Hoja de Datos del LED Infrarrojo IR204C-A de 3.0mm - Paquete T-1 de 3mm - Longitud de Onda Pico 940nm - Corriente Directa 100mA - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El IR204C-A es un diodo emisor de infrarrojos de alta intensidad encapsulado en un paquete plástico estándar de 3mm (T-1) transparente. Su función principal es emitir luz infrarroja con una longitud de onda pico de 940nm, lo que lo hace espectralmente compatible con fototransistores de silicio, fotodiodos y módulos receptores infrarrojos comunes. Este dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren una transmisión infrarroja fiable y eficiente.

1.1 Ventajas Principales

• Alta Intensidad Radiante:Proporciona una salida óptica potente, adecuada para aplicaciones de medio a largo alcance.
• Alta Fiabilidad:Diseñado para un rendimiento estable y a largo plazo.
• Baja Tensión Directa:Típicamente 1.5V a 20mA, contribuyendo a una operación energéticamente eficiente.
• Cumplimiento Ambiental:El producto está libre de plomo, cumple con la normativa REACH de la UE y cumple con los estándares libres de halógenos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Paquete Estándar:El conocido factor de forma T-1 (3mm) con una separación entre terminales de 2.54mm garantiza una fácil integración en diseños existentes y placas de prototipado.

1.2 Aplicaciones Objetivo

• Unidades de control remoto infrarrojo con altos requisitos de potencia.
• Sistemas de transmisión óptica de datos en aire libre.
• Sensores de detección de humo.
• Sistemas generales de detección y barrera infrarroja.
• Automatización industrial y detección de objetos.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros eléctricos y ópticos clave especificados en la hoja de datos. Comprender estos límites y valores típicos es crucial para un diseño de circuito robusto.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos son límites de estrés que no deben superarse bajo ninguna condición, ni siquiera momentáneamente. Operar más allá de estos valores puede causar daños permanentes.

• Corriente Directa Continua (I_F):100 mA. El LED puede operarse continuamente a este nivel de corriente, siempre que se respeten los límites de disipación de potencia y temperatura.
• Corriente Directa de Pico (I_FP):1.0 A. Esta corriente alta solo es permisible en condiciones pulsadas (ancho de pulso ≤ 100μs, ciclo de trabajo ≤ 1%). Esto es útil para lograr una salida radiante instantánea muy alta en aplicaciones de modo ráfaga, como controles remotos de largo alcance.
• Tensión Inversa (V_R):5 V. El LED tiene una tolerancia limitada a la tensión inversa. Se debe tener cuidado en el diseño del circuito para evitar una polarización inversa más allá de este límite, que podría ser causada por cargas inductivas o una secuencia de encendido incorrecta.
• Disipación de Potencia (P_d):150 mW a una temperatura ambiente de 25°C o inferior. Este valor disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. La corriente de operación real debe reducirse (derratearse) en función de la temperatura de unión para mantenerse dentro de los límites seguros.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante un máximo de 5 segundos. Esto define las restricciones del perfil de soldadura por reflujo.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación (Ta=25°C).

• Intensidad Radiante (I_e):Esta es la medida principal de la potencia óptica de salida por ángulo sólido (mW/sr).
  • A I_F= 20mA (DC): El valor típico es 7.8 mW/sr, con un mínimo de 4.0 mW/sr.
  • A I_F= 100mA (Pulsada): La intensidad radiante típica aumenta significativamente.
  • A I_F= 1A (Pulsada): Puede entregar una salida típica de 390 mW/sr, mostrando su capacidad para operación pulsada de alta potencia.
• Longitud de Onda Pico (λ_p):940 nm (típico). Esta longitud de onda es ideal ya que se alinea bien con la sensibilidad máxima de los fotodetectores de silicio, siendo en gran medida invisible para el ojo humano y teniendo una buena transmisión atmosférica.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):Aproximadamente 45 nm (típico). Esto define el ancho espectral de la luz emitida a la mitad de su intensidad máxima (FWHM).
• Tensión Directa (V_F):
  • A 20mA: 1.5V típico, 1.2V mínimo, crucial para calcular los valores de la resistencia en serie.
  • A 100mA (pulsada): 1.4V típico, 1.8V máximo. V_Faumenta con la corriente debido a la resistencia del diodo.
  • A 1A (pulsada): 2.6V típico, 4.0V máximo, mostrando un aumento significativo en condiciones de pulso de alta corriente.
• Ángulo de Visión (2θ_1/2):40 grados (típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad radiante cae a la mitad de su valor en el eje. Un ángulo de 40° proporciona un buen equilibrio entre concentración del haz y cobertura.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos incluye una tabla de clasificación (binning) para la intensidad radiante, una práctica común para categorizar los LED según su rendimiento medido.

3.1 Clasificación por Intensidad Radiante

Bajo la condición I_F= 20mA, los LED se clasifican en bins (K, L, M, N) según su intensidad radiante medida.

• Bin K:4.0 - 6.4 mW/sr
• Bin L:5.6 - 8.9 mW/sr
• Bin M:7.8 - 12.5 mW/sr
• Bin N:11.0 - 17.6 mW/sr

Implicación en el Diseño:Para aplicaciones que requieren una fuerza de señal óptica consistente (por ejemplo, controles remotos con un alcance definido), especificar un bin más estrecho (como un solo bin) o un bin mínimo más alto garantiza un rendimiento más uniforme entre las unidades de producción. El código del bin se indica típicamente en la información del pedido o en la etiqueta del producto.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Las curvas características típicas proporcionan información valiosa sobre el comportamiento del dispositivo en condiciones variables.

4.1 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Fig.4)

Esta curva IV muestra la relación exponencial. La curva se desplazará con la temperatura; la tensión directa típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión para una corriente dada.

4.2 Intensidad Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.7)

Este gráfico es crítico para la gestión térmica. La salida radiante de un LED disminuye a medida que aumenta su temperatura de unión. La curva cuantifica esta reducción (derating), informando a los diseñadores que temperaturas ambiente más altas o una disipación de calor inadecuada resultarán en una salida óptica más baja. Esto debe tenerse en cuenta en sistemas diseñados para operar en todo el rango de -40°C a +85°C.

4.3 Distribución Espectral y Longitud de Onda Pico vs. Temperatura (Fig.2 y Fig.3)

La Fig.2 muestra el espectro de emisión típico centrado en 940nm. La Fig.3 ilustra cómo la longitud de onda pico se desplaza con la temperatura. Los LED infrarrojos típicamente exhiben un coeficiente de temperatura positivo para la longitud de onda (es decir, λ_paumenta con la temperatura). Este desplazamiento es importante en aplicaciones donde el detector tiene una respuesta espectral estrecha.

4.4 Patrón de Radiación Angular (Fig.6)

Este gráfico polar representa la intensidad radiante relativa en función del desplazamiento angular desde el eje central. Aquí se confirma el ángulo de visión de 40°. El patrón es generalmente Lambertiano o casi Lambertiano para este tipo de paquete, lo que significa que la intensidad es aproximadamente proporcional al coseno del ángulo de visión.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete redondo estándar T-1 (3mm de diámetro). Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros (mm).
• Las tolerancias estándar son ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario.
• La separación entre terminales es de 2.54mm (0.1 pulgadas), compatible con placas perforadas estándar y muchos zócalos.

Normalmente se incluiría un dibujo detallado con cotas, mostrando el diámetro del cuerpo, la forma de la lente, la longitud y diámetro de los terminales, y el plano de asiento.

5.2 Identificación de Polaridad

Para un LED T-1 estándar, el cátodo se identifica típicamente por un punto plano en el borde de la lente de plástico y/o por el terminal más corto. Se debe consultar la hoja de datos para conocer la marca específica de esta pieza.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

• Soldadura por Reflujo:La temperatura máxima de soldadura es de 260°C, y el tiempo a esta temperatura o superior no debe exceder los 5 segundos. Es aplicable un perfil de reflujo estándar sin plomo.
• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, se debe utilizar un soldador con control de temperatura, y el tiempo de soldadura por terminal debe minimizarse (típicamente < 3 segundos a 350°C) para evitar daños térmicos al paquete de plástico y al chip semiconductor.
• Condiciones de Almacenamiento:El rango de temperatura de almacenamiento es de -40°C a +85°C. Los componentes deben mantenerse en sus bolsas originales con barrera de humedad hasta su uso para evitar la absorción de humedad, que puede causar "popcorning" durante el reflujo.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificaciones de Embalaje

• Embalaje estándar: de 200 a 1000 piezas por bolsa.
• 5 bolsas se empaquetan en 1 caja.
• 10 cajas se empaquetan en 1 cartón.

7.2 Información de la Etiqueta

La etiqueta del producto contiene datos clave de trazabilidad y especificación:

• CPN (Número de Pieza del Cliente)
• P/N (Número de Pieza del Fabricante: IR204C-A)
• Cantidad (Cantidad de Embalaje)
• Rangos/Códigos de Bin (por ejemplo, para Intensidad Radiante)
• HUE (Información de Longitud de Onda Pico)
• Nº de Lote (Número de lote trazable)

8. Recomendaciones de Diseño para Aplicaciones

8.1 Diseño del Circuito de Excitación

El LED debe ser excitado con un elemento limitador de corriente, típicamente una resistencia en serie con una fuente de tensión. El valor de la resistencia (R_s) se calcula como: R_s= (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Utilice el V_Fmáximo de la hoja de datos para la corriente de operación elegida para asegurar que la corriente no exceda el valor deseado. Por ejemplo, para una alimentación de 5V y un objetivo I_Fde 20mA usando el V_Fmáx. de 1.5V: R_s= (5 - 1.5) / 0.02 = 175 Ω. Una resistencia estándar de 180 Ω sería adecuada. Para operación pulsada a altas corrientes, se requiere un interruptor de transistor (BJT o MOSFET).

8.2 Consideraciones Térmicas

Aunque el paquete T-1 tiene una capacidad de disipación térmica limitada, a corrientes continuas de hasta 100mA, es importante asegurar un flujo de aire adecuado o considerar la disipación de potencia (P_d= V_F* I_F). Si se opera continuamente cerca de la corriente máxima en una temperatura ambiente alta, la temperatura de unión puede aumentar, reduciendo la salida y afectando potencialmente la longevidad.

8.3 Diseño Óptico

La lente transparente es adecuada para su uso con lentes o reflectores externos para colimar o dar forma al haz para aplicaciones específicas como la transmisión de largo alcance. La longitud de onda de 940nm es bien transmitida por muchos plásticos comunes utilizados en lentes y ventanas.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El IR204C-A se posiciona con diferenciadores clave:

• Capacidad de Potencia Pulsada Alta:La corriente de pico de 1A permite una salida óptica instantánea muy alta, una ventaja sobre los LED clasificados solo para corrientes pulsadas más bajas.
• Paquete Estandarizado con Rendimiento:Ofrece una mayor intensidad radiante en el paquete T-1 común y fácil de usar, en comparación con muchos LED infrarrojos básicos.
• Cumplimiento Ambiental:El cumplimiento total con las regulaciones ambientales modernas (RoHS, REACH, Libre de Halógenos) es una ventaja significativa para productos dirigidos a mercados globales.
• Compatibilidad Espectral:La mención explícita de ser espectralmente compatible con detectores comunes simplifica el proceso de selección para los diseñadores que construyen sistemas ópticos completos.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

1. P: ¿Puedo excitar este LED directamente desde un pin de un microcontrolador de 3.3V?
   R: No. Un pin de microcontrolador no puede suministrar 20mA de forma continua de manera segura, y carece de limitación de corriente. Debes usar una resistencia en serie y un interruptor de transistor. La V_Fdel LED (1.5V) es menor que 3.3V, por lo que es compatible en términos de tensión, pero la corriente debe controlarse externamente.
2. P: ¿Cuál es la diferencia entre Intensidad Radiante (mW/sr) y Potencia Radiante (mW)?
   R: La Intensidad Radiante es la densidad angular: potencia por unidad de ángulo sólido. La Potencia Radiante (o Flujo) es la potencia total emitida en todas las direcciones. Para encontrar la potencia total, se integraría la intensidad sobre todo el patrón de emisión. La hoja de datos proporciona intensidad, que es más útil para calcular la irradiancia a una distancia en una dirección dada.
3. P: ¿Por qué se prefiere la longitud de onda pico de 940nm sobre la de 850nm?
   R: La luz de 940nm es menos visible para el ojo humano (brillo rojo más oscuro) que la de 850nm, lo que la hace menos molesta en dispositivos de consumo. Ambas son bien detectadas por el silicio, pero la de 940nm puede tener una interferencia ligeramente menor de la luz ambiental de algunas fuentes como la luz solar y las bombillas incandescentes, que tienen fuertes emisiones en la región de 850nm.
4. P: ¿Cómo selecciono el bin correcto?
   R: Si su aplicación tiene una fuerza de señal mínima requerida en el receptor, utilice el valor mínimo de un bin para asegurar que todas las piezas lo cumplan. Por ejemplo, si necesita al menos 6 mW/sr, especifique Bin L o superior. Para aplicaciones sensibles al costo donde alguna variación es aceptable, un bin más amplio o la oferta por defecto pueden ser suficientes.

11. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

11.1 Control Remoto Infrarrojo de Largo Alcance

Escenario:Diseñar un control remoto que debe funcionar de manera fiable a una distancia de 15 metros en una sala de estar moderadamente iluminada.
Implementación:Utilice el LED en modo pulsado. Excitelo con pulsos cortos (por ejemplo, 50μs) y de alta corriente (por ejemplo, 500mA) usando un interruptor MOSFET controlado por un IC codificador. Esto proporciona una alta intensidad radiante de pico (consulte los datos de 1A pulsado) para transmisión de largo alcance manteniendo baja la potencia promedio. Se puede añadir una lente de plástico simple para colimar aún más el haz. La longitud de onda de 940nm minimiza el brillo visible.

11.2 Sensor de Proximidad o Detección de Objetos

Escenario:Crear un sistema de detección de objetos sin contacto con un rango de 10-50 cm.
Implementación:Empareje el IR204C-A con un fototransistor compatible. Excite el LED con una corriente continua moderada (por ejemplo, 50mA) usando una fuente de corriente constante para una salida de luz estable. Module la corriente del LED a una frecuencia específica (por ejemplo, 38kHz) y utilice un receptor sintonizado en el lado del fototransistor. Esta técnica de modulación hace que el sistema sea altamente inmune a las fluctuaciones de la luz ambiental (como la luz solar o las luces de la habitación), mejorando en gran medida la relación señal-ruido y la fiabilidad.

12. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz Infrarroja (LED IR) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando está polarizado en directa, los electrones de la región n se recombinan con los huecos de la región p en la región activa. Para un LED infrarrojo como el IR204C-A, la banda prohibida del material semiconductor (típicamente Arseniuro de Galio y Aluminio - GaAlAs como se indica) es tal que la energía liberada durante este proceso de recombinación corresponde a un fotón en el espectro infrarrojo (alrededor de 940nm de longitud de onda). El encapsulado epoxi transparente actúa como una lente, dando forma a la luz emitida en el ángulo de visión característico. La intensidad de la luz emitida es directamente proporcional a la corriente directa que fluye a través del diodo, hasta los límites físicos del dispositivo.

13. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de LED infrarrojos continúa evolucionando junto con la tecnología de LED visibles. Las tendencias clave que influyen en dispositivos como el IR204C-A incluyen:

• Mayor Eficiencia:La investigación continua en ciencia de materiales tiene como objetivo mejorar la eficiencia wall-plug (potencia óptica de salida / potencia eléctrica de entrada) de los LED IR, permitiendo una mayor salida a corrientes de excitación más bajas o una menor generación de calor.
• Mayor Densidad de Potencia:El desarrollo de paquetes a escala de chip y materiales mejorados de gestión térmica permite a los LED IR manejar corrientes continuas y pulsadas más altas en factores de forma más pequeños.
• Integración:Existe una tendencia hacia la integración del emisor IR con un IC de excitación, un fotodetector o incluso un microcontrolador en módulos únicos para aplicaciones específicas (por ejemplo, sensores de proximidad, reconocimiento de gestos).
• Precisión y Estabilidad de la Longitud de Onda:Los avances en las técnicas de crecimiento epitaxial permiten un control más estricto sobre la longitud de onda pico y el ancho espectral, lo que es crítico para aplicaciones como la detección de gases o las comunicaciones ópticas que utilizan multiplexación por división de longitud de onda.
• Expansión del Espacio de Aplicaciones:El crecimiento de áreas como LiDAR para automoción/robótica, reconocimiento facial y monitorización de salud (por ejemplo, oximetría de pulso) impulsa la demanda de emisores IR de alto rendimiento y fiabilidad en varias longitudes de onda y niveles de potencia.

El IR204C-A, con sus especificaciones equilibradas y su paquete estándar, representa una solución madura y fiable dentro de este panorama tecnológico en evolución.