Fiche technique de la LED émettrice infrarouge LTE-4206 - Longueur d'onde 940nm - Courant direct 20mA - Tension directe 1,6V - Angle de vision 20° - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La LTE-4206 est un émetteur infrarouge (IR) miniature et économique, conçu pour les applications de détection optoélectronique et de communication. Sa fonction principale est d'émettre de la lumière infrarouge à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres (nm). Le composant est logé dans un boîtier plastique transparent à émission frontale, permettant une émission lumineuse efficace. Une caractéristique clé est son appairage mécanique et spectral avec les séries correspondantes de phototransistors, ce qui simplifie la conception des circuits récepteurs en garantissant une compatibilité des dimensions physiques et de la réponse spectrale.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Elles sont spécifiées à une température ambiante (T_A) de 25°C.

• Dissipation de puissance (P_D) :90 mW. C'est la puissance maximale que le composant peut dissiper sous forme de chaleur.
• Courant direct de crête (I_FP) :1 A. C'est le courant pulsé maximal autorisé, spécifié dans des conditions de 300 impulsions par seconde (pps) avec une largeur d'impulsion de 10 μs.
• Courant direct continu (I_F) :60 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 endommager la jonction de la LED.
• Plage de température de fonctionnement :-40°C à +85°C. Le fonctionnement du composant est garanti dans cette plage de température ambiante.
• Plage de température de stockage :-55°C à +100°C.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés à T_A=25°C et définissent les performances du composant dans des conditions de fonctionnement normales. Le courant direct (I_F) pour les tests des paramètres optiques est typiquement de 20mA.

• Éclairement énergétique d'ouverture (E_e) :Mesuré en mW/cm², c'est la puissance rayonnante par unité de surface incidente sur une surface. La valeur varie selon le classement (voir section 3).
• Intensité rayonnante (I_E) :Mesurée en mW/sr, c'est la puissance rayonnante émise par unité d'angle solide. C'est un paramètre clé pour caractériser la luminosité de la source IR. Les valeurs sont classées.
• Longueur d'onde d'émission pic (λ_pic) :940 nm (typique). 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 spectrale (Δλ) :50 nm (typique). Ce paramètre, également appelé Largeur à Mi-Hauteur (FWHM), indique la largeur de bande spectrale. Une valeur de 50 nm signifie que la lumière émise couvre une plage de longueurs d'onde d'environ 50 nm centrée sur le pic.
• Tension directe (V_F) :1,2 V (min), 1,6 V (typ) à I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit le courant spécifié.
• Courant inverse (I_R) :100 μA (max) à V_R=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque le composant est polarisé en inverse.
• 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 focalisé.

3. Explication du système de classement (Binning)

La LTE-4206 utilise un système de classement pour ses principaux paramètres de sortie optique, l'Éclairement énergétique d'ouverture (E_e) et l'Intensité rayonnante (I_E). Le classement est un procédé de fabrication qui trie les composants en groupes de performance pour garantir une cohérence dans une plage définie. Le composant est catégorisé en quatre classes : A, B, C et D.

• Classe A : E_e= 0,184 - 0,54 mW/cm² ; I_E= 1,383 - 4,06 mW/sr.
• Classe B : E_e= 0,36 - 0,78 mW/cm² ; I_E= 2,71 - 5,87 mW/sr.
• Classe C : E_e= 0,52 - 1,02 mW/cm² ; I_E= 3,91 - 7,67 mW/sr.
• Classe D : E_e= 0,68 mW/cm² (min) ; I_E= 5,11 mW/sr (min). Cette classe représente le groupe de sortie le plus élevé.

Ce système permet aux concepteurs de sélectionner une classe qui répond à leurs exigences spécifiques de sensibilité ou de portée pour une application donnée.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent le comportement du composant dans différentes conditions.

4.1 Distribution spectrale (Fig. 1)

Cette courbe montre 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. La forme de la courbe est typique d'une LED infrarouge GaAlAs.

4.2 Courant direct vs. Tension directe (Courbe IV) (Fig. 3)

Ce graphique trace I_Fen fonction de V_F. Il démontre la relation exponentielle caractéristique d'une diode. La courbe est essentielle pour concevoir le circuit de commande limitant le courant. La V_Ftypique de 1,6V à 20mA peut être vérifiée ici.

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

Ce tracé montre que la sortie optique (intensité rayonnante) est presque linéaire avec le courant direct sur une plage significative. Cette linéarité simplifie le contrôle ; augmenter le courant de commande augmente directement et de manière prévisible la puissance lumineuse.

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

Cette courbe cruciale illustre la dépendance de la sortie de la LED à la température. L'intensité rayonnante 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 (-40°C à +85°C) pour garantir une force de signal suffisante à haute température.

4.5 Diagramme de rayonnement (Fig. 6)

Il s'agit d'un diagramme polaire représentant la distribution spatiale de la lumière émise. Il confirme visuellement l'angle de vision de 20°, montrant comment l'intensité diminue aux angles éloignés de l'axe central (0°).

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

Le composant utilise un boîtier plastique miniature à émission frontale. Les notes dimensionnelles clés de la fiche technique incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres (pouces fournis entre parenthèses).
• La tolérance générale est de ±0,25 mm (±0,010") sauf indication contraire.
• La saillie maximale de la résine sous la collerette est de 1,0 mm (0,039").
• L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier.
• Le boîtier est clair et transparent.

(Note : Les dimensions numériques spécifiques d'un dessin ne sont pas fournies dans l'extrait de texte, mais incluraient typiquement le diamètre du corps, la longueur, le diamètre des broches et l'espacement).

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

La recommandation principale fournie concerne la soudure manuelle : les broches peuvent être soudées à 260°C pendant une durée maximale de 5 secondes, avec la chaleur appliquée à au moins 1,6 mm (0,063") du corps du boîtier plastique. Ceci afin d'éviter les dommages thermiques à la résine époxy. Pour la soudure à la vague ou par refusion, les profils standard pour LED IR doivent être suivis, en prêtant attention à la température de pic et au temps au-dessus du liquidus pour rester dans les limites thermiques du boîtier.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Détection d'objet & Détection de proximité :Appairé avec un phototransistor adapté (ex : série LTR-4206) en configuration réflexion ou barrière optique. Utilisé dans les imprimantes, photocopieurs, distributeurs automatiques et l'automatisation industrielle.
• Transmission de données infrarouge :Adapté aux liaisons de communication série courte portée et faible débit, aux télécommandes ou aux codeurs optiques.
• Détection de fumée :Utilisé dans les détecteurs de fumée à chambre optique.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Toujours utiliser une résistance série ou un pilote à courant constant pour limiter I_Fà la valeur souhaitée (ex : 20mA pour les performances spécifiées), ne jamais connecter directement à une source de tension.
• Gestion thermique :Prendre en compte la réduction de la sortie avec la température (Fig. 4). S'assurer que la dissipation de puissance (I_F* V_F) ne dépasse pas 90mW, en tenant compte des conditions ambiantes.
• Alignement optique :L'angle de vision de 20° nécessite un alignement minutieux avec le détecteur appairé pour un couplage de signal optimal, en particulier dans les configurations à barrière optique.
• Bruit électrique :Dans les applications de détection, moduler le courant de commande de la LED et utiliser une détection synchrone dans le circuit récepteur pour rejeter la lumière ambiante (ex : soleil, ampoules à incandescence) qui peut contenir des composantes IR à 940nm.

8. Comparaison et différenciation technique

Les principaux points de différenciation de la LTE-4206 sont sonappairage mécanique et spectralavec une série spécifique de phototransistors. Cela garantit que la zone active du récepteur et sa courbe de sensibilité spectrale sont parfaitement alignées avec le motif d'émission et la longueur d'onde de l'émetteur, maximisant l'efficacité du système et simplifiant la conception mécanique. Leboîtier transparentoffre une efficacité externe plus élevée par rapport aux boîtiers teintés ou diffusants. Lesystème de classementoffre une flexibilité dans le choix du niveau de sortie requis. Sonfaible coût et sa taille miniaturela rendent adaptée aux applications grand public et industrielles à grand volume et à espace limité.

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

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

R : 940nm se situe dans la plage du proche infrarouge, invisible à l'œil humain. C'est une longueur d'onde courante car elle évite les interférences de la lumière visible, de nombreux photodétecteurs au silicium (comme les phototransistors) ont une bonne sensibilité ici, et elle est moins sensible aux interférences de la lumière incandescente ambiante (qui culmine vers ~1000nm) par rapport aux LED à 850nm.

Q : Puis-je alimenter cette LED avec une alimentation 5V ?

R : Oui, mais vous DEVEZ utiliser une résistance de limitation de courant. Par exemple, pour obtenir I_F=20mA avec une V_Ftypique de 1,6V à partir d'une alimentation 5V : R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω. Utilisez la valeur standard la plus proche (ex : 180Ω) et vérifiez le courant réel.

Q : Que signifie "angle de vision" pour un émetteur ?

R : Il définit la largeur du faisceau. Un angle total de 20° signifie que la lumière émise est concentrée dans un cône relativement étroit. La moitié de l'intensité pic se trouve à ±10° de l'axe central. Un angle plus petit donne un faisceau plus focalisé pour une portée plus longue ou un alignement précis.

Q : Pourquoi la sortie est-elle classée ?

R : Les variations de fabrication entraînent de légères différences de puissance de sortie. Le classement trie les LED en groupes avec des sorties minimales et maximales garanties. Cela permet aux concepteurs de choisir une classe qui garantit le fonctionnement fiable de leur système, en connaissant la plage de performance exacte du composant.

10. Cas pratique de conception

Cas : Conception d'un capteur de détection de papier pour une imprimante.

Un capteur à barrière optique est nécessaire pour détecter la présence de papier. Une LTE-4206 (Classe C) est placée d'un côté du chemin du papier, et un phototransistor appairé LTR-4206 est placé directement en face.

1. Circuit de commande :La LED est commandée par une broche GPIO d'un microcontrôleur via une résistance de 180Ω pour régler I_Fà ~20mA lorsque la broche est à l'état haut (logique 3,3V ou 5V).
2. Modulation :Le microcontrôleur pulse la LED à 1kHz (cycle de service 50%) pour distinguer son signal de la lumière ambiante.
3. Circuit récepteur :Le collecteur du phototransistor est connecté à une résistance de rappel (pull-up). La tension au collecteur est lue par un ADC de microcontrôleur ou un comparateur.
4. Logique de détection :Lorsqu'il n'y a pas de papier, la lumière IR atteint le phototransistor, il conduit, tirant la tension du collecteur vers le bas. Lorsque le papier bloque le faisceau, le phototransistor se bloque, et la tension du collecteur monte. Le microcontrôleur échantillonne ce signal de manière synchrone pendant l'impulsion de la LED pour détecter le changement d'état.
5. Considérations :L'angle de vision de 20° garantit que le faisceau est suffisamment étroit pour être nettement interrompu par le bord du papier. Le choix de la Classe C fournit une intensité rayonnante suffisante pour générer un signal fort dans le récepteur, même en tenant compte de l'accumulation de poussière avec le temps.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant son seuil de conduction (environ 1,2V pour ce composant) est appliquée, des électrons et des trous sont injectés à travers la jonction. Ces porteurs de charge se recombinent, et pour cette composition matérielle spécifique (typiquement Arseniure de Gallium-Aluminium - GaAlAs), l'énergie libérée lors de la recombinaison se présente sous forme de photons d'une longueur d'onde centrée autour de 940 nm, qui est de la lumière infrarouge. L'intensité de la lumière émise est directement proportionnelle au taux de recombinaison, qui est contrôlé par le courant direct (I_F). Le boîtier époxy transparent agit comme une lentille, façonnant le faisceau de sortie selon l'angle de vision spécifié de 20°.

12. Tendances technologiques

Les tendances dans la technologie des émetteurs infrarouges incluent :

• Efficacité accrue :Développement de matériaux et de structures (ex : puits quantiques multiples) pour obtenir une intensité rayonnante (mW/sr) plus élevée pour le même courant de commande, réduisant la consommation d'énergie.
• Miniaturisation :Réduction continue de la taille des boîtiers (ex : boîtiers à l'échelle de la puce) pour permettre l'intégration dans des appareils plus petits comme les wearables et les capteurs ultra-compacts.
• Fiabilité améliorée & Fonctionnement à plus haute température :Améliorations des matériaux de boîtier et des technologies de fixation de la puce pour prolonger la durée de vie et permettre le fonctionnement dans des environnements plus sévères (ex : automobile, industrie).
• Solutions intégrées :Combinaison de l'émetteur IR, du pilote, et parfois d'un détecteur ou d'une logique dans un module ou un circuit intégré unique pour simplifier la conception du système et réduire l'encombrement.
• Multi-longueurs d'onde & VCSEL :Utilisation de lasers à émission par la surface à cavité verticale (VCSEL) pour les applications nécessitant des motifs lumineux très précis, à haute vitesse ou structurés, comme dans la détection de proximité avancée, l'imagerie 3D (Time-of-Flight) et la reconnaissance faciale.

La LTE-4206 représente une solution mature et économique pour les besoins standards de détection infrarouge, tandis que les technologies plus récentes répondent aux demandes de performances supérieures, d'intégration et d'applications spécialisées.