LED Emisor IR 5mm Carcasa Transparente - Diámetro 5mm - Tensión Directa 1.8V - Intensidad Radiante 4.81mW/sr - Hoja de Datos Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un diodo emisor de luz (LED) infrarroja (IR) de alta potencia y tamaño miniatura, alojado en una carcasa plástica transparente. El dispositivo es un emisor de visión frontal diseñado para aplicaciones que requieren una iluminación infrarroja fiable. Su función principal es convertir la corriente eléctrica en radiación infrarroja, típicamente para su uso en sistemas de detección, sensado y comunicación, donde a menudo se empareja con un fotodetector compatible.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

El dispositivo está diseñado para operar de forma fiable dentro de los límites ambientales y eléctricos especificados. Superar estos valores puede causar daños permanentes.

• Disipación de Potencia:150 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar de forma segura en forma de calor bajo cualquier condición de operación.
• Corriente Directa de Pico:2 A. Esta es la corriente pulsada máxima permitida, especificada bajo condiciones de 300 pulsos por segundo con un ancho de pulso de 10 microsegundos. Es significativamente mayor que la clasificación continua, permitiendo ráfagas breves de luz de alta intensidad.
• Corriente Directa Continua:100 mA. Esta es la corriente continua máxima que se puede aplicar al LED indefinidamente sin riesgo de daño.
• Tensión Inversa:5 V. Aplicar una tensión de polarización inversa mayor que este valor puede provocar la ruptura de la unión semiconductor.
• 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. El dispositivo puede almacenarse sin operar dentro de este rango de temperatura más amplio.
• Temperatura de Soldadura de las Patillas:260°C durante 5 segundos, medidos a 1.6mm del cuerpo del encapsulado. Esto define la tolerancia del perfil térmico para los procesos de montaje.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente estándar de 25°C y definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación. La condición de prueba para la mayoría de los parámetros ópticos es una corriente directa (I_F) de 20 mA.

• Irradiancia en la Apertura (E_e):0.64 mW/cm² (Mín.). Mide la potencia radiante por unidad de área en la apertura del emisor. Es un parámetro clave para aplicaciones donde el emisor se coloca cerca de un detector.
• Intensidad Radiante (I_E):4.81 mW/sr (Mín.). Esta es la potencia radiante emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). Es la medida principal del "brillo" de salida del LED en el espectro infrarrojo y es crucial para calcular la iluminación a distancia.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_Pico):880 nm (Típ.). El dispositivo emite luz infrarroja centrada alrededor de esta longitud de onda. Esto está en la región del infrarrojo cercano (NIR), que es invisible para el ojo humano pero fácilmente detectable por fotodetectores de silicio.
• Ancho de Línea Espectral a Media Altura (Δλ):50 nm (Máx.). Especifica el rango de longitudes de onda en el que la potencia óptica emitida es al menos la mitad de su valor pico. Un valor de 50 nm indica una salida espectral moderadamente amplia, típica de los LED IR estándar.
• Tensión Directa (V_F):1.3 V (Mín.), 1.8 V (Máx.) a I_F=20mA. Esta es la caída de tensión a través del LED durante su operación. Es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• 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 en inversa.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):40° (Típ.). Este es el ángulo total en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo (en el eje). Un ángulo de 40° proporciona un haz amplio, adecuado para aplicaciones que requieren cobertura de área extensa.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias representaciones gráficas del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

3.1 Distribución Espectral

La curva de salida espectral (Fig. 1) muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. Confirma la emisión pico en aproximadamente 880 nm con una curva característica en forma de campana, que se atenúa a ambos lados. El ancho a media altura se puede estimar visualmente a partir de este gráfico.

3.2 Corriente Directa vs. Tensión Directa

La curva I-V (Fig. 3) ilustra la relación no lineal entre la tensión directa aplicada y la corriente resultante. Muestra la característica exponencial típica de encendido de un diodo. El rango especificado de V_Fa 20mA se puede cotejar en esta curva.

3.3 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva (Fig. 5) demuestra cómo la potencia óptica de salida aumenta con la corriente de excitación. Es generalmente lineal en un rango significativo, pero puede exhibir saturación o caída de eficiencia a corrientes muy altas. Este gráfico es crítico para determinar la corriente de excitación requerida para lograr un nivel de salida deseado.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente

La curva de dependencia de la temperatura (Fig. 4) muestra que la potencia de salida de un LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta es una característica fundamental de las fuentes de luz semiconductoras. El gráfico permite a los diseñadores reducir la salida esperada para entornos de operación a alta temperatura.

3.5 Diagrama de Radiación

El patrón de radiación polar (Fig. 6) proporciona una representación visual del ángulo de visión. Traza la intensidad relativa frente al ángulo desde el eje central, mostrando claramente el semiángulo de 40° donde la intensidad cae al 50%.

4. Información Mecánica y de Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado plástico transparente estándar de 5mm de diámetro y visión frontal (a menudo denominado encapsulado T-1 3/4). Las notas dimensionales clave incluyen:

• Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros con equivalentes en pulgadas.
• Se aplica una tolerancia estándar de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario.
• La protrusión máxima de la resina bajo la brida es de 1.5mm.
• La separación entre patillas se mide en el punto donde las patillas salen del cuerpo del encapsulado.

El encapsulado es transparente, permitiendo que la luz infrarroja pase con una absorción mínima. Las patillas están típicamente hechas de aleación de cobre estañado.

4.2 Identificación de Polaridad

Para este estilo de encapsulado, la patilla más larga suele denotar el ánodo (conexión positiva), y la patilla más corta denota el cátodo (conexión negativa). Además, el encapsulado puede tener un punto plano en el borde cerca de la patilla del cátodo. Se debe observar la polaridad correcta para que el dispositivo emita luz.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

El valor máximo absoluto para la soldadura de patillas es de 260°C durante una duración de 5 segundos, medidos a 1.6mm del cuerpo del encapsulado. Esta clasificación está destinada a procesos de soldadura manual o por ola.

• Soldadura por Reflujo:Aunque no se especifica explícitamente para reflujo, el límite de 260°C sugiere que puede tolerar algunos perfiles de reflujo. Sin embargo, se recomienda encarecidamente un perfil con una temperatura máxima más baja (por ejemplo, 245°C) y tasas de rampa controladas para minimizar el estrés térmico en el encapsulado plástico y las uniones internas de alambre.
• Precauciones Generales:Evitar tensiones mecánicas excesivas en las patillas. No doblar las patillas en la raíz del encapsulado. Utilizar disipación de calor adecuada durante la soldadura si es necesario.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacenar en un entorno seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado (-55°C a +100°C) para prevenir la absorción de humedad y otras degradaciones.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este emisor IR es adecuado para una variedad de aplicaciones optoelectrónicas, incluyendo:

• Detección y Sensado de Objetos:Utilizado en sensores de proximidad, contadores de objetos y sistemas de detección de nivel, a menudo emparejado con un fototransistor como la serie LTR-3208 mencionada para formar un interruptor óptico o sensor reflectivo.
• Sistemas de Control Remoto:Sirviendo como transmisor en mandos a distancia infrarrojos para electrónica de consumo.
• Enlaces de Datos Ópticos:Permitiendo comunicación de datos serie inalámbrica de corto alcance.
• Sistemas de Seguridad:Utilizado en iluminación infrarroja para cámaras de visión nocturna o como parte de haces de detección de intrusos.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Un LED es un dispositivo controlado por corriente. Siempre utilizar una resistencia limitadora de corriente en serie o un circuito de excitación de corriente constante para evitar superar la corriente directa continua máxima, especialmente dado que la tensión directa tiene un rango (1.3V-1.8V).
• Gestión del Calor:Aunque la disipación de potencia es baja, operar a corrientes continuas altas o en temperaturas ambiente elevadas reducirá la salida y la vida útil. Asegurar una ventilación adecuada si es necesario.
• Emparejamiento Óptico:La hoja de datos señala que el dispositivo está emparejado mecánica y espectralmente con fototransistores específicos. Utilizar el detector recomendado garantiza una sensibilidad óptima en la longitud de onda pico de 880nm y un alineamiento físico en módulos ensamblados.
• Protección del Circuito:Considerar añadir protección contra picos de tensión inversa o descarga electrostática (ESD), ya que la tensión inversa máxima es de solo 5V.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

Las características clave que diferencian a este emisor IR incluyen:

• Rangos de Intensidad Seleccionados:Los dispositivos son clasificados o seleccionados para cumplir con especificaciones de intensidad radiante específicas, asegurando consistencia en la producción.
• Alta Potencia de Salida:La intensidad radiante mínima de 4.81 mW/sr a 20mA es competitiva para un encapsulado estándar de 5mm, ofreciendo una buena fuerza de señal.
• Amplio Ángulo de Visión (40°):Proporciona una cobertura amplia, lo que es ventajoso para sensado de proximidad y sensado reflectivo donde el alineamiento es menos crítico.
• Carcasa Transparente:A diferencia de las carcasas teñidas o difusas, la lente transparente maximiza la salida de luz frontal y es neutral al color de la luz emitida, lo que es ideal para aplicaciones IR.
• Emparejado con Serie de Detectores:Esto simplifica el diseño y la adquisición para sistemas que utilizan el fototransistor emparejado, garantizando compatibilidad óptica y mecánica.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

8.1 ¿Qué valor de resistencia debo usar con una fuente de 5V?

Usando la Ley de Ohm (R = (V_fuente- V_F) / I_F) y asumiendo una I_Fobjetivo de 20mA, el valor de la resistencia depende de la V_Freal. Para un diseño del peor caso que asegure que la corriente nunca exceda 20mA, usar la V_Fmínima (1.3V). R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185 Ohmios. El valor estándar más cercano es 180 Ohmios. Esto proporciona una corriente máxima de ~20.6mA, que es segura. Potencia nominal: P = I²R = (0.02)² * 180 = 0.072W, por lo que una resistencia de 1/8W o 1/4W es suficiente.

8.2 ¿Puedo excitarlo directamente con un pin de microcontrolador?

Típicamente, no. La mayoría de los pines GPIO de microcontroladores tienen un límite de suministro/absorción de corriente de 20-40mA, lo que está en el límite del punto de operación de este LED. Incluso si está dentro del límite, la tensión de salida del pin caerá bajo carga, haciendo el control de corriente impreciso. Siempre se recomienda usar un transistor (por ejemplo, BJT NPN o MOSFET de canal N) como interruptor controlado por el pin del microcontrolador para controlar la corriente del LED de forma independiente.

8.3 ¿Cómo afecta la temperatura al rendimiento?

Como se muestra en la Fig. 4, la intensidad radiante relativa disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. A +85°C, la salida puede ser solo del 60-80% de su valor a 25°C. Por el contrario, a temperaturas muy bajas, la salida puede ser mayor. Esto debe tenerse en cuenta en los cálculos de sensibilidad del sistema, especialmente para aplicaciones exteriores o de alta fiabilidad. La tensión directa (V_F) también tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye ligeramente a medida que aumenta la temperatura.

8.4 ¿Cuál es la diferencia entre Irradiancia en la Apertura e Intensidad Radiante?

Intensidad Radiante (I_E, mW/sr)es una medida angular de potencia: describe cuánta potencia se emite en una dirección específica (por estereorradián). Es independiente de la distancia.Irradiancia en la Apertura (E_e, mW/cm²)es una medida areal de densidad de potencia: describe cuánta potencia pasa a través de una unidad de área en la apertura de la fuente. E_ees más relevante para aplicaciones de muy corto alcance donde el detector está esencialmente en la superficie del emisor, mientras que I_Ese usa con la ley del cuadrado inverso para calcular la irradiancia a distancia.

9. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñando un Contador de Hojas de Papel para una Impresora.

Se necesita un sensor interruptor óptico para contar hojas de papel que pasan por un mecanismo de impresora. Un soporte en forma de U sostiene el emisor IR en un lado y un fototransistor emparejado en el otro. Cuando no hay papel, la luz IR del emisor golpea directamente el detector, haciendo que conduzca. Cuando una hoja de papel pasa por la brecha, bloquea el haz IR, haciendo que la conducción del detector disminuya.

Razonamiento de Selección de Componentes:

• Este emisor IR se elige por sualta intensidad radiante (4.81 mW/sr mín.), asegurando que una señal fuerte pueda llegar al detector incluso si el alineamiento del soporte no es perfecto o si se acumula polvo.
• Elamplio ángulo de visión de 40°es beneficioso ya que proporciona tolerancia para desalineaciones mecánicas menores entre el emisor y el detector alojados en los brazos separados del soporte en U.
• Suemparejamiento espectral con el fototransistor LTR-3208garantiza que el detector sea más sensible a la longitud de onda de 880nm que se emite, maximizando la relación señal-ruido.
• Lacarcasa transparentees ideal ya que no atenúa la luz IR innecesariamente.

Implementación del Circuito:El emisor es excitado por una fuente de corriente constante de 20mA para una salida consistente. El fototransistor está conectado en una configuración de emisor común con una resistencia de pull-up. Un comparador o un pin ADC de microcontrolador monitorea la tensión en el colector del fototransistor. Una hoja de papel que pasa provoca una transición de tensión distinta, que es contada por el firmware del microcontrolador.

10. Introducción al Principio de Operación

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa que excede el potencial incorporado de la unión, los electrones de la región n se inyectan a través de la unión en la región p, y los huecos de la región p se inyectan en la región n. Estos portadores minoritarios inyectados (electrones en la región p, huecos en la región n) se recombinan con los portadores mayoritarios. En un material semiconductor de banda prohibida directa como el Arseniuro de Galio (GaAs) o compuestos similares utilizados para emisión IR, una porción significativa de estas recombinaciones esradiativa.

Durante la recombinación radiativa, la energía del par electrón-hueco que se recombina se libera en forma de un fotón. La longitud de onda (λ) de este fotón está determinada por la energía de la banda prohibida (E_g) del material semiconductor, según la ecuación λ = hc / E_g, donde h es la constante de Planck y c es la velocidad de la luz. Para un pico de emisión a 880 nm, la energía de banda prohibida correspondiente es aproximadamente 1.41 eV. El encapsulado de epoxi transparente encapsula el chip semiconductor, proporciona protección mecánica y actúa como una lente para dar forma al patrón de radiación de la luz emitida.

11. Tendencias Tecnológicas

Aunque el principio fundamental de los LED IR permanece estable, varias tendencias influyen en su desarrollo y aplicación:

• Mayor Potencia y Eficiencia:Las mejoras continuas en ciencia de materiales y diseño de chips conducen a dispositivos con mayor intensidad radiante y eficiencia de conversión (potencia óptica de salida / potencia eléctrica de entrada), permitiendo señales más brillantes o menor consumo de energía.
• Miniaturización:Existe una fuerte tendencia hacia encapsulados de montaje superficial (SMD) (por ejemplo, 0805, 0603, escala de chip) para montaje automatizado, reduciendo tamaño y costo. El encapsulado de orificio pasante de 5mm sigue siendo popular para prototipos, uso educativo y aplicaciones que requieren mayor salida de dispositivo único o montaje manual más fácil.
• Especialización en Longitud de Onda:Más allá de los LED comunes de 850-940 nm, hay un uso creciente de longitudes de onda específicas para aplicaciones especializadas, como 810nm para oximetría de pulso médica o 1450nm para LiDAR seguro para los ojos.
• Integración:Los emisores se integran cada vez más con excitadores, moduladores y, a veces, incluso detectores en módulos únicos o circuitos integrados, simplificando el diseño del sistema para comunicación de datos y sensado.
• Expansión de Aplicaciones:La proliferación del Internet de las Cosas (IoT), dispositivos portátiles, LiDAR automotriz y sensado biométrico avanzado (por ejemplo, reconocimiento facial, detección de venas) continúa impulsando la demanda de emisores IR fiables, de bajo costo y con características de rendimiento específicas.