Hoja de Datos del Emisor LED Infrarrojo LTE-3271T-A - Longitud de Onda 940nm - Alta Corriente y Bajo Vf - Carcasa Transparente - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-3271T-A es un diodo emisor de luz (LED) infrarrojo (IR) de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren una salida óptica robusta y un funcionamiento fiable en condiciones eléctricas exigentes. Su filosofía de diseño central se basa en ofrecer una alta potencia radiante manteniendo un voltaje directo relativamente bajo, lo que lo hace eficiente para sistemas donde el consumo de energía es una preocupación. El dispositivo está encapsulado en una resina transparente al agua, que minimiza la absorción de la luz infrarroja emitida, maximizando así la eficiencia radiante externa. Está diseñado para soportar modos de conducción tanto continuos como pulsados, ofreciendo flexibilidad para diversas aplicaciones de detección, comunicación e iluminación en el espectro del infrarrojo cercano.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

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

• Disipación de Potencia (P_D):150 mW. Esta es la pérdida de potencia máxima permitida dentro del dispositivo, principalmente en forma de calor, calculada como el producto de la corriente directa y el voltaje directo.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):2 A. Este valor de corriente excepcionalmente alto solo es permisible bajo condiciones de pulso específicas: un ancho de pulso de 10 microsegundos y una tasa de repetición de pulsos que no exceda los 300 pulsos por segundo (pps). Esto permite una salida óptica instantánea muy alta para medición de distancia de corto alcance o transmisión de datos de alta velocidad.
• Corriente Directa Continua (I_F):100 mA. La corriente continua máxima que se puede aplicar de forma continua sin exceder los límites de disipación de potencia o térmicos.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. Exceder este voltaje en la dirección de polarización inversa puede causar la ruptura de la unión.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura ambiente de operación (T_A) de -40°C a +85°C y puede almacenarse en entornos desde -55°C hasta +100°C.
• Temperatura de Soldadura de los Terminales:320°C durante 3 segundos, medida a una distancia de 4.0 mm del cuerpo del paquete. Esta directriz es crítica para prevenir daños térmicos durante el montaje del PCB.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se especifican a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Intensidad Radiante (I_E):Una métrica clave de salida óptica. A una corriente directa (I_F) de 100 mA, la intensidad radiante típica es de 30 mW/sr. A la corriente de prueba más baja de 20 mA, varía de 6 mW/sr (Mín.) a 10.5 mW/sr (Típ.). La intensidad radiante describe la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido.
• Irradiancia en la Apertura (E_e):0.80 a 1.4 mW/cm² a I_F=20mA. Este parámetro, a veces llamado irradiancia, es útil para calcular la densidad de potencia óptica incidente en una superficie a una distancia específica del emisor.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_P):940 nm. Esta es la longitud de onda nominal a la cual la potencia de salida óptica es máxima. Se encuentra dentro del espectro del infrarrojo cercano (NIR), que es invisible para el ojo humano pero detectable por fotodiodos de silicio y muchos sensores CMOS/CCD.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ):50 nm (Típ.). Esto indica el ancho de banda espectral donde la intensidad radiante es al menos la mitad de su valor pico. Un valor de 50 nm es característico del material estándar de LED infrarrojo GaAlAs.
• Voltaje Directo (V_F):Este es un parámetro eléctrico crítico que varía con la corriente.
  • A I_F= 50 mA: V_F(Típ.) = 1.25V, (Máx.) = 1.6V.
  • A I_F= 250 mA: V_F(Típ.) = 1.65V, (Máx.) = 2.1V.
  • A I_F= 450 mA: V_F(Típ.) = 2.0V, (Máx.) = 2.4V.
  • A I_F= 1 A: V_F(Típ.) = 2.4V, (Máx.) = 3.0V. La hoja de datos destaca el "bajo voltaje directo" como una característica, lo cual es evidente a partir de estos valores, especialmente a corrientes medias, contribuyendo a una mayor eficiencia eléctrica-óptica.
• Corriente Inversa (I_R):100 µA (Máx.) a un voltaje inverso (V_R) de 5V. Esta es la corriente de fuga cuando el dispositivo está polarizado inversamente.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):50° (Típ.). Este es el ángulo total en el cual la intensidad radiante cae a la mitad de su valor a 0° (en el eje). Un ángulo de 50° proporciona un patrón de radiación amplio, útil para iluminación de área o detección donde la alineación es menos crítica.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos característicos esenciales para el diseño de circuitos y la comprensión del rendimiento en condiciones no estándar.

3.1 Distribución Espectral (Fig. 1)

La curva muestra la intensidad radiante relativa graficada frente a la longitud de onda. Confirma la longitud de onda pico en aproximadamente 940 nm con un ancho espectral a mitad de altura amplio. La forma es típica de un LED infrarrojo, con la salida disminuyendo a ambos lados del pico. Los diseñadores de sistemas ópticos deben considerar este espectro para garantizar la compatibilidad con la sensibilidad espectral del detector previsto (por ejemplo, un fototransistor o un fotodiodo de silicio con filtro).

3.2 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig. 2)

Este gráfico ilustra la reducción de la corriente directa continua máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. A 25°C, se permite el total de 100 mA. A medida que la temperatura aumenta, la corriente máxima debe reducirse linealmente para evitar exceder el límite de disipación de potencia de 150 mW y para gestionar la temperatura de la unión. Este es un gráfico crucial para garantizar la fiabilidad a largo plazo en entornos de alta temperatura.

3.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Fig. 3)

Esta es la curva característica corriente-voltaje (I-V). Muestra la relación exponencial típica de un diodo. La curva es esencial para diseñar el circuito de accionamiento limitador de corriente. La pendiente de la curva en la región de operación ayuda a determinar la resistencia dinámica del LED. El gráfico confirma visualmente la característica de bajo V_Fa lo largo de un amplio rango de corriente.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa (Fig. 4)

Este gráfico muestra cómo la salida óptica (normalizada a su valor a 20 mA) aumenta con la corriente directa. La relación es generalmente lineal a corrientes más bajas, pero puede mostrar signos de saturación o eficiencia reducida a corrientes muy altas debido al aumento de los efectos térmicos y la caída de la eficiencia cuántica interna. Esta curva ayuda a los diseñadores a elegir un punto de operación que equilibre la potencia de salida con la eficiencia y el estrés del dispositivo.

3.5 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig. 5)

Este gráfico representa la dependencia de la salida óptica con la temperatura. Típicamente, la intensidad radiante de un LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta curva cuantifica esa caída, mostrando la potencia de salida normalizada en relación con su valor a 20 mA en un rango de temperatura de -20°C a 80°C. Esta información es vital para aplicaciones que requieren una salida óptica estable en condiciones ambientales variables.

3.6 Diagrama de Radiación (Fig. 6)

Este gráfico polar proporciona una visualización detallada del patrón de emisión espacial. Los círculos concéntricos representan niveles de intensidad radiante relativa (por ejemplo, 1.0, 0.9, 0.7). El gráfico confirma el amplio ángulo de visión, mostrando cómo se distribuye la intensidad a través de diferentes ángulos desde 0° hasta 90°. Este diagrama es indispensable para el diseño óptico, permitiendo a los ingenieros modelar el perfil de iluminación en una superficie objetivo.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo utiliza un formato de paquete LED estándar con una brida para estabilidad mecánica y disipación de calor. Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen:

• Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros, con tolerancias típicamente de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario.
• Se permite una pequeña protuberancia de resina debajo de la brida, con una altura máxima de 1.5 mm.
• La separación de los terminales se mide en el punto donde los terminales salen del cuerpo del paquete, lo cual es crítico para el diseño de la huella en el PCB.
• Los terminales están estañados para asegurar una buena soldabilidad.

El material del paquete transparente al agua se elige específicamente para emisores infrarrojos porque tiene una absorción mínima en la región de 940 nm, a diferencia de los paquetes de epoxi coloreados utilizados para LEDs visibles que bloquearían la luz IR.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

Para garantizar la integridad del dispositivo durante el montaje del PCB, se deben observar las siguientes directrices:

• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, debe realizarse rápidamente, aplicando calor al terminal y no al cuerpo del paquete.
• Soldadura por Ola:Se pueden utilizar perfiles estándar de soldadura por ola, pero el tiempo total de exposición al calor de la soldadura debe minimizarse.
• Soldadura por Reflujo:El dispositivo puede soportar una temperatura en el terminal de 320°C durante un máximo de 3 segundos, como se especifica. Los perfiles estándar de reflujo por infrarrojos o convección con una temperatura pico por debajo de este límite son adecuados. La especificación de distancia de 4.0 mm asegura que la masa térmica del terminal proteja la sensible unión semiconductor dentro del paquete.
• Limpieza:Después de la soldadura, se pueden utilizar procesos estándar de limpieza de PCB, pero se debe verificar la compatibilidad con la resina transparente.
• Almacenamiento:Los dispositivos deben almacenarse en sus bolsas originales con barrera de humedad, en un entorno dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado (-55°C a +100°C) y con baja humedad para prevenir la oxidación de los terminales.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación Infrarroja:Para cámaras de seguridad, sistemas de visión nocturna e iluminación para visión artificial donde se requiere iluminación invisible.
• Detección de Proximidad y Presencia:En grifos automáticos, dispensadores de jabón, secadores de manos e interruptores sin contacto. El amplio ángulo de visión es beneficioso aquí.
• Interruptores y Codificadores Ópticos:Para detectar posición, rotación o movimiento interrumpiendo o reflejando el haz IR.
• Comunicación de Datos de Corto Alcance:En dispositivos compatibles con IrDA o enlaces de datos serie simples (por ejemplo, controles remotos, comunicación entre dispositivos). La alta capacidad de corriente de pulso soporta la transmisión de datos modulada.
• Detección Industrial:Conteo de objetos, detección de nivel y sensores de haz interrumpido.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Accionamiento por Corriente:Un LED es un dispositivo accionado por corriente. Siempre use una resistencia limitadora de corriente en serie o un circuito de accionamiento de corriente constante. El valor de la resistencia se calcula usando R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F, utilizando el V_Fmáximo de la hoja de datos para asegurar que la corriente no exceda el valor deseado.
• Gestión Térmica:Para operación continua a corrientes altas (por ejemplo, cerca de 100 mA), considere la disipación de potencia (P_D= V_F* I_F). Asegure un área de cobre en el PCB o un disipador de calor adecuado para mantener la temperatura de la unión dentro de límites seguros, especialmente en temperaturas ambiente altas.
• Operación Pulsada:Para lograr una potencia óptica de pico muy alta, utilice la especificación de modo pulsado (2A, 10µs, 300pps). Esto requiere un circuito de accionamiento capaz de entregar pulsos de alta corriente, como un MOSFET conmutado por un generador de pulsos.
• Diseño Óptico:Considere el patrón de radiación (Fig. 6) al diseñar lentes, reflectores o aperturas para dar forma al haz para la aplicación específica. La lente transparente al agua es hemisférica, afectando la divergencia inicial.
• Emparejamiento con el Detector:Empareje el emisor con un fotodetector (fotodiodo, fototransistor) que tenga una sensibilidad pico alrededor de 940 nm. Usar un filtro IR en el detector puede ayudar a rechazar la luz visible ambiental.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

Si bien la hoja de datos no compara partes específicas de la competencia, las características diferenciadoras clave del LTE-3271T-A se pueden inferir:

• Alta Capacidad de Corriente:La combinación de una clasificación de pulso de 2A y una clasificación continua de 100 mA es notable para un paquete LED estándar, ofreciendo una alta flexibilidad de salida.
• Bajo Voltaje Directo:Un V_Fde alrededor de 1.25V a 50mA es relativamente bajo para un emisor IR de alta potencia, lo que conduce a una mejor eficiencia energética y una menor generación de calor en comparación con dispositivos con V_F.
• más alto.Paquete Transparente al Agua:
• A diferencia de los paquetes teñidos que atenúan la salida, esto maximiza la eficiencia cuántica externa para la luz IR.Ángulo de Visión Amplio:

El semiángulo de 50° proporciona una cobertura amplia, lo cual es una ventaja para la iluminación de área sobre alternativas de haz más estrecho.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo accionar este LED directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V?

R: No. Un pin GPIO de un microcontrolador típicamente no puede suministrar más de 20-50 mA y tiene un voltaje fijo cercano a 5V o 3.3V. Debes usar una resistencia limitadora de corriente y probablemente un transistor (BJT o MOSFET) como interruptor para accionar el LED, especialmente a corrientes superiores a 20 mA.

P2: ¿Cuál es la diferencia entre Intensidad Radiante (mW/sr) e Irradiancia en la Apertura (mW/cm²)?R: La Intensidad Radiante es una medida de cuánta potencia emite la fuentepor unidad de ángulo sólido(estereorradián). Describe la direccionalidad de la fuente. La Irradiancia en la Apertura (o simplemente Irradiancia) es la potenciapor unidad de área

incidente en una superficie a una distancia específica. Están relacionadas a través de la ley del cuadrado inverso (para una fuente puntual) y el ángulo de visión.

P3: ¿Por qué es significativa la longitud de onda pico de 940 nm?

R: 940 nm es una longitud de onda muy común para sistemas IR porque está fuera del espectro visible (invisible), y los detectores basados en silicio (fotodiodos, sensores de cámara) aún tienen una sensibilidad razonablemente buena a esta longitud de onda. También evita la longitud de onda de 850 nm, que tiene un tenue brillo rojo que puede ser visible en la oscuridad.

P4: ¿Cómo interpreto los gráficos de "Intensidad Radiante Relativa"?R: Estos gráficos muestran cómo la salida de luzcambia_Fen relación con una condición de referencia (generalmente a I_A=20mA y T

=25°C). No dan valores absolutos de salida. Para encontrar la salida absoluta a una corriente diferente, multiplicaría el factor relativo de la Fig. 4 por el valor de intensidad radiante absoluta dado en la tabla para 20 mA.

9. Caso Práctico de Diseño

1. Escenario: Diseño de un Sensor de Proximidad para un Interruptor Sin Contacto.Objetivo:
2. Detectar una mano a menos de 10 cm del sensor.
   • Decisiones de Diseño:_FOperar el LTE-3271T-A en modo continuo a I_F= 50 mA para una iluminación consistente. De la hoja de datos, V
   • ≈ 1.4V (típico).
   • La fuente de alimentación es de 5V. Resistencia en serie R = (5V - 1.4V) / 0.05A = 72Ω. Usar una resistencia estándar de 75Ω.
   • Colocar un fototransistor de silicio emparejado frente al emisor, con un pequeño espacio entre ellos (configuración de "haz interrumpido"). Cuando una mano interrumpe el haz, la señal del detector cae.
   • Alternativamente, usar una configuración reflectante donde tanto el emisor como el detector miren en la misma dirección. El amplio ángulo de visión de 50° del LTE-3271T-A ayuda a cubrir un área de detección más grande. La señal en el detector aumentará cuando una mano refleje la luz de vuelta.
   • Usar un circuito de amplificador operacional para amplificar la pequeña fotocorriente del detector y compararla con un umbral establecido por un potenciómetro para tener en cuenta las variaciones de luz ambiental._DConsideración térmica: Disipación de potencia P

= 1.4V * 0.05A = 70 mW, que está muy por debajo del máximo de 150 mW. No se necesita disipador de calor especial.

10. Introducción al Principio Técnico

Los LEDs infrarrojos como el LTE-3271T-A son dispositivos semiconductores basados en materiales como el Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs). Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa de la unión semiconductor. La energía liberada durante esta recombinación se emite como fotones (luz). La longitud de onda específica de 940 nm está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor, que se diseña durante el proceso de crecimiento del cristal. El paquete de epoxi transparente al agua actúa como una lente, dando forma al patrón de radiación de la luz emitida y proporcionando protección ambiental. La característica de "bajo voltaje directo" se logra mediante perfiles de dopaje optimizados y calidad del material, reduciendo la caída de voltaje a través de la unión para una corriente dada, lo que mejora directamente la eficiencia de conversión eléctrica-óptica.

11. Tendencias y Evolución de la Industria

• El campo de la optoelectrónica infrarroja continúa evolucionando. Las tendencias relevantes para dispositivos como el LTE-3271T-A incluyen:Mayor Densidad de Potencia:
• La investigación en curso tiene como objetivo empaquetar más potencia óptica en tamaños de paquete iguales o más pequeños mientras se gestiona la disipación de calor, impulsada por la demanda de detección e iluminación de mayor alcance.Eficiencia Mejorada:
• El desarrollo de nuevos materiales y estructuras semiconductoras (por ejemplo, pozos cuánticos múltiples) busca aumentar la Eficiencia Wall-Plug (WPE), que es la relación entre la potencia de salida óptica y la potencia de entrada eléctrica.Integración:
• Existe una tendencia hacia la integración del emisor IR con un CI de accionamiento o incluso con un fotodetector en un solo módulo, simplificando el diseño del sistema para los usuarios finales.Especificidad de Longitud de Onda:
• Si bien 940 nm sigue siendo dominante, hay un uso creciente de otras longitudes de onda IR (por ejemplo, 850 nm, 1050 nm) para aplicaciones específicas como LiDAR seguro para los ojos o compatibilidad con diferentes tipos de sensores.Innovaciones en Empaquetado: