Hoja de Datos del Emisor Infrarrojo LED LTE-7377LM1-TA - Alta Velocidad, Alta Potencia, Carcasa Azul - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un componente emisor infrarrojo (IR) de alto rendimiento. El dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren tiempos de respuesta rápidos y una potencia óptica de salida significativa. Su filosofía de diseño central se basa en la fiabilidad y eficiencia en entornos de operación pulsada, lo que lo hace adecuado para una gama de sistemas de detección y comunicación. El componente está alojado en un encapsulado distintivo de color azul transparente, que puede ayudar en la identificación visual durante el montaje y puede ofrecer propiedades específicas de filtrado o transmisión para la longitud de onda emitida.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Absolutos Máximos

Los valores absolutos máximos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estos valores no son para operación continua, sino que representan umbrales que no deben excederse bajo ninguna condición.

• Disipación de Potencia (P_D):200 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar como calor. Exceder este límite conlleva el riesgo de fuga térmica y fallo.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):2 A. Este valor nominal aplica bajo condiciones pulsadas específicas (100 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 µs). Indica la capacidad del dispositivo para manejar corrientes instantáneas muy altas durante períodos cortos, lo cual es crítico para generar pulsos ópticos de alta intensidad.
• Corriente Directa Continua (I_F):100 mA. La corriente máxima en DC que puede pasar a través del dispositivo de forma continua sin degradar su rendimiento o vida útil.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. El voltaje máximo que se puede aplicar en la dirección de polarización inversa. Exceder esto puede causar ruptura de la unión.
• Rango de Temperatura de Operación (T_A):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente en el que se garantiza que el dispositivo cumple con sus especificaciones publicadas.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-55°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenamiento no operativo sin degradación.
• Temperatura de Soldadura de Terminales:260°C durante 5 segundos, medido a 1.6mm del cuerpo del encapsulado. Esto define la tolerancia del perfil térmico para procesos de soldadura por ola o manual.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente estándar de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo bajo condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Radiante (I_E):35 mW/sr (Mínimo). Medido con una corriente directa (I_F) de 50mA. La intensidad radiante describe la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián), indicando el brillo de la fuente desde una dirección específica.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_P):880 nm (Típico). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es máxima. 880nm está en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano pero detectable por fotodiodos de silicio y muchos sensores.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ):50 nm (Máximo). Este parámetro, también conocido como Ancho Total a Mitad del Máximo (FWHM), indica el ancho de banda espectral de la luz emitida. Un valor de 50nm muestra que no es una fuente monocromática, sino que emite en un rango de longitudes de onda centrado alrededor de 880nm.
• Voltaje Directo (V_F):1.5V (Mín), 1.75V (Típ), 2.1V (Máx). Medido a una alta corriente pulsada de 350mA (100pps, pulso de 10µs). Esta es la caída de voltaje a través del diodo cuando está polarizado en directa y conduciendo. Es crucial para diseñar el circuito de excitación y calcular la disipación de potencia.
• Corriente Inversa (I_R):100 µA (Máximo). La corriente de fuga cuando se aplica una polarización inversa de 5V. Es deseable un valor bajo.
• Tiempo de Subida/Bajada (T_r/T_f):40 nS (Máximo). Esto define la velocidad de conmutación del dispositivo, medida como el tiempo para que la salida óptica transite del 10% al 90% de su valor final (subida) y viceversa (bajada). La especificación de 40ns confirma su idoneidad para modulación de alta velocidad y aplicaciones pulsadas.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):16 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 16° indica un haz relativamente estrecho, útil para iluminación dirigida o detección sobre una trayectoria específica.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas que son esenciales para un análisis de diseño detallado. Si bien los gráficos específicos no se reproducen en el texto proporcionado, su contenido típico y significado se explican a continuación.

3.1 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

Este gráfico muestra la relación entre la corriente que fluye a través del diodo y el voltaje a través del mismo. Es no lineal, exhibiendo un voltaje de encendido/umbral (alrededor de 1.2-1.4V para LEDs IR de GaAs) después del cual la corriente aumenta rápidamente con un pequeño aumento en el voltaje. Los diseñadores usan esta curva para seleccionar resistencias limitadoras de corriente apropiadas o diseñar excitadores de corriente constante.

3.2 Intensidad Radiante vs. Corriente Directa

Este gráfico ilustra cómo la potencia óptica de salida aumenta con la corriente de excitación. Típicamente es lineal en un amplio rango, pero puede saturarse a corrientes muy altas debido a efectos térmicos y caída de eficiencia interna. La pendiente de esta línea se relaciona con la eficiencia cuántica externa del dispositivo.

3.3 Intensidad Radiante vs. Temperatura Ambiente

Esta curva demuestra la dependencia de la temperatura de la salida óptica. Para los LEDs, la intensidad radiante generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Este factor de reducción es crítico para diseñar sistemas que operen en todo el rango de temperatura (-40°C a +85°C) para garantizar un rendimiento consistente.

3.4 Distribución Espectral

Un gráfico que muestra la potencia óptica relativa emitida en función de la longitud de onda. Tendría un pico en los 880nm típicos y un ancho definido por la especificación FWHM de 50nm. Esto es importante para emparejar el emisor con la sensibilidad espectral del detector que se esté utilizando.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

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

• Todas las dimensiones están en milímetros, con pulgadas entre paréntesis.
• Aplica una tolerancia general de ±0.25mm (±0.010") a menos que una característica específica tenga una indicación diferente.
• La resina debajo de la brida puede sobresalir un máximo de 1.5mm (0.059").
• La separación de terminales se mide en el punto donde los terminales salen del cuerpo del encapsulado, lo cual es crítico para el diseño de la huella en la PCB.

El dibujo dimensional específico proporcionaría valores exactos para la longitud, anchura, altura del cuerpo, diámetro de los terminales y separación.

4.2 Identificación de Polaridad

Los LEDs infrarrojos son componentes polarizados. El encapsulado típicamente tiene un lado plano o una muesca en el borde para indicar el terminal del cátodo (negativo). El terminal más largo también puede indicar el ánodo (positivo), pero la marca del encapsulado es la referencia definitiva. La polaridad correcta es esencial para la operación.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El cumplimiento de las especificaciones de soldadura es vital para prevenir daños mecánicos o térmicos.

• Temperatura de Soldadura:Los terminales pueden soportar 260°C hasta por 5 segundos, siempre que el calor se aplique al menos a 1.6mm (0.063") de distancia del cuerpo del encapsulado de plástico. Esto evita que la resina se derrita o sufra estrés térmico.
• Recomendación del Proceso:Para soldadura por reflujo, es adecuado un perfil estándar sin plomo con una temperatura máxima que no exceda los 260°C. El tiempo por encima del líquido debe controlarse para minimizar la entrada térmica total.
• Limpieza:Si se requiere limpieza, utilice procesos compatibles con la resina epoxi azul transparente. Se deben evitar disolventes agresivos.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en un ambiente seco y antiestático dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado (-55°C a +100°C). La información del Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL), si es aplicable, se encontraría en una especificación de embalaje separada.

6. Información de Embalaje y Pedido

La página final de la hoja de datos está dedicada a los detalles de embalaje. Esto típicamente incluye:

• Formato de Embalaje:Es probable que los dispositivos se suministren en cinta y carrete para colocación automatizada, estándar para componentes de montaje superficial. Aquí se definen el tamaño del carrete, el ancho de la cinta, las dimensiones de los bolsillos y la orientación.
• Cantidad por Carrete:El número estándar de piezas por carrete (por ejemplo, 1000, 2000, 4000).
• Número de Modelo:El número de piezaLTE-7377LM1-TAes el código de pedido completo. Los sufijos como "-TA" pueden indicar embalaje en cinta y carrete u opciones específicas de clasificación.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Detección Infrarroja:Sensores de proximidad, detección de objetos, robots seguidores de línea e interruptores ópticos de interrupción (por ejemplo, detección de papel en impresoras). El ángulo de visión estrecho y la alta velocidad son beneficiosos.
• Comunicación Óptica:Enlaces de datos de corto alcance, transmisores de control remoto (para TVs, etc.) y transmisión de datos IR industrial donde se necesita inmunidad a EMI. El tiempo de subida/bajada de 40ns soporta tasas de datos moderadas.
• Visión Artificial e Iluminación:Proporcionar iluminación invisible para cámaras de CCTV con capacidad de visión nocturna o para sistemas especializados de visión artificial.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación:Debido a la alta corriente pulsada permitida (2A), casi siempre se requiere un transistor excitador dedicado (BJT o MOSFET). Una simple resistencia en serie es insuficiente para pulsos de corriente tan altos y desperdiciaría energía excesiva.
• Limitación de Corriente:Para operación en DC o pulsada, la corriente debe limitarse activamente para evitar exceder los Valores Absolutos Máximos. Utilice un excitador de corriente constante para una salida óptica estable.
• Gestión Térmica:Aunque el encapsulado tiene una brida, para operación continua a altas corrientes (acercándose a 100mA), se debe considerar el diseño del layout de la PCB para que actúe como disipador de calor, especialmente si se opera a altas temperaturas ambiente.
• Diseño Óptico:El ángulo de visión de 16 grados puede requerir lentes o difusores si se necesita un patrón de haz diferente. La longitud de onda de 880nm requiere un detector sensible en ese rango (por ejemplo, fotodiodo de silicio, fototransistor).
• Protección Eléctrica:Puede ser aconsejable una pequeña resistencia en serie o un supresor de voltaje transitorio (TVS) para proteger contra picos de voltaje, especialmente en entornos industriales, a pesar de la clasificación de voltaje inverso de 5V.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Basándose en sus especificaciones, este emisor IR se diferencia en el mercado a través de una combinación de atributos clave:

• Combinación de Alta Velocidad y Alta Potencia:La velocidad de conmutación de 40ns combinada con una alta intensidad radiante (35 mW/sr mín) y una capacidad de corriente pulsada muy alta (2A) es una ventaja significativa para aplicaciones que requieren tanto pulsos brillantes como altas tasas de datos o temporización precisa.
• Optimizado para Operación Pulsada:Los valores nominales explícitos para la corriente de pico pulsada y el voltaje directo especificado bajo condiciones de pulso indican que el dispositivo está diseñado para este modo exigente, ofreciendo un mejor rendimiento y fiabilidad que los LEDs simplemente clasificados para DC.
• Ángulo de Visión Estrecho:El haz de 16 grados es más estrecho que muchos LEDs IR estándar (que pueden ser de 30-60 grados), proporcionando luz más dirigida y mayor intensidad en el eje, lo que mejora la relación señal-ruido en aplicaciones de detección dirigida.

9. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P1: ¿Puedo excitar este LED con un pin de microcontrolador de 5V usando solo una resistencia en serie?

R: Para pulsos breves a baja corriente (por ejemplo, 20-50mA), es posible un cálculo de resistencia en serie (R = (V_CC- V_F) / I_F). Sin embargo, para la operación pulsada de alta corriente (350mA o 2A) para la que está diseñado el dispositivo, un pin de microcontrolador no puede suministrar suficiente corriente. Un interruptor de transistor (como un MOSFET) controlado por el MCU es obligatorio para entregar la corriente requerida desde una fuente de alimentación separada.

P2: ¿Cuál es el propósito del encapsulado azul? ¿Es solo por el color?

R: La resina epoxi azul transparente actúa como un filtro de paso de longitud de onda corta. Es transparente a la luz infrarroja emitida de 880nm pero bloquea o atenúa la luz visible. Esto puede ayudar a reducir la interferencia de la luz visible ambiental en el detector, mejorando la relación señal-ruido del sistema IR. También sirve como identificador visual.

P3: ¿Cómo interpreto el valor de "Intensidad Radiante" para mi diseño?

R: La Intensidad Radiante (mW/sr) es una medida de cuánta potencia óptica se emite en un ángulo sólido dado. Para estimar la irradiancia (potencia por unidad de área) a una distancia (d) en el eje óptico, puede usar la aproximación: E ≈ I_E/ d²para ángulos pequeños, donde E está en mW/cm² si d está en cm. Esto ayuda a determinar si suficiente luz llegará a su detector.

P4: La temperatura máxima de almacenamiento es 100°C, pero la temperatura de soldadura es 260°C. ¿No es esto contradictorio?

R: No. La temperatura de almacenamiento es para condiciones no operativas a largo plazo donde todo el encapsulado está uniformemente a esa temperatura. La clasificación de soldadura es para una exposición térmica muy corta y localizada (5 segundos) aplicada solo a los terminales metálicos, que conducen el calor lejos de la sensible unión semiconductor y del cuerpo del encapsulado.

10. Caso Práctico de Diseño

Escenario: Diseño de un Codificador Óptico de Alta Velocidad.

Un codificador rotativo óptico requiere una fuente de luz para pasar a través de un disco codificado hacia una matriz de fotodetectores. El codificador debe operar a altas velocidades de rotación, requiriendo una conmutación rápida de la fuente de luz para evitar desenfoques y permitir una detección de bordes precisa.

• Razón de Selección del Componente:Se elige el LTE-7377LM1-TA porque su tiempo de subida/bajada de 40ns permite pulsos ópticos muy nítidos, permitiendo al sistema resolver cambios de posición finos a alta velocidad. El estrecho ángulo de visión de 16 grados ayuda a concentrar la luz a través de las ranuras estrechas del disco del codificador, mejorando el contraste.
• Diseño del Circuito:Se implementa un circuito excitador de corriente constante utilizando un MOSFET de alta velocidad. El MOSFET es conmutado por un temporizador o salida de FPGA. La corriente se establece en 100mA (máximo continuo) o un valor pulsado como 350mA para pulsos de mayor intensidad, manteniéndose dentro de los límites de la hoja de datos. El voltaje directo a esta corriente se utiliza para calcular la disipación de potencia en el excitador.
• Layout y Térmica:La huella en la PCB coincide con la separación de terminales del dibujo del encapsulado. Se coloca una pequeña almohadilla de alivio térmico conectada a un plano de tierra debajo de la brida para ayudar a la disipación de calor durante la operación continua.
• Alineación Óptica:El emisor y el detector se alinean en lados opuestos del disco del codificador. El haz estrecho asegura una diafonía mínima entre pistas adyacentes en el disco.

11. Principio de Funcionamiento

Este dispositivo es un diodo emisor de luz (LED) basado en una unión p-n semiconductor, típicamente utilizando materiales como Arseniuro de Galio (GaAs) o Arseniuro de Galio y Aluminio (AlGaAs) para producir luz infrarroja. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el voltaje de encendido de la unión, los electrones y huecos se inyectan a través de la unión. A medida que estos portadores de carga se recombinan, se libera energía en forma de fotones. La energía específica de la banda prohibida del material semiconductor determina la longitud de onda de los fotones emitidos, que en este caso está centrada alrededor de 880 nanómetros. El encapsulado de epoxi azul encapsula el chip semiconductor, proporciona protección mecánica y actúa como una lente primaria que da forma al haz de salida mientras filtra longitudes de onda más cortas.

12. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de emisores infrarrojos continúa evolucionando junto con las tendencias optoelectrónicas más amplias. Existe un impulso constante hacia una mayor eficiencia (más salida de luz por vatio eléctrico de entrada) para reducir el consumo de energía y la generación de calor. Esto permite fuentes más brillantes o una mayor duración de la batería en dispositivos portátiles. Otra tendencia es la integración de emisores con excitadores y lógica de control en módulos inteligentes, simplificando el diseño del sistema. Además, existe un desarrollo hacia velocidades de conmutación aún más rápidas para soportar mayores tasas de datos en comunicación óptica (por ejemplo, para Li-Fi) y una detección de tiempo de vuelo (ToF) más precisa para aplicaciones de imágenes 3D y LiDAR. El impulso hacia la miniaturización también continúa, lo que lleva a huellas de encapsulado más pequeñas mientras se mantienen o mejoran las características de rendimiento.