Fiche technique de la LED infrarouge 5mm SIR323-5 - Boîtier 5mm - Tension directe 1,3V - Longueur d'onde 875nm - Puissance dissipée 150mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le SIR323-5 est une diode émettrice infrarouge (IR) de haute intensité, logée dans un boîtier plastique standard T-1 3/4 (5mm) transparent. Elle est conçue pour émettre de la lumière à une longueur d'onde pic de 875 nanomètres (nm), située dans le spectre du proche infrarouge. Ce composant est conçu pour des applications nécessitant des sources de lumière infrarouge fiables et puissantes, sa sortie spectrale étant spécifiquement adaptée pour être compatible avec les phototransistors, photodiodes et modules récepteurs infrarouges au silicium courants. Le boîtier présente un espacement standard de 2,54 mm entre les broches pour une intégration aisée dans les conceptions de circuits imprimés (PCB) à trous traversants.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les avantages principaux de ce composant incluent sa haute intensité rayonnante, qui assure une transmission de signal robuste, et sa faible tension directe, contribuant à un fonctionnement économe en énergie. Il est fabriqué à partir de matériaux sans plomb et est conforme aux réglementations RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), REACH de l'UE et aux normes sans halogène (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), le rendant adapté aux marchés mondiaux aux exigences environnementales strictes. Le composant se caractérise par une haute fiabilité, un facteur critique pour l'électronique grand public et industrielle. Ses applications cibles se situent principalement dans les systèmes de signalisation sans fil et sans contact.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques définis dans la fiche technique.

2.1 Valeurs maximales absolues

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

• Courant direct continu (I_F): 100 mA. C'est le courant continu maximal qui peut être appliqué en continu à la LED sans risque de dégradation.
• Courant direct de crête (I_FP): 1,0 A. Ce courant élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées avec une largeur d'impulsion ≤ 100μs et un rapport cyclique ≤ 1%. Cela permet des éclairs très lumineux et courts, utiles pour la transmission longue portée.
• Tension inverse (V_R): 5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse dépassant cette valeur peut provoquer un claquage de la jonction.
• Puissance dissipée (P_d): 150 mW à une température ambiante de 25°C ou moins. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur. Dépasser cette limite augmente la température de jonction, réduisant la durée de vie et la puissance de sortie.
• Température de fonctionnement & de stockage: Le composant peut fonctionner de -40°C à +85°C et être stocké de -40°C à +100°C.
• Température de soudure: 260°C pendant une durée n'excédant pas 5 secondes, ce qui est compatible avec les profils standards de soudure sans plomb par refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (Ta=25°C) et définissent les performances du composant.

• Intensité rayonnante (I_e): C'est la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian). À un courant direct de 20mA, la valeur typique est de 7,8 mW/sr, avec un minimum de 4,0 mW/sr. En conditions pulsées (I_F=100mA, impulsion ≤100μs, rapport cyclique ≤1%), l'intensité rayonnante typique atteint 40 mW/sr, démontrant sa capacité pour des éclairs haute puissance.
• Longueur d'onde pic (λ_p): 875 nm (typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique émise est maximale. La largeur de bande spectrale (Δλ) est typiquement de 45 nm, indiquant la plage de longueurs d'onde émises autour du pic.
• Tension directe (V_F): À 20mA, la tension directe typique est de 1,3V, avec un maximum de 1,65V. Dans la condition pulsée à 100mA, elle monte à une valeur typique de 1,4V (max 1,8V). Cette faible V_Fest bénéfique pour la conception de circuits basse tension.
• Courant inverse (I_R): Maximum 10 μA à une tension inverse de 5V, indiquant une bonne isolation de la jonction.
• Angle de vision (2θ_1/2): 35 degrés (typique). C'est l'angle total auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Un angle de 35 degrés fournit un faisceau modérément focalisé, adapté aux applications directionnelles.

Note sur l'incertitude de mesure : La fiche technique spécifie des tolérances pour les mesures clés : V_F(±0,1V), I_e(±10%), et λ_p(±1,0nm). Celles-ci doivent être prises en compte dans les calculs de conception de précision.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent le comportement du composant dans différentes conditions.

3.1 Courant direct en fonction de la température ambiante

Cette courbe (Fig.1) montre typiquement la déclassement du courant direct maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. Pour éviter de dépasser la température de jonction maximale et la limite de dissipation de 150mW, le courant direct continu doit être réduit lors d'un fonctionnement au-dessus de 25°C. Les concepteurs doivent consulter ce graphique pour les applications à haute température.

3.2 Distribution spectrale

Le graphique de distribution spectrale (Fig.2) trace l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde. Il confirme visuellement la longueur d'onde pic à 875nm et la largeur de bande spectrale d'environ 45nm. Cette courbe est essentielle pour assurer la compatibilité avec la sensibilité spectrale du récepteur prévu (phototransistor, photodiode ou circuit intégré).

3.3 Intensité relative en fonction du courant direct

Ce graphique (Fig.3) démontre la relation entre le courant d'attaque et la puissance lumineuse émise. Pour les LED, la puissance optique est généralement proportionnelle au courant direct dans la plage de fonctionnement normale. Cependant, l'efficacité peut chuter à des courants très élevés en raison d'effets thermiques et d'autres non-linéarités. La courbe aide les concepteurs à sélectionner le courant d'attaque approprié pour obtenir l'intensité rayonnante souhaitée.

3.4 Intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire

Ce diagramme polaire (Fig.4) cartographie le diagramme d'émission de la LED. Il montre comment l'intensité diminue lorsque l'angle d'observation s'éloigne de l'axe central (0°). L'angle de vision de 35 degrés (où l'intensité est à 50% du pic) est dérivé de cette courbe. Cette information est cruciale pour la conception de systèmes optiques, déterminant la couverture du faisceau et les tolérances d'alignement.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

Le composant utilise un boîtier LED rond standard de 5mm (T-1 3/4). Le dessin mécanique détaillé dans la fiche technique fournit toutes les dimensions critiques, y compris le diamètre du corps, la forme de la lentille, la longueur des broches et leur espacement. L'espacement des broches est confirmé à 2,54mm (0,1 pouce), ce qui est la norme pour les composants à trous traversants. Toutes les dimensions ont une tolérance de ±0,25mm sauf indication contraire. Le matériau de la lentille est du plastique transparent, optimisé pour la transmission infrarouge avec une absorption minimale.

4.2 Identification de la polarité

Pour les LED à trous traversants, la polarité est généralement indiquée par deux caractéristiques : la longueur des broches et la structure interne. La broche la plus longue est l'anode (positive), et la broche la plus courte est la cathode (négative). De plus, de nombreux boîtiers présentent un méplat sur le bord de la base de la lentille près de la broche cathode. Vérifiez toujours la polarité avant la soudure pour éviter les dommages par polarisation inverse.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le composant est conçu pour la soudure à la vague ou manuelle. Le paramètre clé est la température de soudure maximale de 260°C pendant une durée n'excédant pas 5 secondes. Ceci est conforme aux normes IPC/JEDEC J-STD-020 pour les profils de refusion sans plomb. Une exposition prolongée à haute température peut endommager le boîtier plastique et les liaisons internes par fil. Lors d'une soudure manuelle, utilisez un fer à température contrôlée et minimisez le temps de contact. Assurez-vous que le composant est stocké dans un environnement sec conformément à la plage de température de stockage (-40 à +100°C) pour éviter l'absorption d'humidité, qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

6. Informations de conditionnement et de commande

6.1 Spécifications d'emballage

Les composants sont emballés dans des sacs anti-statiques pour les protéger. La quantité d'emballage standard est de 200 à 500 pièces par sac. Cinq sacs sont ensuite placés dans une boîte. Enfin, dix boîtes sont emballées dans un carton d'expédition.

6.2 Spécifications d'étiquetage

L'étiquette d'emballage contient plusieurs identifiants clés :

• CPN: Numéro de production client (numéro de pièce spécifique au client).
• P/N: Numéro de production (numéro de pièce du fabricant, p. ex., SIR323-5).
• QTY: Quantité d'emballage.
• CAT: Rangs (peut indiquer des classes de performance).
• HUE: Longueur d'onde pic (p. ex., 875nm).
• REF: Référence.
• LOT No: Numéro de lot pour la traçabilité.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Télécommandes infrarouges: La haute intensité rayonnante, surtout en mode pulsé (40 mW/sr typ.), la rend idéale pour les télécommandes longue portée pour téléviseurs, systèmes audio et autres appareils électroniques grand public.
• Systèmes de transmission en espace libre: Utilisée dans les liaisons de données sans fil courte portée, les alarmes d'intrusion et les systèmes de détection d'objets où un faisceau IR est transmis dans l'air vers un récepteur.
• Détecteurs de fumée: Souvent employée dans les détecteurs de fumée optiques (photoélectriques). Un faisceau de LED IR est diffusé par les particules de fumée sur une photodiode, déclenchant l'alarme.
• Systèmes infrarouges généraux: Inclut l'automatisation industrielle (comptage d'objets, détection de position), les écrans tactiles et les codeurs optiques.

7.2 Considérations de conception et protection du circuit

• Limitation de courant: Une LED est un dispositif piloté par le courant. Utilisez toujours une résistance de limitation de courant en série (ou un pilote à courant constant) pour éviter de dépasser le courant direct continu maximal (100mA). La valeur de la résistance est calculée à l'aide de la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F) / I_F.
• Fonctionnement en impulsions: Pour des éclairs de haute intensité, assurez-vous que le circuit de pilotage peut délivrer le courant de crête de 1A tout en respectant strictement les limites de largeur d'impulsion (≤100μs) et de rapport cyclique (≤1%). Une simple broche GPIO de microcontrôleur ne peut souvent pas fournir directement autant de courant et peut nécessiter un interrupteur à transistor (p. ex., MOSFET).
• Protection contre la tension inverse: Bien que le composant puisse tolérer jusqu'à 5V en inverse, il est recommandé d'éviter la polarisation inverse. Dans les circuits à couplage AC ou là où une tension inverse est possible, envisagez d'ajouter une diode de protection en parallèle avec la LED (cathode vers anode).
• Gestion thermique: Bien que le boîtier soit petit, à des courants et températures ambiantes plus élevés, la dissipation de puissance devient importante. Assurez une ventilation adéquate et tenez compte de la courbe de déclassement si le fonctionnement dépasse 25°C.
• Conception optique: Tenez compte de l'angle de vision de 35 degrés. Pour des faisceaux focalisés, des lentilles ou réflecteurs externes peuvent être nécessaires. Pour un éclairage de grande surface, l'angle natif peut être suffisant. Assurez-vous que le récepteur est spectralement adapté au pic de 875nm.

8. Comparaison et différenciation technique

Le SIR323-5 se différencie sur le marché des LED IR 5mm par une combinaison de paramètres clés. Comparé aux LED IR 5mm génériques, il offre une intensité rayonnante typique plus élevée (7,8 mW/sr @20mA contre souvent 5-6 mW/sr), permettant une portée plus longue ou une consommation d'énergie plus faible pour la même puissance de signal. Sa faible tension directe (1,3V typ.) est avantageuse pour les appareils alimentés par batterie. La longueur d'onde de 875nm est une norme courante, assurant une large compatibilité avec les récepteurs au silicium. Sa conformité aux normes environnementales modernes (RoHS, REACH, sans halogène) est une exigence obligatoire pour la plupart des fabrications électroniques contemporaines, ce qui n'est pas toujours le cas pour les alternatives plus anciennes ou moins coûteuses.

9. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

9.1 Quelle est la différence entre l'Intensité Rayonnante et l'Intensité Lumineuse ?

L'Intensité Rayonnante (I_e, mesurée en mW/sr) est lapuissanceoptique émise par angle solide, pertinente pour toutes les longueurs d'onde. L'Intensité Lumineuse (mesurée en candela, cd) est pondérée par la sensibilité de l'œil humain (courbe photopique) et n'a de sens que pour la lumière visible. Comme il s'agit d'une LED infrarouge, l'Intensité Rayonnante est la métrique correcte et spécifiée.

9.2 Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V ou 5V ?

Vous ne devriezpasla connecter directement. Une broche GPIO de microcontrôleur a une limite de courant de sortie (souvent 20-40mA) et ne peut pas gérer la consommation potentielle de la LED ou l'impulsion de 1A. Plus important encore, vous devez avoir une résistance en série pour limiter le courant. Par exemple, à partir d'une alimentation de 5V visant I_F=20mA et V_F=1,3V : R = (5V - 1,3V) / 0,02A = 185 Ohms (utilisez une résistance standard de 180 ou 220 Ohms). La broche GPIO piloterait alors la base/grille d'un transistor qui commute le courant de la LED.

9.3 Pourquoi le Courant Direct de Crête (1A) est-il si supérieur au Courant Continu (100mA) ?

Cela est dû aux limites thermiques. L'impulsion de 1A est si courte (≤100μs) et peu fréquente (rapport cyclique ≤1%) que la jonction semi-conductrice n'a pas le temps de chauffer significativement. Le courant continu nominal de 100mA prend en compte la chaleur générée en régime permanent, que le boîtier doit dissiper dans l'environnement pour maintenir la température de jonction dans des limites sûres.

9.4 Comment choisir un récepteur adapté pour cette LED ?

Recherchez un phototransistor, une photodiode ou un module récepteur IR dont la sensibilité spectrale pic est autour de 875nm. La plupart des détecteurs au silicium ont une sensibilité pic entre 800nm et 950nm, ce qui en fait un bon choix. Vérifiez toujours la courbe de sensibilité spectrale du récepteur dans sa fiche technique.

10. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'une télécommande IR longue portée
Objectif: Transmettre un signal fiable jusqu'à 15 mètres dans un salon typique.
Choix de conception:

1. Mode de pilotage: Utiliser un fonctionnement en impulsions à I_FP= 1A pour maximiser l'intensité rayonnante (40 mW/sr typ.) pour la portée la plus longue.
2. Circuit: Un microcontrôleur génère le train d'impulsions codé. Une broche GPIO commande un MOSFET à canal N. La LED et une petite résistance de détection de courant sont placées en série entre l'alimentation (p. ex., 2 piles AA ~3V) et le drain du MOSFET. La valeur de la résistance est faible, juste pour fixer le courant de crête : R = (V_bat- V_{F_impulsion}- V_{DS_on}) / 1A. Une résistance de grille est utilisée pour le MOSFET.
3. Temporisation des impulsions: Assurez-vous que chaque impulsion haute dans le code de télécommande (p. ex., protocole NEC) a une largeur ≤100μs. Le rapport cyclique sur toute la rafale de transmission doit être ≤1%. Ceci est généralement facilement satisfait pour les codes de télécommande courts.
4. Optique: Le faisceau natif de 35 degrés peut être suffisant. Pour une meilleure directivité et portée, une simple lentille de collimation en plastique pourrait être ajoutée devant la LED.

Cette approche exploite les principaux atouts du SIR323-5 : haute puissance de sortie en impulsions et faible tension directe, permettant une télécommande puissante à partir d'une petite alimentation par batterie.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Une Diode Électroluminescente Infrarouge (LED IR) est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée (anode positive par rapport à la cathode), les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région de jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie. Dans une diode au silicium standard, cette énergie est principalement libérée sous forme de chaleur. Dans des matériaux comme l'Arséniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs), utilisé dans cette LED, une partie significative de cette énergie de recombination est libérée sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique de la lumière émise (875nm dans ce cas) est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur, qui est conçue lors du processus de croissance cristalline. Le boîtier en époxy transparent agit comme une lentille, façonnant la lumière émise en un diagramme de faisceau caractéristique.

12. Tendances et évolutions technologiques

La technologie des LED infrarouges continue d'évoluer. Bien que le boîtier traversant 5mm standard reste populaire pour les conceptions héritées et l'usage des amateurs, la tendance de l'industrie va fortement vers les boîtiers pour montage en surface (CMS) (p. ex., 0805, 1206 ou boîtiers à l'échelle de la puce). Les CMS offrent une taille plus petite, une meilleure adéquation pour l'assemblage automatisé par pick-and-place, et souvent des performances thermiques améliorées. Il y a également un développement continu des matériaux pour atteindre une efficacité plus élevée (plus de lumière émise par watt électrique d'entrée), différentes longueurs d'onde pic pour des applications de détection spécifiques (p. ex., 940nm pour une opération discrète, 850nm pour les caméras de surveillance avec éclairage IR), et l'intégration de la LED avec le circuit de pilotage ou même le récepteur dans un module unique. Cependant, le principe de fonctionnement fondamental et les paramètres clés décrits pour le SIR323-5 restent la pierre angulaire pour comprendre et spécifier toute LED IR.