Hoja de Datos de Emisor y Detector IR - Carcasa Transparente - Voltaje Directo 1.6V - Intensidad Radiante hasta 7.669 mW/sr - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un componente miniaturizado y de bajo coste para emisión y detección de infrarrojos (IR), alojado en una carcasa plástica transparente. El dispositivo está diseñado para aplicaciones de visión frontal, lo que significa que el área activa de detección/emisión se sitúa en el extremo del encapsulado. Se selecciona y clasifica según rangos específicos de intensidad radiante e incidencia radiante en la apertura, garantizando un rendimiento consistente para aplicaciones que requieren una salida óptica o sensibilidad precisa. La carcasa transparente permite una transmisión eficiente de la luz infrarroja al tiempo que proporciona protección física al chip semiconductor.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

El dispositivo está clasificado para un funcionamiento fiable dentro de los siguientes límites absolutos, más allá de los cuales puede producirse un daño permanente. La disipación de potencia se especifica en 90 mW. Para operación en pulsos, puede soportar una corriente directa de pico de 1 Amperio bajo condiciones de 300 pulsos por segundo con un ancho de pulso de 10 microsegundos. La corriente directa continua máxima es de 60 mA. El componente puede soportar una tensión inversa de hasta 5 Voltios. El rango de temperatura de funcionamiento es de -40°C a +85°C, mientras que el rango de temperatura de almacenamiento se extiende de -55°C a +100°C. Para el montaje, los terminales pueden soldarse a una temperatura de 260°C durante un máximo de 5 segundos, medidos a una distancia de 1.6mm del cuerpo del encapsulado.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Todos los parámetros eléctricos y ópticos se especifican a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Los parámetros clave definen el rendimiento del dispositivo en condiciones de prueba estándar.

• Incidencia Radiante en la Apertura (E_e):Este parámetro, medido en mW/cm², representa la densidad de potencia óptica incidente en el área activa del detector. Se prueba con una corriente directa (I_F) de 20mA. Los valores se clasifican en rangos, desde un mínimo de 0.096 mW/cm² (Clasificación A1) hasta un máximo típico de 1.020 mW/cm² (Clasificación C).
• Intensidad Radiante (I_E):Medida en mW/sr (miliwatios por estereorradián), define la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido para el emisor IR. También se prueba a I_F=20mA, y varía desde 0.722 mW/sr (Clasificación A1) hasta 7.669 mW/sr (Clasificación C).
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_Pico):La salida del emisor infrarrojo se centra en una longitud de onda nominal de 940 nanómetros.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ):El ancho de banda espectral, donde la intensidad es al menos la mitad del valor pico, es típicamente de 50 nm, lo que indica una fuente IR relativamente de banda estrecha.
• Tensión Directa (V_F):La caída de tensión en el dispositivo cuando conduce 20mA es típicamente de 1.6 Voltios, con un máximo de 1.6V.
• Corriente Inversa (I_R):Cuando se aplica una polarización inversa de 5V, la corriente de fuga es de 100 µA como máximo.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):La dispersión angular a la cual la intensidad radiante cae a la mitad de su valor a 0 grados (en el eje) es de 60 grados. Esto define el patrón del haz o el campo de visión.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

El componente utiliza un sistema de clasificación basado principalmente en sus características de salida óptica. Esto garantiza que los dispositivos dentro de una clasificación específica tengan un rendimiento muy similar, lo cual es crítico para aplicaciones que requieren consistencia, como en matrices o sistemas emparejados emisor-detector.

• Clasificación por Intensidad Radiante / Incidencia Radiante en la Apertura:El dispositivo se categoriza en clasificaciones etiquetadas como A1, A, B, C y D. Cada clasificación corresponde a un rango específico de valores mínimos y típicos/máximos tanto para la Intensidad Radiante (I_E) como para la Incidencia Radiante en la Apertura (E_e). Por ejemplo, un dispositivo en la Clasificación C tendrá una I_Eentre 3.910 y 7.669 mW/sr y una E_eentre 0.520 y 1.020 mW/cm² cuando se alimenta a 20mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con el nivel preciso de potencia óptica requerido para su aplicación, optimizando la fuerza de la señal y el rendimiento del sistema.

4. Análisis de las Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varios gráficos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

• Figura 1 - Distribución Espectral:Esta curva muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. Confirma la emisión pico a 940nm y el ancho a mitad de altura aproximado de 50nm, proporcionando información sobre la pureza espectral de la salida IR.
• Figura 2 - Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente:Este gráfico representa la reducción de la corriente directa continua máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente. Es esencial para la gestión térmica y para asegurar que el dispositivo opere dentro de su área de operación segura (SOA).
• Figura 3 - Corriente Directa vs. Tensión Directa:Esta es la curva característica corriente-tensión (I-V). Muestra la relación entre la tensión directa aplicada y la corriente resultante, destacando la tensión de encendido típica y la resistencia dinámica del dispositivo.
• Figura 4 - Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva ilustra cómo la potencia de salida óptica (relativa a su valor a 20mA y 25°C) cambia con la temperatura. Típicamente, la salida del LED disminuye al aumentar la temperatura, y este gráfico cuantifica esa relación.
• Figura 5 - Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa:Esto muestra la potencia de salida óptica en función de la corriente de excitación. Generalmente es una relación superlineal, pero la curva ayuda a los diseñadores a comprender los puntos de eficiencia y saturación en diferentes niveles de corriente.
• Figura 6 - Diagrama de Radiación:Este gráfico polar representa visualmente el ángulo de visión o patrón de radiación. Los círculos concéntricos indican la intensidad relativa (desde 0 en el centro hasta 1.0 en el borde exterior), y las líneas angulares muestran la distribución. La especificación 2θ_1/2= 60° se confirma por los puntos donde la curva intersecta el círculo de intensidad relativa 0.5.

5. Información Mecánica y de Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado plástico miniaturizado de visión frontal. Las notas dimensionales clave incluyen: todas las dimensiones están en milímetros (con pulgadas entre paréntesis); la tolerancia estándar es de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario; la protrusión máxima de la resina bajo la brida es de 1.5mm; y el espaciado de los terminales se mide en el punto donde estos salen del cuerpo del encapsulado. El dibujo dimensional exacto se referencia en la hoja de datos, definiendo la longitud total, el diámetro del cuerpo, el diámetro de los terminales y el espaciado crítico para el diseño de la huella en la PCB.

5.2 Identificación de la Polaridad

Para un emisor/detector IR en un encapsulado con terminales radiales, la polaridad suele indicarse mediante características físicas del dispositivo, como un lado plano en el cuerpo del encapsulado o un terminal más corto que el otro. El método de identificación específico debe cotejarse con el dibujo detallado del encapsulado. La conexión correcta de la polaridad es esencial para un funcionamiento adecuado.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

El componente es adecuado para procesos de soldadura estándar. El parámetro crítico especificado es la temperatura de soldadura de los terminales: 260°C durante un máximo de 5 segundos, con el punto de medición definido a 1.6mm (0.063") del cuerpo del encapsulado. Esta directriz es crucial para la soldadura por ola o manual para evitar daños térmicos al chip semiconductor interno o al encapsulado plástico. Para soldadura por reflujo, debe utilizarse un perfil estándar para componentes de orificio pasante con límites térmicos similares. Los componentes deben almacenarse dentro del rango de temperatura especificado de -55°C a +100°C en un ambiente seco para prevenir la absorción de humedad, lo que podría causar el "efecto palomita" durante el reflujo.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este par emisor/detector IR es adecuado para una amplia gama de aplicaciones de detección de proximidad, detección de objetos y transmisión de datos. Usos comunes incluyen:

• Detección de Objetos/Proximidad:En máquinas expendedoras, impresoras o equipos industriales para detectar la presencia o ausencia de un objeto.
• Sensores de Ranura:Para detectar papel en impresoras o tickets en validadores.
• Enlaces de Datos Simples:Transmisión de datos infrarrojos de baja velocidad y corta distancia para mandos a distancia o canales de comunicación aislados.
• Codificadores:En codificadores rotativos o lineales para retroalimentación de posición, donde una lámina interruptera pasa entre el emisor y el detector.

7.2 Consideraciones de Diseño

Al diseñar con este componente, se deben considerar varios factores:

• Limitación de Corriente:Para el emisor, una resistencia en serie es obligatoria para limitar la corriente directa al nivel deseado (≤60mA continua, ≤1A en pulsos). El valor se calcula usando la tensión de alimentación (V_CC), la I_F deseada y la V_F típica (ej., R = (V_CC- V_F) / I_F).
• Polarización y Amplificación del Detector:El fotodetector típicamente requiere una polarización inversa (hasta 5V) y su corriente de salida es muy pequeña (relacionada con E_e). A menudo se necesita un amplificador de transimpedancia (TIA) para convertir esta pequeña fotocorriente en una señal de tensión utilizable.
• Alineación Óptica:Para aplicaciones emparejadas emisor-detector, la alineación mecánica precisa es crucial para maximizar la fuerza de la señal. El ángulo de visión de 60 grados proporciona cierta tolerancia.
• Rechazo de Luz Ambiente:Dado que el dispositivo es sensible a la luz de 940nm, puede verse afectado por la luz solar u otras fuentes IR. El uso de señales IR moduladas y detección síncrona (ej., una portadora de 38kHz común en mandos a distancia) puede mejorar significativamente la inmunidad al ruido.
• Gestión Térmica:Se debe consultar la curva de reducción de potencia (Fig. 2) para entornos de alta temperatura para evitar exceder la disipación de potencia máxima.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otros componentes IR, los diferenciadores clave de este dispositivo son sucarcasa plástica transparentey suclasificación óptica precisa. Muchos LED IR y fotodiodos utilizan carcasas coloreadas (ej., azul, negro) que filtran la luz visible pero también pueden atenuar ligeramente la longitud de onda IR deseada. Una carcasa transparente ofrece una eficiencia de transmisión potencialmente mayor a 940nm. La rigurosa clasificación por intensidad radiante e incidencia permite un rendimiento del sistema predecible y consistente, lo cual es una ventaja sobre las piezas no clasificadas o clasificadas de manera imprecisa, donde el rendimiento puede variar significativamente de una unidad a otra. El tamaño miniaturizado y el bajo coste lo hacen adecuado para aplicaciones de consumo y comerciales de gran volumen.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la diferencia entre la Incidencia Radiante en la Apertura (E_e) y la Intensidad Radiante (I_E)?

R: E_ees una medida de la densidad de potencia (mW/cm²) incidente en una superficie (el área activa del detector). I_Ees una medida de la potencia de salida del emisor por ángulo sólido (mW/sr). Están relacionadas pero describen el rendimiento del lado del detector y del emisor, respectivamente.

P: ¿Puedo alimentar el emisor directamente con una fuente de 5V?

R: No. Con una V_Ftípica de 1.6V, conectar 5V directamente causaría una corriente excesiva, probablemente destruyendo el LED. Debes usar una resistencia limitadora de corriente.

P: ¿Cómo selecciono la clasificación correcta para mi aplicación?

R: Elige en función de la fuerza de señal requerida. Para detección de larga distancia o baja reflectividad, una clasificación más alta (C, D) proporciona más potencia óptica. Para circuitos detectores de corto alcance o alta sensibilidad, una clasificación más baja puede ser suficiente y más rentable. La consistencia entre múltiples unidades en un sistema también puede dictar la selección de la clasificación.

P: ¿Qué significa la especificación del ángulo de visión para el detector?

R: Para el detector, el ángulo de visión de 60 grados (2θ_1/2) define su campo de visión. La luz incidente dentro de este cono de ±30 grados desde el eje será detectada con una sensibilidad razonable. La luz fuera de este ángulo será mayormente ignorada, lo que puede ayudar a rechazar la luz parásita de direcciones no deseadas.

10. Ejemplo de Aplicación Práctica

Caso de Diseño: Sensor de Falta de Papel en una Impresora

En esta aplicación, el emisor y el detector IR se montan en lados opuestos del camino del papel. Cuando hay papel, este refleja el haz IR del emisor hacia el detector. Cuando la bandeja de papel está vacía, el haz viaja sin obstáculos y no se refleja de vuelta al detector (o incide en una superficie reflectante diferente). El circuito detector monitorea el nivel de la señal recibida. Un paso clave de diseño es seleccionar una clasificación apropiada (ej., Clasificación B) para asegurar que la señal reflejada desde el papel sea lo suficientemente fuerte para distinguirse de manera fiable del estado "sin papel", incluso con variaciones en la reflectividad del papel. La corriente de excitación para el emisor se establece en 20mA mediante una resistencia, proporcionando la salida óptica de referencia. La salida del detector se alimenta a un comparador con un umbral establecido entre los niveles de tensión de "papel presente" y "papel ausente". El ángulo de visión de 60 grados ayuda a asegurar que el sensor funcione incluso con una ligera desalineación durante el montaje de la impresora.

11. Introducción al Principio de Operación

El dispositivo consta de dos componentes semiconductores principales: un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) y un Fotodiodo. ElLED IRopera bajo el principio de electroluminiscencia. Cuando se polariza directamente, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa del semiconductor, liberando energía en forma de fotones. La composición del material (típicamente basada en Arseniuro de Galio, GaAs) está diseñada para que esta energía de fotón corresponda a una longitud de onda en el espectro infrarrojo, específicamente alrededor de 940nm. ElFotodiodoopera en inversa. Los fotones incidentes con energía mayor que el bandgap del semiconductor son absorbidos, creando pares electrón-hueco. Estos portadores de carga son separados por el campo eléctrico interno de la unión polarizada inversamente, generando una fotocorriente que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. La carcasa plástica transparente actúa como lente y ventana, protegiendo los delicados chips semiconductores mientras permite el paso eficiente de la radiación infrarroja de 940nm.

12. Tendencias y Avances Tecnológicos

En el campo de la optoelectrónica para detección, varias tendencias son relevantes para componentes como este. Existe un impulso continuo hacia laminiaturización, con encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) volviéndose más prevalentes que los tipos de orificio pasante para el montaje automatizado.Mayor integraciónes otra tendencia, donde el emisor, el detector y el circuito de acondicionamiento de señal (amplificador, comparador) se combinan en un solo módulo, simplificando el diseño para los usuarios finales. La demanda demejor relación señal-ruidoy rechazo de luz ambiente está impulsando el uso de bandas de longitud de onda específicas y filtrado óptico avanzado integrado en el encapsulado. Además, las aplicaciones en el Internet de las Cosas (IoT) y dispositivos portátiles están impulsando la necesidad de componentes conmenor consumo de energíamanteniendo un rango de detección y fiabilidad adecuados. Si bien este componente específico representa una solución madura y rentable, los diseños más nuevos a menudo incorporan estos requisitos en evolución.