Hoja de Datos del Emisor IR LED LTE-4238 - Longitud de Onda 880nm - Corriente Directa 100mA - Disipación de Potencia 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-4238 es un diodo emisor de luz (LED) infrarroja (IR) de alta potencia, diseñado para aplicaciones que requieren una iluminación infrarroja intensa y fiable. Su función principal es emitir luz no visible con una longitud de onda pico de 880 nanómetros, lo que lo hace idóneo para sistemas de detección, control remoto y conmutación óptica. Una característica clave es su emparejamiento mecánico y espectral con series específicas de fototransistores, garantizando un rendimiento óptimo en pares emisor-receptor para una transmisión de señal precisa.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Absolutas Máximas

El dispositivo está clasificado para operar dentro de límites ambientales y eléctricos estrictos para asegurar su longevidad y fiabilidad. La corriente directa continua máxima es de 100 mA, con una capacidad de corriente directa pico de 2 A en condiciones de pulsos (300 pps, ancho de pulso de 10 µs). La disipación de potencia máxima es de 150 mW a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. El rango de temperatura de operación es de -40°C a +85°C, mientras que el rango de almacenamiento se extiende de -55°C a +100°C. El dispositivo puede soportar una tensión inversa de hasta 5 V. Para el montaje, los terminales pueden soldarse a 260°C durante un máximo de 5 segundos, medidos a 1.6 mm del cuerpo del encapsulado.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Los parámetros clave de rendimiento se especifican a T_A=25°C y una corriente directa (I_F) de 20 mA. La intensidad radiante (I_E) es típicamente de 4.81 mW/sr, indicando la potencia óptica de salida por ángulo sólido. La incidencia radiante en la apertura (E_e) es de 0.64 mW/cm². La tensión directa (V_F) típicamente varía entre 1.3V y 1.8V. Las características espectrales se definen por una longitud de onda de emisión pico (λ_Pico) de 880 nm y un ancho espectral a media altura (Δλ) de 50 nm, definiendo la estrechez de la banda de luz emitida. La corriente inversa (I_R) es un máximo de 100 µA a una tensión inversa (V_R) de 5V. El ángulo de visión (2θ_1/2) es de 20 grados, describiendo la dispersión angular de la radiación emitida donde la intensidad cae a la mitad de su valor pico.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo distintas condiciones.

3.1 Distribución Espectral

La Figura 1 muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. La curva está centrada en 880 nm con un ancho a media altura típico de 50 nm, confirmando la naturaleza monocromática de la salida IR, adecuada para filtrado y detección precisa.

3.2 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente

La Figura 2 representa la reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Este gráfico es crucial para el diseño de la gestión térmica, asegurando que el dispositivo opere dentro de su área de operación segura (SOA) en todas las condiciones ambientales.

3.3 Corriente Directa vs. Tensión Directa

La Figura 3 ilustra la característica IV (corriente-tensión) del diodo. Esta relación no lineal es esencial para diseñar el circuito de excitación, determinando la tensión requerida para alcanzar una corriente de operación específica.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente y Corriente Directa

Las Figuras 4 y 5 muestran cómo la potencia óptica de salida cambia con la temperatura y la corriente de excitación. La salida típicamente disminuye al aumentar la temperatura (Figura 4) y aumenta de forma superlineal con la corriente directa (Figura 5), destacando las compensaciones entre salida, eficiencia y carga térmica.

3.5 Patrón de Radiación

La Figura 6 es un diagrama polar que muestra la distribución espacial de la luz emitida. Se confirma el ángulo de visión de 20 grados, mostrando un perfil de haz relativamente enfocado, lo cual es ventajoso para aplicaciones de iluminación dirigida.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado LED estándar con brida. Las dimensiones clave incluyen el tamaño del cuerpo, el espaciado de terminales y los límites de protuberancia. Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. El espaciado de terminales se mide en el punto donde los terminales salen del cuerpo del encapsulado. Se permite una protuberancia máxima de resina bajo la brida de 1.0 mm. Los ingenieros deben consultar el plano mecánico detallado (implícito en el PDF) para el posicionamiento preciso y el diseño de la huella en las placas de circuito impreso (PCB).

4.2 Identificación de Polaridad

Se aplican las convenciones estándar de polaridad de LED, típicamente indicadas por un lado plano en el encapsulado o por terminales de diferente longitud (ánodo más largo que el cátodo). La marca específica debe verificarse en el plano del encapsulado para asegurar la orientación correcta durante el montaje, evitando daños por polarización inversa.

5. Guías de Soldadura y Montaje

La especificación absoluta máxima para la temperatura de soldadura de los terminales es de 260°C durante 5 segundos, medidos a 1.6 mm (0.063") del cuerpo del encapsulado. Esta especificación es compatible con perfiles estándar de soldadura por reflujo sin plomo (por ejemplo, IPC/JEDEC J-STD-020). Es crucial respetar este límite para prevenir daños térmicos al chip semiconductor interno, a las uniones de alambre o al material de la lente epoxi. Se recomienda precalentar para minimizar el choque térmico. Los dispositivos deben almacenarse en un entorno seco y controlado según las pautas del nivel de sensibilidad a la humedad (MSL), que deben obtenerse de las instrucciones de manejo del fabricante.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este emisor IR es ideal para aplicaciones que incluyen: codificadores ópticos y sensores de posición, transmisores de control remoto por infrarrojos, detección de objetos y sensores de proximidad, cortinas de luz para automatización industrial y enlaces de transmisión de datos ópticos. Su emparejamiento con fototransistores específicos lo hace particularmente valioso en diseños de optoacopladores reflectivos o transmisivos donde la alineación y la respuesta espectral son críticas.

6.2 Consideraciones de Diseño

Circuito de Excitación:Una resistencia limitadora de corriente es obligatoria cuando se excita con una fuente de tensión para establecer la I_Fdeseada y prevenir la fuga térmica. El valor de la resistencia se calcula usando R = (V_{de alimentación}- V_F) / I_F. Para operación en pulsos a corrientes pico altas (hasta 2A), se requiere un interruptor de transistor (por ejemplo, MOSFET) excitado por un generador de pulsos.
Gestión Térmica:Debe respetarse el límite de disipación de potencia de 150 mW. A altas temperaturas ambiente o corrientes continuas altas, la temperatura de unión aumentará, reduciendo potencialmente la intensidad de salida y la vida útil del dispositivo. Puede ser necesario un diseño adecuado de PCB con área de cobre suficiente para disipar calor.
Diseño Óptico:El ángulo de visión de 20 grados proporciona un haz enfocado. Para una cobertura más amplia, puede necesitarse una lente difusora. Para una eficiencia de acoplamiento máxima con un fotodetector emparejado, asegure una alineación mecánica adecuada y considere posibles fuentes de ruido IR ambiental (luz solar, bombillas incandescentes).

7. Comparación y Diferenciación Técnica

La diferenciación principal del LTE-4238 radica en sualta intensidad radiante (4.81 mW/sr típico)y suselección específica para un rendimiento emparejado con fototransistores complementarios. En comparación con los LED IR genéricos, esta preselección garantiza tolerancias más ajustadas en sistemas optoelectrónicos emparejados, lo que conduce a una sensibilidad más consistente, menor diafonía y una mejor relación señal-ruido. La longitud de onda de 880 nm es un estándar común, ofreciendo un buen equilibrio entre la sensibilidad del fotodetector de silicio y una menor visibilidad en comparación con las fuentes de 940 nm.

8. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Cuál es el propósito de la especificación de corriente directa pico (2A) si la corriente continua es solo de 100mA?
R: La especificación pico permite pulsos de corriente alta y muy cortos. Esto es esencial para aplicaciones como controles remotos o transmisión de datos donde se necesita alta potencia óptica instantánea para alcance o velocidad, pero la potencia promedio (y el calor) permanece baja.

P: ¿Cómo afecta la temperatura ambiente al rendimiento?
R: A medida que aumenta la temperatura, la tensión directa típicamente disminuye ligeramente, la salida radiante disminuye (como se muestra en la Fig. 4) y la corriente continua máxima permitida debe reducirse (Fig. 2). El diseño debe tener en cuenta estas variaciones.

P: ¿Puedo excitar este LED directamente desde un pin GPIO de un microcontrolador?
R: Posiblemente, pero con precaución. Un pin GPIO podría suministrar 20-50mA. Debes usar una resistencia en serie para limitar la corriente a la I_Fdeseada (por ejemplo, 20mA) y asegurar que la corriente total no exceda los límites del pin y del encapsulado del microcontrolador. Para corrientes más altas o pulsos, se requiere un transistor excitador externo.

P: ¿Qué significa "espectralmente emparejado"?
R: Significa que el espectro de emisión de este LED IR está optimizado para alinearse con la sensibilidad espectral pico de su fototransistor emparejado. Esto maximiza la fuerza de la señal detectada para una potencia emitida dada.

9. Caso Práctico de Diseño

Escenario: Diseño de un Sensor de Proximidad.El objetivo es detectar un objeto dentro de los 10 cm. El sistema utiliza un emisor IR LTE-4238 y un fototransistor emparejado colocados uno al lado del otro, mirando en la misma dirección (modo de detección reflectivo).
Implementación:El LED se excita con pulsos de 50 mA (dentro de la especificación continua) a una frecuencia de 1 kHz. Una resistencia limitadora de corriente establece este punto de polarización. El colector del fototransistor se conecta a una resistencia de pull-up y a un circuito amplificador/filtro. Cuando un objeto está dentro del rango, la luz IR se refleja hacia el fototransistor, haciendo que su tensión de colector caiga. Esta señal se acondiciona y se envía a un comparador o al ADC de un microcontrolador para activar un evento de detección.
Cálculos Clave:El valor de la resistencia de excitación se calcula en base a una alimentación de 5V y una V_Fde ~1.5V: R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 Ohmios (usar valor estándar de 68 Ω). Disipación de potencia en el LED: P = V_F* I_F= 1.5V * 0.05A = 75 mW, que está muy por debajo del máximo de 150 mW a 25°C.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un LED infrarrojo es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones de la región n y los huecos de la región p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, se libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica de 880 nm está determinada por la energía de la banda prohibida de los materiales semiconductores utilizados (típicamente arseniuro de galio y aluminio, AlGaAs). La luz emitida es incoherente y se encuentra dentro del espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano pero fácilmente detectable por fotodetectores basados en silicio.

11. Tendencias Tecnológicas

La tendencia en emisores IR para detección continúa hacia una mayor densidad de potencia y eficiencia en encapsulados más pequeños. Esto permite rangos de detección más largos y un menor consumo de energía del sistema. También hay un movimiento hacia soluciones integradas, combinando el emisor, el excitador y, a veces, el detector en un solo módulo con interfaces digitales (I2C, SPI). Además, los avances en encapsulado a nivel de oblea (WLP) y encapsulado a escala de chip (CSP) están reduciendo el tamaño y el costo de los componentes optoelectrónicos discretos mientras mejoran la fiabilidad. El principio fundamental de operación permanece, pero la integración y el rendimiento por unidad de volumen aumentan constantemente.