Fiche technique de l'émetteur infrarouge LTE-4208M - Longueur d'onde 940nm - Boîtier T-1 3/4 (5mm) - Tension directe 1.6V - Puissance dissipée 100mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-4208M est une diode électroluminescente infrarouge (IR) haute performance conçue pour les applications nécessitant une émission de lumière non visible fiable et efficace. Sa fonction principale est de convertir l'énergie électrique en rayonnement infrarouge à une longueur d'onde de crête de 940 nanomètres (nm). Cette longueur d'onde est idéale pour les applications où les interférences de lumière visible doivent être minimisées, car elle est largement invisible à l'œil humain tout en étant hautement détectable par les photodétecteurs à base de silicium comme les phototransistors et les photodiodes.

Le composant est logé dans un boîtier standard T-1 3/4 (diamètre d'environ 5mm) avec une lentille transparente. Ce boîtier plastique miniature offre une solution économique tout en assurant une robustesse mécanique. Une caractéristique de conception clé est son appariement spectral et mécanique avec les séries de phototransistors correspondantes (par exemple, LTR-3208), ce qui simplifie la conception du système optique en garantissant un alignement optimal et un couplage de signal entre les paires émetteur-détecteur.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages du LTE-4208M incluent sa haute intensité rayonnante, ses performances constantes grâce à un processus de classement rigoureux, et son facteur de forme compact et économique. Il est pré-classé dans des plages spécifiques d'intensité rayonnante (bins), permettant aux concepteurs de choisir un composant répondant précisément aux exigences de sensibilité de leur système sans avoir besoin de circuits de calibration ou d'ajustement externes. Cette prévisibilité améliore le rendement de fabrication et la fiabilité du système.

Le marché cible de ce composant est principalement l'électronique industrielle et grand public nécessitant une détection de proximité, une détection d'objet ou un codage optique. Son application la plus importante est dans les détecteurs de fumée, où un faisceau IR est utilisé pour détecter les particules de fumée en mesurant la diffusion ou l'atténuation de la lumière. D'autres applications potentielles incluent les interrupteurs sans contact, la transmission de données sur de courtes distances (par exemple, systèmes de télécommande), les capteurs d'automatisation industrielle et les compteurs d'objets.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Comprendre les paramètres électriques et optiques est crucial pour une conception de circuit fiable et pour garantir que la LED fonctionne dans sa zone de fonctionnement sûre (SOA).

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte 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.

• Puissance dissipée (Pd) :100 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le composant peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (TA) de 25°C. Dépasser cette limite risque de provoquer un emballement thermique et une défaillance.
• Courant direct de crête (I_FP) :3 A. C'est le courant instantané maximal autorisé en conditions pulsées (300 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10μs). Il est nettement supérieur au courant continu nominal, mettant en évidence la capacité du composant pour des impulsions courtes et de haute intensité.
• Courant direct continu (I_F) :50 mA. C'est le courant continu maximal qui peut être appliqué en continu sans dépasser la puissance dissipée nominale, en supposant une tension directe typique.
• Tension inverse (V_R) :5 V. Le composant a une très faible tolérance à la polarisation inverse. L'application d'une tension supérieure à 5V en inverse peut provoquer une rupture immédiate. La fiche technique note explicitement que le composant n'est pas conçu pour un fonctionnement en inverse.
• Température de fonctionnement et de stockage :-40°C à +85°C et -55°C à +100°C, respectivement. Ces plages définissent les conditions environnementales pour un fonctionnement fiable et un stockage hors tension.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes à une distance de 4,0mm du corps du boîtier. Ceci est critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion pour éviter d'endommager la puce semi-conductrice interne ou le boîtier plastique.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (TA=25°C, I_F=20mA sauf indication contraire) et définissent la performance typique du composant.

• Intensité rayonnante (I_E) :C'est le paramètre de sortie optique principal, mesuré en milliwatts par stéradian (mW/sr). Il indique la puissance optique émise par unité d'angle solide. Le composant est trié en classes (A à G) avec des valeurs minimales et typiques allant de 3,6/13,2 mW/sr (Classe A) à 28,8 mW/sr (Classe G). Ce classement permet une sélection basée sur la force de signal requise.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_Peak) :940 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique émise est maximale. Elle se situe dans le spectre du proche infrarouge.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :50 nm. Ce paramètre, également appelé largeur à mi-hauteur (FWHM), définit la largeur de bande spectrale. Une largeur de 50nm signifie que la lumière émise couvre des longueurs d'onde d'environ 915nm à 965nm à la moitié de l'intensité de crête.
• Tension directe (V_F) :1,2V (Min), 1,6V (Typ). C'est la chute de tension aux bornes de la diode lorsqu'elle conduit 20mA. Elle est essentielle pour calculer la valeur de la résistance série dans un circuit de commande : R = (V_supply- V_F) / I_F.
• Courant inverse (I_R) :100 μA (Max) à V_R=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la diode est polarisée en inverse à sa valeur maximale.
• Angle de vision (2θ_1/2) :20 degrés. C'est l'angle total pour lequel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Un angle de 20° indique un faisceau relativement étroit et focalisé, ce qui est bénéfique pour les applications de détection directionnelle.

3. Explication du système de classement (binning)

Le LTE-4208M utilise un seul paramètre de classement critique : l'Intensité Rayonnante. Les composants sont testés et triés en groupes (Classes A à G) en fonction de leur sortie mesurée au courant de test standard de 20mA. Ce système offre plusieurs avantages :

1. Cohérence de conception :Les ingénieurs peuvent sélectionner une classe spécifique pour garantir des niveaux de signal optique cohérents sur toutes les unités d'une série de production, améliorant l'uniformité du produit.
2. Appariement des performances :Lorsqu'il est utilisé avec un photodétecteur apparié, la sélection de classes d'émetteurs permet un contrôle plus précis de la sensibilité globale et de la plage dynamique du système de capteur optique.
3. Optimisation des coûts :Les applications avec des exigences de sensibilité moins strictes peuvent potentiellement utiliser des composants de classe inférieure (par exemple, Classe A, B), ce qui peut être plus économique.

La fiche technique n'indique pas de classement pour la tension directe ou la longueur d'onde pour ce modèle, suggérant un contrôle de processus serré sur ces paramètres ou qu'ils ne sont pas des facteurs de différenciation critiques pour ses applications cibles.

4. Analyse des courbes de performance

Les courbes caractéristiques typiques fournissent une vision visuelle du comportement du composant dans différentes conditions, ce qui est vital pour une conception de système robuste au-delà du point nominal de 25°C.

4.1 Distribution spectrale (Fig.1)

La courbe montre une distribution de type gaussienne centrée sur 940nm avec une FWHM d'environ 50nm. Ceci confirme la nature monochromatique de la sortie de la LED, ce qui est crucial pour filtrer les interférences de lumière ambiante dans les applications de détection. La forme de la courbe est typique d'une LED IR à base d'AlGaAs.

4.2 Courant direct vs. Température ambiante (Fig.2)

Cette courbe de déclassement est essentielle pour la gestion thermique. Elle montre que le courant direct continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante augmente. À 85°C (la température de fonctionnement maximale), le courant autorisé est nettement inférieur à la valeur nominale de 50mA à 25°C. Les concepteurs doivent utiliser ce graphique pour s'assurer que le courant de fonctionnement ne dépasse pas la courbe à la température ambiante maximale prévue du système.

4.3 Courant direct vs. Tension directe (Fig.3)

C'est la courbe I-V standard pour une diode. Elle montre la relation exponentielle entre le courant et la tension. La courbe permet aux concepteurs d'estimer la V_Fà des courants autres que la condition de test de 20mA, ce qui est important pour la conception de l'alimentation et les calculs d'efficacité.

4.4 Intensité rayonnante relative vs. Température ambiante (Fig.4)

Ce graphique illustre la dépendance de la sortie optique à la température. L'intensité rayonnante relative diminue lorsque la température augmente. Par exemple, à 85°C, la sortie peut n'être qu'environ 60-70% de sa valeur à 25°C. Ce coefficient de température négatif doit être pris en compte dans les systèmes conçus pour fonctionner sur une large plage de température pour éviter une perte de signal à haute température.

4.5 Intensité rayonnante relative vs. Courant direct (Fig.5)

Cette courbe montre que la sortie optique est à peu près proportionnelle au courant direct dans la plage de fonctionnement typique (par exemple, jusqu'à 50mA). Cependant, la relation n'est pas parfaitement linéaire, et l'efficacité (intensité rayonnante par mA) peut diminuer légèrement à des courants très élevés en raison d'effets thermiques accrus et d'autres non-idéalités au sein du semi-conducteur.

4.6 Diagramme de rayonnement (Fig.6)

Ce diagramme polaire définit visuellement l'angle de vision. L'intensité normalisée est tracée en fonction de l'angle par rapport à l'axe central (0°). Le tracé confirme le demi-angle de 20°, montrant une chute rapide de l'intensité au-delà d'environ ±10° par rapport au centre. Ce motif est caractéristique d'une LED avec une lentille en dôme simple, fournissant un faisceau focalisé adapté aux applications directionnelles.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions de contour

Le composant est conforme aux dimensions standard du boîtier traversant T-1 3/4. Les mesures clés incluent un diamètre de corps d'environ 5mm, un espacement typique des broches de 2,54mm (0,1") où les broches sortent du boîtier, et une longueur totale. Une protubérance maximale de la résine de 1,0mm sous la collerette est notée. Les broches sont généralement en alliage de cuivre étamé. Le boîtier comporte une lentille en époxy transparente et incolore.

5.2 Identification de la polarité

Pour les boîtiers traversants comme le T-1 3/4, la polarité est généralement indiquée par la longueur des broches (la broche la plus longue est typiquement l'anode, ou côté positif) et/ou par un méplat sur la collerette plastique près de la broche cathode (négative). Il convient de consulter le dessin de la fiche technique pour le marquage spécifique utilisé sur ce composant.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le respect des spécifications de soudure est critique pour éviter les chocs thermiques et les défaillances latentes.

• Soudure manuelle :Utiliser un fer à souder à température contrôlée. Limiter le temps de soudure par broche à 3-5 secondes à une température ne dépassant pas 350°C. Appliquer la chaleur sur la broche, pas sur le corps du boîtier.
• Soudure à la vague/Refusion :La condition spécifiée est de 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 4,0mm du corps du boîtier. Cela implique que le composant peut supporter les profils de refusion infrarouge ou par convection typiques, mais la masse thermique des broches doit être prise en compte pour s'assurer que le boîtier lui-même ne surchauffe pas.
• Nettoyage :Si un nettoyage est nécessaire après soudure, utiliser des solvants compatibles avec le matériau du boîtier époxy. Éviter le nettoyage par ultrasons sauf s'il est vérifié comme sûr pour le composant.
• Stockage :Stocker dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température spécifiée (-55°C à +100°C). Les composants sensibles à l'humidité doivent être conservés dans des sacs scellés avec un dessicant s'ils ne sont pas séchés avant utilisation.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Application typique : Détecteur de fumée

Dans un détecteur de fumée photodélectrique, le LTE-4208M est placé dans une chambre de sorte que son faisceau ne frappe pas directement le phototransistor apparié dans des conditions d'air clair. Lorsque des particules de fumée pénètrent dans la chambre, elles diffusent la lumière IR, provoquant la déviation d'une partie de celle-ci vers le phototransistor. L'augmentation résultante du courant du détecteur déclenche l'alarme. Pour cette application :

• Choisir une classe d'intensité rayonnante qui fournit un signal suffisant pour une détection de fumée fiable tout en minimisant la consommation d'énergie.
• Alimenter la LED avec un courant pulsé (par exemple, une impulsion courte et haute comme 100mA pendant 10μs) plutôt qu'en continu pour augmenter le signal de crête pour un meilleur rapport signal/bruit et réduire la consommation moyenne d'énergie, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie.
• Prendre en compte le déclassement en température de l'intensité rayonnante et du courant maximal, car les détecteurs peuvent être installés dans des combles ou d'autres environnements avec de fortes variations de température.

7.2 Considérations générales de conception

• Limitation de courant :Toujours utiliser une résistance série ou un pilote à courant constant pour limiter le courant direct. Ne jamais connecter la LED directement à une source de tension.
• Protection contre la tension inverse :Dans les circuits où des transitoires de tension inverse sont possibles (par exemple, charges inductives, branchement à chaud), envisager d'ajouter une diode de protection en parallèle avec la LED (cathode à anode) pour limiter toute tension inverse en dessous de 0,7V.
• Dissipation thermique :Pour un fonctionnement continu près du courant maximal nominal, considérer la conception du PCB. Fournir une zone de cuivre suffisante autour des broches aide à dissiper la chaleur.
• Conception optique :L'angle de vision étroit de 20° simplifie la conception optique pour la collimation mais nécessite un alignement mécanique minutieux avec le récepteur. Pour une couverture plus large, des diffuseurs ou des lentilles peuvent être nécessaires.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux LED IR génériques non classées, le principal facteur de différenciation du LTE-4208M est ses classes d'intensité rayonnante garanties, offrant des performances prévisibles. Comparé aux LED IR CMS (montage en surface), le boîtier traversant T-1 3/4 offre une puissance dissipée possible plus élevée en raison de sa masse thermique plus importante et de ses broches plus longues, permettant potentiellement des courants de commande continus ou pulsés plus élevés. Son boîtier transparent est avantageux par rapport aux boîtiers teintés ou diffusants lorsque la sortie lumineuse directe maximale et la définition du faisceau sont requises, bien qu'il n'offre pas de blindage inhérent contre la lumière visible.

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

Q : Puis-je alimenter cette LED avec 3A en continu puisque la valeur de crête est de 3A ?

R : Non. La valeur de 3A est pour des impulsions très courtes (10μs) sous un cycle de service spécifique. Le courant continu maximal est de 50mA. Le dépasser détruira rapidement le composant en raison d'une surchauffe.

Q : Pourquoi la tension inverse nominale n'est-elle que de 5V ?

R : Les LED infrarouges sont optimisées pour la conduction directe. La structure semi-conductrice n'est pas conçue pour résister à une polarisation inverse élevée. Assurez-vous toujours que le circuit empêche l'application d'une tension inverse.

Q : Comment choisir la bonne classe (A à G) ?

R : Sélectionnez en fonction de la force de signal requise par votre système au niveau du récepteur. Si votre circuit détecteur a un gain élevé et que vous devez minimiser la puissance, une classe inférieure (A, B) peut suffire. Pour des distances plus longues, des détecteurs moins sensibles, ou des systèmes nécessitant un rapport signal/bruit élevé, choisissez une classe supérieure (E, F, G). Il est recommandé de tester avec votre chemin optique spécifique.

Q : La tension directe est typiquement de 1,6V. Quelle résistance dois-je utiliser avec une alimentation de 5V pour 20mA ?

R : R = (V_supply- V_F) / I_F= (5V - 1,6V) / 0,020A = 170 Ohms. Utilisez la valeur standard la plus proche (par exemple, 180 Ohms) et vérifiez le courant réel : I_F= (5V - 1,6V) / 180 = ~18,9mA, ce qui est acceptable.

10. Étude de cas pratique de conception

Scénario :Conception d'un compteur d'objets à faible consommation, alimenté par batterie, pour un tapis roulant industriel. Le système utilise un capteur à barrière optique où le LTE-4208M fait face à un phototransistor LTR-3208 de part et d'autre du tapis.

Étapes de conception :

1. Objectif :Maximiser la durée de vie de la batterie tout en assurant une détection fiable de tous les objets.
2. Méthode de commande :Utiliser un fonctionnement pulsé. Le microcontrôleur génère une impulsion de 100Hz, avec un cycle de service de 10% (1ms ON, 9ms OFF).
3. Calcul du courant :Pour rester dans les limites de puissance moyenne, choisir un courant d'impulsion. Avec Pd=100mW et V_F~1,6V, le I_Fmoyen peut être ~62,5mA. Pour un cycle de service de 10%, le I_Fd'impulsion peut aller jusqu'à 625mA. Un courant d'impulsion prudent de 100mA est sélectionné pour un signal fort.
4. Sélection des composants :Choisir le LTE-4208M de la classe D ou E pour une bonne force de signal. Sélectionner le phototransistor apparié LTR-3208.
5. Circuit :Utiliser une broche GPIO du microcontrôleur pour commander un transistor (par exemple, BJT NPN ou MOSFET canal N) qui commute l'impulsion de 100mA à travers la LED. Une résistance série fixe le courant : R = (3,3V_GPIO- V_CE(sat)- V_F) / I_F. La sortie du phototransistor est connectée à un comparateur ou à l'ADC du microcontrôleur.
6. Considérations :Prendre en compte la lumière ambiante en synchronisant la détection avec l'impulsion de la LED (détection synchrone). Considérer les effets de la température sur l'intensité de sortie.

Cette approche réduit la consommation moyenne de courant à environ 10mA (100mA * 10%) au lieu d'un courant continu de 20-50mA, prolongeant considérablement la durée de vie de la batterie tout en maintenant une impulsion de lumière forte et détectable.

11. Principe de fonctionnement

Le LTE-4208M est une diode à jonction p-n semi-conductrice fabriquée à partir de matériaux comme l'Arséniure de Gallium-Aluminium (AlGaAs). Lorsqu'une tension directe dépassant l'énergie de bande interdite du matériau 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, ils libèrent de l'énergie. Dans une diode électroluminescente (LED), cette énergie est libérée principalement sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde (couleur) de la lumière émise est déterminée par l'énergie de bande interdite du matériau semi-conducteur. Pour l'AlGaAs réglé sur 940nm, l'énergie de bande interdite est d'environ 1,32 électron-volts (eV). Le boîtier en époxy transparent agit comme une lentille, façonnant le diagramme d'émission et fournissant une protection environnementale.

12. Tendances technologiques

La technologie des émetteurs infrarouges continue d'évoluer. Les tendances pertinentes pour des composants comme le LTE-4208M incluent :

• Efficacité accrue :La recherche en science des matériaux vise à améliorer l'efficacité énergétique (puissance optique sortie / puissance électrique entrée) des LED IR, réduisant la génération de chaleur et la consommation d'énergie pour la même sortie optique.
• Modulation à plus haute vitesse :Développement de LED capables de commutation plus rapide pour des applications en communication de données optiques (par exemple, IrDA, Li-Fi) et en détection à haute vitesse.
• Intégration :Tendance vers des assemblages optoélectroniques intégrés combinant l'émetteur, le détecteur, et parfois le circuit de commande dans un seul module, simplifiant la conception et améliorant l'alignement et la cohérence des performances.
• Longueurs d'onde alternatives :Expansion vers d'autres longueurs d'onde du proche infrarouge (par exemple, 850nm, 880nm) pour des applications spécifiques comme le suivi oculaire (où 940nm est préféré car moins visible) ou la compatibilité avec différentes sensibilités de détecteurs au silicium.
• Miniaturisation des boîtiers :Bien que les boîtiers traversants restent populaires pour les applications haute puissance ou haute fiabilité, il existe une forte tendance vers la technologie de montage en surface (CMS) pour l'assemblage automatisé et les conceptions à espace limité.

Le LTE-4208M, avec son boîtier T-1 3/4 éprouvé, sa haute puissance rayonnante et son classement rigoureux, représente une solution mature et fiable bien adaptée à ses applications principales, en particulier là où le montage traversant est préféré ou requis.