrese de que cada pulso alto en el código del control remoto (ej., protocolo NEC) tenga un ancho ≤100μs. El ciclo de trabajo durante toda la ráfaga de transmisión debe ser ≤1%. Esto generalmente se cumple fácilmente para códigos de control remoto cortos.
4. Óptica: El haz nativo de 35 grados puede ser suficiente. Para una mejor direccionalidad y alcance, se podría agregar una lente colimadora de plástico simple frente al LED.

Este enfoque aprovecha las fortalezas clave del SIR323-5: alta salida en pulsos y bajo voltaje directo, permitiendo un control remoto potente a partir de una pequeña fuente de batería.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo (ánodo positivo respecto al cátodo), los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En un diodo de silicio estándar, esta energía se libera principalmente como calor. En materiales como el Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs), utilizado en este LED, una parte significativa de esta energía de recombinación se libera como fotones (luz). La longitud de onda específica de la luz emitida (875nm en este caso) está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor, que se diseña durante el proceso de crecimiento del cristal. El paquete epoxi transparente al agua actúa como una lente, dando forma a la luz emitida en el patrón de haz característico.

12. Tendencias y Avances Tecnológicos

La tecnología de LED infrarrojos continúa evolucionando. Si bien el paquete básico de 5mm de orificio pasante sigue siendo popular para diseños heredados y uso de aficionados, la tendencia de la industria se dirige fuertemente hacia paquetes de dispositivos de montaje superficial (SMD) (ej., 0805, 1206 o paquetes a escala de chip). Los SMD ofrecen un tamaño más pequeño, mejor idoneidad para el montaje automatizado pick-and-place y, a menudo, un rendimiento térmico mejorado. También hay un desarrollo continuo en materiales para lograr una mayor eficiencia (más salida de luz por vatio eléctrico de entrada), diferentes longitudes de onda pico para aplicaciones de detección específicas (ej., 940nm para operación encubierta, 850nm para cámaras de vigilancia con iluminación IR) e integración del LED con el circuito de accionamiento o incluso el receptor en un solo módulo. Sin embargo, el principio de funcionamiento fundamental y los parámetros clave descritos para el SIR323-5 siguen siendo la piedra angular para comprender y especificar cualquier LED IR.