Hoja de Datos del Emisor Infrarrojo LTE-2871 - Paquete T-1 3/4 - Tensión Directa 1.6V - Longitud de Onda Pico 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento proporciona las especificaciones técnicas completas de un componente emisor de infrarrojos (IR) de alto rendimiento. El dispositivo está diseñado para ofrecer una alta intensidad radiante dentro de un ángulo de visión estrecho, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren iluminación infrarroja dirigida. Sus ventajas principales incluyen un diseño rentable combinado con características de rendimiento especializadas para una salida de alta intensidad. Los mercados objetivo principales son la automatización industrial, sistemas de detección, detección de proximidad y enlaces de comunicación óptica donde es esencial una luz infrarroja fiable y enfocada.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Absolutas Máximas

Todas las especificaciones se definen a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Exceder estos límites puede causar daños permanentes al dispositivo.

• Disipación de Potencia:90 mW
• Corriente Directa de Pico:1 A (en condiciones de pulso: 300 pps, ancho de pulso de 10 μs)
• Corriente Directa Continua (I_F):60 mA
• Tensión Inversa (V_R):5 V
• Rango de Temperatura de Operación:-40°C a +85°C
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-55°C a +100°C
• Temperatura de Soldadura de Terminales:260°C durante 5 segundos (medido a 1.6mm del cuerpo del encapsulado)

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Los parámetros clave de rendimiento se miden a T_A=25°C con una corriente de prueba estándar de I_F= 20 mA, a menos que se indique lo contrario.

• Tensión Directa (V_F):Típica 1.6 V, Máxima 1.6 V a I_F=20mA. Este parámetro define la caída de tensión a través del emisor durante su funcionamiento.
• Corriente Inversa (I_R):Máxima 100 μA a V_R=5V. Esto indica la corriente de fuga cuando el dispositivo está polarizado en inversa.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_Peak):940 nm. Esta es la longitud de onda a la que el emisor irradia su máxima potencia óptica, situándolo en el espectro del infrarrojo cercano.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ):50 nm. Esto especifica el ancho de banda de la luz emitida, medido como el ancho total a mitad del máximo (FWHM) de la curva de distribución espectral.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):16 grados. Este ángulo de haz estrecho confirma la salida enfocada del dispositivo, definido como el ángulo total donde la intensidad radiante cae a la mitad de su valor pico.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El componente se clasifica en grupos de rendimiento (bins) basándose en su salida radiante. Esto permite la selección según los niveles de intensidad requeridos. Los parámetros clave clasificados son la Incidencia Radiante en la Apertura (E_een mW/cm²) y la Intensidad Radiante (I_Een mW/sr), ambos medidos a I_F=20mA.

• Bin A: E_e: 0.44 - 0.96 mW/cm²; I_E: 3.31 - 7.22 mW/sr.
• Bin B: E_e: 0.64 - 1.20 mW/cm²; I_E: 4.81 - 9.02 mW/sr.
• Bin C: E_e: 0.80 - 1.68 mW/cm²; I_E: 6.02 - 12.63 mW/sr.
• Bin D: E_e: 1.12 mW/cm² (Mín.); I_E: 8.42 mW/sr (Mín.). Este representa el grupo de salida más alta.

Los diseñadores deben especificar el código de bin requerido para asegurar que la potencia óptica cumple con los requisitos de sensibilidad de la aplicación para el sistema detector.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

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

4.1 Distribución Espectral

La curva de salida espectral (Fig.1) se centra marcadamente alrededor de la longitud de onda pico de 940nm con un ancho a mitad de altura definido de 50nm. Esta característica es crucial para emparejarlo con fotodetectores de silicio, que tienen una sensibilidad pico en esta región, y para asegurar la compatibilidad con filtros ópticos para rechazar la luz ambiental.

4.2 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V)

La curva característica I-V (Fig.3) muestra la relación exponencial típica de un diodo semiconductor. La tensión directa especificada de 1.6V (máx.) a 20mA proporciona los datos necesarios para diseñar el circuito de excitación limitador de corriente. La curva ayuda a calcular la disipación de potencia (V_F* I_F) bajo diferentes corrientes de operación.

4.3 Intensidad Radiante Relativa vs. Corriente Directa

Esta curva (Fig.5) ilustra cómo la potencia óptica de salida escala con la corriente de excitación. Es típicamente lineal en un rango significativo, pero puede mostrar saturación o una caída de eficiencia a corrientes muy altas. Estos datos son esenciales para determinar el punto de operación para lograr la salida óptica deseada sin exceder las especificaciones absolutas máximas.

4.4 Dependencia de la Temperatura

Dos curvas detallan el rendimiento térmico. La Figura 2 muestra cómo la corriente directa máxima permitida se reduce a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C, una consideración crítica para la fiabilidad. La Figura 4 representa la intensidad radiante relativa en función de la temperatura ambiente, mostrando la disminución típica en la eficiencia de salida a medida que sube la temperatura, lo que debe compensarse en aplicaciones de detección de precisión.

4.5 Patrón de Radiación

El diagrama de radiación polar (Fig.6) confirma visualmente el estrecho ángulo de visión de 16 grados. El patrón muestra la distribución espacial de la luz infrarroja emitida, lo que es vital para diseñar la alineación óptica y asegurar que el tamaño del punto iluminado cumpla con las necesidades de la aplicación.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Tipo y Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado pasante modificado T-1 3/4 (5mm). Las notas dimensionales clave del dibujo incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros (pulgadas proporcionadas entre paréntesis).
• La tolerancia estándar es de ±0.25mm (±0.010") a menos que una característica específica requiera una tolerancia diferente.
• La protuberancia máxima de resina bajo la brida del encapsulado es de 1.0mm (0.039").
• La separación de terminales se mide en el punto donde los terminales salen del cuerpo del encapsulado, lo cual es importante para el diseño de la huella en la PCB.

El encapsulado está diseñado para procesos estándar de soldadura por ola o soldadura manual.

5.2 Identificación de Polaridad

Para encapsulados pasantes, la polaridad suele indicarse mediante un punto plano en el borde del encapsulado o por terminales de diferente longitud (el terminal más largo suele ser el ánodo). Se debe consultar el dibujo dimensional de la hoja de datos para conocer el esquema de marcado exacto. La polaridad correcta es esencial para evitar la aplicación de polarización inversa que exceda el límite de 5V.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Es necesario seguir estrictamente los perfiles de soldadura para evitar daños térmicos en el chip semiconductor y la lente de epoxi.

• Temperatura de Soldadura:Los terminales pueden soportar una temperatura de 260°C durante un máximo de 5 segundos. Esta medición se toma a 1.6mm (0.063") del cuerpo del encapsulado.
• Recomendación del Proceso:Para soldadura por ola, es aplicable un perfil estándar con etapas de precalentamiento, permanencia y enfriamiento. El límite de 260°C/5s no debe excederse en la unión terminal-cuerpo.
• Limpieza:Si se requiere limpieza, utilice disolventes compatibles con el material epoxi del encapsulado para evitar el empañamiento o agrietamiento de la lente.
• Condiciones de Almacenamiento:Los dispositivos deben almacenarse en la bolsa original de barrera de humedad, dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado (-55°C a +100°C) y en un ambiente de baja humedad para prevenir la oxidación de los terminales.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

La combinación de alta intensidad y un haz estrecho hace que este emisor sea ideal para:

• Detección de Proximidad y Presencia:Utilizado en grifos automáticos, dispensadores de jabón, secadores de manos y detección de ocupación.
• Sensores Ópticos Industriales:Conteo de objetos, detección de bordes y detección de posición en líneas de fabricación.
• Barreras e Interruptores Ópticos:Creando un haz enfocado para la detección de objetos en sistemas de seguridad o cortinas de seguridad de maquinaria.
• Enlaces de Datos de Corto Alcance:Transmisión de datos por infrarrojos (IrDA) donde la luz dirigida reduce la interferencia y el consumo de energía.
• Iluminación para Visión Nocturna:Como fuente de luz invisible para cámaras de CCTV con sensores sensibles al IR.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación:Es obligatorio una fuente de corriente constante o una resistencia limitadora de corriente en serie con el LED para establecer I_F. Calcule el valor de la resistencia usando R = (V_supply- V_F) / I_F, usando el V_Fmáximo para un diseño seguro.
• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, operar a altas temperaturas ambientales o cerca de la corriente continua máxima requiere atención a las curvas de reducción de potencia. Asegure una ventilación adecuada en la PCB.
• Alineación Óptica:El haz estrecho requiere una alineación mecánica precisa con el fotodetector emparejado o el área objetivo. Utilice el diagrama del patrón de radiación para el diseño óptico.
• Protección Eléctrica:Incorpore protección contra conexión de tensión inversa y transitorios de tensión en la línea de alimentación, ya que la tensión inversa máxima es de solo 5V.
• Selección de Bin:Elija el grupo de salida apropiado (A a D) basándose en la sensibilidad del receptor y la relación señal-ruido requerida para la aplicación. Los grupos más altos proporcionan más potencia óptica pero pueden tener implicaciones de coste.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con emisores IR estándar no enfocados, este dispositivo ofrece ventajas distintivas:

• Mayor Intensidad Radiante en un Haz Estrecho:Los emisores estándar suelen tener ángulos de visión de 30° o más, dispersando la luz en un área más amplia. Este componente concentra su salida en un haz de 16°, entregando mayor intensidad en el eje, lo que se traduce en posibles distancias de detección más largas o una corriente de excitación requerida más baja para la misma señal recibida.
• Optimizado para Detección:El haz estrecho reduce la probabilidad de diafonía óptica en matrices de múltiples sensores y minimiza las reflexiones de superficies no deseadas, mejorando la precisión y fiabilidad del sistema.
• Rendimiento Rentable:Proporciona una característica de haz enfocado a menudo asociada con encapsulados con lente más caros, pero en un formato T-1 3/4 estándar y de bajo coste.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Cuál es la diferencia entre la Incidencia Radiante en la Apertura (E_e) y la Intensidad Radiante (I_E)?

R1: La Intensidad Radiante (I_E, mW/sr) es una medida de la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido, describiendo la "concentración" del haz. La Incidencia Radiante en la Apertura (E_e, mW/cm²) es la densidad de potencia incidente en una superficie (como un detector) a una distancia específica, dependiendo tanto de la intensidad como de la distancia. I_Ees una propiedad intrínseca del emisor; E_edepende de la geometría del sistema.

P2: ¿Puedo excitar este emisor con una fuente de 3.3V?

R2: Sí, típicamente. Con un V_Ftípico de 1.6V a 20mA, se puede usar una resistencia en serie para caer el voltaje restante (3.3V - 1.6V = 1.7V). El valor de la resistencia sería R = 1.7V / 0.02A = 85 Ohmios. Una resistencia estándar de 82 o 100 Ohmios sería adecuada, recalculando la corriente real.

P3: ¿Por qué la longitud de onda pico es 940nm y no 850nm?

R3: Los 940nm son menos visibles para el ojo humano (aparecen como un rojo más tenue o son invisibles) en comparación con los 850nm, lo que los hace mejores para iluminación discreta. Ambas longitudes de onda son detectadas eficientemente por fotodiodos de silicio, aunque la sensibilidad es ligeramente mayor a 850nm. La elección depende de la necesidad de visibilidad versus la respuesta máxima del detector.

P4: ¿Cómo interpreto los códigos de clasificación (A, B, C, D)?

R4: Los bins representan grupos clasificados basados en la salida óptica medida en fábrica. El Bin D tiene la salida mínima garantizada más alta, mientras que el Bin A tiene la más baja. Seleccione un bin basándose en la potencia óptica mínima requerida para que su circuito receptor funcione de manera fiable bajo todas las condiciones (incluyendo efectos de temperatura y envejecimiento).

10. Caso de Estudio de Diseño y Uso

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

El emisor y un fototransistor se colocan en lados opuestos del camino del papel. El haz estrecho de 16° del LTE-2871 es crucial. Asegura que la luz se enfoque directamente a través del espacio hacia el detector, minimizando la dispersión y las reflexiones de la mecánica interna de la impresora, lo que podría causar conteos falsos. Se seleccionaría un emisor del Bin C o D para proporcionar una señal fuerte incluso si se acumula un poco de polvo de papel en la lente. El circuito de excitación usaría una corriente constante de 20-40mA, y el circuito receptor estaría diseñado para detectar la caída distintiva de la señal cuando una hoja de papel interrumpe el haz enfocado. Se consultarían las curvas de reducción de potencia por temperatura para asegurar una operación fiable dentro de la impresora, donde la temperatura ambiente podría alcanzar los 50-60°C.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un emisor infrarrojo es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando está polarizado en directa (tensión positiva aplicada al ánodo respecto al cátodo), los electrones y huecos se recombinan en la región activa del material semiconductor (típicamente basado en arseniuro de galio y aluminio - AlGaAs). Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (partículas de luz). La composición específica de las capas semiconductoras determina la longitud de onda de los fotones emitidos; para este dispositivo, está diseñado para ser 940nm, que está en el rango del infrarrojo cercano. El encapsulado modificado incorpora una lente de epoxi que da forma a la luz emitida en el patrón de haz estrecho especificado, colimando la salida para aplicaciones dirigidas.

12. Tendencias Tecnológicas

En el campo de los emisores infrarrojos, las tendencias generales se centran en aumentar la eficiencia (más potencia óptica de salida por vatio de entrada eléctrica), permitir mayores velocidades de operación para comunicación de datos y desarrollar encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) para ensamblaje automatizado. También hay trabajos en curso para ampliar las opciones de longitud de onda para aplicaciones de detección específicas (por ejemplo, detección de gases) e integrar emisores con excitadores y lógica de control en módulos inteligentes. El principio fundamental de la electroluminiscencia en materiales semiconductores sigue siendo la base de esta tecnología.