Fiche technique de la LED émettrice infrarouge LTE-4206C - Dimensions du boîtier - Tension directe 1,6V - Intensité rayonnante 7,67mW/sr - Longueur d'onde pic 940nm - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La LTE-4206C est un émetteur infrarouge (IR) miniature et économique, conçu pour les applications de détection optoélectronique et de communication. Sa fonction principale est d'émettre une lumière infrarouge avec une longueur d'onde pic de 940 nanomètres, invisible à l'œil nu mais détectable par des photodétecteurs appairés. Le composant est logé dans un boîtier plastique compact de type "end looking" de couleur transparente, le rendant adapté aux conceptions où l'espace est limité.

L'avantage principal de ce composant est son appairage mécanique et spectral avec la série de phototransistors LTR-4206. Cette paire pré-appairée simplifie l'intégration, garantit des performances optimales dans les couples émetteur-détecteur et réduit le temps de développement pour des applications comme la détection d'objets, la détection de proximité et les interrupteurs optiques. Ses gammes d'intensité sélectionnées permettent un tri (binning), offrant aux concepteurs des paramètres de performance constants.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance (Pd) :90 mW. C'est la puissance maximale que le composant peut dissiper sous forme de chaleur en fonctionnement continu à une température ambiante de 25°C.
• Courant direct continu (IF) :60 mA. Le courant continu maximal pouvant traverser la LED indéfiniment.
• Courant direct de crête :1 A. Ce courant élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées (300 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10 μs) et ne doit pas être dépassé.
• Tension inverse (VR) :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Plage de température de fonctionnement :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable.
• 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. Ceci est critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante (TA) de 25°C et définissent la performance typique du composant.

• Tension directe (VF) :Typiquement 1,6V à un courant de test (IF) de 20mA, avec un maximum de 1,2V. C'est la chute de tension aux bornes de la LED en fonctionnement.
• Courant inverse (IR) :Maximum 100 μA à une tension inverse (VR) de 5V. Ceci indique le courant de fuite lorsque le composant est polarisé en inverse.
• Longueur d'onde d'émission pic (λPic) :940 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle l'émetteur IR délivre son intensité rayonnante maximale.
• Demi-largeur spectrale (Δλ) :50 nm. Ce paramètre décrit la largeur de bande de la lumière émise, indiquant la distribution plus ou moins étroite des longueurs d'onde autour du pic.
• Angle de vision (2θ1/2) :20 degrés. Ceci définit l'étalement angulaire du rayonnement émis où l'intensité est la moitié de la valeur pic (Largeur à mi-hauteur).

3. Explication du système de tri (Binning)

La LTE-4206C est triée en différentes catégories de performance basées sur son intensité rayonnante et son incidence rayonnante sur l'ouverture. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants répondant à des exigences de sensibilité spécifiques pour leur application.

• BIN A :Incidence rayonnante sur l'ouverture (Ee) : 0,184 - 0,54 mW/cm² ; Intensité rayonnante (Ie) : 1,383 - 4,06 mW/sr.
• BIN B :Incidence rayonnante sur l'ouverture (Ee) : 0,36 - 0,78 mW/cm² ; Intensité rayonnante (Ie) : 2,71 - 5,87 mW/sr.
• BIN C :Incidence rayonnante sur l'ouverture (Ee) : 0,52 - 1,02 mW/cm² ; Intensité rayonnante (Ie) : 3,91 - 7,67 mW/sr.
• BIN D :Incidence rayonnante sur l'ouverture (Ee) : 0,68 mW/cm² (Min) ; Intensité rayonnante (Ie) : 5,11 mW/sr (Min).

Toutes les mesures sont effectuées à un courant direct (IF) de 20mA. Les catégories supérieures (C, D) indiquent généralement des composants de puissance de sortie plus élevée.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques illustrant 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 940nm et la demi-largeur spectrale de 50nm, illustrant la bande de lumière infrarouge émise.

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

C'est la courbe IV (Courant-Tension) standard pour une diode. Elle montre la relation exponentielle entre le courant et la tension. La tension directe typique de 1,6V à 20mA peut être vérifiée sur ce graphique. Cette courbe est essentielle pour concevoir le circuit de limitation de courant pour la LED.

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

Ce graphique démontre que la puissance optique de sortie (intensité rayonnante) est approximativement linéaire avec le courant direct sur une plage significative. Il aide les concepteurs à déterminer le courant d'attaque requis pour obtenir une sortie optique souhaitée.

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

Cette courbe est cruciale pour comprendre les effets thermiques. Elle montre que l'intensité rayonnante diminue lorsque la température ambiante augmente. Cette déclassement doit être pris en compte dans les applications fonctionnant à haute température pour garantir une puissance de signal suffisante au niveau du détecteur.

4.5 Diagramme de rayonnement (Fig. 6)

Ce tracé polaire représente visuellement l'angle de vision (2θ1/2 = 20°). Il montre la distribution spatiale de la lumière infrarouge émise, ce qui est important pour aligner l'émetteur avec son détecteur correspondant.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le composant utilise un boîtier plastique miniature de type "end looking". Les notes dimensionnelles clés incluent :

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

Le boîtier est décrit comme étant de "couleur transparente fumée", ce qui signifie généralement un plastique teinté et translucide qui laisse passer la lumière IR tout en offrant une certaine diffusion et une protection physique pour la puce semi-conductrice.

5.2 Identification de la polarité

Bien que non explicitement détaillée dans le texte fourni, les boîtiers standards de LED IR comme celui-ci ont généralement un côté plat ou une broche plus longue pour désigner la cathode. Le diagramme de la fiche technique montrerait ce marquage. La polarité correcte est essentielle pour éviter les dommages par polarisation inverse.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

La spécification clé pour l'assemblage est la température de soudure des broches : 260°C pendant un maximum de 5 secondes, mesurée à 1,6mm (0,063") du corps du boîtier. Cette valeur est cruciale pour prévenir les dommages thermiques pendant les procédés de soudure à la vague ou par refusion.

Considérations de conception :

• Dissipation thermique :Bien que généralement non requise pour les LED basse puissance, s'assurer que la conception du PCB ne piège pas une chaleur excessive autour du composant est une bonne pratique, surtout en fonctionnement proche des limites maximales.
• Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Comme tous les dispositifs semi-conducteurs, les émetteurs IR peuvent être sensibles aux décharges électrostatiques. Les précautions de manipulation ESD standard doivent être observées pendant l'assemblage.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Détection d'objet & Détection de proximité :Appairé avec le phototransistor LTR-4206, il peut détecter la présence ou l'absence d'un objet en interrompant le faisceau IR.
• Interrupteurs optiques & Encodeurs :Utilisé dans les encodeurs rotatifs ou linéaires pour détecter la position ou le mouvement à travers un disque ou une bande à motifs.
• Transmission de données IR :Peut être utilisé pour une communication sans fil à courte portée et faible débit de données (ex. signaux de télécommande, télémétrie de capteur) lorsqu'il est modulé.
• Détection de fumée :Dans certaines conceptions de détecteurs de fumée optiques, une paire LED IR et détecteur peut détecter la lumière diffusée par les particules de fumée.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Une LED est un dispositif piloté en courant. Une résistance série ou un pilote à courant constant est obligatoire pour fixer le courant de fonctionnement et prévenir l'emballement thermique. Calculez la valeur de la résistance en utilisant R = (Valim - VF) / IF.
• Alignement optique :L'angle de vision étroit de 20° nécessite un alignement mécanique précis entre l'émetteur et le détecteur pour une efficacité de couplage optimale.
• Immunité à la lumière ambiante :Puisqu'elle émet à 940nm, elle est moins sensible aux interférences de la lumière ambiante visible. Cependant, la lumière du soleil et d'autres sources IR puissantes (comme les ampoules à incandescence) peuvent contenir une énergie significative à 940nm et causer des interférences. Un filtrage optique sur le détecteur ou une modulation du signal de l'émetteur peut atténuer ceci.
• Déclassement thermique :Prenez en compte la diminution de la puissance de sortie avec l'augmentation de la température (comme montré Fig. 4) en prévoyant une marge de courant d'attaque suffisante ou en sélectionnant un composant de catégorie supérieure.

8. Comparaison et différenciation technique

La caractéristique différenciante principale de la LTE-4206C est son appairage mécanique et spectral explicite avec la série de phototransistors LTR-4206. Cela offre plusieurs avantages par rapport à la sélection séparée des composants émetteur et détecteur :

• Performance garantie :La paire est caractérisée ensemble, garantissant que la réponse spectrale du détecteur correspond bien au spectre d'émission de la LED pour une sensibilité maximale.
• Compatibilité mécanique :Les boîtiers sont conçus pour s'assembler dans des configurations de montage standard, simplifiant la conception mécanique.
• Solution économique :Fournit un bloc de construction optocoupleur fiable et pré-validé à faible coût grâce à son boîtier plastique miniature et sa fabrication en grande série.

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

Q : Quelle est la différence entre l'Intensité rayonnante (Ie) et l'Incidence rayonnante sur l'ouverture (Ee) ?

R : L'Intensité rayonnante (mW/sr) mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian), décrivant la concentration directionnelle de la lumière. L'Incidence rayonnante sur l'ouverture (mW/cm²) est la densité de puissance incidente sur une surface (comme un détecteur) à une distance spécifiée, qui dépend à la fois de l'intensité et de la distance/géométrie.

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

R : Non. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant. Par exemple, avec une alimentation de 5V, une VF de 1,6V et un IF souhaité de 20mA : R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170 Ohms. Une résistance standard de 180 Ohms serait appropriée.

Q : Pourquoi l'angle de vision est-il seulement de 20 degrés ?

R : Un angle de vision étroit concentre la lumière émise en un faisceau plus serré. Cela augmente l'intensité sur l'axe, permettant des distances de détection plus longues ou des courants d'attaque plus faibles, et améliore le rapport signal/bruit en réduisant la lumière diffusée. C'est idéal pour les paires émetteur-détecteur alignées.

Q : Comment choisir la bonne catégorie (A, B, C, D) ?

R : Le choix dépend des exigences de sensibilité de votre système et des marges de fonctionnement. Si votre détecteur a besoin d'un signal fort ou si le système fonctionne sur une large plage de température (où la sortie diminue), choisissez une catégorie supérieure (C ou D) pour plus de puissance de sortie. Pour des applications moins critiques ou à courte portée, une catégorie inférieure peut être suffisante et plus économique.

10. Cas pratique de conception

Scénario : Conception d'un capteur de présence de papier dans une imprimante.

Une utilisation courante est de détecter la présence de papier dans un bac. Un émetteur IR LTE-4206C et son phototransistor appairé LTR-4206 sont placés de part et d'autre du chemin du papier. Lorsqu'il n'y a pas de papier, la lumière IR atteint le détecteur, le faisant conduire. Lorsqu'une feuille de papier passe entre eux, elle bloque le faisceau IR, le détecteur cesse de conduire, et le microcontrôleur détecte ce changement, enregistrant la présence de papier.

Étapes de conception :

1. Conception du circuit :Pilotez la LED avec 20mA en utilisant un transistor de commutation contrôlé par le MCU, avec une résistance série pour limiter le courant. Connectez le phototransistor en configuration émetteur commun avec une résistance de tirage pour créer un signal de sortie numérique qui bascule en fonction de la lumière reçue.
2. Conception mécanique :Alignez précisément l'émetteur et le détecteur en utilisant les dimensions du boîtier, en assurant que le faisceau de 20° est dirigé vers la zone active du détecteur. Prévoyez un chemin optique propre.
3. Sélection des composants :Sélectionnez un émetteur de catégorie C ou D pour garantir qu'un signal fort atteigne le détecteur même si de la poussière s'accumule sur les lentilles avec le temps.
4. Logiciel :Implémentez une logique d'anti-rebond pour distinguer un vrai bord de papier d'une vibration ou de la poussière.

11. Principe de fonctionnement

Une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) fonctionne sur le principe de 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 à travers la jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie. Dans une LED IR, le matériau semi-conducteur (typiquement à base d'Arséniure de Gallium - GaAs) est choisi pour que cette énergie libérée corresponde à un photon dans le spectre infrarouge (autour de 940nm). L'intensité de la lumière émise est directement proportionnelle au taux de recombinaison des porteurs, qui est contrôlé par le courant direct (IF). Le boîtier transparent encapsule et protège la puce semi-conductrice tout en permettant aux photons infrarouges de s'échapper.

12. Tendances technologiques

La technologie des émetteurs infrarouges continue d'évoluer parallèlement aux tendances plus larges de l'optoélectronique. Il y a une constante poussée vers une efficacité plus élevée, permettant une plus grande puissance optique de sortie à des courants d'attaque plus faibles, ce qui réduit la consommation d'énergie du système et la génération de chaleur. La miniaturisation des boîtiers est une autre tendance clé, permettant l'intégration dans des appareils électroniques grand public et des dispositifs IoT toujours plus petits. De plus, il y a un développement vers un contrôle de longueur d'onde plus précis et des largeurs de bande spectrales plus étroites pour les applications nécessitant un filtrage spectral spécifique, comme dans la détection de gaz ou les environnements à fort bruit de lumière ambiante. L'intégration des émetteurs et détecteurs en modules de capteurs intelligents uniques avec un traitement du signal intégré est également un domaine en croissance, simplifiant la conception du système pour les utilisateurs finaux.