Hoja de Datos LTE-3273DL - Emisor y Detector IR de 940nm - Paquete 5mm - Voltaje Directo 1.6V - Disipación 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-3273DL es un componente infrarrojo discreto que integra un emisor y un detector. Está diseñado para aplicaciones que requieren transmisión y recepción fiable de señales infrarrojas. El núcleo del dispositivo se basa en tecnología de Arseniuro de Galio (GaAs), estándar para producir emisión eficiente de luz infrarroja en la longitud de onda de 940nm. Esta longitud de onda es ideal para la electrónica de consumo, ya que es invisible para el ojo humano pero fácilmente detectable por fotodetectores de silicio, minimizando la interferencia de la luz ambiental.

La función principal del componente es servir como transceptor en enlaces de datos IR simples. Su diseño enfatiza un equilibrio entre rendimiento y rentabilidad, haciéndolo adecuado para aplicaciones de alto volumen y sensibles al costo. El encapsulado azul transparente ayuda a identificar el tipo de componente y permite que la luz IR de 940nm pase con una atenuación mínima.

1.1 Características

• Optimizado para Alta Corriente, Bajo Voltaje Directo:Diseñado para operar eficientemente con corrientes de accionamiento altas manteniendo una caída de voltaje relativamente baja, lo que ayuda a reducir el consumo de energía en dispositivos alimentados por baterías.
• Capacidad de Operación en Pulsos:Puede manejar altas corrientes directas de pico (hasta 2A) en modo pulsado, permitiendo crear ráfagas IR intensas y de corta duración, ideales para comandos de control remoto o transmisión de datos.
• Ángulo de Visión Amplio (45° de semiángulo):Proporciona un patrón de emisión y detección amplio, haciendo que la alineación entre transmisor y receptor sea menos crítica y aumentando la robustez del sistema.
• Encapsulado Azul Transparente:La carcasa es de color azul, que actúa como un filtro de luz visible, reduciendo la sensibilidad a la luz visible ambiental y mejorando la relación señal-ruido para el detector IR.

1.2 Aplicaciones

• Sensores Infrarrojos:Utilizado en sensores de proximidad, detección de objetos y robots seguidores de línea.
• Mandos a Distancia:Componente estándar en mandos a distancia de TV, sistemas de audio y decodificadores para la transmisión de comandos.
• Enlaces de Datos IR Simples:Para comunicación inalámbrica de corto alcance y baja velocidad entre dispositivos.
• Sistemas de Seguridad:Puede usarse en detectores de intrusión por corte de haz.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se recomienda operar en o cerca de estos límites durante períodos prolongados.

• Disipación de Potencia (Pd): 150 mW:La potencia total máxima (de ambos circuitos, emisor y detector) que el encapsulado puede disipar de forma segura como calor a una temperatura ambiente (TA) de 25°C. Exceder esto puede provocar sobrecalentamiento y fallo.
• Corriente Directa de Pico (I_FP): 2 A:La corriente máxima permitida a través del diodo emisor IR en condiciones de pulsos (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10μs). Esto permite destellos IR de alta intensidad.
• Corriente Directa Continua (I_F): 100 mA:La corriente DC máxima que puede fluir a través del emisor de forma continua. Para una operación típica, es común accionarlo a 20-50mA.
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V:El voltaje de polarización inversa máximo que se puede aplicar al diodo emisor antes de que ocurra ruptura. Es relativamente bajo, por lo que se debe tener cuidado para evitar conexiones con polaridad inversa.
• Temperatura de Operación y Almacenamiento:Clasificadas de -40°C a +85°C y de -55°C a +100°C respectivamente, lo que indica idoneidad para entornos industriales y de consumo.
• Temperatura de Soldadura de Terminales: 260°C durante 5 segundos:Especifica la tolerancia del perfil de soldadura por reflujo, crucial para el montaje en PCB sin dañar el componente.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento garantizados bajo condiciones de prueba especificadas a 25°C.

• Intensidad Radiante (I_E):Mide la potencia óptica de salida por ángulo sólido (mW/sr). Con I_F=20mA, es típicamente 8.0 mW/sr (mín. 5.6). Con I_F=100mA, salta a 40.0 mW/sr (mín. 28.0). Este aumento no lineal muestra una mayor eficiencia a corrientes más altas dentro de los límites.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_P): 940 nm:La longitud de onda a la que el emisor produce la mayor potencia óptica. Coincide con la sensibilidad máxima de los fotodiodos de silicio y está fuera del espectro visible.
• Ancho Medio Espectral (Δλ): 50 nm:El ancho de banda de la luz emitida. Un valor de 50nm indica que la luz no es monocromática, sino que abarca aproximadamente de 915nm a 965nm a la mitad de la intensidad máxima.
• Voltaje Directo (V_F):La caída de voltaje a través del diodo emisor cuando conduce. Es típicamente de 1.6V a 50mA y 2.3V a 500mA. Este parámetro es vital para diseñar el circuito de accionamiento limitador de corriente.
• Corriente Inversa (I_R): 100 μA máx.:La pequeña corriente de fuga que fluye cuando el diodo está polarizado inversamente a 5V. Es deseable un valor bajo.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 45°:El ángulo total en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor máximo. Esto define el cono de emisión/detección.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos que ilustran relaciones clave. Estos son esenciales para comprender el comportamiento en condiciones no estándar.

3.1 Distribución Espectral (Fig.1)

Esta curva traza la intensidad radiante relativa frente a la longitud de onda. Confirma el pico a 940nm y el ancho medio espectral de aproximadamente 50nm. La forma es característica de un IRED de GaAs.

3.2 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig.2)

Este gráfico muestra la reducción de la corriente directa continua máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Por encima de 25°C, la corriente máxima debe reducirse para evitar superar el límite de disipación de potencia de 150mW, ya que la capacidad del componente para disipar calor disminuye.

3.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Fig.3)

La curva característica IV del diodo emisor. Es de naturaleza exponencial, como un diodo estándar. La curva permite a los diseñadores determinar el voltaje de accionamiento requerido para una corriente de operación deseada, especialmente importante para sistemas de baterías de bajo voltaje.

3.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.4) y vs. Corriente Directa (Fig.5)

La Figura 4 muestra que la potencia de salida óptica disminuye a medida que aumenta la temperatura (un coeficiente de temperatura negativo), lo que debe compensarse en diseños que requieren un rendimiento estable en un amplio rango de temperaturas. La Figura 5 muestra la relación no lineal entre la corriente de accionamiento y la salida de luz, indicando una eficiencia creciente hasta cierto punto antes de posibles efectos de saturación o térmicos.

3.5 Diagrama de Radiación (Fig.6)

Un gráfico polar que ilustra la distribución espacial de la luz IR emitida. El diagrama confirma visualmente el amplio semiángulo de 45°, mostrando la intensidad normalizada al pico a 0°.

4. Información Mecánica y de Encapsulado

4.1 Dimensiones de Contorno

El componente presenta un encapsulado radial con terminales estándar de 5mm. Las dimensiones clave incluyen un diámetro del cuerpo de aproximadamente 5mm, una separación típica de terminales de 2.54mm (0.1\") donde los terminales emergen del cuerpo, y una altura total. La brida en la base ayuda en la colocación durante el montaje en PCB. Se especifica que la resina protuberante bajo la brida sea un máximo de 0.5mm. La zona plana en el borde de la lente suele indicar el terminal cátodo (negativo) de la sección del emisor.

4.2 Identificación de Polaridad

Para la sección del emisor, el terminal más largo suele ser el ánodo (positivo). La sección del detector (fotodiodo) dentro del mismo encapsulado tendrá su propio ánodo y cátodo. El diagrama de pines de la hoja de datos es crítico para una conexión correcta. Una polaridad incorrecta puede dañar el diodo emisor si el voltaje inverso supera los 5V.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

• Soldadura por Reflujo:El valor máximo absoluto para la soldadura de terminales es de 260°C durante 5 segundos, medido a 1.6mm del cuerpo del encapsulado. Esto se alinea con los perfiles típicos de reflujo sin plomo (temperatura máxima ~250°C).
• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, utilice un soldador con control de temperatura y minimice el tiempo de contacto a menos de 3 segundos por terminal para evitar daños por calor al chip semiconductor interno y al encapsulado de plástico.
• Limpieza:Utilice disolventes de limpieza apropiados que sean compatibles con la resina epoxi azul transparente del encapsulado.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en un entorno seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado (-55°C a +100°C) para prevenir la absorción de humedad (que puede causar \"efecto palomita\" durante el reflujo) y daños por descarga electrostática.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Configuración de Circuito Típica

Para el emisor: Se utiliza comúnmente una resistencia en serie simple para limitar la corriente directa. El valor de la resistencia se calcula como R = (V_CC- V_F) / I_F. Por ejemplo, con una fuente de alimentación de 5V, V_F=1.6V, y una I_Fdeseada de 20mA, R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170Ω. A menudo se coloca un transistor (NPN o MOSFET de canal N) en serie para conmutar la corriente encendido/apagado mediante un microcontrolador.

Para el detector (fotodiodo): Normalmente se opera en modo fotovoltaico (polarización cero) o fotoconductivo (polarización inversa). Para detección digital simple, el fotodiodo se puede conectar en serie con una resistencia de carga. El voltaje a través de esta resistencia cambia con la luz IR incidente, que puede alimentarse a un comparador o amplificador.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Inmunidad al Ruido:La longitud de onda de 940nm y el filtro azul ayudan, pero la luz ambiental del sol o lámparas fluorescentes (que contienen IR) aún pueden causar interferencias. El uso de una señal IR modulada (por ejemplo, portadora de 38kHz) y un circuito integrado receptor demodulador es el método estándar para lograr una alta inmunidad al ruido.
• Accionamiento de Corriente:Para operación en pulsos cerca del pico de 2A, asegúrese de que el transistor de accionamiento pueda manejar la corriente y que las pistas de la PCB sean lo suficientemente anchas para evitar una caída de voltaje excesiva.
• Trayectoria Óptica:Mantenga la lente limpia y libre de obstrucciones. El amplio ángulo de visión facilita la alineación pero reduce el alcance máximo en comparación con un haz más estrecho. Para un alcance más largo, considere añadir una lente colimadora simple.
• Gestión Térmica:Cuando opere con corrientes continuas altas o en temperaturas ambientales elevadas, asegure una ventilación adecuada alrededor del componente para mantenerse dentro de los límites de disipación de potencia.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LED IR estándar de 940nm, el LTE-3273DL integra un detector, ahorrando espacio en la placa en aplicaciones de transceptor. En comparación con los fototransistores más lentos, el fotodiodo integrado ofrece tiempos de respuesta más rápidos, adecuados para transmisión de datos modulada. Su alta capacidad de corriente de pulso (2A) es una ventaja clave sobre muchos LED IR básicos, permitiendo señales más fuertes. La combinación de características (alta corriente, ángulo amplio, detector incluido) en un encapsulado de bajo costo lo posiciona bien para los mercados de control remoto y detección de consumo.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo accionar este emisor IR directamente desde un pin GPIO de un microcontrolador?

R: No. Un pin GPIO típico solo puede suministrar/absorber 20-50mA, lo que podría estar en el límite superior, y no puede proporcionar el voltaje necesario para el V_F de ~1.6V. Utilice siempre un transistor como interruptor.

P: ¿Cuál es la diferencia entre intensidad radiante (mW/sr) y potencia de salida total (mW)?

R: La intensidad radiante es la densidad angular. La potencia total requeriría integrar la intensidad sobre toda la esfera de emisión. Para un emisor de gran ángulo como este, la potencia total es significativamente mayor que el valor de intensidad.

P: ¿Cómo conecto la salida del fotodiodo a una entrada digital?

R: La salida de corriente del fotodiodo es muy pequeña. Necesita un amplificador de transimpedancia para convertirla en un voltaje, seguido de un comparador para crear una señal digital. Para una detección simple de encendido/apagado con luz ambiental presente, se recomienda encarecidamente utilizar un módulo receptor IR dedicado (con amplificador, filtro y demodulador integrados) en lugar del fotodiodo en bruto.

P: ¿Por qué la clasificación de voltaje inverso es solo de 5V?

R: Esto es típico para los diodos emisores IR de GaAs. El material y la estructura del semiconductor tienen un voltaje de ruptura relativamente bajo. Se necesita un diseño de circuito cuidadoso para evitar una polarización inversa accidental.

9. Ejemplo de Caso de Uso Práctico

Escenario: Construcción de un Sensor Simple de Objeto/Proximidad por IR.

El LTE-3273DL se puede usar en una configuración de sensor reflectivo. El emisor se pulsa a una frecuencia específica (por ejemplo, 1kHz). El detector, colocado junto a él, busca la señal reflejada desde un objeto al frente. Un filtro de paso de banda sintonizado a 1kHz en la cadena de amplificación del detector rechaza el ruido de la luz ambiental. Cuando un objeto entra en el rango, la señal reflejada aumenta, activando el circuito. Esto es común en dispensadores automáticos de toallas, detección de papel en impresoras y detección de bordes en robots.

10. Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera según principios bien establecidos de física de semiconductores. ElEmisores un Diodo Emisor de Luz (LED) de Arseniuro de Galio (GaAs). Cuando está polarizado directamente, los electrones y huecos se recombinan en la unión PN, liberando energía en forma de fotones. La banda prohibida del GaAs determina la energía del fotón, correspondiente a la longitud de onda infrarroja de 940nm. ElDetectores un fotodiodo PIN de silicio. Cuando los fotones con energía mayor que la banda prohibida del silicio (incluyendo IR de 940nm) golpean la región de agotamiento, generan pares electrón-hueco. Estos portadores son arrastrados por el campo eléctrico interno (de la polarización incorporada o aplicada), creando una fotocorriente proporcional a la intensidad de la luz incidente.

11. Tendencias y Desarrollos de la Industria

El mercado de componentes IR discretos continúa evolucionando. Las tendencias incluyen:

Miniaturización:Avanzar hacia encapsulados de montaje superficial (SMD) como 0805 o 0603 para dispositivos electrónicos de consumo más pequeños.

Mayor Integración:Combinar el emisor, detector, controlador y amplificador en un solo módulo con interfaces digitales (I2C, UART).

Rendimiento Mejorado:Desarrollo de emisores con mayor intensidad radiante y ángulos de haz más estrechos para aplicaciones de largo alcance, y detectores con menor corriente oscura y mayor velocidad.

Nuevas Longitudes de Onda:Exploración de longitudes de onda más allá de 940nm para aplicaciones de detección específicas como detección de gases, aunque 940nm sigue siendo dominante para control remoto y detección de propósito general debido al costo y la compatibilidad.