Fiche technique de l'émetteur LED infrarouge LTE-209 - Boîtier 5.0mm - Tension directe 1.6V - Longueur d'onde pic 940nm - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série LTE-209 représente une famille de diodes électroluminescentes (LED) infrarouges (IR) conçues pour des applications optoélectroniques fiables. Ces composants sont conçus pour émettre de la lumière à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres, située dans le spectre du proche infrarouge. Cette longueur d'onde spécifique est couramment utilisée dans les applications nécessitant des sources lumineuses non visibles, telles que les capteurs de proximité, la détection d'objets et les codeurs optiques. L'avantage principal de cette série réside dans sa fabrication précise, qui garantit une intensité rayonnante et des caractéristiques spectrales constantes. Le dispositif est logé dans un boîtier plastique miniature économique à configuration de visée frontale, le rendant adapté aux conceptions à encombrement limité. Une caractéristique clé est son appariement mécanique et spectral avec des séries spécifiques de phototransistors, facilitant la conception de paires émetteur-détecteur optimisées pour améliorer les performances du système et l'intégrité du signal.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le dispositif. Ces valeurs sont spécifiées à une température ambiante (T_A) de 25°C. Le courant direct continu maximal est de 60 mA, avec une capacité de courant direct crête de 1 A en conditions pulsées (300 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10 μs). La dissipation de puissance maximale est de 90 mW. Le dispositif peut supporter une tension inverse allant jusqu'à 5 V. La plage de température de fonctionnement est de -40°C à +85°C, tandis que la plage de température de stockage s'étend de -55°C à +100°C. Pour le montage, les broches peuvent être soudées à une température de 260°C pendant une durée maximale de 5 secondes, mesurée à 1,6 mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Les caractéristiques électro-optiques sont les principaux paramètres de performance mesurés dans des conditions de test standard (T_A=25°C, I_F=20mA). L'intensité rayonnante (I_E), une mesure de la puissance optique émise par unité d'angle solide, a une valeur typique de 1,383 mW/sr. L'éclairement énergétique à l'ouverture (E_e), représentant la densité de puissance, est typiquement de 0,184 mW/cm². La longueur d'onde d'émission pic (λ_Pic) est centrée à 940 nm, avec une demi-largeur spectrale (Δλ) de 50 nm, définissant la pureté spectrale de la lumière émise. La tension directe (V_F) varie typiquement de 1,2V à un maximum de 1,6V au courant de test. Le courant inverse (I_R) est au maximum de 100 μA lorsqu'une polarisation inverse de 5V est appliquée. L'angle de vision (2θ_1/2), où l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur pic, est de 16 degrés, indiquant un faisceau relativement étroit.

3. Explication du système de classement (binning)

Bien que la fiche technique fournie ne détaille pas explicitement un système de classement multi-paramètres, elle indique que les dispositifs sont "SÉLECTIONNÉS SELON DES GAMMES SPÉCIFIQUES D'INTENSITÉ EN LIGNE ET D'INTENSITÉ RAYONNANTE." Cela implique un processus de sélection ou de tri basé sur l'intensité rayonnante mesurée et éventuellement sur les valeurs d'éclairement énergétique. Cette présélection garantit que les composants livrés pour une commande spécifique se situent dans une bande de tolérance plus serrée pour ces paramètres optiques clés que les limites minimales et maximales absolues indiquées dans les spécifications générales. Cette pratique améliore la cohérence des performances en application, en particulier dans les systèmes où l'appariement de la sortie optique est critique.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs courbes caractéristiques typiques qui illustrent le comportement du dispositif dans différentes conditions.

4.1 Distribution spectrale

La figure 1 montre la courbe de distribution spectrale, traçant l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme l'émission pic à 940 nm et la demi-largeur spectrale d'environ 50 nm, montrant l'étalement des longueurs d'onde émises autour du pic.

4.2 Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V)

La figure 3 représente la caractéristique courant direct en fonction de la tension directe. Cette courbe est non linéaire, typique d'une diode. Elle montre la relation où une petite augmentation de tension au-delà du seuil de conduction entraîne une augmentation rapide du courant. La V_Fspécifiée de 1,2V à 1,6V à 20mA peut être contextualisée dans cette courbe.

4.3 Intensité rayonnante relative vs. Courant direct

La figure 5 illustre comment la sortie optique (intensité rayonnante relative) change avec le courant d'attaque direct. Généralement, la sortie augmente avec le courant, mais la relation peut ne pas être parfaitement linéaire sur toute la plage de fonctionnement. Cette courbe est essentielle pour déterminer le courant d'attaque requis pour atteindre un niveau de sortie optique souhaité.

4.4 Dépendance à la température

Les figures 2 et 4 montrent les effets de la température ambiante. La figure 2 (Courant direct vs. Température ambiante, probablement à tension constante) et la figure 4 (Intensité rayonnante relative vs. Température ambiante, à courant constant) démontrent que les propriétés électriques et optiques de la LED dépendent de la température. Typiquement, pour les LED infrarouges, la tension directe diminue et la sortie optique diminue lorsque la température augmente. Ces courbes sont cruciales pour concevoir des circuits avec compensation de température ou pour estimer les performances dans des environnements non ambiants.

4.5 Diagramme de rayonnement

La figure 6 est le diagramme de rayonnement ou diagramme d'angle de vision. C'est un tracé polaire montrant la distribution angulaire de l'intensité rayonnante émise. Le demi-angle de 16 degrés est représenté visuellement ici, montrant l'intensité tombant à 50% de la valeur sur l'axe à ±8 degrés du centre.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

Le dispositif utilise un boîtier plastique miniature à visée frontale. Les dimensions clés du dessin du boîtier incluent un diamètre de corps, un espacement des broches et une longueur totale. Les broches sortent du boîtier avec un espacement spécifique qui est critique pour la conception du PCB. Le boîtier comprend une collerette, et des notes spécifient une protubérance maximale de résine sous cette collerette. Les notes précisent également que l'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier, et les tolérances générales sont de ±0,25 mm sauf indication contraire. La configuration physique est conçue pour être mécaniquement appariée aux phototransistors correspondants, assurant un alignement correct dans les modules assemblés.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

La principale recommandation d'assemblage fournie concerne la température de soudage. La valeur maximale absolue spécifie que les broches peuvent être soumises à une température de 260°C pendant un maximum de 5 secondes. Cette valeur est mesurée à une distance de 1,6 mm (0,063") du corps du boîtier. Cette information est cruciale pour définir les profils de soudage par refusion ou les procédures de soudage manuel. Dépasser cette température ou ce temps peut endommager la fixation interne de la puce, les fils de connexion (wire bonds) ou le matériau du boîtier plastique lui-même. Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées pendant la manipulation. Le dispositif doit être stocké dans la plage de température spécifiée de -55°C à +100°C dans un environnement sec pour éviter l'absorption d'humidité, qui pourrait provoquer un "effet pop-corn" pendant la refusion.

7. Conditionnement et informations de commande

La fiche technique identifie la référence du composant comme LTE-209. Le "N° de spécification" est DS-50-92-0001, et la révision est C. Les détails spécifiques sur le conditionnement en bande et bobine, les quantités par bobine ou le niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) ne sont pas fournis dans l'extrait. La commande se ferait typiquement sur la base de la référence de base LTE-209, avec des suffixes potentiels indiquant des classes d'intensité spécifiques comme suggéré par le processus de sélection mentionné dans les caractéristiques.

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

Le LTE-209 est idéal pour les applications nécessitant une source infrarouge compacte et efficace. Sa longueur d'onde de 940nm est invisible à l'œil humain et est bien adaptée pour :

• Interrupteurs optiques et détection d'objets :Appairé avec un phototransistor (comme la série LTR-4206 mentionnée) pour détecter la présence, l'absence ou la position d'un objet en interrompant le faisceau IR.
• Détection de proximité :Utilisé dans les dispositifs pour détecter la proximité d'un utilisateur ou d'un objet, employant souvent la détection par réflexion.
• Codeurs :Fournissant la source lumineuse pour les codeurs optiques incrémentaux ou absolus dans les systèmes de contrôle de moteur et de détection de position.
• Transmission de données :Peut être utilisé pour des liaisons de communication infrarouge à courte portée et faible débit de données (par exemple, systèmes de télécommande), bien que son angle de vision étroit puisse nécessiter un alignement.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Toujours utiliser une résistance en série ou un pilote à courant constant pour limiter le courant direct au point de fonctionnement souhaité, sans jamais dépasser les valeurs maximales absolues.
• Gestion thermique :Prendre en compte la dissipation de puissance (V_F* I_F) et l'effet de la température ambiante sur la sortie. Pour les applications à haute fiabilité, déclasser le courant maximal à des températures élevées.
• Alignement optique :L'angle de vision étroit de 16 degrés nécessite un alignement mécanique précis avec le détecteur appairé ou la zone cible pour une force de signal optimale.
• Protection du circuit :Bien qu'il ait une tension inverse nominale de 5V, il est recommandé d'intégrer une protection contre les tensions inverses ou les pointes de tension dans le circuit.
• Paire appariée :Pour de meilleures performances dans les applications de détection, utiliser le dispositif avec son phototransistor apparié spectralement et mécaniquement comme suggéré.

9. Comparaison et différenciation techniques

Les principaux facteurs de différenciation de la série LTE-209, tels que présentés, sont sa sélection spécifique pour les paramètres d'intensité et son appariement avec une série de phototransistors. Comparé aux LED IR génériques, cette présélection offre une plus grande cohérence dans la sortie optique, ce qui peut simplifier l'étalonnage du circuit et améliorer le rendement en production de masse. L'appariement mécanique garantit que lorsqu'il est utilisé avec le phototransistor désigné, l'alignement physique et le couplage optique sont optimisés, conduisant à des signaux plus forts et plus fiables. L'utilisation d'Arséniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs) sur un substrat d'Arséniure de Gallium (GaAs) est une technologie standard pour produire des émetteurs efficaces dans le proche infrarouge avec une longueur d'onde autour de 940nm.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quel est l'intérêt de la longueur d'onde de 940nm ?

A : 940nm est dans le spectre du proche infrarouge, invisible à l'œil humain. Elle est couramment utilisée en détection et communication pour éviter les interférences de la lumière visible et est efficacement détectée par les photodétecteurs au silicium.

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

A : Non. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant. Avec une V_Ftypique de 1,6V à 20mA, la valeur de la résistance pour une alimentation 5V serait R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω. Une résistance standard de 180Ω donnerait un courant proche de 19mA.

Q : Comment la température affecte-t-elle les performances ?

A : Comme le montrent les courbes caractéristiques, l'augmentation de la température diminue généralement la sortie optique pour un courant donné et diminue la tension directe. Les conceptions pour de larges plages de température doivent en tenir compte.

Q : Que signifie "apparié spectralement" ?

A : Cela signifie que le spectre d'émission de la LED (centré à 940nm) s'aligne bien avec la région de responsivité pic du phototransistor spécifié. Cela maximise la quantité de lumière émise que le détecteur peut convertir en signal électrique.

11. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

Exemple 1 : Portillon de détection d'objets :Deux LED IR LTE-209 peuvent être placées d'un côté d'un tapis roulant, chacune appairée avec un phototransistor apparié de l'autre côté, créant deux faisceaux de détection indépendants. Un microcontrôleur surveille les sorties des phototransistors. Lorsqu'un objet passe, il interrompt un ou les deux faisceaux, permettant au système de compter les objets, de mesurer la taille (en chronométrant l'interruption du faisceau) ou de déclencher une action.

Exemple 2 : Capteur de proximité par réflexion :Un LTE-209 et son phototransistor apparié sont placés côte à côte sur un PCB, orientés dans la même direction. La LED émet un faisceau. Lorsqu'un objet s'approche, il réfléchit une partie de cette lumière vers le phototransistor. L'intensité du signal détecté est corrélée à la proximité de l'objet. Cette configuration est courante dans les robinets sans contact ou les distributeurs de savon automatiques.

12. 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, 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, de l'énergie est libérée. Dans le système de matériau spécifique utilisé ici (GaAlAs/GaAs), cette énergie correspond à des photons dans le spectre infrarouge, d'une longueur d'onde d'environ 940 nm. La structure de la diode, y compris la couche fenêtre mentionnée, est conçue pour permettre à cette lumière générée de s'échapper efficacement du matériau semi-conducteur. Le boîtier plastique sert à protéger la puce semi-conductrice, à fournir une structure mécanique et peut également agir comme une lentille pour façonner le faisceau lumineux émis, contribuant à l'angle de vision spécifié de 16 degrés.

13. Tendances et évolutions technologiques

La technologie des émetteurs infrarouges continue d'évoluer. Les tendances générales dans le domaine incluent :

• Efficacité accrue :Développement de nouveaux matériaux et structures semi-conducteurs (par exemple, puits quantiques multiples) pour obtenir une puissance optique de sortie plus élevée pour une entrée électrique donnée, réduisant la consommation d'énergie et la génération de chaleur.
• Miniaturisation :Réduction continue de la taille des boîtiers (par exemple, boîtiers à l'échelle de la puce) pour permettre l'intégration dans des appareils électroniques grand public et des dispositifs IoT toujours plus petits.
• Fonctionnalités améliorées :Intégration de l'émetteur avec le circuit de pilotage, les photodétecteurs, voire les microcontrôleurs dans des modules uniques ou des solutions système-en-boîtier (SiP).
• Diversification des longueurs d'onde :Bien que 940nm reste standard, d'autres longueurs d'onde IR (par exemple, 850nm, 1050nm) sont optimisées pour des applications spécifiques comme les systèmes sans danger pour les yeux ou différentes fenêtres de transmission atmosphérique.
• Fiabilité améliorée :Progrès dans les matériaux de boîtier et les technologies de fixation de puce pour résister à des températures plus élevées et à des conditions environnementales plus exigeantes, comme celles requises dans les applications automobiles.