Fiche technique de la diode IR LED 5,0mm IR533C - Boîtier 5mm - Longueur d'onde pic 940nm - Courant direct 100mA - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

L'IR533C est une diode électroluminescente infrarouge de haute intensité, logée dans un boîtier plastique bleu standard de 5,0mm (T-1 3/4). Elle est conçue pour les applications nécessitant une émission infrarouge fiable et puissante dans le spectre des 940nm. Le dispositif est spectralement adapté aux phototransistors au silicium courants, aux photodiodes et aux modules récepteurs infrarouges, ce qui en fait une source idéale pour les systèmes optiques en boucle fermée.

Le positionnement clé de ce composant réside dans les applications à grand volume et à coût réduit, où une sortie infrarouge constante et une compatibilité de boîtier standard sont primordiales. Ses principaux avantages incluent une haute fiabilité, une intensité rayonnante de sortie significative et une caractéristique de tension directe basse, ce qui contribue à une gestion efficace de l'alimentation du système.

Le marché cible englobe l'électronique grand public, la détection industrielle et les équipements de sécurité. Elle est particulièrement adaptée aux concepteurs de télécommandes infrarouges, de liaisons de données optiques en espace libre, de systèmes de détection de fumée et de divers autres systèmes d'application basés sur l'infrarouge.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement à ou sous ces limites n'est pas garanti.

• Courant direct continu (IF) :100 mA. C'est le courant continu maximal qui peut traverser la LED indéfiniment à une température ambiante de 25°C.
• Courant direct de crête (IFP) :1,0 A. Ce courant élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées avec une largeur d'impulsion ≤100μs et un cycle de service ≤1%. Cette valeur est cruciale pour les applications nécessitant de brèves impulsions de lumière IR de haute intensité.
• Tension inverse (VR) :5 V. Dépasser cette tension de polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Dissipation de puissance (Pd) :150 mW à ou en dessous de 25°C en air libre. Ce paramètre, combiné à la résistance thermique, dicte la puissance maximale admissible en fonctionnement continu.
• Plages de température :Le dispositif est conçu pour fonctionner de -40°C à +85°C et peut être stocké de -40°C à +100°C.
• Température de soudure (Tsol) :260°C pendant une durée n'excédant pas 5 secondes, conforme aux profils de refusion sans plomb typiques.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante standard de 25°C et définissent les performances du dispositif dans des conditions spécifiées.

• Intensité rayonnante (Ie) :C'est la mesure principale de la puissance optique de sortie par angle solide (stéradian).
  • À un courant d'attaque standard de 20mA DC, l'intensité rayonnante typique est de 7,8 mW/sr, avec un minimum de 4,0 mW/sr.
  • En fonctionnement pulsé à 100mA (≤100μs, ≤1% de cycle de service), la sortie augmente significativement.
  • Au courant pulsé maximal de 1A, l'intensité rayonnante typique atteint 350 mW/sr, démontrant sa capacité d'émission de haute puissance et de courte durée.
• Longueur d'onde de pic (λp) :940 nm (typique). Cette longueur d'onde est idéale car elle se situe dans une fenêtre de transmission élevée pour de nombreux plastiques et verres, et est bien adaptée à la sensibilité de pic des détecteurs au silicium, tout en étant largement invisible à l'œil humain.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :Approximativement 45 nm (typique). Cela définit la largeur spectrale de la lumière émise à la moitié de son intensité maximale (FWHM).
• Tension directe (VF) :Un paramètre clé pour la conception de circuit.
  • À 20mA, VF est typiquement de 1,5V avec un maximum de 1,5V.
  • À 100mA pulsé, elle monte à une valeur typique de 1,4V (max 1,85V).
  • À 1A pulsé, la VF typique est de 2,6V (max 4,0V), indiquant une chute de tension de jonction accrue à des courants très élevés.
• Angle de vision (2θ1/2) :25 degrés (typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur à 0 degré (sur l'axe). Un angle de 25 degrés fournit un faisceau modérément focalisé.
• Courant inverse (IR) :Maximum de 10 μA à VR=5V, indiquant une bonne qualité de jonction.

3. Explication du système de classement (Binning)

La fiche technique inclut un tableau de classement pour l'Intensité Rayonnante à IF=20mA. Le classement est un processus de contrôle qualité où les LED sont triées (classées) en fonction de leurs paramètres de performance mesurés après fabrication.

Classement par Intensité Rayonnante :Les LED sont catégorisées en classes (K, L, M, N, P) en fonction de leur intensité rayonnante mesurée. Par exemple, la classe 'K' inclut les LED avec une intensité entre 4,0 et 6,4 mW/sr, tandis que la classe 'P' inclut celles entre 15,0 et 24,0 mW/sr. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des pièces avec des niveaux de sortie minimum (et maximum) garantis pour leur application, assurant une cohérence dans les performances du système, en particulier dans les réseaux multi-LED ou les systèmes récepteurs sensibles. La classe spécifique pour un lot donné est indiquée sur l'étiquette d'emballage.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent les tendances de performance au-delà des données ponctuelles des tableaux.

• Courant direct vs Température ambiante (Fig.1) :Cette courbe montre comment le courant direct continu maximal admissible se dégrade à mesure que la température ambiante augmente au-dessus de 25°C. Pour éviter la surchauffe, le courant d'attaque doit être réduit à des températures plus élevées.
• Distribution spectrale (Fig.2) :Un graphique traçant l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, confirmant visuellement le pic à 940nm et la largeur de bande d'environ 45nm.
• Longueur d'onde d'émission de pic vs Température ambiante (Fig.3) :Illustre le décalage de la longueur d'onde de pic (typiquement une légère augmentation) lorsque la température de jonction change. Ceci est important pour les applications avec un filtrage spectral strict.
• Courant direct vs Tension directe (Courbe IV) (Fig.4) :Montre la relation non linéaire entre le courant et la tension. La courbe devient plus raide à des courants plus élevés en raison de la résistance série dans le semi-conducteur et le boîtier.
• Intensité relative vs Courant direct (Fig.5) :Démontre la relation sous-linéaire entre le courant d'attaque et la sortie lumineuse. L'efficacité (sortie lumineuse par unité de courant) diminue souvent à des courants très élevés.
• Intensité rayonnante relative vs Déplacement angulaire (Fig.6) :C'est le diagramme de rayonnement spatial, définissant graphiquement l'angle de vision de 25 degrés. Il montre comment l'intensité diminue lorsqu'on s'éloigne de l'axe central.
• Intensité relative vs Température ambiante (Fig.7) :Montre la diminution de la sortie lumineuse lorsque la température ambiante (et donc de jonction) augmente, un phénomène connu sous le nom d'extinction thermique.
• Tension directe vs Température ambiante (Fig.8) :Indique comment la chute de tension directe diminue avec l'augmentation de la température, ce qui est une caractéristique de la jonction semi-conductrice.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

L'IR533C utilise le boîtier radial à broches standard de 5,0mm (T-1 3/4). Les spécifications dimensionnelles clés du dessin incluent :

• Diamètre total : 5,0mm (nominal).
• Espacement des broches : 2,54mm (0,1 pouce), compatible avec les cartes perforées et les supports standards.
• Le corps du boîtier est moulé en plastique teinté bleu, ce qui est typique pour les LED infrarouges pour indiquer la fonction et peut offrir un certain filtrage.
• La lentille est transparente.
• Le matériau de la puce est l'Arséniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs).
• Toutes les tolérances dimensionnelles sont de ±0,25mm sauf indication contraire.

5.2 Identification de la polarité

Comme la plupart des LED radiales, une broche est plus longue que l'autre. La broche la plus longue est l'anode (positive, A+), et la broche la plus courte est la cathode (négative, K-). Le boîtier peut également avoir un méplat sur le bord près de la broche cathode. Une polarité correcte est essentielle au fonctionnement.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

• Soudure manuelle :Utilisez un fer à souder à température contrôlée. Limitez le temps de soudure par broche à un maximum de 3-5 secondes à une température n'excédant pas 350°C pour éviter les dommages thermiques au boîtier plastique et aux liaisons internes.
• Soudure à la vague :Est possible mais nécessite un contrôle minutieux des profils de température de préchauffage et de la vague de soudure pour rester dans la limite de 260°C pendant 5 secondes maximum.
• Nettoyage :Si un nettoyage est nécessaire après soudure, utilisez des solvants appropriés compatibles avec le matériau du boîtier plastique bleu. Évitez le nettoyage par ultrasons qui peut endommager la structure interne de la puce.
• Cintrage des broches :Si un formage des broches est requis, pliez les broches à un point pas plus proche que 3mm du corps du boîtier pour éviter les contraintes sur le joint. Utilisez des outils appropriés pour éviter d'entailler ou d'endommager les broches.
• Conditions de stockage :Stockez dans un environnement sec et antistatique à des températures comprises entre -40°C et +100°C. Le Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL) n'est pas explicitement indiqué, mais le traiter comme MSL 2A ou mieux (durée de vie au sol >1 an) est typique pour ce type de boîtier.

7. Informations sur l'emballage et la commande

• Spécification d'emballage :Les LED sont généralement emballées dans des sachets contenant 200 à 500 pièces. Cinq sachets sont placés dans une boîte, et dix boîtes constituent un carton d'expédition.
• Informations sur l'étiquette :L'étiquette d'emballage inclut des informations critiques pour la traçabilité et l'identification :
  • CPN (Numéro de pièce client) : Attribué par l'acheteur.
  • P/N (Numéro de production) : Le numéro de pièce du fabricant (IR533C).
  • QTY (Quantité d'emballage) : Nombre de pièces dans le sachet/boîte.
  • CAT (Classes) : Le code de classe de performance (ex. : M pour l'intensité rayonnante).
  • HUE : La classe de longueur d'onde de pic.
  • LOT No : Le numéro de lot de fabrication unique pour la traçabilité.

8. Recommandations d'application

8.1 Circuits d'application typiques

Circuit d'attaque de base :Le circuit le plus simple implique une résistance limitatrice de courant en série connectée à une alimentation. La valeur de la résistance (R) est calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (Vcc - VF) / IF, où Vcc est la tension d'alimentation, VF est la tension directe de la LED au courant IF souhaité, et IF est le courant direct cible (ex. : 20mA). Assurez-vous toujours que la puissance nominale de la résistance est adéquate (P = IF² * R).

Fonctionnement pulsé pour haute intensité :Pour des applications comme les télécommandes longue portée, utilisez les valeurs nominales pulsées. Un transistor (BJT ou MOSFET) peut être utilisé pour commuter le courant pulsé élevé (jusqu'à 1A) à partir d'un condensateur ou d'une alimentation à tension plus élevée. La résistance série doit être calculée sur la base de la VF pulsée et du courant d'impulsion souhaité. Assurez-vous que les contraintes de largeur d'impulsion et de cycle de service (≤100μs, ≤1%) sont strictement respectées.

8.2 Considérations de conception

• Dissipation thermique :Bien que le boîtier ait une capacité de dissipation thermique limitée, pour un fonctionnement continu près du courant maximal (100mA), considérez la température ambiante et prévoyez une ventilation adéquate. La courbe de déclassement (Fig.1) doit être suivie.
• Conception optique :L'angle de vision de 25 degrés fournit une focalisation naturelle. Pour des faisceaux plus étroits, des lentilles externes ou des réflecteurs peuvent être utilisés. Pour une couverture plus large, plusieurs LED ou diffuseurs peuvent être nécessaires.
• Adaptation du récepteur :Assurez-vous que le récepteur (phototransistor, photodiode ou CI) est sensible dans la région des 940nm. L'utilisation d'un filtre IR adapté sur le récepteur peut grandement améliorer le rapport signal/bruit en bloquant la lumière visible ambiante.
• Bruit électrique :Dans les applications de détection analogique sensibles, alimentez la LED avec une source de courant constant plutôt qu'une simple résistance pour une sortie plus stable. Pour les systèmes numériques pulsés, assurez des temps de montée/descente rapides du signal d'attaque.

9. Comparaison et différenciation techniques

L'IR533C se positionne sur le vaste marché des LED IR 5mm grâce à des caractéristiques spécifiques :

• Haute intensité rayonnante :Sa valeur typique de 7,8 mW/sr à 20mA et sa capacité de sortie pulsée très élevée (350 mW/sr à 1A) la rendent adaptée aux applications nécessitant une portée plus longue ou une force de signal plus élevée par rapport aux LED IR basse puissance standard.
• Longueur d'onde 940nm :C'est la longueur d'onde IR la plus courante et polyvalente. Elle offre un bon équilibre entre la sensibilité des détecteurs au silicium, la disponibilité de filtres adaptés et la sécurité oculaire relative par rapport aux longueurs d'onde proche-IR plus courtes.
• Boîtier standard :Le format omniprésent de 5mm assure une intégration facile dans les conceptions existantes, les cartes de prototypage et les découpes de panneaux standards.
• Faible tension directe :Une VF typique de 1,5V à 20mA permet un fonctionnement efficace à partir d'alimentations logiques basse tension (3,3V, 5V) avec une chute de tension minimale aux bornes de la résistance limitatrice, laissant plus de marge pour un fonctionnement stable.
• Conformité :La conformité déclarée aux normes RoHS (sans plomb), REACH de l'UE et sans halogène répond aux exigences environnementales et réglementaires modernes pour les composants électroniques.

10. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

Q1 : Puis-je alimenter cette LED en continu à 100mA ?

R1 : La valeur maximale absolue pour le courant direct continu est de 100mA à Ta=25°C. Cependant, vous devez consulter la courbe de déclassement (Fig.1). À des températures ambiantes élevées, le courant continu maximal admissible diminue significativement pour éviter de dépasser la température de jonction maximale et la limite de dissipation de puissance de 150mW. Pour un fonctionnement fiable à long terme, il est souvent conseillé de concevoir pour un courant plus faible (ex. : 50-75mA).

Q2 : Quelle est la différence entre l'Intensité Rayonnante (mW/sr) et la Puissance Rayonnante (mW) ?

R2 : L'Intensité Rayonnante est la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian). La Puissance Rayonnante (ou Flux) est la puissance optique totale émise dans toutes les directions. Pour estimer la puissance totale, vous devriez intégrer l'intensité sur l'ensemble du diagramme d'émission spatial (Fig.6). Pour une LED avec un angle de vision de 25 degrés, la puissance totale est significativement inférieure à la valeur d'intensité sur l'axe multipliée par 4π stéradians.

Q3 : Comment sélectionner la résistance limitatrice de courant correcte ?

R3 : Utilisez la formule R = (Vs - VF) / IF. Utilisez la VF *maximale* de la fiche technique pour votre IF choisi pour garantir une chute de tension suffisante aux bornes de la résistance dans toutes les conditions, évitant ainsi un surcourant. Par exemple, pour une alimentation de 5V et une cible de 20mA : R = (5V - 1,5V) / 0,02A = 175 Ohms. Utilisez la valeur standard suivante (180 Ohms). Puissance dans la résistance : P = (0,02A)² * 180Ω = 0,072W, donc une résistance de 1/8W ou 1/4W est sûre.

Q4 : Pourquoi la tension directe est-elle plus basse à 100mA pulsé qu'à 20mA DC dans le tableau ?

R4 : Cela semble être une incohérence dans les données fournies (Typ. 1,4V à 100mA pulsé vs 1,5V à 20mA). En réalité, VF devrait augmenter avec le courant en raison de la résistance série. La mesure pulsée à 100mA pourrait avoir une élévation de température de jonction plus faible qu'une mesure DC à 20mA, ce qui pourrait légèrement affecter VF. Conçoivez toujours en utilisant la VF *maximale* spécifiée pour votre condition de fonctionnement pour être en sécurité.

11. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

Exemple 1 : Émetteur de télécommande infrarouge longue portée.

Objectif : Atteindre une portée de 30 mètres en conditions intérieures.

Conception : Utilisez un fonctionnement pulsé à la valeur nominale maximale. Alimentez l'IR533C avec des impulsions de 1A d'une largeur de 50μs à un cycle de service de 1/40 (ex. : 50μs allumé, 1950μs éteint, respectant la spécification ≤100μs, ≤1%). Un circuit simple utilise une broche GPIO d'un microcontrôleur pour attaquer la base d'un transistor NPN (ex. : 2N2222) via une petite résistance de base. Le collecteur du transistor est connecté à l'anode de la LED, et la cathode de la LED est connectée à la masse via une résistance de réglage de courant de faible valeur calculée pour 1A. L'anode de la LED est également connectée à un condensateur chargé (ex. : 100μF) près de la LED pour fournir le courant de crête élevé. Cette configuration tire parti de la haute intensité rayonnante pulsée (350 mW/sr typ.) pour une portée maximale.

Exemple 2 : Capteur de proximité ou de détection d'objet.

Objectif : Détecter un objet à moins de 10cm.

Conception : Utilisez un fonctionnement continu à un courant modéré (ex. : 50mA) pour une sortie stable. Associez l'IR533C avec un phototransistor au silicium adapté placé à quelques centimètres. Modulez le courant d'attaque de la LED à une fréquence spécifique (ex. : 38kHz) en utilisant le microcontrôleur. Le circuit récepteur inclut un filtre passe-bande accordé à 38kHz. Cette technique rend le système insensible aux variations de lumière ambiante (lumière du soleil, éclairage de la pièce). La longueur d'onde de 940nm minimise les interférences de la lumière visible. La faible VF permet au système de fonctionner à partir d'une alimentation de microcontrôleur de 3,3V.

12. Principe de fonctionnement

Une Diode Électroluminescente Infrarouge (LED IR) est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'elle est polarisée en direct (tension positive appliquée au côté p par rapport au côté n), les électrons de la région n sont injectés à travers la jonction dans la région p, et les trous de la région p sont injectés dans la région n. Ces porteurs minoritaires injectés (électrons dans la région p, trous dans la région n) se recombinent avec les porteurs majoritaires. Dans un semi-conducteur à bande interdite directe comme l'Arséniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs), une partie significative de cet événement de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde (couleur) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de la bande interdite (Eg) du matériau semi-conducteur, selon l'équation λ ≈ 1240 / Eg (avec Eg en électron-volts et λ en nanomètres). Pour le GaAlAs réglé pour une émission à 940nm, la bande interdite est d'environ 1,32 eV. Le dopage spécifique et la structure en couches de la puce sont conçus pour maximiser l'efficacité de ce processus de recombinaison radiative dans le spectre infrarouge.

13. Tendances technologiques

La technologie fondamentale derrière des dispositifs comme l'IR533C est mature. Cependant, les tendances du marché plus large des LED IR influencent leur contexte d'application et de développement :

• Puissance et efficacité accrues :La recherche continue en science des matériaux vise à améliorer l'efficacité énergétique (puissance optique sortie / puissance électrique entrée) des LED IR, permettant une sortie plus lumineuse ou une consommation d'énergie plus faible. Ceci est motivé par les applications dans les capteurs de temps de vol (ToF), le LiDAR et la reconnaissance faciale.
• Miniaturisation :Bien que le 5mm reste populaire pour les conceptions traversantes, les boîtiers pour montage en surface (SMD) (ex. : 0805, 1206 et les boîtiers à l'échelle de la puce) deviennent dominants pour l'assemblage automatisé et les conceptions à espace restreint comme les smartphones et les wearables.
• Solutions intégrées :Il y a une tendance à combiner la LED IR avec un CI pilote, un photodétecteur, et parfois même un microcontrôleur dans un seul module. Ces modules de "fusion de capteurs" simplifient la conception pour les utilisateurs finaux dans des applications comme le contrôle gestuel ou la détection de présence.
• Diversification des longueurs d'onde :Bien que 940nm soit standard, d'autres longueurs d'onde comme 850nm (souvent visible comme une faible lueur rouge) sont utilisées là où une certaine visibilité est acceptable et où la sensibilité des détecteurs au silicium est légèrement plus élevée. Des longueurs d'onde plus longues (1050nm, 1300nm, 1550nm) sont utilisées pour des applications spécialisées comme le LiDAR sans danger pour les yeux et les communications optiques.
• Expansion des applications :La croissance de l'Internet des Objets (IoT), de l'automatisation domestique intelligente, de la surveillance du conducteur automobile et de la sécurité biométrique crée continuellement de nouvelles applications pour des émetteurs infrarouges fiables et à faible coût comme l'IR533C.