Fiche technique de l'émetteur infrarouge LTE-3276 - Longueur d'onde 850nm - Courant direct 50mA - Tension directe 1,8V - Haute puissance et vitesse - Document technique

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-3276 est un émetteur infrarouge (IR) haute performance conçu pour les applications nécessitant des temps de réponse rapides et une puissance rayonnante significative. Ses principaux avantages résident dans sa combinaison de capacités haute vitesse et haute puissance, le rendant adapté au fonctionnement en impulsions dans des environnements exigeants. Le composant est logé dans un boîtier transparent clair, typique des émetteurs IR pour permettre une transmission maximale de la lumière infrarouge. Le marché cible comprend l'automatisation industrielle, les systèmes de communication (comme IrDA), les télécommandes, les interrupteurs optiques et les systèmes de capteurs où une signalisation infrarouge fiable et de haute intensité est requise.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Un fonctionnement à ou près de ces limites n'est pas recommandé pendant de longues périodes.

• Dissipation de puissance (P_D) :200 mW. C'est la puissance totale maximale que le composant peut dissiper sous forme de chaleur dans n'importe quelle condition de fonctionnement.
• Courant direct de crête (I_FP) :1 A. Ce courant élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées (300 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10 μs). Cela met en évidence la capacité du composant à produire de courtes et intenses salves de lumière.
• Courant direct continu (I_F) :100 mA. C'est le courant continu maximal qui peut être appliqué en permanence.
• Tension inverse (V_R) :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut entraîner la rupture de la jonction semi-conductrice.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-40°C à +85°C. Cette large plage garantit la fiabilité dans des conditions environnementales difficiles.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 6 secondes à 1,6 mm du corps. Ceci est critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion pour éviter les dommages thermiques.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont spécifiés à une température ambiante (T_A) de 25°C et définissent la performance typique du composant.

• Intensité rayonnante (I_E) :Une mesure clé de la puissance optique par angle solide. À I_F= 20mA, elle est de 12,75 mW/sr (typique). À I_F= 50mA, elle augmente significativement à 32 mW/sr (typique), démontrant une augmentation non linéaire et efficace avec le courant.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :850 nm (typique). Celle-ci se situe dans le spectre du proche infrarouge, invisible à l'œil nu mais facilement détectée par les photodiodes au silicium et les caméras avec sensibilité IR.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :40 nm (typique). Ceci indique la largeur de bande spectrale ; une largeur plus étroite indiquerait une source plus monochromatique.
• Tension directe (V_F) :À I_F= 50mA, V_Fest de 1,49V (typique), avec un maximum de 1,80V. À I_F= 200mA, V_Faugmente à 1,83V (typique), max 2,3V. Ce coefficient de température positif doit être pris en compte dans la conception du pilote.
• Angle de vision (2θ_1/2) :50 degrés (typique). C'est l'angle total auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur de crête. Un angle de 50° offre un bon équilibre entre concentration du faisceau et couverture.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques typiques essentielles pour la conception de circuits et la compréhension du comportement du composant dans différentes conditions.

3.1 Distribution spectrale (Fig. 1)

Cette courbe trace l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme la longueur d'onde de crête autour de 850 nm et montre la forme et la largeur (demi-largeur de 40 nm) du spectre d'émission. Ceci est crucial pour apparier l'émetteur avec la sensibilité spectrale d'un détecteur.

3.2 Courant direct en fonction de la tension directe (Fig. 3)

Cette courbe IV montre la relation exponentielle typique d'une diode. La courbe permet aux concepteurs de déterminer la tension d'alimentation nécessaire pour un courant de fonctionnement souhaité, ce qui est critique pour concevoir des pilotes à courant constant.

3.3 Intensité rayonnante relative en fonction du courant direct (Fig. 5)

Ce graphique montre comment la puissance lumineuse augmente avec le courant d'alimentation. Elle est généralement linéaire à faible courant mais peut présenter des effets de saturation à très fort courant en raison de limitations thermiques et d'efficacité. Ces données sont vitales pour définir le point de fonctionnement afin d'atteindre la puissance optique requise.

3.4 Intensité rayonnante relative en fonction de la température ambiante (Fig. 4)

Cette courbe démontre le coefficient de température négatif de la sortie de la LED. Lorsque la température ambiante augmente, l'intensité rayonnante diminue. Cette dérive thermique doit être prise en compte dans les conceptions destinées aux environnements à haute température pour garantir une marge de signal suffisante.

3.5 Diagramme de rayonnement (Fig. 6)

Ce tracé polaire représente visuellement la distribution spatiale de la lumière émise, illustrant clairement l'angle de vision de 50 degrés. Il aide à concevoir des systèmes optiques pour focaliser ou collimater le faisceau IR.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

Le composant utilise un boîtier traversant standard, probablement de style T-1 3/4 (5mm) courant pour les émetteurs IR. Les notes dimensionnelles clés de la fiche technique incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres (pouces).
• La tolérance est de ±0,25mm(.010") sauf indication contraire.
• La résine en saillie sous la collerette est de 1,5mm(.059") maximum.
• L'espacement des broches est mesuré là où les broches sortent du boîtier.

Le matériau du boîtier transparent clair est typiquement de l'époxy, optimisé pour une transmittance élevée à 850 nm.

4.2 Identification de la polarité

Pour un boîtier LED standard, la broche la plus longue est typiquement l'anode (positive), et la broche la plus courte est la cathode (négative). Le boîtier peut également avoir un côté plat près de la cathode. Observer la polarité correcte est essentiel pour éviter les dommages par polarisation inverse.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

La valeur maximale absolue pour la soudure des broches est explicitement indiquée :260°C pendant 6 secondes, mesuré à 1,6 mm (.063") du corps. C'est un paramètre critique pour l'assemblage.

• Soudure à la vague/à la main :Respectez strictement la limite de 260°C/6s. Un préchauffage est recommandé pour minimiser le choc thermique.
• Soudure par refusion :Bien que non explicitement mentionné pour les CMS, le profil de température doit garantir que la température du corps du boîtier ne dépasse pas le maximum de stockage de 85°C pendant de longues périodes, et la température des broches au point spécifié ne doit pas dépasser 260°C.
• Conditions de stockage :Stocker dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température spécifiée (-40°C à +85°C) pour éviter l'absorption d'humidité et la dégradation.

6. Suggestions d'application

6.1 Scénarios d'application typiques

• Transmission de données infrarouges (IrDA) :Sa haute vitesse le rend adapté aux liaisons de données série.
• Télécommandes :La haute puissance assure une longue portée et un fonctionnement fiable.
• Interrupteurs optiques et détection d'objets :Utilisé conjointement avec un photodétecteur pour détecter la présence, la position ou pour compter.
• Rideaux de sécurité industriels :Création d'une barrière de faisceau invisible pour la protection des machines.
• Éclairage pour vision nocturne :Pour les caméras de vidéosurveillance avec sensibilité IR.

6.2 Considérations de conception

• Circuit de pilotage :Utilisez toujours une résistance de limitation de courant en série ou un pilote à courant constant. Calculez en fonction de la tension directe (V_F) au courant de fonctionnement souhaité (I_F).
• Gestion thermique :Pour un fonctionnement continu près du courant maximal, considérez la dissipation de puissance (P_D= V_F* I_F) et assurez un dissipateur thermique adéquat si nécessaire pour maintenir la température de jonction dans les limites.
• Fonctionnement en impulsions :Pour le courant d'impulsion de crête de 1A, assurez-vous que le pilote peut délivrer l'impulsion de courant élevé requise avec un temps de montée/descente rapide pour tirer parti de la capacité haute vitesse.
• Conception optique :Utilisez des lentilles ou des réflecteurs pour façonner le faisceau de 50° selon le besoin de l'application (par exemple, étroit pour une longue portée, large pour une couverture de zone).
• Appariement avec le détecteur :Associez-le à un photodétecteur (par exemple, phototransistor, photodiode) dont la sensibilité spectrale de crête est autour de 850 nm pour une performance optimale.

7. Comparaison et différenciation techniques

Le LTE-3276 se différencie sur le marché par sa combinaison spécifique de paramètres :

• Haute puissance à courant modéré :32 mW/sr à 50mA est une sortie élevée, bénéfique pour les applications nécessitant un bon rapport signal/bruit.
• Capacité haute vitesse :La spécification pour le fonctionnement en impulsions implique un temps de réponse intrinsèque rapide, adapté aux signaux modulés.
• Construction robuste :La large plage de température de fonctionnement et le boîtier transparent indiquent une conception pour la fiabilité.
• Comparé aux LED IR standard de faible puissance, ce composant offre une intensité rayonnante significativement plus élevée. Comparé aux diodes laser, il est plus sûr (inoffensif pour les yeux dans cette classe de puissance), a un faisceau plus large et est généralement plus robuste et plus facile à piloter.

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

Q : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?

R : Non. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant. Par exemple, pour piloter à I_F=50mA avec une V_Fde ~1,5V à partir d'une alimentation 5V : R = (5V - 1,5V) / 0,05A = 70 Ohms. Utilisez une résistance de 68 ou 75 Ohms et vérifiez sa puissance nominale (P = I²R = 0,175W, donc une résistance de 1/4W est suffisante).

Q : Quelle est la différence entre l'Intensité Rayonnante (mW/sr) et l'Éclairement Énergétique d'Ouverture (mW/cm²) ?

R : L'Intensité Rayonnante est la puissance émise par unité d'angle solide (stéradian), décrivant la force directionnelle de la source. L'Éclairement Énergétique d'Ouverture est la densité de puissance (mW par cm²) arrivant sur la surface d'un détecteur à une distance et un alignement spécifiés. Ce dernier dépend du premier et de la distance/loi de l'inverse du carré.

Q : Comment l'utiliser en mode pulsé ?

R : Utilisez un interrupteur à transistor (BJT ou MOSFET) contrôlé par votre signal logique pour pulser la LED. Assurez-vous que le pilote peut fournir le courant de crête élevé (jusqu'à 1A) avec une commutation rapide. Le courant moyen doit toujours respecter le courant continu nominal (100mA) en considérant le cycle de service.

Q : Pourquoi la sortie diminue-t-elle avec la température ?

R : C'est une caractéristique fondamentale des LED semi-conductrices. L'augmentation de la température accroît les processus de recombinaison non radiatifs au sein du matériau semi-conducteur, réduisant l'efficacité quantique interne et donc la puissance lumineuse.

9. Cas pratique de conception

Cas : Conception d'un capteur de détection d'objets infrarouge longue portée.

Objectif : Détecter un objet à 5 mètres.

Étapes de conception :

1. Pilotage de l'émetteur :Faites fonctionner le LTE-3276 à I_F=50mA (pulsé à 1kHz, cycle de service de 50%) pour atteindre une intensité de crête élevée (32 mW/sr) tout en gardant la puissance moyenne gérable.

2. Optique :Ajoutez une simple lentille de collimation devant l'émetteur pour réduire le faisceau de 50° à un faisceau plus focalisé d'environ 10°, augmentant significativement l'intensité à distance.

3. Détecteur :Utilisez un phototransistor au silicium apparié avec une réponse de crête à 850nm. Placez un filtre optique passe-bande étroit (centré à 850nm) devant lui pour rejeter la lumière ambiante.

4. Circuit :Le circuit récepteur amplifie le faible photocourant. Utilisez une détection synchrone (modulation de l'émetteur et accord du récepteur sur la même fréquence) pour rejeter la lumière ambiante continue et le bruit basse fréquence, améliorant grandement la portée et la fiabilité.

Cette configuration tire parti de la haute puissance et de la vitesse du LTE-3276 pour un système de détection robuste et immunisé aux interférences.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Un émetteur infrarouge comme le LTE-3276 est une diode électroluminescente (LED) basée sur la physique des semi-conducteurs. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, des électrons et des trous sont injectés dans la région active. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie. Dans ce composant spécifique, le matériau semi-conducteur (typiquement à base d'Arséniure de Gallium Aluminium - AlGaAs) est conçu pour que cette énergie soit libérée sous forme de photons dans le spectre infrarouge, avec une longueur d'onde de crête de 850 nanomètres. Le boîtier en époxy "transparent clair" est dopé pour être transparent à cette longueur d'onde, permettant aux photons de s'échapper efficacement. La caractéristique "haute vitesse" fait référence aux temps d'allumage et d'extinction rapides de ce processus de recombination, permettant à la LED d'être modulée à haute fréquence pour la transmission de données.

11. Tendances technologiques

La technologie des émetteurs infrarouges continue d'évoluer parallèlement aux tendances plus larges de l'optoélectronique. Les développements clés incluent :

Augmentation de l'efficacité énergétique :La recherche se concentre sur l'amélioration de l'efficacité quantique interne (plus de photons par électron) et de l'efficacité d'extraction de la lumière du boîtier, conduisant à une intensité rayonnante plus élevée pour la même puissance électrique d'entrée.

Facteurs de forme plus petits :La tendance à la miniaturisation pousse vers des boîtiers pour composants montés en surface (CMS) avec des performances similaires ou meilleures que les types traversants traditionnels.

Vitesse accrue :Pour les applications de communication, des composants sont développés avec des bandes passantes de modulation encore plus rapides pour supporter des débits de données plus élevés.

Diversification des longueurs d'onde :Alors que 850nm et 940nm sont courants, d'autres longueurs d'onde sont optimisées pour des applications spécifiques, telles que les longueurs d'onde plus longues inoffensives pour les yeux ou des raies d'absorption spécifiques pour la détection de gaz.

Intégration :Il existe une tendance à intégrer l'émetteur avec un circuit intégré de pilotage ou même avec un détecteur dans un module unique, simplifiant la conception du système pour les utilisateurs finaux.