Hoja de Datos del LED Infrarrojo IR333C 5mm - Paquete T-1 de 5mm - Longitud de Onda Pico 940nm - Voltaje Directo 1.5V - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El IR333C es un diodo emisor de infrarrojos de alta intensidad encapsulado en un paquete plástico estándar de 5mm (T-1) transparente al agua. Está diseñado para emitir luz con una longitud de onda pico de 940nm, ideal para aplicaciones que requieren fuentes de luz no visibles. El dispositivo está emparejado espectralmente con fototransistores de silicio, fotodiodos y módulos receptores de infrarrojos comunes, garantizando un rendimiento óptimo en sistemas de transmisión de señales.

Las ventajas clave de este componente incluyen su alta fiabilidad, elevada intensidad radiante de salida y bajo requisito de voltaje directo. La separación de pines de 2.54mm lo hace compatible con placas de prototipos y PCB estándar. Además, se fabrica como un producto libre de plomo y conforme a RoHS, cumpliendo con los estándares medioambientales modernos.

1.1 Características Principales y Mercado Objetivo

Las características principales que definen al IR333C son sus propiedades ópticas y eléctricas adaptadas para aplicaciones de infrarrojos. Su alta intensidad radiante, con un pico en 940nm, lo hace muy eficiente para comunicaciones ópticas en espacio libre. El bajo voltaje directo reduce el consumo de energía, lo cual es crítico para dispositivos alimentados por baterías.

Las aplicaciones objetivo son diversas e incluyen:

• Sistemas de Transmisión en Aire Libre:Utilizados para enlaces de datos inalámbricos de corto alcance.
• Unidades de Mando a Distancia por Infrarrojos:Especialmente aquellas con altos requisitos de potencia para mayor alcance o funcionamiento a través de obstáculos.
• Detectores de Humo:Empleados en diseños de cámaras ópticas para detectar partículas de humo.
• Sistemas Aplicados de Infrarrojos en General:Esto incluye detección de objetos, detección de proximidad y automatización industrial.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Una comprensión exhaustiva de las especificaciones del dispositivo es crucial para un diseño de circuito fiable y la integración del sistema.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Nunca deben superarse, ni siquiera momentáneamente.

• Corriente Directa Continua (I_F):100 mA. Esta es la corriente continua máxima que puede pasar a través del LED indefinidamente en condiciones especificadas.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):1.0 A. Esta corriente elevada solo es permisible en condiciones de pulsos (Ancho de Pulso ≤ 100μs, Ciclo de Trabajo ≤ 1%). Es útil para lograr una salida radiante instantánea muy alta.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. El voltaje máximo que se puede aplicar en dirección inversa. Superarlo puede causar ruptura de la unión.
• Disipación de Potencia (P_d):150 mW a 25°C o menos. Este límite considera tanto la caída de voltaje directo como la corriente. Operar por encima de este límite causará un calentamiento excesivo y degradará el rendimiento o provocará fallos.
• Rangos de Temperatura:Las temperaturas de operación y almacenamiento se especifican desde -40°C hasta +85°C, lo que indica idoneidad para entornos industriales y automotrices.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto es crítico para procesos de soldadura por ola o de reflujo para evitar daños en el encapsulado.

2.2 Características Electro-Ópticas

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

• Intensidad Radiante (E_e):Es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (mW/sr). El valor típico es 15 mW/sr a I_F=20mA. En condiciones de pulsos de I_F=100mA, aumenta a 60 mW/sr, y a I_F=1A, alcanza 450 mW/sr. Esto demuestra la ganancia significativa en la salida cuando se utiliza un accionamiento por pulsos.
• Longitud de Onda Pico (λ_p):940 nm (típico). Esto está en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano pero detectado eficientemente por sensores basados en silicio.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Define 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 (V_F):Típicamente 1.5V a I_F=20mA, con un máximo de 1.85V a I_F=100mA (pulsado). El bajo V_Fes una ventaja clave para el diseño de circuitos de bajo voltaje.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 10 μA a V_R=5V. Esta corriente de fuga es muy baja.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):20 grados (típico). Este haz estrecho concentra la intensidad radiante en un haz dirigido, aumentando el alcance efectivo para aplicaciones como mandos a distancia.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El IR333C se clasifica en diferentes lotes (bins) según su intensidad radiante a una corriente de prueba estándar de 20mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con niveles de rendimiento mínimo garantizado para su aplicación.

La estructura de clasificación es la siguiente:

• Lote M:Intensidad Radiante entre 7.8 mW/sr (Mín) y 12.5 mW/sr (Máx).
• Lote N:Intensidad Radiante entre 11.0 mW/sr (Mín) y 17.6 mW/sr (Máx).
• Lote P:Intensidad Radiante entre 15.0 mW/sr (Mín) y 24.0 mW/sr (Máx).
• Lote Q:Intensidad Radiante entre 21.0 mW/sr (Mín) y 34.0 mW/sr (Máx).

Para aplicaciones que requieren brillo consistente o mayor alcance, se recomienda especificar un lote superior (por ejemplo, P o Q). La etiqueta del producto incluye un campo \"CAT\" para indicar la clasificación.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran cómo cambian los parámetros con las condiciones de operación.

4.1 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig. 1 y 8)

Estas curvas muestran la relación entre la corriente directa máxima permitida y la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, la corriente continua máxima permisible disminuye linealmente. Esto se debe a la capacidad reducida de disipación de potencia a temperaturas más altas. Los diseñadores deben reducir la corriente de operación en función de la temperatura ambiente máxima esperada para garantizar la fiabilidad.

4.2 Distribución Espectral (Fig. 2)

Este gráfico traza la intensidad relativa frente a la longitud de onda. Confirma la emisión pico en 940nm y muestra la forma y el ancho (aproximadamente 45nm) del espectro de emisión. Esto es importante para seleccionar filtros ópticos apropiados en el receptor.

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

La longitud de onda de emisión pico tiene un ligero coeficiente de temperatura, desplazándose típicamente a longitudes de onda más largas (corrimiento al rojo) a medida que aumenta la temperatura de la unión. Este desplazamiento suele ser pequeño para los LED infrarrojos, pero debe considerarse en aplicaciones de detección de precisión.

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

Esta es la curva I-V estándar para un diodo. Muestra la relación exponencial. La curva permite a los diseñadores determinar la caída de voltaje para una corriente de accionamiento dada, lo cual es esencial para calcular los valores de la resistencia en serie o los requisitos del circuito de accionamiento.

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

Esta curva demuestra que la salida radiante es aproximadamente lineal con la corriente directa en el rango de operación típico. Sin embargo, a corrientes muy altas, la eficiencia puede disminuir debido al calentamiento y otros efectos.

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

Este gráfico polar define visualmente el ángulo de visión. La intensidad es máxima a 0 grados (en el eje) y disminuye a medida que aumenta el ángulo, alcanzando la mitad de su valor máximo aproximadamente a ±10 grados (de ahí el ángulo de visión total de 20 grados).

5. Información Mecánica y del Paquete

El dispositivo utiliza el paquete estándar de la industria de 5mm T-1. La separación de pines es de 2.54mm (0.1 pulgadas), que es el paso estándar para muchas placas de prototipos y diseños de PCB. El paquete está moldeado en plástico transparente al agua, que es transparente a la luz infrarroja de 940nm, minimizando las pérdidas ópticas. El cátodo se identifica típicamente por un borde plano en el borde de la lente de plástico y/o un pin más corto. El dibujo mecánico detallado en la hoja de datos proporciona todas las dimensiones críticas con tolerancias, esenciales para el diseño de la huella en el PCB y garantizar un ajuste adecuado en carcasas o lentes.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Para prevenir daños durante el montaje, se deben seguir condiciones de soldadura específicas. El límite absoluto máximo para la temperatura de soldadura es de 260°C, y el tiempo de soldadura no debe exceder los 5 segundos. Esto se aplica tanto a procesos de soldadura manual como por ola. Para soldadura por reflujo, se requiere un perfil que alcance un pico a 260°C o menos. La exposición prolongada a altas temperaturas puede agrietar el encapsulado epoxi o dañar las conexiones internas de alambre. También se recomienda almacenar los componentes en un ambiente seco para prevenir la absorción de humedad, que puede causar \"efecto palomita\" durante el reflujo.

7. Información de Embalaje y Pedido

El embalaje estándar para el IR333C es el siguiente: 500 piezas se empaquetan en una bolsa, 5 bolsas se colocan en una caja y 10 cajas constituyen un cartón. Esto totaliza 25,000 piezas por cartón. La etiqueta del producto contiene varios campos clave para trazabilidad e identificación: CPN (Número de Parte del Cliente), P/N (Número de Parte del Fabricante), QTY (Cantidad), CAT (Clasificación/Intensidad), HUE (Longitud de Onda Pico), REF (Referencia) y LOT No (Número de Lote).

8. Sugerencias de Diseño de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El circuito de accionamiento más común es una simple resistencia en serie. El valor de la resistencia (R_s) se calcula usando la Ley de Ohm: R_s= (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Por ejemplo, para accionar el LED a 20mA desde una fuente de 5V con un V_Ftípico de 1.5V: R_s= (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. Una resistencia estándar de 180Ω sería adecuada. Para operación por pulsos a altas corrientes (por ejemplo, 1A), es necesario un interruptor de transistor o MOSFET, a menudo accionado por un microcontrolador.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:Aunque el paquete es pequeño, a corrientes continuas altas, la disipación de potencia (P_d= V_F* I_F) puede acercarse al límite de 150mW. Asegure una ventilación adecuada o considere usar un accionamiento por pulsos para reducir la potencia promedio.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 20 grados proporciona un haz concentrado. Para una cobertura más amplia, puede necesitarse una lente difusora. Por el contrario, para aplicaciones de muy largo alcance, se puede usar una lente colimadora secundaria para estrechar aún más el haz.
• Emparejamiento con el Receptor:Siempre empareje el IR333C con un receptor (fototransistor, fotodiodo o CI) que sea sensible en la región de 940nm. Usar un filtro óptico que bloquee la luz visible puede mejorar significativamente la relación señal-ruido en luz ambiental.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED visibles estándar u otros LED infrarrojos, los diferenciadores clave del IR333C son su combinación de alta capacidad de salida en pulsos (450 mW/sr a 1A), bajo voltaje directo y estrecho ángulo de haz de 20 grados. Algunos dispositivos competidores pueden ofrecer ángulos de visión más amplios para mayor cobertura, pero a expensas de la intensidad en el eje. La longitud de onda de 940nm es una de las más comunes y rentables, con buena transmisión atmosférica y abundantes opciones de receptores, en comparación con, por ejemplo, los LED de 850nm que tienen un brillo rojo visible.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Puedo accionar este LED directamente desde un pin de un microcontrolador?

R: Para operación continua a 20mA, verifique si el pin GPIO de su microcontrolador puede suministrar o absorber tanta corriente. Muchos solo pueden manejar 10-25mA. A menudo es más seguro usar un transistor como interruptor.

P: ¿Por qué la intensidad radiante es mucho mayor en condiciones de pulsos?

R: Pulsar la corriente permite accionar el LED a corrientes muy por encima de su clasificación en CC sin sobrecalentar la unión. La salida de luz es principalmente una función de la corriente instantánea, por lo que pulsos cortos y de alta corriente producen destellos muy brillantes.

P: ¿Cómo identifico el cátodo?

R: Busque el borde plano en la lente de plástico redonda. El pin adyacente a este plano es el cátodo. Además, el pin del cátodo suele ser más corto que el del ánodo.

P: ¿Es seguro para los ojos un LED infrarrojo como este?

R: Aunque es invisible, la radiación infrarroja aún puede ser enfocada por el cristalino del ojo en la retina. Para aplicaciones de alta potencia, especialmente con lentes, es prudente evitar la visión directa. La mayoría de los mandos a distancia de consumo usan una potencia promedio muy baja y se consideran seguros para los ojos.

11. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Escenario: Mando a Distancia por Infrarrojos de Largo Alcance para un Abrepuertas.

Un diseñador necesita un mando con un alcance de 50 metros a la luz del día. Selecciona el IR333C en el Lote Q para máxima intensidad. El circuito utiliza un microcontrolador para generar una señal portadora de 38kHz, que es modulada en amplitud con el código de datos. Se usa un transistor NPN para pulsar el LED a 1A con un ciclo de trabajo muy bajo (por ejemplo, 1%). Se añade una lente de plástico simple delante del LED para colimar ligeramente el haz. En el lado del receptor, se utiliza un módulo receptor IR estándar de 38kHz con un filtro de 940nm. Este diseño aprovecha la alta salida en pulsos del LED y su haz estrecho para lograr el alcance requerido, manteniendo un bajo consumo de potencia promedio para una larga duración de la batería.

12. 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, los electrones de la región n y los huecos de la región p se inyectan a través de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En un LED IR, el material semiconductor (GaAlAs para el IR333C) se elige para que esta energía se libere principalmente como fotones en la porción infrarroja del espectro electromagnético (alrededor de 940nm). El encapsulado epoxi transparente al agua actúa como una lente, dando forma a la luz emitida en su patrón de haz característico.

13. Tendencias Tecnológicas

La tendencia en los LED infrarrojos continúa hacia una mayor eficiencia (más salida radiante por vatio eléctrico de entrada) y mayores densidades de potencia. Esto permite una mayor duración de la batería y mayores rangos operativos en dispositivos portátiles. También hay desarrollo en fuentes IR de múltiples longitudes de onda y sintonizables para aplicaciones de detección avanzada como análisis de gases y medición espectroscópica. La integración del circuito de accionamiento del LED e incluso del sensor en módulos compactos es otra tendencia común, simplificando el diseño para los usuarios finales. El impulso subyacente para los estándares RoHS y de fabricación ecológica sigue siendo fuerte en toda la industria.