Fiche technique de la LED infrarouge 3mm HIR234C - Boîtier T-1 - Longueur d'onde de crête 850nm - Tension directe 1,65V - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le HIR234C est une diode émettrice infrarouge de haute intensité, logée dans un boîtier plastique transparent standard de 3mm (T-1). Il est conçu pour émettre de la lumière à une longueur d'onde de crête de 850nm, ce qui le rend spectralement compatible avec les phototransistors au silicium, photodiodes et modules récepteurs infrarouges courants. Ce dispositif est conçu pour des applications nécessitant une transmission infrarouge fiable et efficace.

1.1 Avantages principaux

• Haute intensité rayonnante :Délivre une forte puissance optique, adaptée aux systèmes récepteurs à longue portée ou à faible sensibilité.
• Haute fiabilité :Conçu pour une performance constante et une longue durée de vie opérationnelle.
• Faible tension directe :Typiquement 1,65V à 20mA, contribuant à une consommation électrique réduite dans les conceptions.
• Conformité environnementale :Le produit est conforme aux normes RoHS, REACH de l'UE et sans halogène (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Boîtier standard :Le format familier T-1 (3mm) avec un espacement des broches de 2,54mm assure une intégration aisée dans les conceptions et les circuits imprimés existants.

1.2 Applications cibles

Cette LED infrarouge convient à divers systèmes nécessitant une communication ou une détection par lumière non visible.

• Unités de télécommande infrarouge, notamment celles avec des exigences de puissance plus élevées.
• Liaisons de transmission de données optiques en espace libre.
• Systèmes de détection de fumée.
• Systèmes infrarouges à usage général, y compris les capteurs de proximité et les compteurs d'objets.

2. Analyse des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Courant direct continu (I_F) :100 mA
• Courant direct de crête (I_FP) :1,0 A (Largeur d'impulsion ≤ 100μs, Cycle de service ≤ 1%)
• Tension inverse (V_R) :5 V
• Température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +85°C
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +100°C
• Dissipation de puissance (P_d) :150 mW (à une température ambiante de 25°C ou moins)
• Température de soudure (T_sol) :260°C pendant ≤ 5 secondes

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante (T_a) de 25°C et définissent la performance typique du dispositif.

• Intensité rayonnante (I_e) :
  • 7,8 mW/sr (Min) / 15 mW/sr (Typ) à I_F= 20mA (DC).
  • 50 mW/sr (Typ) à I_F= 100mA (pulsé).
  • 300 mW/sr (Typ) à I_F= 1A (pulsé).
• Longueur d'onde de crête (λ_p) :850 nm (Typique) à I_F= 20mA.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :45 nm (Typique) à I_F= 20mA.
• Tension directe (V_F) :
  • 1,45V (Min) / 1,65V (Typ) / 1,65V (Max) à I_F= 20mA.
  • 1,80V (Typ) / 2,40V (Max) à I_F= 100mA (pulsé).
  • 4,10V (Typ) / 5,25V (Max) à I_F= 1A (pulsé).
• Courant inverse (I_R) :10 μA (Max) à V_R= 5V.
• Angle de vision (2θ_1/2) :30 degrés (Typique) à I_F= 20mA.

Tolérances de mesure :Tension directe ±0,1V, Intensité rayonnante ±10%, Longueur d'onde de crête ±1,0nm.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques cruciales pour comprendre le comportement du dispositif dans différentes conditions de fonctionnement.

3.1 Dépendances thermiques et de courant

Courant direct vs. Température ambiante (Fig.1) :Cette courbe montre la déclassement du courant direct maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. Pour garantir la fiabilité et rester dans la limite de dissipation de puissance, le courant de pilotage doit être réduit à des températures plus élevées.

Longueur d'onde d'émission de crête vs. Température ambiante (Fig.3) :La longueur d'onde de crête d'une LED a un coefficient de température, se décalant légèrement avec la température. Cette courbe quantifie ce décalage pour le HIR234C, ce qui est important pour les applications où un appariement spectral précis est critique.

Courant direct vs. Tension directe (Fig.4) :C'est la courbe I-V fondamentale de la diode. Elle montre la relation exponentielle entre le courant et la tension. La courbe aide à concevoir le circuit de limitation de courant et à comprendre la chute de tension aux bornes de la LED sous différentes conditions de pilotage.

3.2 Caractéristiques de sortie optique

Distribution spectrale (Fig.2) :Ce graphique trace l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Il confirme visuellement le pic à 850nm et la largeur de bande spectrale d'environ 45nm, montrant la plage de longueurs d'onde émises.

Intensité rayonnante vs. Courant direct (Fig.5) :Cette courbe démontre la relation entre la puissance optique de sortie (en mW/sr) et le courant électrique d'entrée. Elle est généralement linéaire dans la plage moyenne mais peut saturer à des courants très élevés en raison d'effets thermiques et d'efficacité.

Intensité rayonnante relative vs. Déplacement angulaire (Fig.6) :Ce diagramme polaire définit le diagramme de rayonnement de la LED. Il montre comment l'intensité diminue lorsqu'on s'éloigne de l'axe central (0°), définissant finalement l'angle de vision de 30 degrés où l'intensité tombe à la moitié de sa valeur de crête.

Intensité rayonnante vs. Température ambiante (Fig.7) :La sortie optique diminue lorsque la température de jonction augmente. Cette courbe quantifie la réduction typique de l'intensité rayonnante lorsque la température ambiante (et par conséquent de jonction) augmente, ce qui est vital pour concevoir des systèmes fonctionnant sur une large plage de températures.

Tension directe relative vs. Température ambiante (Fig.8) :La tension directe d'une diode a un coefficient de température négatif. Cette courbe montre comment V_Fdiminue typiquement lorsque la température augmente, ce qui peut être un facteur dans les schémas de pilotage à tension constante ou pour utiliser la LED comme capteur de température.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Sélection et construction du dispositif

• Matériau de la puce :GaAlAs (Arséniure de Gallium Aluminium).
• Lentille/Couleur :Plastique transparent.

4.2 Dimensions du boîtier (T-1, 3mm)

Le dispositif est conforme aux dimensions standard du boîtier rond de LED T-1 (3mm). Les notes mécaniques clés de la fiche technique incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres (mm).
• Les tolérances dimensionnelles standard sont de ±0,25mm sauf indication contraire.
• Le dessin montre généralement le diamètre du corps (3,0mm), l'espacement des broches (2,54mm) et les dimensions globales incluant la forme de la lentille et la longueur/diamètre des broches.

Identification de la polarité :La cathode est généralement identifiée par un méplat sur le bord de la lentille en plastique et/ou une broche plus courte. Se référer toujours au dessin du boîtier pour une identification définitive.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

• Soudure manuelle :Utiliser un fer à souder à température contrôlée. Limiter le temps de soudure par broche à un maximum de 3 secondes à une température ne dépassant pas 350°C.
• Soudure à la vague :Peut être utilisée, mais le préchauffage et le temps d'exposition doivent être contrôlés pour minimiser la contrainte thermique sur le boîtier plastique.
• Soudure par refusion :Le dispositif peut supporter une température de soudure de crête de 260°C pendant un maximum de 5 secondes, conformément aux Caractéristiques maximales absolues. Ceci est compatible avec les profils de refusion standard sans plomb (Pb-free) (par exemple, IPC/JEDEC J-STD-020).
• Précautions générales :
  • Éviter d'appliquer une contrainte mécanique sur les broches ou la lentille pendant la manipulation.
  • Ne pas dépasser la plage de température de stockage spécifiée.
  • Utiliser des précautions ESD (Décharge Électrostatique) appropriées pendant la manipulation et l'assemblage.

6. Informations de conditionnement et de commande

6.1 Spécifications d'emballage

• Emballage standard : 200 à 1000 pièces par sachet.
• 5 sachets sont emballés dans 1 boîte.
• 10 boîtes sont emballées dans 1 carton.

6.2 Informations d'étiquetage

L'étiquette du produit comprend des identifiants clés pour la traçabilité et la vérification :

• CPN :Numéro de pièce du client
• P/N :Numéro de production (HIR234C)
• QTY :Quantité dans l'emballage
• CAT :Rangs/Catégories (par exemple, bin de luminosité)
• HUE :Information sur la longueur d'onde de crête
• REF :Référence
• LOT No :Numéro de lot de fabrication pour la traçabilité

7. Considérations de conception d'application

7.1 Pilotage de la LED

Pilotage à courant constant :Les LED sont des dispositifs pilotés en courant. Pour une sortie optique stable et prévisible, utiliser une source de courant constant ou une résistance de limitation de courant en série avec une source de tension. La valeur de la résistance peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (V_alim- V_F) / I_F. Toujours utiliser la V_Fmaximale de la fiche technique pour une conception conservatrice.

Fonctionnement en impulsions :Pour les applications nécessitant une intensité instantanée très élevée (comme les télécommandes longue portée), la LED peut être pilotée avec des impulsions courtes et à fort courant (jusqu'à 1A) comme spécifié. Cela doit être fait en respectant strictement les limites de largeur d'impulsion (≤100μs) et de cycle de service (≤1%) pour éviter la surchauffe.

7.2 Conception optique

Sélection de la lentille :La lentille transparente émet un faisceau de 30 degrés. Pour des faisceaux plus étroits ou de forme différente, des optiques secondaires (lentilles plastiques, réflecteurs) peuvent être utilisées.

Appariement avec le récepteur :La longueur d'onde de crête de 850nm est détectée de manière optimale par les capteurs à base de silicium. S'assurer que le phototransistor, photodiode ou module récepteur IR sélectionné a une sensibilité de crête dans la plage 800-900nm.

Immunité à la lumière ambiante :Dans les environnements avec une forte lumière ambiante (surtout la lumière solaire contenant de l'IR), envisager de moduler le signal de pilotage de la LED à une fréquence spécifique et d'utiliser un récepteur accordé à cette fréquence pour rejeter le bruit de fond.

8. Comparaison et positionnement technique

Le HIR234C se positionne comme un émetteur infrarouge polyvalent et de haute fiabilité dans le boîtier 3mm omniprésent.

• vs. LED IR 5mm standard :Le boîtier 3mm offre un encombrement plus petit, ce qui peut être avantageux dans les conceptions miniaturisées, tout en fournissant une intensité rayonnante substantielle.
• vs. LED IR CMS :Le boîtier traversant T-1 est souvent préféré pour le prototypage, l'assemblage manuel, ou les applications où une plus grande robustesse mécanique ou un dissipateur thermique plus facile via les broches est souhaité par rapport aux dispositifs montés en surface.
• Différenciateur clé :Sa combinaison dehaute intensité rayonnante pulsée (300 mW/sr)et deboîtier standardle rend adapté aux applications nécessitant de fortes impulsions de lumière IR à partir d'un format couramment disponible.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : Quelle est la différence entre l'intensité rayonnante (mW/sr) et la puissance de sortie (mW) ?

R1 : L'intensité rayonnante mesure la puissance optique par angle solide (stéradian). Elle indique à quel point le faisceau est concentré. Le flux rayonnant total (mW) nécessiterait d'intégrer l'intensité sur l'ensemble du diagramme d'émission. Pour une LED de 30 degrés, la puissance totale est nettement inférieure à la valeur d'intensité de crête.

Q2 : Puis-je piloter cette LED en continu à 100mA ?

R2 : La Caractéristique maximale absolue pour le courant direct continu est de 100mA. Cependant, un fonctionnement continu à ce courant maximal générera une chaleur importante, augmentant la température de jonction. Pour un fonctionnement fiable à long terme, il est conseillé de fonctionner à un courant plus faible (par exemple, 20-50mA) ou de mettre en œuvre un dissipateur thermique adéquat, surtout à des températures ambiantes élevées.

Q3 : Pourquoi la tension directe est-elle si élevée à 1A pulsé (5,25V max) par rapport à 20mA DC (1,65V max) ?

R3 : Cela est dû à la résistance série au sein de la puce et du boîtier de la LED. À des courants très élevés, la chute de tension aux bornes de cette résistance interne devient significative, conduisant à une V_Ftotale plus élevée. C'est une caractéristique commune à toutes les LED.

Q4 : Une LED 850nm est-elle visible ?

R4 : 850nm se situe dans le spectre proche infrarouge (PIR). Elle est généralement invisible à l'œil humain. Cependant, certaines personnes peuvent percevoir une très faible lueur rouge foncé des LED 850nm haute puissance, car le spectre d'émission a une petite "queue" s'étendant dans la région rouge visible. Pour un fonctionnement complètement discret, les LED 940nm sont généralement utilisées.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Cas : Émetteur de télécommande infrarouge longue portée

Objectif :Concevoir une télécommande qui doit fonctionner de manière fiable à une distance de 15 mètres dans un environnement typique de salon.

Choix de conception :

1. Sélection de la LED :Le HIR234C est choisi pour sa haute intensité rayonnante pulsée (300 mW/sr typ à 1A).
2. Circuit de pilotage :Un simple interrupteur à transistor est utilisé pour pulser la LED à partir d'une alimentation par pile de 3V. Une résistance série est calculée pour limiter le courant d'impulsion à environ 800mA (sûrement en dessous du max de 1A), en tenant compte de la chute de tension de la pile et de la V_Fde la LED à fort courant.
3. Modulation du signal :Les impulsions de pilotage sont encodées avec une fréquence porteuse de 38kHz, une norme courante pour les télécommandes IR.
4. Optique :Une simple lentille plastique de collimation est placée devant la LED pour rétrécir le faisceau de 30 degrés à environ 10 degrés, concentrant ainsi plus d'énergie émise vers le récepteur distant.

Résultat :La combinaison d'un pilotage pulsé haute intensité et d'une collimation du faisceau garantit qu'un signal fort et détectable atteint le module récepteur IR à la distance cible, même en présence d'un bruit IR ambiant modéré.

11. Principe de fonctionnement

Une Diode Électroluminescente Infrarouge (DEL IR) est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région n et les trous de la région p sont injectés dans la région de jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, de l'énergie est libérée. Dans le cas du matériau GaAlAs du HIR234C, cette énergie correspond à des photons d'une longueur d'onde centrée autour de 850 nanomètres, qui se situe dans la partie infrarouge du spectre électromagnétique. La longueur d'onde spécifique est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. Le boîtier en époxy transparent agit comme une lentille, façonnant la lumière émise selon l'angle de vision spécifié.

12. Tendances technologiques

La technologie des LED infrarouges continue d'évoluer parallèlement à la technologie des LED visibles. Les tendances générales pertinentes pour des dispositifs comme le HIR234C incluent :

• Efficacité accrue :Les améliorations continues des matériaux et de la croissance épitaxiale conduisent à une efficacité énergétique plus élevée (plus de lumière émise par watt électrique d'entrée), réduisant la consommation d'énergie et la génération de chaleur.
• Modulation à plus haute vitesse :Le développement de LED capables de commutation plus rapide est motivé par les applications dans les communications de données optiques (IrDA, Li-Fi) et la détection avancée comme le temps de vol (ToF).
• Miniaturisation :Bien que les boîtiers traversants restent populaires, il y a une forte évolution du marché vers les boîtiers pour dispositifs montés en surface (CMS) (par exemple, 0805, 0603, à l'échelle de la puce) pour l'assemblage automatisé et les conceptions à espace limité.
• Multi-longueurs d'onde et VCSELs :Pour la détection spécialisée (par exemple, analyse de gaz, biométrie), des sources IR multi-longueurs d'onde émergent. Les Lasers à Émission par la Surface à Cavité Verticale (VCSELs) gagnent également du terrain dans les applications de détection 3D haute performance et de lumière structurée en raison de leurs caractéristiques de faisceau précises.

Le HIR234C représente une solution mature, fiable et rentable dans ce paysage en évolution, parfaitement adaptée à ses applications cibles dans l'électronique grand public et la détection industrielle.