Hoja de Datos del LED Infrarrojo IR333-A de 5.0mm - Encapsulado T-1 3/4 - Longitud de Onda Pico 940nm - Voltaje Directo 1.5V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El IR333-A es un diodo emisor de infrarrojos (IR) de alta intensidad, encapsulado en un paquete estándar de plástico azul de 5.0mm (T-1 3/4). Este dispositivo está diseñado para emitir luz con una longitud de onda pico (λp) de 940 nanómetros, la cual está óptimamente adaptada a fotodetectores de silicio comunes como fototransistores, fotodiodos y módulos receptores de infrarrojos. Su función principal es servir como una fuente de luz infrarroja confiable en diversos sistemas de detección y transmisión.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El IR333-A ofrece varias ventajas clave que lo hacen adecuado para aplicaciones industriales y de consumo. Presenta una alta intensidad radiante, garantizando una transmisión de señal potente. Opera con un bajo voltaje directo, contribuyendo a la eficiencia energética. El dispositivo está diseñado pensando en el cumplimiento ambiental, ya que está libre de plomo, cumple con las regulaciones REACH de la UE y satisface los estándares libres de halógenos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Su espaciado de terminales de 2.54mm lo hace compatible con placas de pruebas estándar y PCB. Los mercados objetivo incluyen automatización industrial, electrónica de consumo, sistemas de seguridad e interfaces de comunicación de datos donde se requiere señalización infrarroja confiable.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de las características eléctricas, ópticas y térmicas especificadas en la hoja de datos.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente al dispositivo. No están destinados para operación normal.

• Corriente Directa Continua (IF):100 mA. Esta es la corriente máxima en DC que se puede aplicar continuamente sin degradar el rendimiento o la vida útil del LED.
• Corriente Directa Pico (IFP):1.0 A. Esta alta corriente solo es permisible bajo condiciones pulsadas con un ancho de pulso ≤ 100μs y un ciclo de trabajo ≤ 1%. Esto permite ráfagas de luz muy breves y de alta intensidad, útiles para ciertos protocolos de detección o comunicación.
• Voltaje Inverso (VR):5 V. El voltaje máximo que se puede aplicar en dirección inversa a través del LED. Exceder este valor puede causar ruptura.
• Temperatura de Operación (Topr):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente dentro del cual se garantiza que el dispositivo opere de acuerdo con sus especificaciones.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenar el dispositivo cuando no está en operación.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):260°C durante un máximo de 10 segundos. Esto define los límites del perfil de soldadura por reflujo para evitar daños al encapsulado.
• Disipación de Potencia (Pd):150 mW a una temperatura ambiente libre de 25°C o inferior. Esta es la potencia máxima que el encapsulado puede disipar como calor.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros, medidos en una condición de prueba estándar de Ta=25°C, definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación.

• Intensidad Radiante (Ie):Esta es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). Con una corriente de accionamiento estándar de 20mA, el valor típico es 20 mW/sr, con un mínimo de 7.8 mW/sr y un máximo de 48 mW/sr. Bajo condiciones pulsadas (100mA, ciclo de trabajo ≤1%), la intensidad típica aumenta a 85 mW/sr, y con la corriente pulsada pico de 1A, puede alcanzar 750 mW/sr. Esto demuestra la capacidad del dispositivo para aplicaciones de alta salida cuando se acciona con pulsos.
• Longitud de Onda Pico (λp):940 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la cual el LED emite la mayor potencia óptica. Es muy adecuada para su uso con detectores de silicio, que tienen buena sensibilidad en la región del infrarrojo cercano.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Esto indica el rango de longitudes de onda emitidas, centrado alrededor del pico. Un ancho de banda más estrecho puede ser beneficioso para filtrar el ruido de la luz ambiental.
• Voltaje Directo (VF):A 20mA, el voltaje directo típico es 1.5V (mín 1.2V, máx no especificado para 20mA en la tabla, pero implícito por otras condiciones). Este voltaje relativamente bajo contribuye a un menor consumo de energía. El voltaje aumenta con la corriente, como se muestra por los 1.4V (típ) a 100mA pulsado y 2.6V (típ) a 1A pulsado.
• Corriente Inversa (IR):Máximo de 10 μA a VR=5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está polarizado en inversa.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):20 grados (típico). Este es el ángulo total en el cual la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo (en el eje). Un ángulo de 20 grados indica un haz moderadamente enfocado, útil para aplicaciones de detección dirigida.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos incluye una tabla de clasificación para la Intensidad Radiante, una práctica común para categorizar LEDs según su rendimiento medido.

3.1 Clasificación por Intensidad Radiante

Los LEDs se clasifican en diferentes "bins" o rangos (M, N, P, Q, R) según su intensidad radiante medida a IF=20mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con un nivel de rendimiento mínimo garantizado para su aplicación. Por ejemplo, seleccionar un componente del bin "Q" garantiza una intensidad radiante entre 21.0 y 34.0 mW/sr. Este sistema asegura consistencia en las series de producción. La hoja de datos no indica clasificación para la longitud de onda pico o el voltaje directo para este número de parte específico, lo que sugiere un control estricto o una única especificación para esos parámetros.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Las curvas características típicas proporcionan información valiosa sobre cómo se comporta el LED bajo condiciones variables. Aunque los puntos de datos gráficos específicos no se proporcionan en el texto, las curvas referenciadas permiten el siguiente análisis.

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

Esta curva normalmente mostraría la reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Para evitar el sobrecalentamiento y garantizar la fiabilidad, la corriente directa continua debe reducirse cuando se opera por encima de 25°C. La disipación de potencia máxima absoluta de 150mW es el factor limitante.

4.2 Distribución Espectral (Fig.2)

Este gráfico visualiza la potencia óptica relativa en función de la longitud de onda. Mostraría una curva en forma de campana centrada en 940 nm con el ancho de banda espectral de 45 nm. Esto ayuda a comprender la pureza de la luz infrarroja y su coincidencia con la respuesta espectral del detector.

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

La longitud de onda pico de un LED tiene un coeficiente de temperatura, típicamente desplazándose hacia longitudes de onda más largas (corrimiento al rojo) a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta curva cuantifica ese desplazamiento para el IR333-A, lo cual es importante para aplicaciones que requieren una coincidencia precisa de longitud de onda.

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

Esta curva fundamental muestra la relación exponencial entre el voltaje aplicado a través del LED y la corriente resultante. Es crucial para diseñar el circuito de accionamiento limitador de corriente. La curva mostrará el voltaje típico de "rodilla" (alrededor de 1.2-1.5V) y cómo el voltaje aumenta con el incremento de la corriente.

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

Esta curva demuestra la relación sub-lineal entre la corriente de accionamiento y la salida de luz. Si bien la intensidad aumenta con la corriente, la eficiencia (salida de luz por unidad de entrada eléctrica) típicamente disminuye a corrientes muy altas debido al aumento de la generación de calor. Los datos de la tabla (20mA -> 20 mW/sr típ, 100mA pulsado -> 85 mW/sr típ) sugieren esta relación.

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

Este es el patrón de radiación espacial del LED. Grafica la intensidad normalizada en función del ángulo desde el eje central. Para un LED de 5mm con lente de domo, este patrón es típicamente Lambertiano o casi Lambertiano. El ángulo de visión especificado de 20 grados (2θ1/2) es un punto de datos clave de esta curva, definiendo el ancho del haz.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El IR333-A utiliza el encapsulado estándar de la industria T-1 3/4 (diámetro 5.0mm). El espaciado de terminales es de 2.54mm (0.1 pulgadas), que es el paso estándar para componentes de orificio pasante en placas de circuito impreso. El material del encapsulado es plástico azul, que puede actuar como un filtro de luz visible hasta cierto punto, ayudando a bloquear la luz visible ambiental para que no llegue al chip emisor de IR, lo que de otro modo podría causar interferencia en el circuito detector. El cátodo se identifica típicamente por un punto plano en el borde del encapsulado y/o un terminal más corto. Los diseñadores deben consultar el dibujo detallado del encapsulado (implícito en la sección "Dimensiones del Encapsulado") para obtener las dimensiones exactas y tolerancias (±0.25mm a menos que se especifique lo contrario).

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El límite absoluto máximo para la temperatura de soldadura es de 260°C durante una duración que no exceda los 10 segundos. Esta es una especificación típica para procesos de soldadura por reflujo sin plomo. Para soldadura manual, se debe usar un cautín con control de temperatura, y el tiempo de contacto debe minimizarse para evitar daños térmicos al encapsulado de plástico y a las conexiones internas de alambre. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo y montaje, ya que los LEDs son dispositivos semiconductores sensibles. El almacenamiento debe realizarse dentro del rango de temperatura especificado de -40°C a +100°C en un ambiente seco.

7. Información de Embalaje y Pedido

La especificación de embalaje estándar es la siguiente: de 200 a 500 piezas se empaquetan en una bolsa. Luego, cinco bolsas se colocan en una caja. Finalmente, diez cajas se empaquetan en un cartón maestro. La etiqueta en el embalaje incluye información crítica para la trazabilidad e identificación: Número de Producción del Cliente (CPN), Número de Parte (P/N), Cantidad de Empaque (QTY), Rangos (CAT, refiriéndose al bin de intensidad), Longitud de Onda Pico (HUE), un código de referencia y el Número de Lote (LOT No) que incluye un código para el mes de fabricación.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Sistemas de Transmisión en Aire Libre:Utilizados en controles remotos, enlaces de datos de corto alcance o sensores de proximidad donde una señal infrarroja se transmite a través del aire.
• Interruptores Optoelectrónicos y Detección de Objetos:Emparejado con un fototransistor o fotodiodo para crear un sensor de haz interrumpido para conteo, detección de posición o interruptores de límite.
• Unidad de Disquete:Históricamente utilizado para detectar la presencia de una pestaña de protección contra escritura o un disco en su lugar.
• Detectores de Humo:Empleados en detectores de humo de tipo oscurecimiento, donde las partículas de humo dispersan un haz de luz infrarroja entre un LED y un detector.
• Sistemas Aplicados de Infrarrojos Generales:Cualquier sistema embebido que requiera una fuente de luz IR confiable, modulada o continua.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Un LED es un dispositivo accionado por corriente. Es obligatorio un resistor en serie o un circuito de accionamiento de corriente constante para limitar la corriente directa a un valor seguro (por ejemplo, 20mA para operación continua). El valor del resistor se puede calcular usando la Ley de Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF.
• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, operar a altas temperaturas ambientales o cerca de la corriente máxima generará calor. Asegure una ventilación adecuada o reduzca la corriente de operación como se muestra en la curva de reducción.
• Alineación Óptica:Para obtener la máxima fuerza de señal en un sistema emisor-detector emparejado, la alineación mecánica precisa es crucial, especialmente con un ángulo de visión de 20 grados.
• Rechazo de Luz Ambiental:En entornos con IR ambiental fuerte (por ejemplo, luz solar), modular la señal de accionamiento del LED y usar un circuito detector sintonizado a esa frecuencia de modulación puede mejorar drásticamente la relación señal-ruido.
• Protección contra Voltaje Inverso:Aunque el dispositivo puede tolerar hasta 5V en inversa, es una buena práctica evitar la polarización inversa. En circuitos de CA o bipolares, puede ser necesario un diodo de protección en paralelo (cátodo con ánodo).

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs IR genéricos de 5mm, los diferenciadores clave del IR333-A son su alta intensidad radiante claramente especificada (hasta 48 mW/sr mín para el bin R) y su cumplimiento ambiental integral (RoHS, REACH, Libre de Halógenos). El sistema detallado de clasificación proporciona niveles de rendimiento garantizados, lo cual es esencial para la consistencia del diseño en producción en volumen. La longitud de onda de 940nm es una de las más comunes y versátiles, ofreciendo un buen equilibrio entre la sensibilidad del detector y una menor absorción en la atmósfera en comparación con longitudes de onda más largas. Su bajo voltaje directo puede conducir a un consumo de energía ligeramente menor en dispositivos alimentados por batería en comparación con LEDs con Vf más alto.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

1. P: ¿Puedo accionar este LED directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V?R: No. Un pin de microcontrolador típicamente no puede suministrar 20mA de manera segura, y lo más importante, no hay limitación de corriente. Debes usar un transistor como interruptor y un resistor en serie para limitar la corriente al valor deseado (por ejemplo, 20mA). Calcula el resistor como R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. Usa el valor estándar más cercano (por ejemplo, 180Ω).
2. P: ¿Cuál es la diferencia entre operación continua y pulsada?R: La operación continua (DC) genera calor constante. La operación pulsada (con bajo ciclo de trabajo) permite una corriente instantánea mucho mayor (hasta 1A) porque el LED tiene tiempo para enfriarse entre pulsos, evitando sobrecarga térmica. Esto produce una salida óptica pico mucho mayor.
3. P: ¿Cómo identifico el cátodo?R: Para este encapsulado, busca un punto plano en el borde de plástico del LED. El terminal más cercano a este punto plano es el cátodo. Además, el terminal del cátodo a menudo es más corto que el terminal del ánodo.
4. P: ¿Se requiere un disipador de calor?R: Para operación continua a 20mA (aproximadamente 30mW de disipación de potencia), generalmente no se requiere un disipador de calor. Si se opera cerca de la corriente máxima (100mA DC) o en altas temperaturas ambientales, considere la reducción térmica y posiblemente proporcione algún enfriamiento a nivel de placa.
5. P: ¿Por qué el encapsulado es azul?R: El plástico azul actúa como un filtro que bloquea parte de la luz visible, haciendo que el encapsulado parezca oscuro. Esto ayuda a reducir la cantidad de luz visible ambiental que puede entrar en el encapsulado y llegar al chip emisor de IR, lo que de otro modo podría causar interferencia en el circuito detector.

11. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Diseño de un Sensor Simple de Detección de Objetos:Una aplicación común es un sensor de haz interrumpido. Coloca el IR333-A en un lado y un fototransistor (por ejemplo, sintonizado a 940nm) en el otro, alineados en el mismo eje. Acciona el LED con un resistor de 180Ω desde una fuente de 5V, resultando en aproximadamente 20mA de corriente. Cuando un objeto pasa entre ellos, interrumpe el haz infrarrojo. La resistencia colector-emisor del fototransistor cambiará drásticamente. Este cambio se puede convertir en una señal de voltaje usando un resistor de pull-up y alimentarlo a un pin de comparador o ADC de un microcontrolador para detectar la presencia del objeto. Para combatir la luz ambiental, podrías pulsar el LED a una frecuencia específica (por ejemplo, 1kHz) y usar un filtro de paso de banda o detección síncrona en el circuito receptor.

12. Principio de Operación

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando está polarizado en directa (voltaje positivo aplicado al ánodo en relación con el 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 LED IR, esta energía se libera principalmente en forma de fotones (partículas de luz) en el espectro infrarrojo. La longitud de onda específica (940nm en este caso) está determinada por la energía de la banda prohibida de los materiales semiconductores utilizados (Arseniuro de Galio y Aluminio - GaAlAs, como se indica en la Guía de Selección de Dispositivos). El encapsulado de plástico encapsula el chip, proporciona protección mecánica e incorpora una lente que moldea la luz emitida en el patrón de ángulo de visión especificado.

13. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de LED infrarrojos continúa evolucionando. Las tendencias generales en la industria incluyen el desarrollo de dispositivos con una intensidad radiante y una eficiencia de conversión de energía (potencia óptica de salida / potencia eléctrica de entrada) aún mayores. También hay un impulso hacia la miniaturización, con encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) volviéndose más prevalentes que los encapsulados de orificio pasante como el T-1 3/4 para aplicaciones con restricciones de espacio. La demanda de bandas de longitud de onda específicas y estrechas está creciendo para aplicaciones especializadas como detección de gases o monitoreo biomédico. Además, la integración es una tendencia clave, con pares emisor-detector combinados en un solo encapsulado o LEDs con controladores integrados que están disponibles para simplificar el diseño del circuito y reducir la huella.