Hoja de Datos del LED Emisor IR LTE-4206 - Longitud de Onda 940nm - Corriente Directa 20mA - Voltaje Directo 1.6V - Ángulo de Visión 20° - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-4206 es un emisor infrarrojo (IR) miniatura de bajo costo, diseñado para aplicaciones de detección optoelectrónica y comunicación. Su función principal es emitir luz infrarroja con una longitud de onda pico de 940 nanómetros (nm). El dispositivo está encapsulado en un paquete plástico transparente de tipo "end-looking", que permite una emisión de luz eficiente. Una característica clave es su emparejamiento mecánico y espectral con las series correspondientes de fototransistores, lo que simplifica el diseño de los circuitos receptores al garantizar compatibilidad en dimensiones físicas y respuesta espectral.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Se especifican a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C.

• Disipación de Potencia (P_D):90 mW. Esta es la potencia máxima que el dispositivo puede disipar en forma de calor.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):1 A. Esta es la corriente pulsada máxima permitida, especificada bajo condiciones de 300 pulsos por segundo (pps) con un ancho de pulso de 10 μs.
• Corriente Directa Continua (I_F):60 mA. Esta es la corriente máxima de CC que se puede aplicar de forma continua.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede dañar la unión del LED.
• Rango de Temperatura de Operación:-40°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-55°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura de Terminales:260°C durante 5 segundos, medida a 1.6mm del cuerpo del encapsulado.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden a T_A=25°C y definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación. La corriente directa (I_F) para probar los parámetros ópticos es típicamente de 20mA.

• Irradiancia en la Apertura (E_e):Medida en mW/cm², es la potencia radiante por unidad de área incidente en una superficie. El valor varía según la clasificación (ver sección 3).
• Intensidad Radiante (I_E):Medida en mW/sr, es la potencia radiante emitida por unidad de ángulo sólido. Es un parámetro clave para caracterizar el brillo de la fuente IR. Los valores están clasificados.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_Pico):940 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica emitida es máxima. Se encuentra dentro del espectro del infrarrojo cercano.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ):50 nm (típico). Este parámetro, también conocido como Ancho Total a Mitad del Máximo (FWHM), indica el ancho de banda espectral. Un valor de 50 nm significa que la luz emitida cubre un rango de longitudes de onda de aproximadamente 50 nm centrado alrededor del pico.
• Voltaje Directo (V_F):1.2 V (mín), 1.6 V (típ) a I_F=20mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED cuando conduce la corriente especificada.
• Corriente Inversa (I_R):100 μA (máx) a V_R=5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está polarizado inversamente.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):20 grados. 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 20° indica un haz relativamente enfocado.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El LTE-4206 utiliza un sistema de clasificación (binning) para sus parámetros clave de salida óptica, la Irradiancia en la Apertura (E_e) y la Intensidad Radiante (I_E). El binning es un proceso de fabricación que clasifica los componentes en grupos de rendimiento para garantizar consistencia dentro de un rango definido. El dispositivo se clasifica en cuatro grupos: A, B, C y D.

• Grupo A: E_e= 0.184 - 0.54 mW/cm²; I_E= 1.383 - 4.06 mW/sr.
• Grupo B: E_e= 0.36 - 0.78 mW/cm²; I_E= 2.71 - 5.87 mW/sr.
• Grupo C: E_e= 0.52 - 1.02 mW/cm²; I_E= 3.91 - 7.67 mW/sr.
• Grupo D: E_e= 0.68 mW/cm² (mín); I_E= 5.11 mW/sr (mín). Este grupo representa la salida más alta.

Este sistema permite a los diseñadores seleccionar un grupo que cumpla con sus requisitos específicos de sensibilidad o rango para una aplicación dada.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

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

4.1 Distribución Espectral (Fig. 1)

Esta curva muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. Confirma la emisión pico a 940 nm y el ancho espectral a mitad de altura de aproximadamente 50 nm. La forma de la curva es típica para un LED infrarrojo de GaAlAs.

4.2 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva IV) (Fig. 3)

Este gráfico representa I_Fcontra V_F. Demuestra la relación exponencial característica de un diodo. La curva es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente. El V_Ftípico de 1.6V a 20mA se puede verificar aquí.

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

Este gráfico muestra que la salida óptica (intensidad radiante) es casi lineal con la corriente directa en un rango significativo. Esta linealidad simplifica el control; aumentar la corriente de accionamiento aumenta directamente y de manera predecible la salida de luz.

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

Esta curva crucial ilustra la dependencia de la temperatura de la salida del LED. La intensidad radiante disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esta reducción de potencia debe tenerse en cuenta en diseños destinados a operar en todo el rango de temperatura (-40°C a +85°C) para garantizar una fuerza de señal suficiente a altas temperaturas.

4.5 Diagrama de Radiación (Fig. 6)

Este es un gráfico polar que representa la distribución espacial de la luz emitida. Confirma visualmente el ángulo de visión de 20°, mostrando cómo la intensidad disminuye en ángulos alejados del eje central (0°).

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado plástico miniatura de tipo "end-looking". Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros (se proporcionan pulgadas entre paréntesis).
• La tolerancia general es de ±0.25mm (±0.010") a menos que se especifique lo contrario.
• La protuberancia máxima de la resina debajo de la brida es de 1.0mm (0.039").
• La separación de los terminales se mide en el punto donde emergen del cuerpo del encapsulado.
• El encapsulado es claro y transparente.

(Nota: No se proporcionan en el texto las dimensiones numéricas específicas de un dibujo, pero normalmente incluirían diámetro del cuerpo, longitud, diámetro de los terminales y separación).

6. Guías de Soldadura y Montaje

La guía principal proporcionada es para soldadura manual: los terminales se pueden soldar a 260°C durante un máximo de 5 segundos, aplicando el calor al menos a 1.6mm (0.063") del cuerpo del encapsulado plástico. Esto es para evitar daños térmicos a la resina epoxi. Para soldadura por ola o de reflujo, se deben seguir los perfiles estándar para LEDs IR, prestando atención a la temperatura máxima y al tiempo por encima del líquido para mantenerse dentro de los límites térmicos del encapsulado.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Detección de Objetos y Proximidad:Emparejado con un fototransistor compatible (por ejemplo, serie LTR-4206) en configuraciones reflectivas o de haz interrumpido. Se utiliza en impresoras, copiadoras, máquinas expendedoras y automatización industrial.
• Transmisión de Datos por Infrarrojos:Adecuado para enlaces de comunicación serie de corto alcance y baja velocidad de datos, unidades de control remoto o codificadores ópticos.
• Detección de Humo:Utilizado en detectores de humo basados en cámara óptica.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia en serie o un controlador de corriente constante para limitar I_Fal valor deseado (por ejemplo, 20mA para el rendimiento especificado), nunca conecte directamente a una fuente de voltaje.
• Gestión Térmica:Tenga en cuenta la reducción de potencia de salida con la temperatura (Fig. 4). Asegúrese de que la disipación de potencia (I_F* V_F) no exceda los 90mW, considerando las condiciones ambientales.
• Alineación Óptica:El ángulo de visión de 20° requiere un alineamiento cuidadoso con el detector emparejado para un acoplamiento de señal óptimo, especialmente en configuraciones de haz interrumpido.
• Ruido Eléctrico:En aplicaciones de detección, module la corriente del controlador del LED y use detección síncrona en el circuito receptor para rechazar la luz ambiente (por ejemplo, luz solar, bombillas incandescentes) que puede contener componentes IR de 940nm.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores principales del LTE-4206 son suemparejamiento mecánico y espectralcon una serie específica de fototransistores. Esto garantiza que el área activa del receptor y su curva de sensibilidad espectral estén alineadas de manera óptima con el patrón de salida y la longitud de onda del emisor, maximizando la eficiencia del sistema y simplificando el diseño mecánico. Elencapsulado transparenteofrece una mayor eficiencia externa en comparación con los encapsulados teñidos o difusos. Elsistema de clasificación (binning)proporciona flexibilidad para seleccionar el nivel de salida requerido. Subajo costo y tamaño miniaturalo hacen adecuado para aplicaciones de consumo e industrial de alto volumen y espacio limitado.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

R: 940nm está en el rango del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano. Es una longitud de onda común porque evita la interferencia de la luz visible, muchos fotodetectores de silicio (como los fototransistores) tienen buena sensibilidad aquí, y es menos susceptible a la interferencia de la luz incandescente ambiente (que tiene su pico en el rango de ~1000nm) en comparación con los LEDs de 850nm.

P: ¿Puedo alimentar este LED con una fuente de 5V?

R: Sí, pero DEBE usar una resistencia limitadora de corriente. Por ejemplo, para lograr I_F=20mA con un V_Ftípico de 1.6V desde una fuente de 5V: R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω. Use el valor estándar más cercano (por ejemplo, 180Ω) y verifique la corriente real.

P: ¿Qué significa "ángulo de visión" para un emisor?

R: Define el ancho del haz. Un ángulo total de 20° significa que la luz emitida se concentra dentro de un cono relativamente estrecho. La mitad de la intensidad pico se encuentra a ±10° del eje central. Un ángulo más pequeño proporciona un haz más enfocado para un mayor alcance o un alineamiento preciso.

P: ¿Por qué la salida está clasificada (binned)?

R: Las variaciones de fabricación causan ligeras diferencias en la potencia de salida. El binning clasifica los LEDs en grupos con salidas mínimas y máximas garantizadas. Esto permite a los diseñadores elegir un grupo que garantice que su sistema funcionará de manera confiable, conociendo el rango de rendimiento exacto del componente.

10. Caso Práctico de Diseño

Caso: Diseño de un Sensor de Detección de Papel para una Impresora.

Se necesita un sensor de haz interrumpido para detectar la presencia de papel. Un LTE-4206 (Grupo C) se coloca en un lado del camino del papel, y un fototransistor compatible LTR-4206 se coloca directamente enfrente.

1. Circuito de Accionamiento:El LED es accionado por un pin GPIO de un microcontrolador a través de una resistencia de 180Ω para establecer I_Fa ~20mA cuando el pin está en alto (lógica de 3.3V o 5V).
2. Modulación:El microcontrolador pulsa el LED a 1kHz (ciclo de trabajo del 50%) para distinguir su señal de la luz ambiente.
3. Circuito Receptor:El colector del fototransistor está conectado a una resistencia de pull-up. El voltaje en el colector es leído por un ADC del microcontrolador o un comparador.
4. Lógica de Detección:Cuando no hay papel presente, la luz IR llega al fototransistor, este conduce, llevando el voltaje del colector a bajo. Cuando el papel bloquea el haz, el fototransistor se apaga y el voltaje del colector sube a alto. El microcontrolador muestrea esta señal de manera síncrona durante el pulso del LED para detectar el cambio de estado.
5. Consideraciones:El ángulo de visión de 20° asegura que el haz sea lo suficientemente estrecho como para ser interrumpido limpiamente por el borde del papel. La selección del Grupo C proporciona suficiente intensidad radiante para generar una señal fuerte en el receptor, incluso permitiendo la acumulación de polvo con el tiempo.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (IR LED) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo que excede su umbral de encendido (aproximadamente 1.2V para este dispositivo), los electrones y los huecos se inyectan a través de la unión. Estos portadores de carga se recombinan, y para esta composición de material específica (típicamente Arseniuro de Galio y Aluminio - GaAlAs), la energía liberada durante la recombinación está en forma de fotones con una longitud de onda centrada alrededor de 940 nm, que es luz infrarroja. La intensidad de la luz emitida es directamente proporcional a la tasa de recombinación, que está controlada por la corriente directa (I_F). El encapsulado epoxi transparente actúa como una lente, dando forma al haz de salida al ángulo de visión especificado de 20°.

12. Tendencias Tecnológicas

Las tendencias en la tecnología de emisores infrarrojos incluyen:

• Mayor Eficiencia:Desarrollo de materiales y estructuras (por ejemplo, pozos cuánticos múltiples) para lograr una mayor intensidad radiante (mW/sr) para la misma corriente de accionamiento, reduciendo el consumo de energía.
• Miniaturización:Reducción continua del tamaño del encapsulado (por ejemplo, encapsulados a escala de chip) para permitir la integración en dispositivos más pequeños como wearables y sensores ultracompactos.
• Confiabilidad Mejorada y Operación a Mayor Temperatura:Mejoras en materiales de encapsulado y tecnologías de unión del chip para extender la vida útil y permitir la operación en entornos más severos (por ejemplo, automotriz, industrial).
• Soluciones Integradas:Combinar el emisor IR, el controlador y, a veces, un detector o lógica en un solo módulo o CI para simplificar el diseño del sistema y reducir la huella.
• Multi-Longitud de Onda y VCSELs:Uso de Láseres de Emisión Superficial de Cavidad Vertical (VCSELs) para aplicaciones que requieren patrones de luz muy precisos, de alta velocidad o estructurados, como en detección de proximidad avanzada, imágenes 3D (Time-of-Flight) y reconocimiento facial.

El LTE-4206 representa una solución madura y rentable para las necesidades estándar de detección infrarroja, mientras que las tecnologías más nuevas abordan las demandas de mayor rendimiento, integración y aplicaciones especializadas.