Hoja de Datos del Emisor LED Infrarrojo LTE-209 - Dimensiones del Paquete 5.0mm - Voltaje Directo 1.6V - Longitud de Onda Pico 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie LTE-209 representa una familia de diodos emisores de luz (LED) infrarrojos (IR) diseñados para aplicaciones optoelectrónicas confiables. Estos componentes están diseñados para emitir luz con una longitud de onda pico de 940 nanómetros, que se encuentra dentro del espectro del infrarrojo cercano. Esta longitud de onda específica se utiliza comúnmente en aplicaciones que requieren fuentes de luz no visibles, como sensores de proximidad, detección de objetos y codificadores ópticos. La ventaja principal de esta serie radica en su fabricación precisa, que garantiza una intensidad radiante y características espectrales consistentes. El dispositivo está encapsulado en un paquete plástico miniatura de bajo costo con una configuración de visión frontal, lo que lo hace adecuado para diseños con espacio limitado. Una característica clave es su emparejamiento mecánico y espectral con series específicas de fototransistores, lo que facilita el diseño de pares emisor-detector optimizados para mejorar el rendimiento del sistema y la integridad de la señal.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los límites absolutos máximos definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estos límites se especifican a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. La corriente directa continua máxima es de 60 mA, con una capacidad de corriente directa pico de 1 A en condiciones de pulsos (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 μs). La disipación de potencia máxima es de 90 mW. El dispositivo puede soportar un voltaje inverso de hasta 5 V. El rango de temperatura de operación es de -40°C a +85°C, mientras que el rango de temperatura de almacenamiento se extiende de -55°C a +100°C. Para el ensamblaje, los terminales se pueden soldar a una temperatura de 260°C durante un máximo de 5 segundos, medidos a 1.6 mm del cuerpo del paquete.

2.2 Características Electro-Ópticas

Las características electro-ópticas son los parámetros de rendimiento clave medidos en condiciones de prueba estándar (T_A=25°C, I_F=20mA). La intensidad radiante (I_E), una medida de la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido, tiene un valor típico de 1.383 mW/sr. La incidencia radiante en la apertura (E_e), que representa la densidad de potencia, es típicamente de 0.184 mW/cm². La longitud de onda de emisión pico (λ_Pico) está centrada en 940 nm, con un ancho medio espectral (Δλ) de 50 nm, lo que define la pureza espectral de la luz emitida. El voltaje directo (V_F) típicamente varía de 1.2V a un máximo de 1.6V en la corriente de prueba. La corriente inversa (I_R) es un máximo de 100 μA cuando se aplica un voltaje inverso de 5V. El ángulo de visión (2θ_1/2), donde la intensidad radiante cae a la mitad de su valor pico, es de 16 grados, lo que indica un patrón de haz relativamente estrecho.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Si bien la hoja de datos proporcionada no detalla explícitamente un sistema de clasificación multiparámetro, indica que los dispositivos son \"SELECCIONADOS SEGÚN RANGOS ESPECÍFICOS DE INTENSIDAD EN LÍNEA E INTENSIDAD RADIANTE.\" Esto implica un proceso de selección o clasificación basado en la intensidad radiante medida y posiblemente en los valores de incidencia radiante. Esta preselección garantiza que los componentes entregados para un pedido específico se encuentren dentro de una banda de tolerancia más ajustada para estos parámetros ópticos clave que los límites mínimos y máximos absolutos establecidos en las especificaciones generales. Esta práctica mejora la consistencia en el rendimiento de la aplicación, particularmente en sistemas donde el emparejamiento de la salida óptica es crítico.

4. Análisis de las Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varias curvas características típicas que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo diferentes condiciones.

4.1 Distribución Espectral

La Figura 1 muestra la curva de distribución espectral, graficando la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda. Confirma la emisión pico en 940 nm y el ancho medio espectral de aproximadamente 50 nm, mostrando la dispersión de las longitudes de onda emitidas alrededor del pico.

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

La Figura 3 representa la característica de corriente directa versus voltaje directo. Esta curva es no lineal, típica de un diodo. Muestra la relación en la que un pequeño aumento en el voltaje más allá del umbral de encendido conduce a un rápido aumento en la corriente. El V_Fespecificado de 1.2V a 1.6V a 20mA se puede contextualizar dentro de esta curva.

4.3 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa

La Figura 5 ilustra cómo la salida óptica (intensidad radiante relativa) cambia con la corriente directa de accionamiento. Generalmente, la salida aumenta con la corriente, pero la relación puede no ser perfectamente lineal en todo el rango de operación. Esta curva es esencial para determinar la corriente de accionamiento requerida para lograr un nivel de salida óptica deseado.

4.4 Dependencia de la Temperatura

Las Figuras 2 y 4 muestran los efectos de la temperatura ambiente. La Figura 2 (Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente, probablemente a un voltaje constante) y la Figura 4 (Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente, a una corriente constante) demuestran que tanto las propiedades eléctricas como ópticas del LED dependen de la temperatura. Típicamente, para los LED infrarrojos, el voltaje directo disminuye y la salida óptica disminuye a medida que aumenta la temperatura. Estas curvas son críticas para diseñar circuitos con compensación de temperatura o para estimar el rendimiento en entornos no ambientales.

4.5 Patrón de Radiación

La Figura 6 es el diagrama de radiación o patrón de ángulo de visión. Es un gráfico polar que muestra la distribución angular de la intensidad radiante emitida. El semiángulo de 16 grados se representa visualmente aquí, mostrando la intensidad cayendo al 50% del valor en el eje a ±8 grados del centro.

5. Información Mecánica y del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete plástico miniatura de visión frontal. Las dimensiones clave del dibujo del paquete incluyen el diámetro del cuerpo, el espaciado de los terminales y la longitud total. Los terminales emergen del paquete con un espaciado específico que es crítico para el diseño de la PCB. El paquete incluye una brida, y las notas especifican una protuberancia máxima de resina debajo de esta brida. Las notas también aclaran que el espaciado de los terminales se mide en el punto donde los terminales salen del cuerpo del paquete, y las tolerancias generales son de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. La configuración física está diseñada para emparejarse mecánicamente con fototransistores correspondientes, asegurando una alineación adecuada en los módulos ensamblados.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

La directriz principal de ensamblaje proporcionada está relacionada con la temperatura de soldadura. El límite absoluto máximo especifica que los terminales pueden someterse a una temperatura de 260°C durante un máximo de 5 segundos. Este límite se mide a una distancia de 1.6 mm (0.063\") del cuerpo del paquete. Esta información es crucial para definir perfiles de soldadura por reflujo o procedimientos de soldadura manual. Exceder esta temperatura o tiempo puede dañar la unión interna del dado, los alambres de conexión o el propio material del paquete plástico. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo. El dispositivo debe almacenarse dentro del rango de temperatura especificado de -55°C a +100°C en un ambiente seco para evitar la absorción de humedad, lo que podría causar \"efecto palomita\" durante el reflujo.

7. Información de Empaquetado y Pedido

La hoja de datos identifica el número de parte como LTE-209. La \"Especificación No.\" es DS-50-92-0001, y la revisión es C. Los detalles específicos sobre el empaquetado en cinta y carrete, las cantidades por carrete o el nivel de sensibilidad a la humedad (MSL) no se proporcionan en el extracto. El pedido normalmente se basaría en el número de parte base LTE-209, con posibles sufijos que indiquen clasificaciones de intensidad específicas, como lo implica el proceso de selección mencionado en las características.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTE-209 es ideal para aplicaciones que requieren una fuente infrarroja compacta y eficiente. Su longitud de onda de 940 nm es invisible para el ojo humano y es muy adecuada para:

• Interruptores Ópticos y Detección de Objetos:Emparejado con un fototransistor (como la serie LTR-4206 mencionada) para detectar la presencia, ausencia o posición de un objeto interrumpiendo el haz IR.
• Detección de Proximidad:Utilizado en dispositivos para detectar la proximidad de un usuario u objeto, empleando a menudo detección reflectiva.
• Codificadores:Proporcionando la fuente de luz para codificadores ópticos incrementales o absolutos en sistemas de control de motores y detección de posición.
• Transmisión de Datos:Puede usarse para enlaces de comunicación infrarroja de corto alcance y baja tasa de datos (por ejemplo, sistemas de control remoto), aunque su ángulo de visión estrecho puede requerir alineación.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia en serie o un controlador de corriente constante para limitar la corriente directa al punto de operación deseado, sin exceder nunca los límites absolutos máximos.
• Gestión Térmica:Considere la disipación de potencia (V_F* I_F) y el efecto de la temperatura ambiente en la salida. Para aplicaciones de alta confiabilidad, reduzca la corriente máxima a temperaturas elevadas.
• Alineación Óptica:El estrecho ángulo de visión de 16 grados requiere una alineación mecánica precisa con el detector emparejado o el área objetivo para una fuerza de señal óptima.
• Protección del Circuito:Aunque tiene una clasificación de voltaje inverso de 5V, es una buena práctica incorporar protección contra voltaje inverso o picos de voltaje en el circuito.
• Par Emparejado:Para el mejor rendimiento en aplicaciones de detección, use el dispositivo con su fototransistor emparejado espectral y mecánicamente, como se sugiere.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores clave de la serie LTE-209, según se presenta, son su selección específica para parámetros de intensidad y su emparejamiento con una serie de fototransistores. En comparación con los LED IR genéricos, esta preselección ofrece una mayor consistencia en la salida óptica, lo que puede simplificar la calibración del circuito y mejorar el rendimiento en la producción en masa. El emparejamiento mecánico asegura que, cuando se usa con el fototransistor designado, la alineación física y el acoplamiento óptico estén optimizados, lo que lleva a señales más fuertes y confiables. El uso de Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs) sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) es una tecnología estándar para producir emisores eficientes de infrarrojo cercano con una longitud de onda alrededor de 940 nm.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Cuál es el propósito de la longitud de onda de 940 nm?

R: 940 nm está en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano. Se usa comúnmente en detección y comunicación para evitar interferencias de luz visible y es detectado eficientemente por fotodetectores de silicio.

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

R: No. Debe usar una resistencia limitadora de corriente. Con un V_Ftípico de 1.6V a 20mA, el valor de la resistencia para una fuente de 5V sería R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω. Una resistencia estándar de 180Ω daría como resultado una corriente cercana a 19 mA.

P: ¿Cómo afecta la temperatura al rendimiento?

R: Como se muestra en las curvas características, el aumento de la temperatura generalmente disminuye la salida óptica para una corriente dada y disminuye el voltaje directo. Los diseños para amplios rangos de temperatura deben tener esto en cuenta.

P: ¿Qué significa \"emparejado espectralmente\"?

R: Significa que el espectro de emisión del LED (centrado en 940 nm) se alinea bien con la región de máxima responsividad del fototransistor especificado. Esto maximiza la cantidad de luz emitida que el detector puede convertir en una señal eléctrica.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

Ejemplo 1: Puerta de Detección de Objetos:Dos LED IR LTE-209 pueden colocarse en un lado de una cinta transportadora, cada uno emparejado con un fototransistor emparejado en el lado opuesto, creando dos haces de detección independientes. Un microcontrolador monitorea las salidas de los fototransistores. Cuando un objeto pasa, interrumpe uno o ambos haces, permitiendo al sistema contar objetos, medir el tamaño (cronometrando la interrupción del haz) o activar una acción.

Ejemplo 2: Sensor de Proximidad Reflectivo:Un LTE-209 y su fototransistor emparejado se colocan uno al lado del otro en una PCB, mirando en la misma dirección. El LED emite un haz. Cuando un objeto se acerca, refleja parte de esta luz de vuelta al fototransistor. La fuerza de la señal detectada se correlaciona con la proximidad del objeto. Esta configuración es común en grifos sin contacto o dispensadores automáticos de jabón.

12. Introducción al Principio de Operación

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 tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, se libera energía. En el sistema de material específico utilizado aquí (GaAlAs/GaAs), esta energía corresponde a fotones en el espectro infrarrojo, aproximadamente de 940 nm de longitud de onda. La estructura del diodo, incluida la capa de ventana mencionada, está diseñada para permitir que esta luz generada escape eficientemente del material semiconductor. El paquete plástico sirve para proteger el dado semiconductor, proporcionar estructura mecánica y también puede actuar como una lente para dar forma al haz de luz emitido, contribuyendo al ángulo de visión especificado de 16 grados.

13. Tendencias y Avances Tecnológicos

La tecnología de emisores infrarrojos continúa evolucionando. Las tendencias generales en el campo incluyen:

• Mayor Eficiencia:Desarrollo de nuevos materiales y estructuras semiconductoras (por ejemplo, pozos cuánticos múltiples) para lograr una mayor potencia de salida óptica para una entrada eléctrica dada, reduciendo el consumo de energía y la generación de calor.
• Miniaturización:Reducción continua del tamaño del paquete (por ejemplo, paquetes a escala de chip) para permitir la integración en dispositivos electrónicos de consumo y dispositivos IoT cada vez más pequeños.
• Funcionalidad Mejorada:Integración del emisor con circuitos de accionamiento, fotodetectores o incluso microcontroladores en módulos únicos o soluciones de sistema en paquete (SiP).
• Diversificación de Longitudes de Onda:Si bien 940 nm sigue siendo estándar, otras longitudes de onda IR (por ejemplo, 850 nm, 1050 nm) se están optimizando para aplicaciones específicas como sistemas seguros para los ojos o diferentes ventanas de transmisión atmosférica.
• Fiabilidad Mejorada:Avances en materiales de empaquetado y tecnologías de unión del dado para soportar temperaturas más altas y condiciones ambientales más exigentes, como las requeridas en aplicaciones automotrices.