Hoja de Datos del LED Infrarrojo HIR7393C de 5mm - Diámetro 5.0mm - Voltaje Directo 1.45V - Longitud de Onda 850nm - Disipación de Potencia 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este dispositivo es un diodo emisor de infrarrojos (IRED) de alta intensidad, encapsulado en un paquete estándar T-1 3/4 (5.0mm de diámetro) con una lente de plástico 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, garantizando un funcionamiento fiable en sistemas de detección y comunicación.

1.1 Características Clave y Ventajas Principales

• Alta Intensidad Radiante:Proporciona una intensidad radiante típica de 15 mW/sr con una corriente directa de 20mA, permitiendo una transmisión de señal potente.
• Bajo Voltaje Directo:Presenta un voltaje directo típico (V_F) de 1.45V a 20mA, contribuyendo a un menor consumo de energía en los circuitos.
• Alta Fiabilidad:Construido con materiales y procesos robustos adecuados para aplicaciones industriales.
• Libre de Plomo y Cumple con RoHS:Fabricado para cumplir con las normativas medioambientales.
• Espaciado de Terminales Estándar:Espaciado de pines de 2.54mm (0.1 pulgada) para compatibilidad con placas de pruebas y PCBs estándar.

1.2 Mercado Objetivo y Aplicaciones

Este LED infrarrojo está dirigido principalmente a diseñadores e ingenieros que trabajan en sistemas electrónicos que requieren fuentes de luz no visibles. Su aplicación principal es ensistemas aplicados de infrarrojos, que incluye de manera general:

• Detección de objetos y sensado de proximidad
• Transmisión de datos por infrarrojos (ej., mandos a distancia, comunicación de corto alcance)
• Codificadores ópticos y sensado de posición
• Sistemas de barrera y sensores de seguridad
• Automatización industrial e iluminación para visión artificial

2. Análisis Profundo 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 una temperatura ambiente de 25°C o inferior)
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante ≤5 segundos

2.2 Características Electroópticas (Ta=25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo las condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Radiante (I_e):Mín. 7.8, Típ. 15 mW/sr @ I_F=20mA. Puede alcanzar ~50 mW/sr @ I_F=100mA en condiciones de pulso.
• Longitud de Onda Pico (λ_p):850 nm (Típica) @ I_F=20mA. Esto está cerca de la sensibilidad pico de los detectores de silicio.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):45 nm (Típica) @ I_F=20mA. Define el ancho espectral a la mitad de la intensidad máxima.
• Voltaje Directo (V_F):Típ. 1.45V, Máx. 1.65V @ I_F=20mA. Típ. 1.80V, Máx. 2.40V @ I_F=100mA (pulsado).
• Corriente Inversa (I_R):Máx. 10 μA @ V_R=5V.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):45 grados (Típico) @ I_F=20mA. Este es el ángulo total a la mitad de la intensidad.

2.3 Características Térmicas

La clasificación de disipación de potencia de 150mW se especifica a una temperatura ambiente de 25°C o inferior. A medida que aumenta la temperatura ambiente, la disipación de potencia máxima permitida disminuye. Los diseñadores deben consultar la curva de reducción de potencia (implícita en la hoja de datos) para asegurar que la temperatura de unión no exceda los límites seguros, lo cual es crítico para la fiabilidad a largo plazo. El rango de temperatura de operación de -40°C a +85°C lo hace adecuado para entornos hostiles.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El HIR7393C está disponible en diferentes grados de rendimiento, o "bins", basados en la intensidad radiante medida a I_F= 20mA. Esto permite seleccionar un dispositivo que cumpla con requisitos específicos de brillo.

Clasificación por Intensidad Radiante (Unidad: mW/sr):

• Bin M:Mín 7.8, Máx 12.5
• Bin N:Mín 11.0, Máx 17.6
• Bin P:Mín 15.0, Máx 24.0
• Bin Q:Mín 21.0, Máx 34.0

La selección de un bin superior (ej., Q) garantiza una intensidad radiante mínima más alta, lo que puede ser importante para maximizar la relación señal/ruido en aplicaciones de sensado o aumentar el alcance de la transmisión IR.

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 la temperatura aumenta, la corriente máxima debe reducirse para evitar el sobrecalentamiento y asegurar que la temperatura de unión se mantenga dentro de los límites seguros. Esta curva es esencial para diseñar circuitos fiables, especialmente en entornos de alta temperatura.

4.2 Distribución Espectral

La curva de distribución espectral grafica la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda. Confirma la emisión pico a 850nm y el ancho de banda espectral de aproximadamente 45nm. La curva es relativamente simétrica y centrada en 850nm, lo cual es ideal para emparejarse con detectores basados en silicio que tienen una sensibilidad pico alrededor de 800-900nm.

4.3 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Esta curva demuestra que la intensidad radiante aumenta con la corriente directa, pero la relación no es perfectamente lineal, especialmente a corrientes más altas debido al calentamiento y la caída de eficiencia. Operar en modo pulsado (como se especifica para la prueba de 100mA) permite una intensidad de pico más alta sin la acumulación térmica asociada con la operación continua.

4.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular

Este gráfico polar ilustra el patrón de emisión espacial del LED. El ángulo de visión de 45 grados (ancho total a media potencia) indica un haz moderadamente amplio. La intensidad es más alta a 0 grados (en el eje) y disminuye suavemente hacia los bordes. Este patrón es importante para diseñar sistemas ópticos que aseguren una cobertura o enfoque adecuados.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado redondo estándar T-1 3/4 (5.0mm de diámetro). Las dimensiones clave incluyen:

• Diámetro total: 5.0mm.
• Espaciado de terminales: 2.54mm (estándar).
• Diámetro de terminales: Típicamente 0.45mm.
• Altura del encapsulado: Aproximadamente 8.6mm desde el plano de asiento hasta la parte superior de la cúpula.
• Tolerancias: ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario en el dibujo detallado de dimensiones.

Se debe consultar el dibujo mecánico exacto para el diseño crítico de ubicación y huella en un PCB.

5.2 Identificación de Polaridad

El LED tiene un punto plano o una muesca en el borde de la lente de plástico, que típicamente indica el lado del cátodo (negativo). El terminal del cátodo también suele ser el terminal más corto, aunque esto puede recortarse durante el montaje. Siempre verifique la polaridad antes de soldar para evitar daños por polarización inversa.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Formado de Terminales

• Doble los terminales en un punto al menos a 3mm de la base de la bombilla de epoxi.
• Realice el formado de terminalesantes soldering.
• Evite aplicar tensión al encapsulado del LED durante el doblado.
• Corte los terminales a temperatura ambiente.
• Asegúrese de que los orificios del PCB estén perfectamente alineados con los terminales del LED para evitar tensiones de montaje.

6.2 Almacenamiento

• Almacenamiento recomendado: ≤30°C y ≤70% de Humedad Relativa (HR).
• Vida útil en estas condiciones: 3 meses desde el envío.
• Para almacenamiento más prolongado (hasta 1 año): Use un contenedor sellado con atmósfera de nitrógeno y absorbente de humedad.
• Evite transiciones rápidas de temperatura en ambientes húmedos para prevenir la condensación.

6.3 Proceso de Soldadura

Regla General:Mantenga una distancia mínima de 3mm desde la unión de soldadura hasta la bombilla de epoxi.

Soldadura Manual:

• Temperatura de la punta del soldador: Máx. 300°C (para un soldador de 30W máx.).
• Tiempo de soldadura por terminal: Máx. 3 segundos.

Soldadura por Inmersión/Ola:

• Temperatura de precalentamiento: Máx. 100°C (durante máx. 60 segundos).
• Temperatura del baño de soldadura: Máx. 260°C.
• Tiempo de permanencia en la soldadura: Máx. 5 segundos.

Notas Críticas:

• Evite tensiones en los terminales durante las fases de alta temperatura.
• No realice soldadura por inmersión/manual más de una vez.
• Proteja el LED de impactos mecánicos/vibraciones hasta que se enfríe a temperatura ambiente después de soldar.
• Evite procesos de enfriamiento rápido.
• Utilice la temperatura más baja posible que logre una unión de soldadura fiable.

6.4 Limpieza

• Si es necesario, limpie solo con alcohol isopropílico a temperatura ambiente durante ≤1 minuto.
• Seque a temperatura ambiente antes de usar.
• Evite la limpieza ultrasónicaa menos que sea absolutamente necesario y esté precalificada, ya que puede causar daños mecánicos.

6.5 Gestión Térmica

La gestión térmica debe considerarse durante la fase de diseño del circuito. La corriente debe reducirse apropiadamente según la temperatura ambiente, como se muestra en la curva de reducción de potencia. Un área de cobre adecuada en el PCB (alivio térmico) alrededor de los terminales del LED puede ayudar a disipar el calor. Para operación pulsada de alta corriente o alto ciclo de trabajo, pueden requerirse medidas de refrigeración adicionales.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificación de Embalaje

• Paquete Primario:500 piezas por bolsa antiestática.
• Cartón Interno:5 bolsas (2500 piezas) por cartón interno.
• Cartón Maestro/Externo:10 cartones internos (25,000 piezas) por cartón externo.

7.2 Información de la Etiqueta

La etiqueta del producto contiene varios identificadores clave:

• CPN:Número de Producto del Cliente.
• P/N:Número de Producto del Fabricante (ej., HIR7393C).
• QTQ:Cantidad de Empaque en la bolsa.
• CAT:Rango de Intensidad Luminosa (Código de bin, ej., M, N, P, Q).
• HUE:Rango de Longitud de Onda Dominante.
• REF:Rango de Voltaje Directo.
• LOT No:Número de Lote de Fabricación para trazabilidad.

8. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El circuito más común es una conexión en serie simple con una resistencia limitadora de corriente. El valor de la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Por ejemplo, con una alimentación de 5V, V_F=1.45V, y la I_Fdeseada =20mA: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω. Una resistencia estándar de 180Ω sería adecuada. Para operación pulsada para mayor intensidad, es típico un interruptor de transistor o MOSFET controlado por un microcontrolador.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Conducción de Corriente:Siempre alimente los LED con una fuente de corriente constante o una fuente de voltaje limitada en corriente para prevenir la fuga térmica.
• Protección contra Voltaje Inverso:El voltaje inverso máximo es solo 5V. En circuitos donde es posible una polarización inversa (ej., acoplamiento AC, cargas inductivas), incluya un diodo de protección en paralelo con el LED (cátodo a ánodo).
• Diseño Óptico:Considere el ángulo de visión de 45 grados al diseñar lentes, reflectores o aperturas para su sistema. La lente transparente es adecuada para su uso con elementos ópticos externos.
• Emparejamiento con Detector:Asegúrese de que el fotodetector emparejado (fototransistor, fotodiodo, IC receptor) sea sensible en la región de 850nm para un rendimiento óptimo.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED visibles estándar u otros LED infrarrojos, el HIR7393C ofrece ventajas específicas:

• vs. LED Visibles:Emite en el espectro del infrarrojo cercano, invisible al ojo humano, lo que lo hace ideal para sensado discreto y comunicación.
• vs. LED IR de 940nm:La luz de 850nm es más fácilmente detectada por detectores de silicio estándar (que son más sensibles alrededor de 800-900nm) y a menudo es visible como un tenue brillo rojo con algunas cámaras digitales, ayudando en la alineación durante la creación de prototipos.
• vs. LED IR de Baja Potencia:Sus bins de mayor intensidad radiante (P, Q) proporcionan una salida más fuerte, permitiendo un mayor alcance o una mejor integridad de señal en entornos ruidosos.
• vs. Encapsulados No Estándar:El encapsulado T-1 3/4 es ubicuo, lo que facilita su obtención, prototipado y reemplazo.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P1: ¿Puedo alimentar este LED directamente desde un pin de un microcontrolador?

R: Depende de la capacidad de suministro de corriente del pin del microcontrolador. Muchos pines de MCU pueden suministrar 20mA, pero a menudo está en el límite superior. Generalmente es más seguro y recomendable usar un transistor simple (ej., NPN como el 2N3904) como interruptor para alimentar el LED, controlado por el pin del MCU.

P2: ¿Por qué la corriente de pulso máxima (1A) es mucho más alta que la corriente continua (100mA)?

R: La generación de calor es proporcional al cuadrado de la corriente (I²R). Un pulso muy corto (≤100μs) con un ciclo de trabajo bajo (≤1%) no permite suficiente tiempo para que se acumule calor significativo en el chip del LED, evitando daños térmicos. La operación continua a alta corriente causaría sobrecalentamiento.

P3: ¿Qué significa "espectralmente compatible"?

R: Significa que la longitud de onda de emisión pico de este LED (850nm) se alinea bien con la sensibilidad espectral pico de los fotodetectores comunes basados en silicio. Esta compatibilidad maximiza la señal eléctrica generada en el detector para una cantidad dada de luz IR, mejorando la eficiencia del sistema y la relación señal/ruido.

P4: ¿Cómo elijo el bin correcto (M, N, P, Q)?

R: Elija según los requisitos de sensibilidad de su sistema. Si necesita una salida alta y consistente (ej., para mayor alcance o a través de materiales atenuantes), especifique Bin P o Q. Para aplicaciones sensibles al costo donde el brillo mínimo es menos crítico, Bin M o N pueden ser suficientes. Consulte la tabla de clasificación para los valores mín/máx exactos.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

11.1 Sensor de Proximidad de Objetos Simple

Una aplicación clásica es un sensor de objetos reflectante. El HIR7393C se coloca adyacente a un fototransistor. El LED ilumina el área frente al sensor. Cuando un objeto se acerca, refleja la luz IR de vuelta al fototransistor, haciendo que su corriente de colector aumente. Este cambio puede ser detectado por un comparador o el ADC de un microcontrolador para activar una acción. El haz de 45 grados del LED proporciona un buen equilibrio entre el tamaño del punto y la intensidad para este tipo de sensado.

11.2 Enlace de Datos por Infrarrojos

Para transmisión de datos serie simple (como un mando a distancia de TV), el LED puede ser pulsado a alta corriente (ej., pulsos de 100mA) de acuerdo con una señal digital modulada (ej., portadora de 38kHz). La alta intensidad radiante en modo pulsado permite un alcance razonable. En el extremo receptor se utilizaría un módulo receptor de IR compatible (con demodulador incorporado) sintonizado a la misma frecuencia.

12. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (IRED) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se polariza en directa, los electrones de la región n y los huecos de la región p se inyectan en la región activa. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En un IRED hecho de Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs), esta energía se libera principalmente como fotones en el espectro infrarrojo (alrededor de 850nm en este caso). El encapsulado de epoxi transparente actúa como una lente, dando forma a la luz emitida en el patrón de haz característico. La eficiencia de este proceso de electroluminiscencia determina la intensidad radiante para una corriente de accionamiento dada.

13. Tendencias Tecnológicas

Si bien el encapsulado T-1 3/4 fundamental y la tecnología de 850nm son maduras, las tendencias en los LED IR incluyen:

• Mayor Eficiencia:Las mejoras continuas en ciencia de materiales apuntan a producir más potencia óptica (intensidad radiante) por unidad de potencia eléctrica de entrada, reduciendo la generación de calor y el consumo de energía.
• Espectros Más Estrechos:Algunas aplicaciones, como la detección de gases o la comunicación de alta velocidad, se benefician de LED con longitudes de onda de emisión muy específicas y estrechas.
• Dispositivos Integrados:Las tendencias incluyen combinar el LED IR y el fotodetector en un solo encapsulado (estilo acoplador óptico) o con circuitos de accionamiento para una integración de sistema más simple.
• Miniaturización:Si bien el de 5mm sigue siendo popular, los encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) son cada vez más comunes para el montaje automatizado y diseños compactos.
• Seguridad Ocular:Mayor enfoque en asegurar que las emisiones IR, especialmente de dispositivos de alta potencia, cumplan con los estándares internacionales de seguridad ocular (IEC 62471).

El HIR7393C representa un componente fiable y bien comprendido que continúa sirviendo como un bloque de construcción fundamental en una amplia gama de sistemas electrónicos de detección y control.