Fiche technique de l'émetteur infrarouge LED LTE-4238 - Longueur d'onde 880nm - Courant direct 100mA - Puissance dissipée 150mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-4238 est une diode électroluminescente (LED) infrarouge (IR) haute puissance conçue pour les applications nécessitant un éclairage infrarouge intense et fiable. Sa fonction principale est d'émettre une lumière non visible à une longueur d'onde pic de 880 nanomètres, ce qui le rend adapté aux systèmes de détection, de télécommande et de commutation optique. Une caractéristique clé est son appariement mécanique et spectral avec des séries spécifiques de phototransistors, garantissant des performances optimales dans les paires émetteur-récepteur pour une transmission de signal précise.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Le dispositif est conçu pour fonctionner dans des limites environnementales et électriques strictes afin d'assurer longévité et fiabilité. Le courant direct continu maximal est de 100 mA, avec une capacité de courant direct crête de 2 A en conditions pulsées (300 pps, largeur d'impulsion de 10 µs). La puissance dissipée maximale est de 150 mW à une température ambiante (T_A) de 25°C. La plage de température de fonctionnement est de -40°C à +85°C, tandis que la plage de stockage s'étend de -55°C à +100°C. Le dispositif peut supporter une tension inverse allant jusqu'à 5 V. Pour l'assemblage, les broches peuvent être soudées à 260°C pendant une durée maximale de 5 secondes, mesurée à 1,6 mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Les paramètres de performance clés sont spécifiés à T_A=25°C et un courant direct (I_F) de 20 mA. L'intensité rayonnante (I_E) est typiquement de 4,81 mW/sr, indiquant la puissance optique de sortie par angle solide. L'éclairement énergétique à l'ouverture (E_e) est de 0,64 mW/cm². La tension directe (V_F) varie typiquement de 1,3V à 1,8V. Les caractéristiques spectrales sont définies par une longueur d'onde d'émission pic (λ_Pic) de 880 nm et une demi-largeur spectrale (Δλ) de 50 nm, définissant l'étroitesse de la bande de lumière émise. Le courant inverse (I_R) est au maximum de 100 µA à une tension inverse (V_R) de 5V. L'angle de vision (2θ_1/2) est de 20 degrés, décrivant la répartition angulaire du rayonnement émis où l'intensité tombe à la moitié de sa valeur pic.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques illustrant le comportement du dispositif dans différentes conditions.

3.1 Distribution spectrale

La figure 1 montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. La courbe est centrée sur 880 nm avec une demi-largeur typique de 50 nm, confirmant la nature monochromatique de la sortie IR adaptée au filtrage et à la détection précise.

3.2 Courant direct en fonction de la température ambiante

La figure 2 représente la dégradation du courant direct maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. Ce graphique est essentiel pour la conception de la gestion thermique, garantissant que le dispositif fonctionne dans sa zone de fonctionnement sûre (SOA) dans toutes les conditions environnementales.

3.3 Courant direct en fonction de la tension directe

La figure 3 illustre la caractéristique IV (courant-tension) de la diode. Cette relation non linéaire est essentielle pour concevoir le circuit d'attaque, déterminant la tension requise pour atteindre un courant de fonctionnement spécifique.

3.4 Intensité rayonnante relative en fonction de la température ambiante et du courant direct

Les figures 4 et 5 montrent comment la puissance optique de sortie change avec la température et le courant d'attaque. La sortie diminue généralement avec l'augmentation de la température (Figure 4) et augmente de manière super-linéaire avec le courant direct (Figure 5), mettant en évidence les compromis entre sortie, efficacité et charge thermique.

3.5 Diagramme de rayonnement

La figure 6 est un diagramme polaire montrant la distribution spatiale de la lumière émise. L'angle de vision de 20 degrés est confirmé, montrant un profil de faisceau relativement focalisé, ce qui est avantageux pour les applications d'éclairage directionnel.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif utilise un boîtier LED standard avec une collerette. Les dimensions clés incluent la taille du corps, l'espacement des broches et les limites de saillie. Toutes les dimensions sont fournies en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier. Une saillie maximale de résine sous la collerette de 1,0 mm est autorisée. Les ingénieurs doivent se référer au dessin mécanique détaillé (sous-entendu dans le PDF) pour un placement précis et la conception de l'empreinte sur les cartes de circuits imprimés (PCB).

4.2 Identification de la polarité

Les conventions de polarité standard des LED s'appliquent, généralement indiquées par un côté plat sur le boîtier ou par des broches de longueurs différentes (anode plus longue que la cathode). Le marquage spécifique doit être vérifié sur le dessin du boîtier pour garantir une orientation correcte lors de l'assemblage, évitant ainsi les dommages par polarisation inverse.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

La caractéristique maximale absolue pour la température de soudure des broches est de 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm (0,063") du corps du boîtier. Cette spécification est compatible avec les profils de soudure par refusion sans plomb standard (par exemple, IPC/JEDEC J-STD-020). Il est crucial de respecter cette limite pour éviter les dommages thermiques à la puce semi-conductrice interne, aux fils de liaison ou au matériau de lentille époxy. Un préchauffage est recommandé pour minimiser le choc thermique. Les dispositifs doivent être stockés dans un environnement sec et contrôlé conformément aux directives du niveau de sensibilité à l'humidité (MSL), qui doivent être obtenues auprès des instructions de manipulation du fabricant.

6. Suggestions d'application

6.1 Scénarios d'application typiques

Cet émetteur IR est idéal pour des applications incluant : les codeurs optiques et capteurs de position, les émetteurs de télécommande infrarouge, la détection d'objets et la détection de proximité, les rideaux lumineux d'automatisation industrielle et les liaisons de transmission de données optiques. Son appariement avec des phototransistors spécifiques le rend particulièrement précieux dans les conceptions d'optocoupleurs réfléchissants ou transmissifs où l'alignement et la réponse spectrale sont critiques.

6.2 Considérations de conception

Circuit d'attaque :Une résistance de limitation de courant est obligatoire lors de l'attaque par une source de tension pour définir le I_Fdésiré et prévenir l'emballement thermique. La valeur de la résistance est calculée en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Pour un fonctionnement en impulsions à des courants crête élevés (jusqu'à 2A), un interrupteur à transistor (par exemple, MOSFET) piloté par un générateur d'impulsions est requis.
Gestion thermique :La limite de puissance dissipée de 150 mW doit être respectée. À des températures ambiantes élevées ou des courants continus élevés, la température de jonction augmentera, réduisant potentiellement l'intensité de sortie et la durée de vie du dispositif. Une conception de PCB appropriée avec une surface de cuivre adéquate pour le dissipateur thermique peut être nécessaire.
Conception optique :L'angle de vision de 20 degrés fournit un faisceau focalisé. Pour une couverture plus large, une lentille diffuseuse peut être nécessaire. Pour un rendement de couplage maximal avec un photodétecteur appairé, assurez un alignement mécanique correct et considérez les sources potentielles de bruit IR ambiant (lumière du soleil, ampoules à incandescence).

7. Comparaison et différenciation technique

La différenciation principale du LTE-4238 réside dans sonhaute intensité rayonnante (4,81 mW/sr typique)et sonsélection spécifique pour des performances appairées avec des phototransistors compagnons. Comparé aux LED IR génériques, cette présélection garantit des tolérances plus serrées dans les systèmes optoélectroniques appairés, conduisant à une sensibilité plus constante, un diaphonie plus faible et un rapport signal/bruit amélioré. La longueur d'onde de 880 nm est une norme courante, offrant un bon équilibre entre la sensibilité des photodétecteurs au silicium et une visibilité plus faible par rapport aux sources à 940 nm.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quel est l'intérêt du courant direct crête (2A) si le courant continu n'est que de 100mA ?
R : La spécification crête permet des impulsions de courant élevé très courtes. Ceci est essentiel pour des applications comme les télécommandes ou la transmission de données où une puissance optique instantanée élevée est nécessaire pour la portée ou la vitesse, mais la puissance moyenne (et la chaleur) reste faible.

Q : Comment la température ambiante affecte-t-elle les performances ?
R : Lorsque la température augmente, la tension directe diminue généralement légèrement, la sortie rayonnante diminue (comme montré sur la Fig. 4), et le courant continu maximal autorisé doit être déclassé (Fig. 2). La conception doit tenir compte de ces variations.

Q : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche GPIO d'un microcontrôleur ?
R : Peut-être, mais avec prudence. Une broche GPIO peut fournir 20-50mA. Vous devez utiliser une résistance en série pour limiter le courant au I_Fdésiré (par exemple, 20mA) et vous assurer que le courant total ne dépasse pas les limites de la broche et du boîtier du microcontrôleur. Pour des courants plus élevés ou des impulsions, un transistor de commande externe est requis.

Q : Que signifie "spectralement apparié" ?
R : Cela signifie que le spectre d'émission de cette LED IR est optimisé pour s'aligner sur la sensibilité spectrale pic de son phototransistor appairé. Cela maximise l'intensité du signal détecté pour une puissance émise donnée.

9. Étude de cas de conception pratique

Scénario : Conception d'un capteur de proximité.L'objectif est de détecter un objet à moins de 10 cm. Le système utilise un émetteur IR LTE-4238 et un phototransistor appairé placés côte à côte, faisant face à la même direction (mode de détection réfléchissant).
Mise en œuvre :La LED est pilotée par des impulsions de 50 mA (dans la spécification continue) à une fréquence de 1 kHz. Une résistance de limitation de courant définit ce point de polarisation. Le collecteur du phototransistor est connecté à une résistance de rappel et à un circuit amplificateur/filtre. Lorsqu'un objet est à portée, la lumière IR se réfléchit vers le phototransistor, provoquant une chute de la tension de son collecteur. Ce signal est ensuite conditionné et envoyé vers un comparateur ou l'ADC d'un microcontrôleur pour déclencher un événement de détection.
Calculs clés :La valeur de la résistance d'attaque est calculée sur la base d'une alimentation de 5V et d'une V_Fd'environ 1,5V : R = (5V - 1,5V) / 0,05A = 70 Ohms (utiliser la valeur standard 68 Ω). Puissance dissipée dans la LED : P = V_F* I_F= 1,5V * 0,05A = 75 mW, ce qui est bien en dessous du maximum de 150 mW à 25°C.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Une LED infrarouge 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 sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique de 880 nm est déterminée par l'énergie de la bande interdite des matériaux semi-conducteurs utilisés (typiquement l'arséniure de gallium-aluminium, AlGaAs). La lumière émise est incohérente et se situe dans le spectre du proche infrarouge, invisible à l'œil humain mais facilement détectable par les photodétecteurs à base de silicium.

11. Tendances technologiques

La tendance pour les émetteurs IR de détection continue vers une densité de puissance et une efficacité plus élevées dans des boîtiers plus petits. Cela permet des portées de détection plus longues et une consommation électrique système plus faible. Il y a également une évolution vers des solutions intégrées, combinant l'émetteur, le pilote et parfois le détecteur en un seul module avec des interfaces numériques (I2C, SPI). De plus, les progrès dans l'encapsulation au niveau de la plaquette (WLP) et l'encapsulation à l'échelle de la puce (CSP) réduisent la taille et le coût des composants optoélectroniques discrets tout en améliorant la fiabilité. Le principe fondamental de fonctionnement demeure, mais l'intégration et les performances par unité de volume augmentent régulièrement.