Hoja de Datos del Emisor y Detector Infrarrojo LTE-3273L - Longitud de Onda 940nm - Alta Potencia - Ángulo de Visión Amplio - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-3273L es un componente infrarrojo (IR) discreto diseñado para aplicaciones que requieren emisión y detección confiable de luz infrarroja. Pertenece a una familia de dispositivos optoelectrónicos diseñados para un rendimiento óptimo en entornos donde la señalización infrarroja es crítica. La función principal de este dispositivo es emitir luz infrarroja a una longitud de onda específica cuando se excita eléctricamente y/o detectar radiación infrarroja entrante, convirtiéndola en una señal eléctrica.

El producto se posiciona como una solución para sistemas que demandan un equilibrio entre alta potencia óptica de salida, características eléctricas eficientes y un patrón de emisión/detección amplio. Su diseño satisface la necesidad de componentes que puedan operar eficazmente en condiciones de pulsos, lo cual es común en protocolos de comunicación digital para conservar energía y aumentar la claridad de la señal.

Ventajas Principales:El LTE-3273L se distingue por varias características clave. Está diseñado para operación a alta corriente manteniendo un voltaje directo relativamente bajo, lo que contribuye a una mayor eficiencia eléctrica general y reduce el estrés térmico. El dispositivo ofrece una alta intensidad radiante, permitiendo una transmisión de señal fuerte a distancia o a través de obstáculos. Su amplio ángulo de visión asegura un área de cobertura extensa, haciendo que la alineación entre el emisor y el detector sea menos crítica en el diseño del sistema. Finalmente, el encapsulado transparente permite una transmisión de luz máxima con una absorción o dispersión interna mínima.

Mercados y Aplicaciones Objetivo:Este componente está dirigido principalmente a los sectores de electrónica de consumo, automatización industrial y seguridad. Sus aplicaciones típicas incluyen, pero no se limitan a, mandos a distancia infrarrojos para televisores y equipos de audio, enlaces de transmisión de datos inalámbricos de corto alcance, sensores de proximidad, contadores de objetos y sistemas de alarma de seguridad donde se detecta la interrupción de un haz. Su capacidad de alta velocidad también lo hace adecuado para protocolos básicos de comunicación de datos por IR.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros clave listados en la hoja de datos, explicando su importancia para el diseño y la aplicación.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar en o cerca de estos límites para un rendimiento confiable y a largo plazo.

• Disipación de Potencia (Pd): 150 mW- Esta es la cantidad máxima de potencia que el dispositivo puede disipar como calor a una temperatura ambiente (TA) de 25°C. Exceder este límite corre el riesgo de sobrecalentar la unión semiconductor, lo que lleva a una degradación acelerada o a una falla catastrófica. Los diseñadores deben asegurar que las condiciones de operación (corriente directa y voltaje) resulten en una disipación de potencia (IF * VF) por debajo de este valor, con un margen de seguridad.
• Corriente Directa de Pico (I_FP): 2 A- Esta es la corriente máxima permitida para operación pulsada, especificada bajo condiciones de 300 pulsos por segundo (pps) con un ancho de pulso de 10 µs. Esta clasificación alta permite al dispositivo entregar una salida óptica instantánea muy alta en ráfagas cortas, lo cual es ideal para mandos a distancia de largo alcance o pulsos de señal fuertes en entornos ruidosos.
• Corriente Directa Continua (I_F): 100 mA- Esta es la corriente DC máxima que se puede aplicar de forma continua. Para la mayoría de las aplicaciones de encendido constante, la corriente de operación debe mantenerse en o por debajo de este nivel. La corriente de operación típica suele ser mucho más baja (por ejemplo, 20-50 mA) para garantizar la longevidad y gestionar el calor.
• Voltaje Inverso (V_R): 5 V- El voltaje máximo que se puede aplicar en dirección inversa a través del LED. Exceder esto puede causar ruptura y destruir el dispositivo. A menudo se utiliza protección de circuito, como una resistencia en serie o un diodo de protección en paralelo, para evitar picos de voltaje inverso.
• Rangos de Temperatura de Operación y Almacenamiento:El dispositivo está clasificado para operar desde -40°C hasta +85°C y para almacenarse desde -55°C hasta +100°C. Estos amplios rangos lo hacen adecuado para aplicaciones automotrices, industriales y al aire libre donde se encuentran temperaturas extremas.
• Temperatura de Soldadura de Terminales: 260°C durante 5 segundos- Esto define la tolerancia del perfil de soldadura por reflujo. La especificación de distancia de 1.6 mm desde el cuerpo es crítica; aplicar calor más cerca del encapsulado plástico puede causar deformación o daño interno.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos bajo condiciones de prueba especificadas (TA=25°C). Definen cómo se comportará el dispositivo en un circuito.

• Intensidad Radiante (I_E):
  • 5.6 - 8.0 mW/sr @ I_F= 20mA- Esta es la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido (estereorradián). Es una medida directa del "brillo" de la fuente IR desde el frente. El rango indica la variación típica de unidad a unidad.
  • 28.0 - 40.0 mW/sr @ I_F= 100mA- Muestra la relación no lineal entre corriente y salida. Aumentar la corriente 5 veces aumenta la intensidad radiante aproximadamente 5 veces, lo que indica una buena eficiencia incluso a corrientes más altas.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_Peak): 940 nm- La longitud de onda a la que el dispositivo emite la mayor potencia óptica. 940 nm está en el espectro del infrarrojo cercano, invisible para el ojo humano. Esta es una longitud de onda común para mandos a distancia, ya que evita el brillo rojo visible y se alinea bien con la sensibilidad de los fotodetectores de silicio.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ): 50 nm- Este parámetro, también llamado Ancho Total a Mitad del Máximo (FWHM), indica la pureza espectral de la luz emitida. Un valor de 50 nm significa que la luz emitida abarca una banda de longitudes de onda de aproximadamente 50 nm de ancho centrada en el pico de 940 nm. Esto es típico para los IREDs estándar de GaAs.
• Voltaje Directo (V_F):
  • 1.25 - 1.6 V @ I_F= 50mA- La caída de voltaje a través del dispositivo cuando conduce 50 mA. Este bajo V_Fes una característica clave, que reduce la pérdida de potencia y la generación de calor.
  • 1.85 - 2.3 V @ I_F= 500mA- V_Faumenta con la corriente debido a la resistencia interna del diodo. Este valor es crucial para diseñar controladores de pulsos de alta corriente.
• Corriente Inversa (I_R): 100 µA máx. @ V_R= 5V- La pequeña corriente de fuga que fluye cuando se aplica el voltaje inverso máximo. Es deseable un valor bajo.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2): 40°- 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 bastante amplio, útil para aplicaciones donde la alineación precisa es difícil.

2.3 Características Térmicas

Aunque no se enumeran explícitamente en una tabla separada, el comportamiento térmico se infiere de varios parámetros. La clasificación de Disipación de Potencia (150 mW) es intrínsecamente un límite térmico. Las curvas de rendimiento (discutidas más adelante) muestran cómo cambian la salida y el voltaje directo con la temperatura ambiente. Una gestión térmica efectiva, a través del área de cobre de la PCB o disipadores de calor, es esencial para mantener el rendimiento y la confiabilidad, especialmente cuando se opera cerca de la corriente continua máxima.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Las curvas típicas proporcionan una visión visual y cuantitativa del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables, lo cual es vital para un diseño de circuito robusto.

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

Esta curva IV muestra la relación exponencial típica de un diodo. A corrientes bajas, el voltaje es bajo. A medida que aumenta la corriente, el voltaje se eleva. La curva permite a los diseñadores seleccionar la resistencia limitadora de corriente apropiada para un voltaje de suministro dado. Por ejemplo, para excitar el LED a 100 mA desde una fuente de 5V, el valor de la resistencia R = (V_supply- V_F) / I_F. Usando el V_Ftípico de ~1.6V a 100 mA (extrapolado), R sería (5 - 1.6) / 0.1 = 34 Ohmios. La potencia en la resistencia sería I²R = 0.34W.

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

Este gráfico demuestra la dependencia de la salida óptica con la corriente de excitación. Generalmente es lineal a corrientes bajas, pero puede mostrar signos de saturación o eficiencia reducida a corrientes muy altas debido a efectos térmicos y de eficiencia cuántica interna. La curva confirma que la operación pulsada a 2A (de los Valores Máximos Absolutos) producirá una salida instantánea significativamente mayor que la operación continua a 100 mA, justificando su uso para señalización de largo alcance.

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

Esta es una curva crítica para comprender el impacto ambiental. Muestra que a medida que aumenta la temperatura ambiente, la intensidad radiante disminuye. Esta es una característica de los LED; una temperatura de unión más alta reduce la eficiencia cuántica interna. Por ejemplo, la salida a +85°C podría ser solo del 60-70% de la salida a +25°C. Los diseñadores deben tener en cuenta esta reducción de capacidad en sistemas que deben operar de manera confiable en todo el rango de temperatura. Puede ser necesario excitar el LED con una corriente ligeramente mayor a altas temperaturas para compensar la pérdida de salida, siempre que no se excedan los límites de disipación de potencia.

3.4 Distribución Espectral (Fig. 1)

Este gráfico visualiza el espectro de emisión, centrado en 940 nm con un FWHM de 50 nm. Confirma que el dispositivo emite en el infrarrojo cercano y ayuda a seleccionar filtros ópticos compatibles o a evaluar posibles interferencias de fuentes de luz ambiente (como la luz solar o bombillas incandescentes, que tienen espectros amplios).

3.5 Diagrama de Radiación (Fig. 6)

Este gráfico polar proporciona una vista detallada de la distribución angular de la luz emitida. Representa gráficamente el ángulo de visión de 40° (2θ_1/2). La forma de la curva es importante para diseñar lentes o reflectores para colimar o extender aún más el haz para aplicaciones específicas.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones y Tolerancias de Contorno

El dispositivo presenta un encapsulado estándar de orificio pasante con una brida para estabilidad mecánica y posible disipación de calor. Las dimensiones clave incluyen el diámetro del cuerpo, el espaciado de los terminales y la longitud total. Todas las dimensiones se especifican en milímetros. La tolerancia estándar es de ±0.25 mm a menos que una característica específica tenga una indicación diferente. El espaciado de los terminales se mide en el punto donde los terminales salen del cuerpo del encapsulado, que es la referencia estándar para la ubicación de los orificios en la PCB. Se señala una protuberancia máxima de resina bajo la brida de 1.5 mm, lo cual es importante para el separador de la PCB y la limpieza.

4.2 Identificación de Polaridad

Para un emisor IR (LED), el terminal más largo es típicamente el ánodo (positivo), y el terminal más corto es el cátodo (negativo). El contorno en la hoja de datos debe indicar esto claramente, a menudo con un lado plano en el encapsulado o una muesca cerca del terminal del cátodo. La polaridad correcta es esencial; una polarización inversa superior a 5V puede dañar el dispositivo.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

Soldadura por Reflujo:El parámetro especificado es 260°C durante un máximo de 5 segundos, medido a un punto a 1.6 mm del cuerpo del encapsulado. Esto se alinea con los perfiles comunes de reflujo sin plomo (temperatura máxima 240-260°C). La distancia de 1.6 mm es crítica para evitar que el encapsulado plástico exceda su temperatura de transición vítrea y se deforme.

Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, se debe usar un soldador con control de temperatura. El tiempo de contacto por terminal debe minimizarse, idealmente menos de 3 segundos, usando una pinza disipadora de calor en el terminal entre el soldador y el cuerpo del encapsulado.

Limpieza:Después de la soldadura, se pueden usar procesos estándar de limpieza de PCB, pero se debe verificar la compatibilidad con el encapsulado de resina transparente con el fabricante del agente de limpieza.

Condiciones de Almacenamiento:Para prevenir la absorción de humedad (que puede causar "efecto palomita de maíz" durante el reflujo), los dispositivos deben almacenarse en un ambiente seco, típicamente por debajo del 40% de humedad relativa a temperatura ambiente, o en bolsas selladas con barrera de humedad con desecante si se extiende la vida útil.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Circuito de Excitación del Emisor:El circuito más simple es una resistencia limitadora de corriente en serie. Para operación pulsada, se usa un transistor (BJT o MOSFET) para conmutar la alta corriente. El controlador debe ser capaz de suministrar la corriente de pico (hasta 2A) con un bajo voltaje de saturación para maximizar el voltaje a través del LED. Un tiempo de subida/bajada rápido es deseable para transmisión de datos.

Circuito Detector:Cuando se usa como fotodiodo (si es aplicable según la variante), típicamente se opera en modo de polarización inversa o fotovoltaico (polarización cero), conectado a un amplificador de transimpedancia para convertir la pequeña fotocorriente en un voltaje utilizable.

6.2 Consideraciones Clave de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia en serie o un controlador de corriente constante activo. Nunca conecte directamente a una fuente de voltaje.
• Operación por Pulsos:Para excitación pulsada, asegúrese de que el ancho de pulso y el ciclo de trabajo mantengan la disipación de potencia promedio dentro de los límites. Corriente promedio = Corriente de Pico * Ciclo de Trabajo. Para pulsos de 2A a 300 pps y 10 µs de ancho, ciclo de trabajo = (10e-6 * 300) = 0.003 (0.3%). Corriente promedio = 2A * 0.003 = 6 mA, lo cual está muy dentro de la clasificación continua.
• Trayectoria Óptica:Considere el ángulo de visión de 40°. Para un haz enfocado, puede ser necesario una lente. Para detección de área amplia, el ángulo puede ser suficiente. Mantenga la trayectoria óptica libre de obstrucciones y limpia.
• Inmunidad a la Luz Ambiente:En aplicaciones de detección, la luz IR ambiente (del sol, lámparas) es una fuente principal de ruido. Usar una señal IR modulada (por ejemplo, 38 kHz) y un circuito receptor sintonizado correspondiente es el método estándar para rechazar este ruido DC y de baja frecuencia.
• Diseño de PCB:Para el emisor, asegure un ancho de traza suficiente para manejar las corrientes de pulso de pico sin una caída de voltaje excesiva. Para la gestión térmica, conecte la brida (si está aislada eléctricamente o conectada a un terminal) a una zona de cobre en la PCB para que actúe como disipador de calor.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

Aunque no se nombran componentes competidores específicos, la combinación de parámetros del LTE-3273L define su nicho:

• vs. IREDs estándar de 940 nm:Su alta clasificación de corriente de pico (2A) y alta intensidad radiante a 100 mA lo diferencian de las variantes de menor potencia utilizadas en mandos a distancia simples. Esto lo hace adecuado para aplicaciones de mayor alcance o con mayor inmunidad al ruido.
• vs. IREDs de alta velocidad de 850 nm:El LTE-3273L usa GaAs a 940 nm, mientras que las variantes de alta velocidad a menudo usan AlGaAs a 850 nm. Los dispositivos de 850 nm típicamente tienen tiempos de subida/bajada más rápidos para datos de alta velocidad pero pueden tener un tenue brillo rojo. El dispositivo de 940 nm es completamente invisible, lo cual es preferible para aplicaciones discretas, y su FWHM de 50 nm es estándar.
• vs. Fototransistores/Fotodiodos en el mismo encapsulado:El título de la hoja de datos sugiere una familia que cubre tanto emisores como detectores. Una versión dedicada de fotodetector tendría características diferentes (responsividad, corriente oscura, velocidad). La ventaja clave de un par emparejado de la misma familia puede ser la optimización de la coincidencia espectral.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo excitar este LED continuamente a 500 mA?

R: No. El Valor Máximo Absoluto para corriente directa continua es 100 mA. La condición de 500 mA listada en la tabla de Características Eléctricas es una condición de prueba para medir V_Fbajo alta corriente, probablemente relevante para su clasificación de operación pulsada. La operación continua no debe exceder los 100 mA.

P2: ¿Por qué el alcance de mi mando a distancia IR es más corto en un coche caliente?

R: Consulte la Fig. 4 (Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente). La salida del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura. A +85°C, la salida podría ser un 30-40% menor que a temperatura ambiente, reduciendo directamente el alcance efectivo.

P3: ¿Qué resistencia debo usar con una fuente de 3.3V para obtener una salida típica?

A: Para un objetivo de I_Fde 20 mA (que da 5.6-8.0 mW/sr), y un V_Ftípico de 1.6V a 50 mA (use ~1.5V como estimación para 20 mA), R = (3.3V - 1.5V) / 0.02A = 90 Ohmios. El valor estándar más cercano es 91 Ohmios. Potencia en la resistencia: (0.02^2)*91 = 0.0364W, por lo que una resistencia de 1/8W o 1/10W es suficiente.

P4: ¿Es el ángulo de visión el mismo para emisión y detección?

A: Para un Emisor IR (LED), el ángulo de 40° especifica el patrón de emisión. Para un detector de Fotodiodo o Fototransistor, un parámetro similar pero separado llamado "Campo de Visión" o "Ángulo de Sensibilidad" definiría su aceptación angular. A menudo son similares pero no necesariamente idénticos. Consulte la hoja de datos específica del detector.

9. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Transmisor de Largo Alcance para Abridor de Puerta de Garaje.

El objetivo de diseño es lograr un alcance confiable de 50 metros en condiciones de luz diurna. Se selecciona el LTE-3273L por su alta capacidad de salida pulsada.

Pasos de Diseño:

1. Circuito Controlador:Use un MOSFET conmutado por un microcontrolador para pulsar el LED. Se calcula una resistencia en serie basada en el voltaje de la batería (por ejemplo, 12V) y la corriente de pico deseada. Para maximizar el alcance, excitar cerca de la clasificación de pico: elija I_FP= 1.5A (dentro del máximo de 2A). V_Fa 1.5A (de la extrapolación de la curva) ~2.5V. Resistencia R = (12V - 2.5V) / 1.5A = 6.33 Ohmios. Use una resistencia de 6.2 Ohmios, 5W para manejar la potencia del pulso (P = I²R = 1.5^2 * 6.2 ≈ 14W de pico, pero la potencia promedio es baja).

2. Pulsado:Codifique el comando usando una portadora de 38 kHz modulada por los bits de datos. El ancho de pulso para cada ráfaga de 38 kHz se mantiene en 10 µs o menos para mantenerse dentro de la clasificación. El ciclo de trabajo es muy bajo.

3. Óptica:Agregue una lente plástica simple frente al LED para colimar el haz natural de 40° en un haz más estrecho y enfocado para un mayor alcance.

4. Térmica:Debido al bajo ciclo de trabajo, la potencia promedio y el calentamiento son mínimos. No se requiere un disipador de calor especial más allá del cobre de la PCB conectado a la brida.

Este diseño aprovecha las características clave del LTE-3273L: alta corriente de pico, alta intensidad radiante y idoneidad para operación por pulsos.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Emisor Infrarrojo (IRED):El LTE-3273L, cuando funciona como emisor, es un Diodo Emisor de Luz (LED) basado en material semiconductor de Arseniuro de Galio (GaAs). Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa de la unión semiconductor. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía en forma de fotones (luz). La energía específica de la banda prohibida del material GaAs determina la longitud de onda de estos fotones, que está en la región del infrarrojo a 940 nanómetros. El encapsulado transparente permite que esta luz escape con una pérdida mínima.

Detector Infrarrojo (Fotodiodo):Si está configurado como detector, el dispositivo contiene una unión PIN semiconductor. Cuando los fotones con energía mayor que la banda prohibida del semiconductor (es decir, luz infrarroja) golpean la región de agotamiento, crean pares electrón-hueco. Estos portadores de carga son luego separados por el campo eléctrico incorporado (o una polarización inversa aplicada), generando una fotocorriente que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. Esta pequeña corriente puede ser amplificada y procesada por circuitos externos.

11. Tendencias y Contexto Tecnológico

Los componentes infrarrojos discretos como el LTE-3273L representan una tecnología madura y estable. Los materiales principales (GaAs, AlGaAs) y los tipos de encapsulado se han optimizado durante décadas para confiabilidad y rentabilidad. Las tendencias actuales en este campo no se tratan de cambios revolucionarios en los dispositivos discretos en sí mismos, sino en su integración y contexto de aplicación:

• Integración:Existe un movimiento hacia módulos integrados que combinan el emisor, detector, controlador, amplificador y lógica digital (como un decodificador para un protocolo específico) en un solo encapsulado de montaje superficial. Estos simplifican el diseño pero pueden no ofrecer el mismo nivel de personalización u optimización de rendimiento que las partes discretas para aplicaciones especializadas.
• Miniaturización:Si bien los encapsulados de orificio pasante siguen siendo populares por su robustez, existe una demanda creciente de versiones más pequeñas de dispositivos de montaje superficial (SMD) para ahorrar espacio en las PCB modernas.
• Rendimiento Mejorado:Para nuevas aplicaciones como LiDAR para electrónica de consumo o reconocimiento avanzado de gestos, hay investigación en emisores IR más rápidos y eficientes (por ejemplo, usando tecnología VCSEL) y detectores con mayor sensibilidad y menor ruido. Sin embargo, para aplicaciones clásicas como mandos a distancia, detección de proximidad y enlaces de datos básicos, componentes tradicionales como el LTE-3273L ofrecen un equilibrio óptimo de rendimiento, confiabilidad y costo.
• Expansión de Aplicaciones:Los principios fundamentales siguen siendo relevantes para los dispositivos emergentes del Internet de las Cosas (IoT), donde se necesita comunicación o detección inalámbrica simple y de bajo consumo sin la complejidad de los sistemas de radiofrecuencia (RF).

En resumen, el LTE-3273L es un componente robusto y bien especificado basado en tecnología probada. Su valor radica en su hoja de datos clara y detallada que permite a los ingenieros predecir con precisión su comportamiento y diseñarlo eficazmente en sistemas que requieren funcionalidad infrarroja confiable para control, detección o comunicación básica.