Fiche technique LTE-2872U - Émetteur IR - Boîtier 5mm - Tension directe 1,6V - Longueur d'onde 940nm - Documentation Technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-2872U est une diode émettrice infrarouge (IR) haute performance conçue pour un fonctionnement fiable dans les applications de détection. Sa fonction principale est d'émettre une lumière infrarouge à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres, invisible à l'œil nu mais idéale pour les systèmes de détection électronique. L'application principale mise en avant dans la fiche technique est celle des détecteurs de fumée, pour laquelle le composant possède une homologation UL, soulignant sa fiabilité et sa sécurité pour les équipements critiques de protection des personnes. Le dispositif est proposé dans un boîtier plastique transparent à faible coût, offrant un diagramme de rayonnement étroit qui améliore la directivité et la précision de détection.

1.1 Avantages clés et marché cible

Les principaux avantages de la série LTE-2872U découlent de ses choix de conception spécifiques. Elle est appairée mécaniquement et spectralement avec les phototransistors de la série LTR-3208, garantissant des performances optimales dans les paires émetteur-détecteur couramment utilisées dans les capteurs à fente (par exemple, pour la détection de papier dans les imprimantes, la détection d'objets). Cet appariement simplifie la conception et améliore l'intégrité du signal. La caractéristique de faisceau étroit augmente l'intensité sur une zone plus petite, améliorant le rapport signal/bruit dans les systèmes alignés. L'utilisation d'une couche fenêtre en Arseniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs) sur un substrat d'Arseniure de Gallium (GaAs) est une technologie standard pour une émission IR efficace. Le marché cible principal est l'électronique industrielle et grand public nécessitant une détection infrarouge robuste et économique, avec une niche certifiée dans les systèmes de détection de fumée.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

La fiche technique fournit les valeurs maximales absolues et des caractéristiques électriques/optiques détaillées, essentielles pour la conception des circuits et l'évaluation de la fiabilité.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Le dispositif peut dissiper jusqu'à 250 mW de puissance. Le courant direct continu est nominalement de 150 mA, tandis qu'un courant direct de crête beaucoup plus élevé de 3 A est autorisé en conditions pulsées (300 pps, largeur d'impulsion 10 µs), ce qui est utile pour générer de courtes impulsions de haute intensité. La tension inverse maximale est de 5 V, indiquant une tolérance limitée du diode à la polarisation inverse. La plage de température de fonctionnement est de -40°C à +85°C, et le stockage peut se faire de -55°C à +100°C, le rendant adapté aux environnements sévères. La température de soudure des broches est spécifiée à 260°C pendant 5 secondes à une distance de 1,6 mm du corps du boîtier, fournissant des directives pour les procédés d'assemblage.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Les paramètres sont testés à un courant direct standard (I_F) de 20 mA et une température ambiante (T_A) de 25°C. La tension directe (V_F) varie typiquement de 1,2 V à 1,6 V. Le courant inverse (I_R) est au maximum de 100 µA à une tension inverse (V_R) de 5 V. La longueur d'onde d'émission pic (λ_Pic) est de 940 nm, et la largeur de bande spectrale (Δλ), définie comme la demi-largeur, est de 50 nm. L'angle de vision (2θ_1/2) est de 16 degrés, confirmant la spécification de faisceau étroit.

3. Explication du système de classement (Binning)

Le LTE-2872U utilise un système de classement rigoureux pour sa puissance rayonnante, crucial pour les applications nécessitant des performances optiques constantes. Deux paramètres clés sont classés : l'Éclairement énergétique (E_e, en mW/cm²) et l'Intensité énergétique (I_E, en mW/sr).

3.1 Classement de la puissance rayonnante

La fiche technique liste plusieurs classes (A, B, C, D1, D2, D3, D4) pour E_eet I_E. Les classes représentent des plages triées de puissance optique. Par exemple, la Classe A pour l'Intensité énergétique a une plage typique de 3,31 à 7,22 mW/sr, tandis que la Classe D4 commence à partir de 17,17 mW/sr. Cela permet aux concepteurs de sélectionner un composant avec le niveau de sortie précis requis pour leur application, garantissant une force de signal adéquate sans sur-spécification. Les numéros de classe plus élevés correspondent généralement à des dispositifs plus efficaces ou à plus fort rendement. Les concepteurs doivent consulter les codes de classe spécifiques lors de la commande pour garantir les performances requises.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut plusieurs courbes caractéristiques typiques illustrant le comportement du dispositif dans différentes conditions.

4.1 Distribution spectrale

La Figure 1 montre la distribution spectrale, avec un pic net à 940 nm et la demi-largeur de 50 nm mentionnée précédemment. Cette courbe est vitale pour assurer la compatibilité avec la sensibilité spectrale du détecteur appairé (comme le LTR-3208).

4.2 Courant direct vs Tension directe

La Figure 3 représente la caractéristique IV (Courant-Tension). Elle 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, essentielle pour concevoir le circuit de limitation de courant.

4.3 Intensité énergétique relative vs Courant direct

La Figure 5 montre que la sortie optique (intensité énergétique) est presque linéaire avec le courant direct dans la plage de fonctionnement typique. Cette linéarité simplifie la modulation et le contrôle de la sortie lumineuse.

4.4 Intensité énergétique relative vs Température ambiante

La Figure 4 est cruciale pour comprendre les effets thermiques. Elle montre que l'intensité énergétique diminue lorsque la température ambiante augmente. Cette déclassement doit être pris en compte dans les conceptions destinées à fonctionner sur toute la plage de température, en particulier près de la limite supérieure (+85°C), pour garantir une marge de signal suffisante.

4.5 Diagramme de rayonnement

La Figure 6 fournit un diagramme de rayonnement polaire, confirmant visuellement l'angle de vision de 16 degrés. Le diagramme montre la distribution angulaire de la lumière infrarouge émise, importante pour l'alignement optique et la compréhension de la zone de détection effective.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif utilise un boîtier radial à broches standard de 5 mm (souvent appelé T-1¾). Les dimensions clés incluent le diamètre du corps, l'écartement des broches et la longueur totale. Le dessin spécifie que l'écartement des broches est mesuré là où elles sortent du boîtier. Une protubérance maximale de résine sous la collerette est notée à 1,5 mm. Toutes les dimensions ont une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire.

5.2 Identification de la polarité

Pour un émetteur IR standard dans ce boîtier, la broche la plus longue est typiquement l'anode (positive), et la broche la plus courte est la cathode (négative). Le côté plat sur le bord du boîtier peut également indiquer le côté cathode. Les concepteurs doivent vérifier ceci lors de l'assemblage pour éviter une connexion inverse.

6. Directives de soudure et d'assemblage

La fiche technique fournit des instructions spécifiques pour la soudure afin de prévenir les dommages thermiques à la jonction semi-conductrice et au boîtier plastique.

6.1 Soudure manuelle ou à la vague

La valeur maximale absolue spécifie que les broches peuvent être soudées à 260°C pendant un maximum de 5 secondes, à condition que le point de soudure soit à au moins 1,6 mm (.063\") du corps du boîtier. Cette distance permet à la chaleur de se dissiper le long de la broche avant d'atteindre les composants sensibles à l'intérieur du boîtier. L'utilisation d'une pince dissipatrice sur la broche entre le joint de soudure et le corps est une pratique recommandée.

6.2 Conditions de stockage

Bien que non explicitement détaillées au-delà de la plage de température de stockage (-55°C à +100°C), il est de pratique courante de stocker les dispositifs sensibles à l'humidité dans un environnement sec ou dans des sacs scellés barrière à l'humidité avec dessiccant pour éviter l'effet \"pop-corn\" pendant le soudage par refusion, bien que ce composant soit principalement destiné à l'assemblage traversant.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Détecteurs de fumée :L'homologation UL en fait un choix de premier plan. Il est utilisé dans les détecteurs de fumée photodélectriques où les particules de fumée diffusent le faisceau IR de l'émetteur vers un photodétecteur.
• Détection d'objet/fente :Appairé avec un phototransistor adapté (par exemple, LTR-3208) de part et d'autre d'une fente pour détecter la présence ou l'absence d'un objet (papier dans une imprimante, pièce dans un distributeur automatique).
• Détection de proximité :Utilisé dans les systèmes où la lumière IR réfléchie est détectée pour évaluer la distance ou la présence.
• Automatisation industrielle :Pour le comptage, le positionnement et les rideaux de sécurité à faisceau coupé.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Toujours utiliser une résistance en série pour limiter le courant direct à la valeur souhaitée (par exemple, 20 mA pour les mesures de spécifications). Calculer la valeur de la résistance en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F.
• Gestion thermique :Prendre en compte la diminution de la sortie avec la température (voir Fig. 4). Pour un fonctionnement à haute température ou à courant élevé, s'assurer que la dissipation de puissance (I_F* V_F) ne dépasse pas 250 mW et considérer le déclassement.
• Alignement optique :Le faisceau étroit de 16 degrés nécessite un alignement mécanique précis avec le détecteur pour une force de signal optimale.
• Bruit électrique :Pour un fonctionnement pulsé, s'assurer d'un circuit de commande rapide et envisager un blindage pour empêcher les interférences électromagnétiques d'affecter les circuits du détecteur sensible.

8. Comparaison et différenciation technique

Bien qu'une comparaison directe avec des concurrents ne figure pas dans la fiche technique, les principaux points de différenciation du LTE-2872U peuvent être déduits. Son avantage principal est l'appariement garanti avec la série de phototransistors LTR-3208, réduisant l'incertitude de conception. La disponibilité de plusieurs classes de sortie permet une optimisation coût-performance. L'angle de vision étroit est une caractéristique spécifique que l'on ne trouve pas dans tous les émetteurs IR ; les émetteurs à angle plus large fournissent moins d'intensité à un point spécifique mais couvrent une zone plus grande. La certification UL pour les détecteurs de fumée est une qualification significative que ne possèdent pas toutes les LED IR, ouvrant la porte à un marché réglementé.

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

Q1 : Quel est l'objectif des différentes classes (A, B, C, D1, etc.) ?
R1 : Les classes catégorisent les LED en fonction de leur puissance rayonnante mesurée (intensité). Cela vous permet de sélectionner un composant qui répond de manière fiable au rendement minimal requis pour votre application. Utiliser une classe supérieure garantit un signal plus fort mais peut coûter légèrement plus cher.

Q2 : Puis-je alimenter cette LED directement avec une alimentation 5V ?
R2 : Non. La tension directe typique est de 1,2-1,6 V. La connecter directement à 5V provoquerait un courant excessif, détruisant la LED. Vous devez toujours utiliser une résistance de limitation de courant en série.

Q3 : Pourquoi la sortie diminue-t-elle à des températures plus élevées ?
R3 : C'est une caractéristique fondamentale des sources lumineuses semi-conductrices. L'augmentation de la température accroît la recombinaison non radiative au sein du matériau semi-conducteur, réduisant l'efficacité de la génération de lumière (électroluminescence).

Q4 : Que signifie \"apparié spectralement\" ?
R4 : Cela signifie que la longueur d'onde d'émission pic de l'émetteur (940 nm) correspond étroitement à la longueur d'onde de sensibilité spectrale pic du phototransistor détecteur spécifié. Cela maximise la quantité de lumière émise que le détecteur peut \"voir\" et convertir en signal électrique.

10. Étude de cas de conception pratique

Scénario : Conception d'un capteur de fin de papier pour une imprimante.Une application courante consiste à détecter l'absence de papier dans un bac. Un émetteur IR LTE-2872U est placé d'un côté du chemin de papier, et un phototransistor LTR-3208 est placé directement en face. Lorsque le papier est présent, il bloque le faisceau IR, et la sortie du phototransistor est basse (ou haute, selon la configuration du circuit). Lorsque le papier est absent, le faisceau atteint le détecteur, changeant son état de sortie.Étapes de conception :1) Choisir une classe appropriée (par exemple, Classe C) pour une marge de signal suffisante. 2) Concevoir le circuit de commande : Utiliser une broche GPIO d'un microcontrôleur. Avec une alimentation de 3,3 V et un I_Fcible de 20 mA, calculer R = (3,3 V - 1,4 V) / 0,02 A = 95 Ω. Utiliser une résistance standard de 100 Ω. 3) Concevoir le circuit du détecteur : Connecter le phototransistor en configuration émetteur commun avec une résistance de rappel pour créer un signal numérique. 4) Concevoir mécaniquement le support pour assurer un alignement précis de l'émetteur et du détecteur de part et d'autre du chemin de papier, en utilisant le faisceau étroit de 16 degrés pour une détection de bord précise.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Le LTE-2872U est une diode électroluminescente (LED) qui fonctionne dans le spectre infrarouge. Son principe de base est l'électroluminescence dans une 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, ils libèrent de l'énergie. Dans ce système matériel spécifique (GaAlAs/GaAs), l'énergie libérée correspond à un photon d'une longueur d'onde d'environ 940 nm, qui se situe dans la région du proche infrarouge. Le faisceau étroit est obtenu grâce à la géométrie de la puce semi-conductrice et à l'effet de lentille du dôme en plastique transparent, qui collimate la lumière émise.

12. Tendances technologiques et contexte

Les émetteurs infrarouges comme le LTE-2872U sont basés sur une technologie semi-conductrice III-V mature. Les tendances dans le domaine incluent le développement d'émetteurs à différentes longueurs d'onde (par exemple, 850 nm pour certaines caméras de surveillance, 1050 nm pour les applications sans danger pour les yeux) et avec des puissances de sortie et des efficacités plus élevées. Il y a également une évolution vers les boîtiers CMS (Composants Montés en Surface) pour l'assemblage automatisé, bien que les boîtiers traversants comme ce type 5 mm restent populaires pour le prototypage, la réparation et les applications nécessitant une gestion de puissance plus élevée ou un assemblage manuel plus simple. Le principe des paires émetteur-détecteur appariées reste fondamental pour une détection optoélectronique fiable. L'intégration de l'émetteur, du pilote et parfois du détecteur dans un module unique est une autre tendance, simplifiant la conception du système pour les utilisateurs finaux.