Hoja de Datos del Emisor Infrarrojo LTE-3276 - Longitud de Onda 850nm - Corriente Directa 50mA - Voltaje Directo 1.8V - Alta Potencia y Velocidad - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-3276 es un emisor infrarrojo (IR) de alto rendimiento diseñado para aplicaciones que requieren tiempos de respuesta rápidos y una salida radiante significativa. Sus ventajas principales radican en la combinación de capacidades de alta velocidad y alta potencia, lo que lo hace adecuado para operación en pulsos en entornos exigentes. El dispositivo está alojado en un encapsulado transparente claro, típico de los emisores IR para permitir la máxima transmisión de la luz infrarroja. El mercado objetivo incluye automatización industrial, sistemas de comunicación (como IrDA), mandos a distancia, interruptores ópticos y sistemas de sensores donde se requiere señalización infrarroja confiable y de alta intensidad.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar en o cerca de estos límites durante períodos prolongados.

• Disipación de Potencia (P_D):200 mW. Esta es la potencia total máxima que el dispositivo puede disipar como calor bajo cualquier condición de operación.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):1 A. Esta alta corriente es permisible solo bajo condiciones pulsadas (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 μs). Destaca la capacidad del dispositivo para ráfagas cortas e intensas de luz.
• Corriente Directa Continua (I_F):100 mA. Esta es la corriente DC máxima que se puede aplicar de forma continua.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede romper la unión semiconductora.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-40°C a +85°C. Este amplio rango garantiza fiabilidad en condiciones ambientales adversas.
• Temperatura de Soldadura de Terminales:260°C durante 6 segundos a 1.6mm del cuerpo. Esto es crítico para procesos de soldadura por ola o de reflujo para prevenir daños térmicos.

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 medida clave de la potencia óptica de salida por ángulo sólido. A I_F= 20mA, es de 12.75 mW/sr (típico). A I_F= 50mA, aumenta significativamente a 32 mW/sr (típico), demostrando un aumento no lineal y eficiente con la corriente.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_P):850 nm (típico). Esto está en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano pero fácilmente detectable por fotodiodos de silicio y cámaras con sensibilidad IR.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):40 nm (típico). Esto indica el ancho de banda espectral; un ancho más estrecho indicaría una fuente más monocromática.
• Voltaje Directo (V_F):A I_F= 50mA, V_Fes 1.49V (típico), con un máximo de 1.80V. A I_F= 200mA, V_Faumenta a 1.83V (típico), máx. 2.3V. Este coeficiente de temperatura positivo debe considerarse en el diseño del controlador.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):50 grados (típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo. Un ángulo de 50° proporciona un buen equilibrio entre concentración del haz y cobertura.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características típicas que son esenciales para el diseño de circuitos y la comprensión del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

3.1 Distribución Espectral (Fig. 1)

Esta curva grafica la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda. Confirma la longitud de onda de pico alrededor de 850 nm y muestra la forma y el ancho (40 nm de ancho medio) del espectro de emisión. Esto es crucial para emparejar el emisor con la sensibilidad espectral de un detector.

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

Esta curva IV muestra la relación exponencial típica de un diodo. La curva permite a los diseñadores determinar el voltaje de accionamiento necesario para una corriente de operación deseada, lo cual es crítico para diseñar controladores de corriente constante.

3.3 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa (Fig. 5)

Este gráfico muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de accionamiento. Generalmente es lineal a corrientes bajas, pero puede mostrar efectos de saturación a corrientes muy altas debido a limitaciones térmicas y de eficiencia. Estos datos son vitales para establecer el punto de operación para lograr la potencia óptica requerida.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig. 4)

Esta curva demuestra el coeficiente de temperatura negativo de la salida del LED. A medida que aumenta la temperatura ambiente, la intensidad radiante disminuye. Esta reducción térmica debe tenerse en cuenta en diseños destinados a entornos de alta temperatura para garantizar un margen de señal suficiente.

3.5 Diagrama de Radiación (Fig. 6)

Este gráfico polar representa visualmente la distribución espacial de la luz emitida, ilustrando claramente el ángulo de visión de 50 grados. Ayuda a diseñar sistemas ópticos para enfocar o colimar el haz IR.

4. Información Mecánica y de Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado estándar de orificio pasante, probablemente del estilo T-1 3/4 (5mm) común para emisores IR. Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros (pulgadas).
• La tolerancia es de ±0.25mm(.010") a menos que se indique lo contrario.
• La resina protuberante bajo la brida es de 1.5mm(.059") máximo.
• La separación de terminales se mide donde los terminales emergen del encapsulado.

El material del encapsulado transparente claro es típicamente epoxi, optimizado para alta transmitancia a 850 nm.

4.2 Identificación de Polaridad

Para un encapsulado LED estándar, el terminal más largo es típicamente el ánodo (positivo), y el terminal más corto es el cátodo (negativo). El encapsulado también puede tener un lado plano cerca del cátodo. Observar la polaridad correcta es esencial para prevenir daños por polarización inversa.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El valor máximo absoluto para la soldadura de terminales se establece explícitamente:260°C durante 6 segundos, medido a 1.6mm (.063") del cuerpo. Este es un parámetro crítico para el montaje.

• Soldadura por Ola/Manual:Adherirse estrictamente al límite de 260°C/6s. Se recomienda precalentamiento para minimizar el choque térmico.
• Soldadura por Reflujo:Aunque no se menciona explícitamente para SMD, el perfil de temperatura debe garantizar que la temperatura del cuerpo del encapsulado no exceda el máximo de almacenamiento de 85°C durante períodos prolongados, y la temperatura del terminal en el punto especificado no debe exceder los 260°C.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacenar en un ambiente seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado (-40°C a +85°C) para prevenir la absorción de humedad y degradación.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Transmisión de Datos por Infrarrojos (IrDA):Su alta velocidad lo hace adecuado para enlaces de datos en serie.
• Mandos a Distancia:La alta potencia asegura un largo alcance y una operación confiable.
• Interruptores Ópticos y Detección de Objetos:Se utiliza junto con un fotodetector para detectar presencia, posición o conteo.
• Cortinas de Seguridad Industriales:Creando una barrera de haz invisible para la protección de máquinas.
• Iluminación para Visión Nocturna:Para cámaras de CCTV con sensibilidad IR.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Accionamiento:Siempre use una resistencia limitadora de corriente en serie o un controlador de corriente constante. Calcule basándose en el voltaje directo (V_F) a la corriente de operación deseada (I_F).
• Gestión del Calor:Para operación continua cerca de la corriente máxima, considere la disipación de potencia (P_D= V_F* I_F) y asegure un disipador de calor adecuado si es necesario para mantener la temperatura de unión dentro de los límites.
• Operación en Pulsos:Para la corriente de pulso de pico de 1A, asegúrese de que el controlador pueda entregar el pulso de alta corriente requerido con un tiempo de subida/bajada rápido para aprovechar la capacidad de alta velocidad.
• Diseño Óptico:Use lentes o reflectores para dar forma al haz de 50° según la necesidad de la aplicación (por ejemplo, estrecho para largo alcance, ancho para cobertura de área).
• Emparejamiento con Detector:Empareje con un fotodetector (por ejemplo, fototransistor, fotodiodo) cuya sensibilidad espectral máxima esté alrededor de 850 nm para un rendimiento óptimo.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTE-3276 se diferencia en el mercado a través de su combinación específica de parámetros:

• Alta Potencia a Corriente Moderada:32 mW/sr a 50mA es una salida fuerte, beneficiosa para aplicaciones que requieren una buena relación señal-ruido.
• Capacidad de Alta Velocidad:La especificación para operación en pulsos implica un tiempo de respuesta intrínseco rápido, adecuado para señales moduladas.
• Construcción Robusta:El amplio rango de temperatura de operación y el encapsulado claro indican un diseño para fiabilidad.
• En comparación con los LED IR estándar de baja potencia, este dispositivo ofrece una intensidad radiante significativamente mayor. En comparación con los diodos láser, es más seguro (seguro para los ojos en esta clase de potencia), tiene un haz más amplio y generalmente es más robusto y fácil de accionar.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

R: No. Debe usar una resistencia limitadora de corriente. Por ejemplo, para accionar a I_F=50mA con un V_Fde ~1.5V desde una fuente de 5V: R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 Ohmios. Use una resistencia de 68 o 75 Ohmios y verifique la potencia nominal (P = I²R = 0.175W, por lo que una resistencia de 1/4W es suficiente).

P: ¿Cuál es la diferencia entre Intensidad Radiante (mW/sr) e Incidencia Radiante en la Apertura (mW/cm²)?

R: La Intensidad Radiante es la potencia emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián), que describe la fuerza direccional de la fuente. La Incidencia Radiante en la Apertura es la densidad de potencia (mW por cm²) que llega a la superficie de un detector a una distancia y alineación especificadas. Esta última depende de la primera y de la distancia/ley del cuadrado inverso.

P: ¿Cómo lo uso en modo pulsado?

R: Use un interruptor de transistor (BJT o MOSFET) controlado por su señal lógica para pulsar el LED. Asegúrese de que el controlador pueda suministrar la alta corriente de pico (hasta 1A) con conmutación rápida. La corriente promedio aún debe respetar la corriente continua nominal (100mA) al considerar el ciclo de trabajo.

P: ¿Por qué la salida disminuye con la temperatura?

R: Esta es una característica fundamental de los LED semiconductores. El aumento de la temperatura incrementa los procesos de recombinación no radiativa dentro del material semiconductor, reduciendo la eficiencia cuántica interna y, por lo tanto, la salida de luz.

9. Caso Práctico de Diseño

Caso: Diseño de un Sensor de Detección de Objetos por Infrarrojos de Largo Alcance.

Objetivo: Detectar un objeto a 5 metros.

Pasos de Diseño:

1. Accionamiento del Emisor:Opere el LTE-3276 a I_F=50mA (pulsado a 1kHz, ciclo de trabajo del 50%) para lograr una alta intensidad de pico (32 mW/sr) manteniendo la potencia promedio manejable.

2. Óptica:Agregue una lente colimadora simple frente al emisor para estrechar el haz de 50° a un haz más enfocado de ~10°, aumentando significativamente la intensidad a distancia.

3. Detector:Use un fototransistor de silicio emparejado con una respuesta máxima a 850nm. Coloque un filtro óptico de paso de banda estrecha (centrado en 850nm) frente a él para rechazar la luz ambiental.

4. Circuito:El circuito receptor amplifica la pequeña fotocorriente. Use detección síncrona (modulando el emisor y sintonizando el receptor a la misma frecuencia) para rechazar la luz ambiental DC y el ruido de baja frecuencia, mejorando enormemente el alcance y la fiabilidad.

Esta configuración aprovecha la alta potencia y velocidad del LTE-3276 para un sistema de detección robusto e inmune a interferencias.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un emisor infrarrojo como el LTE-3276 es un diodo emisor de luz (LED) basado en la física de semiconductores. Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n, los electrones y huecos se inyectan en la región activa. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En este dispositivo específico, el material semiconductor (típicamente basado en Arseniuro de Galio y Aluminio - AlGaAs) está diseñado para que esta energía se libere como fotones en el espectro infrarrojo, con una longitud de onda máxima de 850 nanómetros. El encapsulado de epoxi "transparente claro" está dopado para ser transparente a esta longitud de onda, permitiendo que los fotones escapen eficientemente. La característica de "alta velocidad" se refiere a los tiempos rápidos de encendido y apagado de este proceso de recombinación, permitiendo que el LED sea modulado a altas frecuencias para la transmisión de datos.

11. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de emisores infrarrojos continúa evolucionando junto con las tendencias optoelectrónicas más amplias. Los desarrollos clave incluyen:

Mayor Eficiencia de Potencia:La investigación se centra en mejorar la eficiencia cuántica interna (más fotones por electrón) y la eficiencia de extracción de luz del encapsulado, lo que conduce a una mayor intensidad radiante para la misma potencia eléctrica de entrada.

Factores de Forma Más Pequeños:La tendencia hacia la miniaturización impulsa los encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) con un rendimiento similar o mejor que los tipos tradicionales de orificio pasante.

Velocidad Mejorada:Para aplicaciones de comunicación, se están desarrollando dispositivos con anchos de banda de modulación aún más rápidos para soportar mayores tasas de datos.

Diversificación de Longitud de Onda:Si bien 850nm y 940nm son comunes, otras longitudes de onda se están optimizando para aplicaciones específicas, como longitudes de onda más largas seguras para los ojos o líneas de absorción específicas para detección de gases.

Integración:Existe una tendencia hacia la integración del emisor con un CI controlador o incluso con un detector en un solo módulo, simplificando el diseño del sistema para los usuarios finales.