Hoja de Datos del Emisor Infrarrojo LTE-302 - Paquete de Vista Lateral - Longitud de Onda Pico 940nm - Voltaje Directo 1.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-302 es un emisor infrarrojo (IR) miniatura y de bajo coste, diseñado para aplicaciones que requieren detección óptica fiable. Su ventaja principal reside en su encapsulado plástico de vista lateral, que permite un factor de forma compacto ideal para diseños con espacio limitado. El dispositivo está emparejado mecánica y espectralmente con la serie de fototransistores LTR-301, simplificando el diseño de interruptores ópticos, sensores de detección de objetos y sistemas de detección de proximidad. El mercado objetivo incluye electrónica de consumo, automatización industrial, sistemas de seguridad y diversas aplicaciones de sensores embebidos donde se requiere una emisión IR rentable y fiable.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

2.1 Características Eléctricas y Ópticas

El rendimiento eléctrico y óptico se especifica a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Los parámetros clave incluyen:

• Voltaje Directo (V_F):Típicamente 1.6V a una corriente directa (I_F) de 20mA, con un máximo de 1.6V. Este parámetro es crucial para el diseño del circuito de excitación.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_Pico):940 nanómetros (nm). Esta longitud de onda es ideal para aplicaciones que utilizan fotodetectores de silicio, los cuales tienen buena sensibilidad en la región del infrarrojo cercano, y es menos visible para el ojo humano en comparación con longitudes de onda más cortas.
• Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ):50 nm. Esto indica el ancho de banda espectral de la luz emitida, centrado alrededor de la longitud de onda pico.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):40 grados. Esto define la dispersión angular de la radiación emitida donde la intensidad es al menos la mitad de la intensidad pico.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 100 µA a un voltaje inverso (V_R) de 5V. Este parámetro indica la corriente de fuga cuando el dispositivo está polarizado en inversa.

2.2 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No son para operación continua.

• Disipación de Potencia (P_D):75 mW.
• Corriente Directa Continua (I_F):50 mA.
• Corriente Directa Pico:1 A en condiciones de pulsos (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 µs).
• Voltaje Inverso: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, medida a 1.6mm del cuerpo del encapsulado.

3. Explicación del Sistema de Binning

El LTE-302 utiliza un sistema de binning basado en su intensidad radiante e incidencia radiante en la apertura. Este sistema agrupa dispositivos con potencia óptica de salida similar para garantizar consistencia en el rendimiento de la aplicación. Los bins se prueban a una corriente directa de 20mA.

• Intensidad Radiante (I_E):Medida en milivatios por estereorradián (mW/sr), representa la potencia óptica emitida por unidad de ángulo sólido. Los bins van desde B (0.662-1.263 mW/sr) hasta F (mínimo 1.444 mW/sr).
• Incidencia Radiante en la Apertura (E_e):Medida en milivatios por centímetro cuadrado (mW/cm²), representa la densidad de potencia en la apertura del emisor. Los bins corresponden a los bins de intensidad radiante, desde B (0.088-0.168 mW/cm²) hasta F (mínimo 0.192 mW/cm²).

Este binning permite a los diseñadores seleccionar dispositivos con la potencia óptica requerida para su distancia de detección específica y sensibilidad del receptor, asegurando una operación fiable del sistema.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

4.1 Distribución Espectral (Fig. 1)

Esta curva muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. Confirma la emisión pico a 940nm y el ancho espectral a mitad de altura de aproximadamente 50nm. La forma es típica de un LED IR de AlGaAs.

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

Esta curva característica IV (Corriente-Voltaje) es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente. Muestra la relación exponencial típica de un diodo. La curva permite estimar la caída de voltaje a corrientes distintas de la condición de prueba de 20mA.

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

Este gráfico demuestra que la potencia óptica de salida es aproximadamente lineal con la corriente directa dentro del rango de operación recomendado. Excitar el LED más allá de sus límites máximos no producirá aumentos proporcionales en la salida y conlleva riesgo de daño.

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

Esta curva muestra la dependencia de la salida óptica con la temperatura. La intensidad radiante disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esta reducción debe tenerse en cuenta en aplicaciones que operan a altas temperaturas para asegurar que el sistema de detección mantenga suficiente fuerza de señal.

4.5 Diagrama de Radiación (Fig. 6)

Este gráfico polar representa visualmente el ángulo de visión (2θ_1/2= 40°). Muestra la distribución angular de la radiación emitida, lo cual es importante para alinear el emisor con un detector y comprender el campo de detección.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El dispositivo utiliza un encapsulado plástico miniatura de vista lateral. Las notas dimensionales clave incluyen:

• Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros con pulgadas entre paréntesis.
• Se aplica una tolerancia general de ±0.25mm (±0.010\") a menos que se especifique lo contrario.
• La separación de terminales se mide en el punto donde los terminales salen del cuerpo del encapsulado.
• La orientación de vista lateral significa que el eje óptico principal es paralelo a la superficie de la PCB, lo cual es ideal para detección reflectiva o por interrupción a lo largo de una placa.

Consulte el dibujo detallado del encapsulado en la hoja de datos original para las dimensiones exactas, incluyendo tamaño del cuerpo, longitud de los terminales y ubicación de la apertura.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Un manejo adecuado es crítico para la fiabilidad.

• Soldadura:Los terminales pueden soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante 5 segundos, siempre que el calor se aplique al menos a 1.6mm (0.063\") del cuerpo del encapsulado plástico. Esto evita daños térmicos al encapsulante epóxico y al chip semiconductor.
• Precauciones ESD:Aunque no se establece explícitamente para este dispositivo, los LED infrarrojos son generalmente sensibles a las descargas electrostáticas (ESD). Se recomiendan procedimientos estándar de manejo ESD (uso de pulseras antiestáticas conectadas a tierra, espuma conductora) durante el montaje.
• Limpieza:Si se requiere limpieza después de la soldadura, utilice métodos y solventes compatibles con componentes electrónicos encapsulados en plástico para evitar grietas por tensión o degradación del material.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Interruptores Ópticos/Con Ranura:Emparejado con un fototransistor compatible (como el LTR-301), el emisor crea un haz. Un objeto que pasa por la ranura interrumpe el haz, activando una señal de detección. Se utiliza en impresoras, máquinas expendedoras y contadores industriales.
• Detección de Objetos por Reflexión:El emisor y un detector se colocan uno al lado del otro. El emisor ilumina una superficie y el detector percibe la luz reflejada. Se utiliza para detección de papel, sensado de nivel de líquido y detección de proximidad.
• Control Industrial y Seguridad:Utilizado en cortinas de seguridad, sensores de puerta y detección de manipulación.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Utilice siempre una resistencia en serie o un driver de corriente constante para limitar la corriente directa al valor deseado (ej., 20mA). Calcule el valor de la resistencia usando R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F.
• Alineación Óptica:La alineación mecánica precisa entre el emisor y el detector es crítica para obtener la máxima fuerza de señal, especialmente con el ángulo de visión de 40°.
• Inmunidad a la Luz Ambiente:Para una operación fiable en entornos con luz ambiente variable (ej., luz solar, luces de habitación), considere modular la corriente de excitación del emisor y utilizar un circuito de detección sincronizado en el receptor para filtrar las señales de luz ambiente DC.
• Gestión Térmica:Asegúrese de que el dispositivo opere dentro de su rango de temperatura especificado. Reduzca la corriente directa máxima si la temperatura ambiente se acerca al límite superior de 85°C.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

La diferenciación principal del LTE-302 radica en su combinación específica de atributos:

• Encapsulado de Vista Lateral vs. Vista Superior:El factor de forma de vista lateral es una ventaja clave para aplicaciones donde la trayectoria de detección es paralela a la PCB, ahorrando espacio vertical en comparación con emisores de vista superior.
• Emparejado con la Serie LTR-301:Este emparejamiento mecánico y espectral garantizado simplifica el diseño y la adquisición para módulos de interruptores ópticos, asegurando un rendimiento óptimo sin necesidad de alineación óptica personalizada o filtrado espectral.
• Diseño Miniatura Rentable:Ofrece un equilibrio entre rendimiento y tamaño a un bajo coste, haciéndolo adecuado para aplicaciones de consumo de alto volumen.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el propósito de los códigos de binning (B, C, D, E, F)?

R: Clasifican los dispositivos según su potencia óptica de salida (intensidad radiante). Usted selecciona un bin para asegurar que su sistema sensor tenga una fuerza de señal consistente y suficiente. Para distancias de detección más largas o detectores de menor sensibilidad, puede ser necesario un bin más alto (ej., E o F).

P: ¿Puedo excitar este LED IR directamente con una fuente de 5V?

R: No. El voltaje directo típico es 1.6V. Conectarlo directamente a 5V causaría un flujo de corriente excesivo, destruyendo el dispositivo. Siempre debe usar una resistencia limitadora de corriente.

P: ¿Por qué la longitud de onda pico es 940nm?

R: 940nm está en el espectro del infrarrojo cercano. Es una longitud de onda común porque los fotodetectores de silicio (fototransistores, fotodiodos) tienen buena sensibilidad aquí, y es en gran parte invisible, lo que la hace adecuada para aplicaciones de detección discretas.

P: ¿Cómo afecta la temperatura al rendimiento?

R: Como se muestra en la Fig. 4, la intensidad radiante disminuye al aumentar la temperatura. En un entorno caliente, la señal de salida será más débil. Diseñe su circuito con suficiente margen o considere compensación de temperatura si opera en un rango amplio.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de un Sensor de Detección de Papel para una Impresora.

Un ingeniero necesita detectar la presencia de papel en una bandeja de alimentación. Coloca un emisor IR LTE-302 y un fototransistor LTR-301 en lados opuestos de la trayectoria del papel, creando un haz. Cuando hay papel, éste bloquea el haz y la salida del fototransistor pasa a nivel bajo. El ángulo de visión de 40° requiere un alineamiento cuidadoso de los componentes en la PCB para asegurar que el haz sea lo suficientemente estrecho para una detección precisa pero lo suficientemente ancho para tolerancias. El ingeniero selecciona dispositivos del Bin D para asegurar una fuerza de señal fuerte incluso si se acumula polvo con el tiempo. Un circuito simple con una resistencia de 150 ohmios limita la corriente a ~20mA desde una fuente de 5V (5V - 1.6V / 20mA ≈ 170Ω, usando 150Ω para un ligero margen). La salida del fototransistor se conecta a un comparador o entrada de microcontrolador para digitalizar la señal de detección.

11. Principio de Funcionamiento

Un emisor infrarrojo es un diodo semiconductor. Cuando se polariza en directa (voltaje positivo aplicado al ánodo respecto al cátodo), los electrones y huecos se recombinan en la región activa del material semiconductor (típicamente arseniuro de galio y aluminio - AlGaAs). Este proceso de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de las capas semiconductoras determina la longitud de onda de los fotones emitidos, que para el LTE-302 está centrada en 940nm. El encapsulado plástico incluye una lente epóxica que moldea la luz emitida en el patrón de ángulo de visión especificado.

12. Tendencias Tecnológicas

Los emisores infrarrojos como el LTE-302 son componentes maduros y fiables. Las tendencias generales en el campo incluyen:

• Mayor Integración:Avanzar hacia módulos que combinan el emisor, el detector y el circuito de acondicionamiento de señal (ej., ICs con modulación/demodulación integrada) para simplificar el diseño y mejorar la inmunidad al ruido.
• Miniaturización:Reducción continua del tamaño del encapsulado (ej., encapsulados a escala de chip) para caber en dispositivos electrónicos de consumo cada vez más pequeños como wearables y smartphones ultradelgados.
• Mayor Eficiencia:Desarrollo de materiales y estructuras para lograr mayor intensidad radiante para una corriente de excitación dada, mejorando la duración de la batería en dispositivos portátiles.
• Multi-Longitud de Onda y VCSELs:Para detección avanzada como tiempo de vuelo (ToF) y LiDAR, los láseres de emisión superficial de cavidad vertical (VCSELs) y sus arreglos se están volviendo más comunes, ofreciendo mayor potencia y capacidades de modulación más rápidas que los LED IR tradicionales.