Hoja de Datos del Emisor Infrarrojo LTE-2872U - Paquete de 5mm - Voltaje Directo de 1.6V - Longitud de Onda de 940nm - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-2872U es un diodo emisor infrarrojo (IR) de alto rendimiento diseñado para un funcionamiento fiable en aplicaciones de detección y sensado. Su función principal es emitir luz infrarroja con una longitud de onda pico de 940 nanómetros, invisible para el ojo humano pero ideal para sistemas de detección electrónicos. La aplicación principal destacada en la hoja de datos es para detectores de humo, para los cuales el componente cuenta con aprobación UL, subrayando su fiabilidad y seguridad para equipos críticos de protección vital. El dispositivo se ofrece en un encapsulado plástico transparente de bajo costo y visión frontal, que proporciona un patrón de haz estrecho que mejora la direccionalidad y la precisión del sensado.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas clave de la serie LTE-2872U derivan de sus decisiones de diseño específicas. Está emparejado mecánica y espectralmente con los fototransistores complementarios de la serie LTR-3208, garantizando un rendimiento óptimo en pares emisor-detector comúnmente utilizados en sensores de tipo ranura (por ejemplo, para detección de papel en impresoras, sensado de objetos). Este emparejamiento simplifica el diseño y mejora la integridad de la señal. La característica de haz estrecho aumenta la intensidad en un área más pequeña, mejorando la relación señal-ruido en sistemas alineados. El uso de una capa de ventana de Arseniuro de Galio y Aluminio (GaAlAs) sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) es una tecnología estándar para una emisión IR eficiente. El mercado objetivo principal es la electrónica industrial y de consumo que requiere sensado infrarrojo robusto y de bajo costo, con un nicho certificado en sistemas de detección de humo.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

La hoja de datos proporciona valores máximos absolutos y características eléctricas/ópticas detalladas, que son críticos para el diseño del circuito y la evaluación de la fiabilidad.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente. El dispositivo puede disipar hasta 250 mW de potencia. La corriente directa continua está clasificada en 150 mA, mientras que se permite una corriente directa de pico mucho mayor de 3 A en condiciones pulsadas (300 pps, ancho de pulso de 10 µs), lo que es útil para impulsar ráfagas cortas de alta intensidad. La tensión inversa máxima es de 5 V, lo que indica la tolerancia limitada del diodo a la polarización inversa. El rango de temperatura de funcionamiento es de -40°C a +85°C, y el almacenamiento puede ser de -55°C a +100°C, lo que lo hace adecuado para entornos hostiles. La temperatura de soldadura de los terminales se especifica en 260°C durante 5 segundos a una distancia de 1.6mm del cuerpo del encapsulado, proporcionando orientación para los procesos de montaje.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Los parámetros se prueban con una corriente directa estándar (I_F) de 20 mA y una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. La tensión directa (V_F) típicamente varía entre 1.2V y 1.6V. La corriente inversa (I_R) es un máximo de 100 µA con una tensión inversa (V_R) de 5V. La longitud de onda de emisión pico (λ_Pico) es de 940 nm, y el ancho de banda espectral (Δλ), definido como la anchura a media altura, es de 50 nm. El ángulo de visión (2θ_1/2) es de 16 grados, confirmando la especificación de haz estrecho.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El LTE-2872U emplea un riguroso sistema de clasificación para su salida radiante, lo cual es crucial para aplicaciones que requieren un rendimiento óptico consistente. Se clasifican dos parámetros clave: la Incidencia Radiante en la Apertura (E_e, en mW/cm²) y la Intensidad Radiante (I_E, en mW/sr).

3.1 Clasificación de la Salida Radiante

La hoja de datos enumera múltiples clasificaciones (A, B, C, D1, D2, D3, D4) tanto para E_ecomo para I_E. Las clasificaciones representan rangos ordenados de potencia óptica. Por ejemplo, la Clasificación A para Intensidad Radiante tiene un rango típico de 3.31 a 7.22 mW/sr, mientras que la Clasificación D4 comienza desde 17.17 mW/sr. Esto permite a los diseñadores seleccionar un componente con el nivel de salida preciso necesario para su aplicación, asegurando una fuerza de señal adecuada sin sobredimensionar. Generalmente, números de clasificación más altos corresponden a dispositivos de mayor eficiencia o salida. Los diseñadores deben consultar los códigos de clasificación específicos al realizar el pedido para garantizar el rendimiento requerido.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

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

4.1 Distribución Espectral

La Figura 1 muestra la distribución espectral, con un pico pronunciado a 940 nm y el mencionado ancho a media altura de 50 nm. Esta curva es vital para garantizar la compatibilidad con la sensibilidad espectral del detector emparejado (como el LTR-3208).

4.2 Corriente Directa vs. Tensión Directa

La Figura 3 representa la característica IV (Corriente-Tensión). Muestra la relación exponencial típica de un diodo. La curva permite a los diseñadores determinar la tensión de accionamiento necesaria para una corriente de operación deseada, lo cual es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente.

4.3 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa

La Figura 5 muestra que la salida óptica (intensidad radiante) es casi lineal con la corriente directa en el rango de operación típico. Esta linealidad simplifica la modulación y el control de la salida de luz.

4.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente

La Figura 4 es crítica para comprender los efectos térmicos. Muestra que la intensidad radiante disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esta reducción de capacidad debe tenerse en cuenta en diseños destinados a operar en todo el rango de temperatura, especialmente cerca del límite superior (+85°C), para asegurar un margen de señal suficiente.

4.5 Diagrama de Radiación

La Figura 6 proporciona un patrón de radiación polar, confirmando visualmente el ángulo de visión de 16 grados. El patrón muestra la distribución angular de la luz infrarroja emitida, lo cual es importante para la alineación óptica y la comprensión del área de sensado efectiva.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado radial con terminales estándar de 5mm (a menudo denominado T-1¾). Las dimensiones clave incluyen el diámetro del cuerpo, la separación de terminales y la longitud total. El dibujo especifica que la separación de terminales se mide donde los terminales emergen del encapsulado. Se indica una protuberancia máxima de resina bajo la brida de 1.5mm. Todas las dimensiones tienen una tolerancia estándar de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario.

5.2 Identificación de Polaridad

Para un emisor IR estándar en este encapsulado, el terminal más largo es típicamente el ánodo (positivo), y el terminal más corto es el cátodo (negativo). El lado plano en el borde del encapsulado también puede indicar el lado del cátodo. Los diseñadores deben verificar esto durante el montaje para evitar una conexión inversa.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

La hoja de datos proporciona instrucciones específicas para la soldadura con el fin de prevenir daños térmicos en la unión semiconductor y el encapsulado plástico.

6.1 Soldadura Manual o por Ola

El valor máximo absoluto especifica que los terminales pueden soldarse a 260°C durante un máximo de 5 segundos, con la condición de que el punto de soldadura esté al menos a 1.6mm (.063\") del cuerpo del encapsulado. Esta distancia permite que el calor se disipe a lo largo del terminal antes de llegar a los componentes sensibles dentro del encapsulado. Se recomienda la práctica de usar una pinza disipadora de calor en el terminal entre la unión de soldadura y el cuerpo.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

Aunque no se detalla explícitamente más allá del rango de temperatura de almacenamiento (-55°C a +100°C), es una práctica estándar almacenar dispositivos sensibles a la humedad en un ambiente seco o en bolsas selladas con barrera de humedad y desecante para prevenir el \"efecto palomita\" durante la soldadura por reflujo, aunque este componente está principalmente destinado al montaje con orificios pasantes.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Detectores de Humo:La aprobación UL lo convierte en una opción principal. Se utiliza en detectores de humo fotoeléctricos donde las partículas de humo dispersan el haz IR del emisor hacia un fotodetector.
• Detección de Objeto/Ranura:Emparejado con un fototransistor compatible (por ejemplo, LTR-3208) a través de un espacio para detectar la presencia o ausencia de un objeto (papel en una impresora, moneda en una máquina expendedora).
• Detección de Proximidad:Utilizado en sistemas donde se detecta la luz IR reflejada para medir distancia o presencia.
• Automatización Industrial:Para conteo, posicionamiento y cortinas de seguridad de haz interrumpido.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia en serie para limitar la corriente directa al valor deseado (por ejemplo, 20 mA para mediciones de especificaciones). Calcule el valor de la resistencia usando R = (V_{de alimentación}- V_F) / I_F.
• Gestión Térmica:Tenga en cuenta la disminución de la salida con la temperatura (ver Fig. 4). Para operación a alta temperatura o alta corriente, asegúrese de que la disipación de potencia (I_F* V_F) no exceda los 250 mW y considere la reducción de capacidad.
• Alineación Óptica:El haz estrecho de 16 grados requiere una alineación mecánica precisa con el detector para una fuerza de señal óptima.
• Ruido Eléctrico:Para operación pulsada, asegure un circuito de accionamiento rápido y considere el blindaje para evitar que la interferencia electromagnética afecte a los circuitos sensibles del detector.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Aunque la hoja de datos no incluye una comparación directa con competidores, se pueden inferir los diferenciadores clave del LTE-2872U. Su ventaja principal es el emparejamiento garantizado con la serie de fototransistores LTR-3208, reduciendo la incertidumbre en el diseño. La disponibilidad de múltiples clasificaciones de salida permite la optimización de costo-rendimiento. El ángulo de visión estrecho es una característica específica que no se encuentra en todos los emisores IR; los emisores de ángulo más amplio proporcionan menos intensidad en un punto específico pero cubren un área mayor. La certificación UL para detectores de humo es una calificación significativa que no poseen todos los LED IR, abriendo la puerta a un mercado regulado.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Cuál es el propósito de las diferentes clasificaciones (A, B, C, D1, etc.)?
R1: Las clasificaciones categorizan los LED en función de su salida radiante medida (intensidad). Esto le permite seleccionar un componente que cumpla de manera fiable con la salida mínima requerida para su aplicación. Usar una clasificación más alta asegura una señal más fuerte pero puede costar un poco más.

P2: ¿Puedo alimentar este LED directamente con una fuente de 5V?
R2: No. La tensión directa típica es de 1.2-1.6V. Conectarlo directamente a 5V causaría una corriente excesiva, destruyendo el LED. Siempre debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie.

P3: ¿Por qué disminuye la salida a temperaturas más altas?
R3: Esta es una característica fundamental de las fuentes de luz semiconductoras. El aumento de la temperatura incrementa la recombinación no radiativa dentro del material semiconductor, reduciendo la eficiencia de la generación de luz (electroluminiscencia).

P4: ¿Qué significa \"espectralmente emparejado\"?
R4: Significa que la longitud de onda de emisión pico del emisor (940nm) se alinea estrechamente con la longitud de onda de sensibilidad espectral pico del fototransistor detector especificado. Esto maximiza la cantidad de luz emitida que el detector puede \"ver\" y convertir en una señal eléctrica.

10. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario: Diseñar un Sensor de Falta de Papel para una Impresora.Una aplicación común es detectar cuando no hay papel en una bandeja. Se coloca un emisor IR LTE-2872U en un lado del camino del papel, y un fototransistor LTR-3208 se coloca directamente opuesto. Cuando hay papel, éste bloquea el haz IR, y la salida del fototransistor es baja (o alta, dependiendo de la configuración del circuito). Cuando no hay papel, el haz llega al detector, cambiando su estado de salida.Pasos de Diseño:1) Elija una clasificación apropiada (por ejemplo, Clasificación C) para un margen de señal suficiente. 2) Diseñe el circuito de accionamiento: Use un pin GPIO de un microcontrolador. Con una alimentación de 3.3V y un objetivo de I_Fde 20 mA, calcule R = (3.3V - 1.4V) / 0.02A = 95Ω. Use una resistencia estándar de 100Ω. 3) Diseñe el circuito del detector: Conecte el fototransistor en una configuración de emisor común con una resistencia de pull-up para crear una señal digital. 4) Diseñe mecánicamente el soporte para asegurar una alineación precisa del emisor y el detector a través del camino del papel, utilizando el haz estrecho de 16 grados para una detección de borde precisa.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LTE-2872U es un diodo emisor de luz (LED) que opera en el espectro infrarrojo. Su principio central es la electroluminiscencia en una unión p-n semiconductor. Cuando se aplica una tensión directa, 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, liberan energía. En este sistema de material específico (GaAlAs/GaAs), la energía liberada corresponde a un fotón con una longitud de onda de aproximadamente 940 nm, que está en la región del infrarrojo cercano. El haz estrecho se logra a través de la geometría del chip semiconductor y el efecto de lente de la cúpula de plástico transparente del encapsulado, que colima la luz emitida.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

Los emisores infrarrojos como el LTE-2872U se basan en la tecnología madura de semiconductores III-V. Las tendencias en el campo incluyen el desarrollo de emisores a diferentes longitudes de onda (por ejemplo, 850nm para algunas cámaras de vigilancia, 1050nm para aplicaciones seguras para los ojos) y con mayores potencias y eficiencias de salida. También hay un movimiento hacia encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) para el montaje automatizado, aunque los encapsulados con orificios pasantes como este tipo de 5mm siguen siendo populares para prototipos, reparaciones y aplicaciones que requieren un manejo de mayor potencia o un montaje manual más simple. El principio de pares emisor-detector emparejados sigue siendo fundamental para un sensado optoelectrónico fiable. La integración del emisor, el controlador y, a veces, el detector en un solo módulo es otra tendencia, simplificando el diseño del sistema para los usuarios finales.