Fiche technique LED infrarouge 3mm IR204/H16/L10 - Dimensions 3mm - Tension 1,5V - Longueur d'onde 940nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une diode électroluminescente (LED) infrarouge haute intensité de 3mm (T-1). Le dispositif est logé dans un boîtier plastique transparent bleu et est conçu pour un appariement spectral optimal avec les photodétecteurs au silicium, les phototransistors et les modules récepteurs infrarouges. Sa fonction principale est d'émettre une lumière infrarouge à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres, la rendant invisible à l'œil humain tout en étant hautement détectable par les capteurs électroniques.

1.1 Avantages clés et marché cible

La LED offre plusieurs avantages clés, notamment une haute fiabilité, une faible tension directe et une haute intensité rayonnante. Elle est conçue avec un espacement standard des broches de 2,54mm pour une intégration facile sur circuit imprimé. Le produit est conforme aux normes RoHS, REACH de l'UE et sans halogène (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), ce qui le rend adapté aux marchés soucieux de l'environnement et réglementés. Ses applications cibles principales sont les systèmes à base d'infrarouge tels que les télécommandes, les capteurs de proximité, la détection d'objets et les interrupteurs optiques.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Le dispositif est conçu pour fonctionner dans des limites strictes afin d'assurer longévité et fiabilité. Le courant direct continu (IF) ne doit pas dépasser 100 mA. Pour un fonctionnement en impulsions avec une largeur d'impulsion ≤100μs et un cycle de service ≤1%, un courant direct de crête (IFP) allant jusqu'à 1,0 A est autorisé. La tension inverse maximale (VR) est de 5 V. La plage de température de fonctionnement (Topr) est de -40°C à +85°C, tandis que la température de stockage (Tstg) s'étend de -40°C à +100°C. La température de soudage (Tsol) doit être maintenue à 260°C maximum pendant une durée n'excédant pas 5 secondes. La dissipation de puissance maximale (Pd) à une température d'air libre de 25°C est de 150 mW.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Toutes les caractéristiques électro-optiques sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C et un courant direct (IF) de 20mA, sauf indication contraire. L'intensité rayonnante (IE) est classée, avec des valeurs minimales allant de 4,0 à 11,0 mW/sr selon le rang. La longueur d'onde pic (λp) est typiquement de 940 nm, avec une largeur de bande spectrale (Δλ) de 45 nm. La tension directe (VF) est typiquement de 1,2 V avec un maximum de 1,5 V. Le courant inverse (IR) est au maximum de 10 μA à une tension inverse de 5V. L'angle de vision (2θ1/2), défini comme l'angle total à mi-intensité, est typiquement de 50 degrés.

3. Explication du système de classement

Le flux rayonnant de la LED est catégorisé en classes pour garantir une cohérence dans la conception des applications. Le classement est basé sur l'intensité rayonnante mesurée à IF=20mA. Les classes disponibles sont K, L, M et N, avec les valeurs minimales et maximales d'intensité rayonnante correspondantes comme suit : Classe K : 4,0-6,4 mW/sr ; Classe L : 5,6-8,9 mW/sr ; Classe M : 7,8-12,5 mW/sr ; Classe N : 11,0-17,6 mW/sr. Cela permet aux concepteurs de sélectionner un composant répondant aux exigences de sensibilité spécifiques de leur circuit photodétecteur.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Courant direct en fonction de la température ambiante

La courbe de déclassement montre la relation entre le courant direct continu maximal autorisé et la température ambiante. Lorsque la température ambiante augmente, le courant direct maximal autorisé diminue linéairement. Il s'agit d'une considération de conception critique pour prévenir l'emballement thermique et garantir que la température de jonction reste dans les limites de fonctionnement sûres, préservant ainsi la fiabilité du dispositif.

4.2 Distribution spectrale

Le graphique de distribution spectrale illustre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. L'émission est centrée autour de la longueur d'onde pic typique de 940 nm avec une bande passante définie. Cette caractéristique est cruciale pour garantir la compatibilité avec le capteur récepteur, qui possède généralement sa propre courbe de sensibilité spectrale. Un bon appariement maximise l'efficacité du système et le rapport signal sur bruit.

4.3 Intensité rayonnante en fonction du courant direct

Ce graphique représente la relation non linéaire entre le flux rayonnant (Ie) et le courant direct (IF). L'intensité rayonnante augmente avec le courant mais pas de manière parfaitement linéaire, en particulier aux niveaux de courant plus élevés. Comprendre cette courbe est essentiel pour piloter correctement la LED afin d'obtenir le flux optique souhaité sans dépasser les caractéristiques maximales absolues.

4.4 Intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire

Le diagramme de rayonnement montre comment l'intensité lumineuse émise varie en fonction de l'angle par rapport à l'axe central (0°). Le diagramme est typiquement lambertien ou quasi-lambertien pour ce type de boîtier, l'intensité tombant à 50% de sa valeur sur l'axe à environ ±25 degrés (ce qui donne l'angle de vision de 50°). Cette information est vitale pour la conception optique, déterminant la zone de couverture et les exigences d'alignement dans un système.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

La LED est conditionnée dans un boîtier radial à broches standard T-1 (3mm). Le corps est en plastique transparent bleu. Les broches ont un espacement standard de 2,54mm (0,1 pouce). Le dessin dimensionnel (sous-entendu dans le PDF) fournirait les mesures exactes du diamètre du corps, de la longueur des broches et d'autres dimensions critiques, généralement avec une tolérance de ±0,25mm sauf indication contraire. La cathode est généralement identifiée par un méplat sur le bord de la lentille ou une broche plus courte, bien que le marquage spécifique doive être vérifié sur le dessin mécanique.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

Les procédés de soudage manuel ou à la vague peuvent être utilisés. La température de soudage maximale absolue est de 260°C, et le temps de soudage ne doit pas dépasser 5 secondes. Il est recommandé de suivre les directives IPC standard pour le soudage des composants traversants. Une exposition prolongée à des températures élevées peut endommager le boîtier plastique et la puce semi-conductrice interne. Le dispositif doit être stocké dans un environnement sec pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui pourrait provoquer un effet "pop-corn" lors du refusion si applicable, bien qu'il s'agisse principalement d'un composant traversant.

7. Informations sur l'emballage et la commande

La spécification d'emballage standard est de 200 à 1000 pièces par sachet, 4 sachets par boîte et 10 boîtes par carton. L'étiquette sur l'emballage comprend des informations critiques pour la traçabilité et l'identification : Numéro de production client (CPN), Numéro de pièce (P/N), Quantité emballée (QTY), Rangs (CAT), Longueur d'onde pic (HUE), Référence (REF), Numéro de lot (LOT No) et Lieu de production. Des matériaux d'emballage résistants à l'humidité sont utilisés pour protéger les composants pendant le stockage et le transport.

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

Cette LED infrarouge est idéalement adaptée à un large éventail d'applications de détection et de signalisation sans contact. Les utilisations courantes incluent les télécommandes infrarouges pour l'électronique grand public (téléviseurs, systèmes audio), la détection de proximité et d'objets dans les appareils ménagers et l'équipement industriel, les codeurs optiques, les capteurs à barrière optique, et comme source lumineuse dans les modules émetteur-détecteur appairés pour le comptage ou la détection de niveau.

8.2 Considérations de conception

Lors de la conception d'un circuit, incluez toujours une résistance de limitation de courant en série avec la LED pour contrôler le courant direct et éviter les dommages. La valeur peut être calculée à l'aide de la loi d'Ohm : R = (Valim - VF) / IF. Choisissez la classe d'intensité rayonnante appropriée en fonction de la distance de détection requise et de la sensibilité du détecteur. Prenez en compte l'angle de vision lors de l'alignement de la LED avec le récepteur. Pour un fonctionnement en impulsions afin d'obtenir un flux instantané plus élevé (par exemple, pour une portée plus longue), assurez-vous que la largeur d'impulsion et le cycle de service restent dans les limites spécifiées pour IFP. Prévoyez une disposition de circuit imprimé adéquate pour dissiper la chaleur, en particulier lors d'un fonctionnement proche des caractéristiques maximales.

9. Comparaison et différenciation techniques

Comparée aux LED infrarouges génériques, ce dispositif offre un flux spectral bien défini et cohérent centré à 940nm, qui est une longueur d'onde de sensibilité pic courante pour les photodiodes et phototransistors au silicium, garantissant un couplage efficace. La disponibilité de classes d'intensité rayonnante permet des performances prévisibles en production de volume. La combinaison d'une faible tension directe (typiquement 1,2V) et d'une haute intensité rayonnante peut conduire à des conceptions plus écoénergétiques. La conformité aux normes environnementales modernes (RoHS, REACH, sans halogène) est un avantage significatif pour les produits ciblant les marchés mondiaux avec des réglementations strictes.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la différence entre les classes K, L, M et N ?

R : Les classes représentent différentes plages d'intensité rayonnante minimale. La classe N a le flux le plus élevé (11,0-17,6 mW/sr), tandis que la classe K a le plus faible (4,0-6,4 mW/sr). Sélectionnez une classe en fonction de la puissance de signal requise pour votre application.

Q : Puis-je alimenter cette LED directement avec une alimentation 5V ?

R : Non. La tension directe n'est que d'environ 1,2-1,5V. La connecter directement à 5V provoquerait un courant excessif et détruirait la LED. Vous devez toujours utiliser une résistance de limitation de courant en série.

Q : Comment identifier la cathode ?

R : Pour un boîtier T-1 standard, la cathode est généralement indiquée par un méplat sur le bord de la lentille en plastique. Alternativement, en regardant la LED par le bas, la broche correspondant au côté plat est la cathode. La cathode peut également être la broche la plus courte.

Q : Quelle est la durée de vie typique en fonctionnement ?

R : Bien que non explicitement indiqué dans cette fiche technique, les LED infrarouges comme celle-ci ont généralement une durée de vie opérationnelle très longue (des dizaines de milliers d'heures) lorsqu'elles fonctionnent dans leurs caractéristiques maximales absolues spécifiées, en particulier les limites de courant et de température.

11. Exemple pratique d'utilisation

Scénario : Conception d'un capteur de détection d'objet simple.

Un ingénieur doit détecter la présence d'un objet passant à travers un espace. Il associe cette LED IR204 avec un phototransistor placé du côté opposé de l'espace (configuration en faisceau direct). Il sélectionne une LED de la classe M pour une intensité suffisante. La LED est pilotée par un courant constant de 20mA provenant d'une broche de microcontrôleur 3,3V via une résistance de 100Ω (R = (3,3V - 1,2V) / 0,02A ≈ 105Ω). Le collecteur du phototransistor est tiré à 3,3V via une résistance, et la tension au collecteur est lue par l'ADC du microcontrôleur. Lorsque le faisceau n'est pas obstrué, le phototransistor conduit, tirant la tension vers le bas. Lorsqu'un objet bloque le faisceau, le phototransistor cesse de conduire et la tension monte, signalant la présence de l'objet. L'angle de vision de 50° assure un faisceau suffisamment large pour une détection fiable même avec un léger désalignement.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Une LED infrarouge est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant son énergie de bande interdite est appliquée, les électrons de la région n se recombinent avec les trous de la région p dans la région active (en GaAlAs dans ce cas). Ce processus de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique du matériau (Arséniure de Gallium Aluminium) détermine la longueur d'onde des photons émis, qui dans ce dispositif se situe dans le spectre infrarouge autour de 940 nm. Le boîtier plastique transparent bleu n'est pas un filtre mais agit comme une lentille pour façonner le faisceau de sortie et protéger la puce semi-conductrice.

13. Tendances technologiques

La technologie des LED infrarouges continue d'évoluer vers une efficacité plus élevée (plus de flux rayonnant par watt électrique d'entrée), des densités de puissance plus élevées pour des applications à plus longue portée comme le LiDAR et la détection de temps de vol, et des tailles de boîtier plus petites pour une intégration dans des dispositifs grand public compacts. Il existe également une tendance vers un contrôle de longueur d'onde plus précis et des largeurs de bande spectrales plus étroites pour des applications de détection spécifiques, telles que la détection de gaz ou la surveillance physiologique. L'intégration des pilotes et de la logique de contrôle directement avec la puce LED (LED intelligentes) est un autre domaine de développement. Les principes fondamentaux des dispositifs comme celui décrit ici restent essentiels pour une vaste gamme de systèmes optoélectroniques établis et émergents.