Diode Émettrice Infrarouge (IR) 5mm Boîtier Transparent - Dimensions 5mm de Diamètre - Tension Directe 1.8V - Intensité Rayonnante 4.81mW/sr - Fiche Technique FR

1. Vue d'ensemble du Produit

Ce document détaille les spécifications d'une diode électroluminescente (LED) infrarouge (IR) haute puissance et miniature, logée dans un boîtier plastique transparent. Le dispositif est un émetteur à visée frontale conçu pour des applications nécessitant un éclairage infrarouge fiable. Sa fonction principale est de convertir un courant électrique en rayonnement infrarouge, typiquement pour une utilisation dans les systèmes de détection, de captage et de communication où il est souvent associé à un photodétecteur compatible.

2. Analyse Approfondie des Paramètres Techniques

2.1 Caractéristiques Maximales Absolues

Le dispositif est conçu pour fonctionner de manière fiable dans les limites environnementales et électriques spécifiées. Dépasser ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Dissipation de Puissance :150 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper en toute sécurité sous forme de chaleur dans toute condition de fonctionnement.
• Courant Direct de Crête :2 A. C'est le courant pulsé maximal autorisé, spécifié dans des conditions de 300 impulsions par seconde avec une largeur d'impulsion de 10 microsecondes. Il est nettement supérieur au courant continu nominal, permettant de brèves impulsions lumineuses de haute intensité.
• Courant Direct Continu :100 mA. C'est le courant continu maximal qui peut être appliqué à la LED indéfiniment sans risque d'endommagement.
• Tension Inverse :5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à cette valeur peut entraîner la rupture de la jonction semi-conductrice.
• Plage de Température de Fonctionnement :-40°C à +85°C. Le fonctionnement du dispositif est garanti dans cette plage de température ambiante.
• Plage de Température de Stockage :-55°C à +100°C. Le dispositif peut être stocké sans fonctionnement dans cette plage de température plus large.
• Température de Soudure des Broches :260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6mm du corps du boîtier. Ceci définit la tolérance au profil thermique pour les processus d'assemblage.

2.2 Caractéristiques Électriques & Optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante standard de 25°C et définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales. La condition de test pour la plupart des paramètres optiques est un courant direct (I_F) de 20 mA.

• Éclairement Énergétique à l'Ouverture (E_e) :0,64 mW/cm² (Min). Ceci mesure la puissance rayonnante par unité de surface à l'ouverture de l'émetteur. C'est un paramètre clé pour les applications où l'émetteur est placé près d'un détecteur.
• Intensité Rayonnante (I_E) :4,81 mW/sr (Min). C'est la puissance rayonnante émise par unité d'angle solide (stéradian). C'est la mesure principale de la "luminosité" de sortie de la LED dans le spectre infrarouge et elle est cruciale pour calculer l'éclairement à distance.
• Longueur d'Onde d'Émission de Crête (λ_Crête) :880 nm (Typ). Le dispositif émet de la lumière infrarouge centrée autour de cette longueur d'onde. Celle-ci se situe dans la région du proche infrarouge (NIR), invisible à l'œil nu mais facilement détectée par les photodétecteurs au silicium.
• Demi-Largeur de Raie Spectrale (Δλ) :50 nm (Max). Ceci spécifie la plage de longueurs d'onde sur laquelle la puissance optique émise est au moins la moitié de sa valeur de crête. Une valeur de 50 nm indique une sortie spectrale modérément large, typique des LED IR standard.
• Tension Directe (V_F) :1,3 V (Min), 1,8 V (Max) à I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED en fonctionnement. Elle est essentielle pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Courant Inverse (I_R) :100 µA (Max) à V_R=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque le dispositif est polarisé en inverse.
• Angle de Vision (2θ_1/2) :40° (Typ). C'est l'angle total pour lequel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Un angle de 40° fournit un faisceau large, adapté aux applications nécessitant une couverture de zone étendue.

3. Analyse des Courbes de Performance

La fiche technique fournit plusieurs représentations graphiques du comportement du dispositif dans différentes conditions.

3.1 Distribution Spectrale

La courbe de sortie spectrale (Fig. 1) montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme l'émission de crête à environ 880 nm avec une courbe caractéristique en forme de cloche, qui s'atténue de chaque côté. La demi-largeur peut être estimée visuellement à partir de ce graphique.

3.2 Courant Direct vs Tension Directe

La courbe I-V (Fig. 3) illustre la relation non linéaire entre la tension directe appliquée et le courant résultant. Elle montre la caractéristique exponentielle typique d'allumage d'une diode. La plage spécifiée de V_F à 20mA peut être vérifiée sur cette courbe.

3.3 Intensité Rayonnante Relative vs Courant Direct

Cette courbe (Fig. 5) démontre comment la puissance optique de sortie augmente avec le courant d'attaque. Elle est généralement linéaire sur une plage significative mais peut présenter une saturation ou une baisse d'efficacité à des courants très élevés. Ce graphique est crucial pour déterminer le courant d'attaque requis pour atteindre un niveau de sortie souhaité.

3.4 Intensité Rayonnante Relative vs Température Ambiante

La courbe de dépendance à la température (Fig. 4) montre que la puissance de sortie d'une LED diminue lorsque la température de jonction augmente. C'est une caractéristique fondamentale des sources lumineuses semi-conductrices. Le graphique permet aux concepteurs de déclasser la sortie attendue pour les environnements de fonctionnement à haute température.

3.5 Diagramme de Rayonnement

Le diagramme de rayonnement polaire (Fig. 6) fournit une représentation visuelle de l'angle de vision. Il trace l'intensité relative en fonction de l'angle par rapport à l'axe central, montrant clairement le demi-angle de 40° où l'intensité tombe à 50%.

4. Informations Mécaniques & de Conditionnement

4.1 Dimensions du Boîtier

Le dispositif utilise un boîtier plastique transparent standard de 5mm de diamètre, à visée frontale (souvent appelé boîtier T-1 3/4). Les notes dimensionnelles clés incluent :

• Toutes les dimensions sont fournies en millimètres avec des équivalents en pouces.
• Une tolérance standard de ±0,25mm s'applique sauf indication contraire.
• La saillie maximale de la résine sous la collerette est de 1,5mm.
• L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier.

Le boîtier est transparent, permettant à la lumière infrarouge de passer avec une absorption minimale. Les broches sont typiquement en alliage de cuivre étamé.

4.2 Identification de la Polarité

Pour ce style de boîtier, la broche la plus longue désigne typiquement l'anode (connexion positive), et la broche la plus courte désigne la cathode (connexion négative). De plus, le boîtier peut avoir un méplat sur le bord près de la broche cathode. La polarité correcte doit être respectée pour que le dispositif émette de la lumière.

5. Recommandations de Soudure & d'Assemblage

La caractéristique maximale absolue pour la soudure des broches est de 260°C pendant une durée de 5 secondes, mesurée à 1,6mm du corps du boîtier. Cette valeur est destinée aux processus de soudure manuelle ou à la vague.

• Soudure par Reflow :Bien que non explicitement spécifié pour le reflow, la limite de 260°C suggère qu'il peut tolérer certains profils de reflow. Cependant, un profil avec une température de pic plus basse (par exemple, 245°C) et des rampes contrôlées est fortement recommandé pour minimiser la contrainte thermique sur le boîtier plastique et les liaisons internes.
• Précautions Générales :Évitez les contraintes mécaniques excessives sur les broches. Ne pliez pas les broches à la racine du boîtier. Utilisez un dissipateur thermique approprié pendant la soudure si nécessaire.
• Conditions de Stockage :Stockez dans un environnement sec et anti-statique dans la plage de température spécifiée (-55°C à +100°C) pour éviter l'absorption d'humidité et d'autres dégradations.

6. Suggestions d'Application

6.1 Scénarios d'Application Typiques

Cet émetteur IR est bien adapté à une variété d'applications optoélectroniques, notamment :

• Détection & Captage d'Objets :Utilisé dans les capteurs de proximité, les compteurs d'objets et les systèmes de détection de niveau, souvent associé à un phototransistor comme la série LTR-3208 mentionnée pour former un interrupteur optique ou un capteur réfléchissant.
• Systèmes de Télécommande :Servant d'émetteur dans les télécommandes infrarouges pour l'électronique grand public.
• Liaisons de Données Optiques :Permettant une communication de données série sans fil à courte portée.
• Systèmes de Sécurité :Utilisé pour l'éclairage infrarouge des caméras de vision nocturne ou comme partie des faisceaux de détection d'intrusion.

6.2 Considérations de Conception

• Limitation de Courant :Une LED est un dispositif piloté par courant. Utilisez toujours une résistance de limitation de courant en série ou un circuit d'attaque à courant constant pour éviter de dépasser le courant direct continu maximal, d'autant plus que la tension directe a une plage (1,3V-1,8V).
• Gestion Thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, un fonctionnement à des courants continus élevés ou dans des températures ambiantes élevées réduira la sortie et la durée de vie. Assurez une ventilation adéquate si nécessaire.
• Appariement Optique :La fiche technique note que le dispositif est apparié mécaniquement et spectralement à des phototransistors spécifiques. L'utilisation du détecteur recommandé garantit une sensibilité optimale à la longueur d'onde de crête de 880nm et un alignement physique dans les modules assemblés.
• Protection du Circuit :Envisagez d'ajouter une protection contre les pointes de tension inverse ou les décharges électrostatiques (ESD), car la tension inverse maximale n'est que de 5V.

7. Comparaison & Différenciation Technique

Les caractéristiques clés qui différencient cet émetteur IR incluent :

• Gammes d'Intensité Sélectionnées :Les dispositifs sont triés ou sélectionnés pour répondre à des spécifications d'intensité rayonnante spécifiques, assurant une cohérence en production.
• Haute Puissance de Sortie :L'intensité rayonnante minimale de 4,81 mW/sr à 20mA est compétitive pour un boîtier 5mm standard, offrant une bonne force de signal.
• Large Angle de Vision (40°) :Fournit une couverture large, ce qui est avantageux pour la détection de proximité et la détection réfléchissante où l'alignement est moins critique.
• Boîtier Transparent :Contrairement aux boîtiers teintés ou diffusants, la lentille transparente maximise la sortie lumineuse frontale et est neutre vis-à-vis de la couleur de la lumière émise, ce qui est idéal pour les applications IR.
• Apparié à une Série de Détecteurs :Cela simplifie la conception et l'approvisionnement pour les systèmes utilisant le phototransistor apparié, garantissant une compatibilité optique et mécanique.

8. Questions Fréquemment Posées (Basées sur les Paramètres Techniques)

8.1 Quelle valeur de résistance dois-je utiliser avec une alimentation de 5V ?

En utilisant la Loi d'Ohm (R = (V_alimentation- V_F) / I_F) et en supposant un I_Fcible de 20mA, la valeur de la résistance dépend de la V_Fréelle. Pour une conception au pire cas garantissant que le courant ne dépasse jamais 20mA, utilisez la V_Fminimale (1,3V). R = (5V - 1,3V) / 0,02A = 185 Ohms. La valeur standard la plus proche est 180 Ohms. Cela fournit un courant maximal de ~20,6mA, ce qui est sûr. Puissance nominale : P = I²R = (0,02)² * 180 = 0,072W, donc une résistance de 1/8W ou 1/4W est suffisante.

8.2 Puis-je le piloter directement avec une broche de microcontrôleur ?

Typiquement, non. La plupart des broches GPIO des microcontrôleurs ont une limite de source/puits de courant de 20-40mA, ce qui est à la limite du point de fonctionnement de cette LED. Même si c'est dans la limite, la tension de sortie de la broche chutera sous charge, rendant le contrôle du courant imprécis. Il est toujours recommandé d'utiliser un transistor (par exemple, BJT NPN ou MOSFET à canal N) comme interrupteur piloté par la broche du microcontrôleur pour contrôler le courant de la LED indépendamment.

8.3 Comment la température affecte-t-elle les performances ?

Comme le montre la Fig. 4, l'intensité rayonnante relative diminue lorsque la température ambiante augmente. À +85°C, la sortie peut n'être que de 60 à 80% de sa valeur à 25°C. Inversement, à très basses températures, la sortie peut être plus élevée. Ceci doit être pris en compte dans les calculs de sensibilité du système, en particulier pour les applications extérieures ou à haute fiabilité. La tension directe (V_F) a également un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'elle diminue légèrement lorsque la température augmente.

8.4 Quelle est la différence entre l'Éclairement Énergétique et l'Intensité Rayonnante ?

L'Intensité Rayonnante (I_E, mW/sr)est une mesure angulaire de la puissance — elle décrit la quantité de puissance émise dans une direction spécifique (par stéradian). Elle est indépendante de la distance.L'Éclairement Énergétique à l'Ouverture (E_e, mW/cm²)est une mesure surfacique de la densité de puissance — elle décrit la quantité de puissance traversant une unité de surface à l'ouverture de la source. E_eest plus pertinent pour les applications à très courte portée où le détecteur est essentiellement à la surface de l'émetteur, tandis que I_Eest utilisée avec la loi de l'inverse du carré pour calculer l'éclairement énergétique à distance.

9. Étude de Cas de Conception & d'Utilisation

Scénario : Conception d'un Compteur de Feuilles de Papier pour une Imprimante.

Un capteur interrupteur optique est nécessaire pour compter les feuilles de papier passant dans un mécanisme d'imprimante. Un support en U maintient l'émetteur IR d'un côté et un phototransistor apparié de l'autre. Lorsqu'aucun papier n'est présent, la lumière IR de l'émetteur frappe directement le détecteur, le faisant conduire. Lorsqu'une feuille de papier passe dans l'espace, elle bloque le faisceau IR, provoquant une chute de la conduction du détecteur.

Justification du Choix des Composants :

• Cet émetteur IR est choisi pour sahaute intensité rayonnante (4,81 mW/sr min), assurant qu'un signal fort peut atteindre le détecteur même si l'alignement du support n'est pas parfait ou si de la poussière s'accumule.
• Lelarge angle de vision de 40°est bénéfique car il offre une tolérance pour les légers désalignements mécaniques entre l'émetteur et le détecteur logés dans les bras séparés du support en U.
• Sonappariement spectral avec le phototransistor LTR-3208garantit que le détecteur est le plus sensible à la longueur d'onde de 880nm émise, maximisant le rapport signal/bruit.
• Leboîtier transparentest idéal car il n'atténue pas inutilement la lumière IR.

Mise en Œuvre du Circuit :L'émetteur est piloté par une source de courant constant de 20mA pour une sortie stable. Le phototransistor est connecté dans une configuration émetteur commun avec une résistance de tirage. Un comparateur ou une broche ADC de microcontrôleur surveille la tension au collecteur du phototransistor. Une feuille de papier qui passe provoque une transition de tension distincte, qui est comptée par le firmware du microcontrôleur.

10. 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 le potentiel interne de la jonction est appliquée, les électrons de la région n sont injectés à travers la jonction dans la région p, et les trous de la région p sont injectés dans la région n. Ces porteurs minoritaires injectés (électrons dans la région p, trous dans la région n) se recombinent avec les porteurs majoritaires. Dans un matériau semi-conducteur à bande interdite directe comme l'Arséniure de Gallium (GaAs) ou des composés similaires utilisés pour l'émission IR, une partie significative de ces recombinaisons estradiative.

Lors de la recombinaison radiative, l'énergie de la paire électron-trou qui se recombine est libérée sous forme de photon. La longueur d'onde (λ) de ce photon est déterminée par l'énergie de la bande interdite (E_g) du matériau semi-conducteur, selon l'équation λ = hc / E_g, où h est la constante de Planck et c est la vitesse de la lumière. Pour une émission de crête à 880 nm, l'énergie de bande interdite correspondante est d'environ 1,41 eV. Le boîtier en époxy transparent encapsule la puce semi-conductrice, fournit une protection mécanique et agit comme une lentille pour façonner le diagramme de rayonnement de la lumière émise.

11. Tendances Technologiques

While the fundamental principle of IR LEDs remains stable, several trends influence their development and application:

• Augmentation de la Puissance & de l'Efficacité :Les améliorations continues en science des matériaux et en conception de puces conduisent à des dispositifs avec une intensité rayonnante et une efficacité énergétique (puissance optique sortie / puissance électrique entrée) plus élevées, permettant soit des signaux plus brillants, soit une consommation d'énergie plus faible.
• Miniaturisation :Il existe une forte tendance vers les boîtiers pour montage en surface (CMS) (par exemple, 0805, 0603, à l'échelle de la puce) pour l'assemblage automatisé, réduisant la taille et le coût. Le boîtier traversant 5mm reste populaire pour le prototypage, l'usage éducatif et les applications nécessitant une sortie par dispositif plus élevée ou un assemblage manuel plus facile.
• Spécialisation en Longueur d'Onde :Au-delà des LED courantes 850-940 nm, l'utilisation de longueurs d'onde spécifiques pour des applications spécialisées se développe, comme 810nm pour l'oxymétrie de pouls médicale ou 1450nm pour le LiDAR sans danger pour les yeux.
• Intégration :Les émetteurs sont de plus en plus intégrés avec des pilotes, des modulateurs et parfois même des détecteurs dans des modules ou circuits intégrés uniques, simplifiant la conception des systèmes pour la communication de données et la détection.
• Expansion des Applications :La prolifération de l'Internet des Objets (IoT), des dispositifs portables, du LiDAR automobile et de la détection biométrique avancée (par exemple, reconnaissance faciale, détection des veines) continue de stimuler la demande d'émetteurs IR fiables, à faible coût et avec des caractéristiques de performance spécifiques.