Fiche technique de l'émetteur et détecteur infrarouge LTE-C9501-E-T - Longueur d'onde de crête 940nm - Angle de vision 20 degrés - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un composant infrarouge (IR) discret conçu pour les applications à montage en surface. Le dispositif combine les fonctionnalités d'un émetteur et d'un détecteur infrarouge, ciblant les solutions nécessitant une transmission et une réception fiables de signaux IR. Ses principaux avantages incluent la compatibilité avec les processus d'assemblage automatisés, la conformité aux normes RoHS et produits verts, et l'aptitude à la fabrication en grande série via le soudage par refusion infrarouge. Les marchés cibles principaux comprennent l'électronique grand public pour les systèmes de télécommande, les applications industrielles pour la transmission de données sans fil, et les systèmes de sécurité pour les fonctions d'alarme et de détection.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Toutes les valeurs sont spécifiées à une température ambiante (TA) de 25°C. Le dépassement de ces limites peut causer des dommages permanents.

• Dissipation de puissance (Pd) :100 mW maximum.
• Courant direct de crête (IFP) :800 mA maximum en conditions pulsées (300 pps, largeur d'impulsion de 10 μs).
• Courant direct continu (IF) :60 mA maximum en courant continu.
• Tension inverse (VR) :5 V maximum.
• Plage de température de fonctionnement (Topr) :-40°C à +85°C.
• Plage de température de stockage (Tstg) :-55°C à +100°C.
• Condition de soudage infrarouge :Température de crête maximale de 260°C pendant 10 secondes.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Les performances typiques sont mesurées à TA=25°C sauf indication contraire.

• Intensité rayonnante (I_E) :S'étend de 1,0 à 6,0 mW/sr à un courant direct (I_F) de 20mA. La valeur exacte est déterminée par le code de classement (bin).
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :940 nm (typique). Cette longueur d'onde se situe dans le spectre du proche infrarouge, invisible à l'œil nu, ce qui la rend idéale pour les télécommandes et les liaisons de données.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :50 nm (typique). Ce paramètre définit la largeur de bande spectrale de la lumière IR émise.
• Tension directe (V_F) :1,2V typique, avec une plage de 1,1V à 1,5V à I_F=20mA.
• Courant inverse (I_R) :10 μA maximum à une tension inverse (V_R) de 5V.
• Angle de vision (2θ_1/2) :20 degrés. Il s'agit de l'angle total pour lequel l'intensité rayonnante est la moitié de la valeur sur l'axe central (0°). Un angle de vision plus étroit produit un rayonnement plus directionnel.

3. Explication du système de classement (Binning)

Les dispositifs sont triés en classes (bins) en fonction de leur intensité rayonnante mesurée dans les conditions de test standard de I_F=20mA. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants avec une puissance optique cohérente pour leur application.

• CLASSE A :Intensité rayonnante de 1,0 mW/sr (Min) à 2,0 mW/sr (Max).
• CLASSE B :Intensité rayonnante de 2,0 mW/sr (Min) à 3,0 mW/sr (Max).
• CLASSE C :Intensité rayonnante de 3,0 mW/sr (Min) à 6,0 mW/sr (Max).

Une tolérance de +/-15% s'applique à l'intensité au sein de chaque classe. Aucun classement séparé pour la longueur d'onde ou la tension directe n'est indiqué dans cette fiche technique.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques caractéristiques essentiels pour la conception de circuits et la compréhension du comportement du dispositif dans différentes conditions.

4.1 Distribution spectrale

La Figure 1 montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. La courbe est centrée sur 940 nm avec une demi-largeur typique de 50 nm, confirmant la pureté spectrale de la lumière infrarouge émise.

4.2 Courant direct en fonction de la température ambiante

La Figure 2 illustre la dégradation du courant direct maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. Le courant nominal diminue linéairement de sa valeur maximale à basse température jusqu'à zéro à la température de jonction maximale, garantissant un fonctionnement fiable en évitant la surcharge thermique.

4.3 Courant direct en fonction de la tension directe

La Figure 3 représente la courbe caractéristique IV (Courant-Tension). Elle montre la relation exponentielle typique d'une diode, la tension directe étant relativement constante (environ 1,2V) sur une large plage de courants de fonctionnement.

4.4 Intensité rayonnante relative en fonction de la température ambiante et du courant direct

Les Figures 4 et 5 montrent comment la puissance optique de sortie varie avec la température et le courant d'attaque. La sortie diminue généralement lorsque la température augmente (Figure 4) et augmente de manière super-linéaire avec le courant direct (Figure 5), soulignant l'importance d'un courant d'attaque stable et d'une gestion thermique pour des performances constantes.

4.5 Diagramme de rayonnement

La Figure 6 est un diagramme de rayonnement polaire montrant la distribution spatiale de la lumière émise. Le diagramme confirme l'angle de vision de 20 degrés, l'intensité tombant à 50% à +/-10 degrés de l'axe central.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions de contour

Le composant est logé dans un boîtier standard EIA. Les dimensions exactes sont fournies dans les dessins de la fiche technique, avec une tolérance générale de ±0,1mm sauf indication contraire. Le boîtier comporte une lentille en plastique transparent avec une configuration en vue de dessus.

5.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure

Un motif de pastilles recommandé pour la conception de PCB est fourni, avec des dimensions de 1,0mm x 1,8mm pour les pastilles. Cette configuration est optimisée pour un soudage fiable et une stabilité mécanique pendant le processus de refusion.

5.3 Identification de la polarité

Les marquages de polarité standard des diodes s'appliquent. La cathode est généralement indiquée sur le boîtier. Les concepteurs doivent consulter le dessin de contour détaillé pour connaître le schéma de marquage exact afin d'assurer une orientation correcte pendant l'assemblage.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion

Un profil de refusion infrarouge suggéré pour les processus sans plomb (Pb-free) est inclus. Les paramètres clés incluent :

• Préchauffage :150-200°C.
• Durée de préchauffage :Maximum 120 secondes.
• Température de crête :Maximum 260°C.
• Temps au-dessus du liquidus :Maximum 10 secondes (recommandé pour un maximum de deux cycles de refusion).

Le profil est basé sur les normes JEDEC pour garantir la fiabilité du composant. La fiche technique souligne que le profil optimal dépend de la conception spécifique du PCB, de la pâte à souder et du four, une caractérisation au niveau de la carte est donc conseillée.

6.2 Soudage manuel

Si un soudage manuel est nécessaire, utilisez un fer à souder à une température maximale de 300°C pendant pas plus de 3 secondes par joint. Évitez d'appliquer une contrainte mécanique excessive au composant.

6.3 Conditions de stockage

Un stockage approprié est crucial pour la soudabilité :

• Emballage scellé :Stocker à ≤30°C et ≤90% HR. Utiliser dans l'année suivant l'ouverture du sac barrière à l'humidité.
• Emballage ouvert :Stocker à ≤30°C et ≤60% HR. Les composants doivent être refondus dans la semaine. Pour un stockage plus long, utiliser un conteneur scellé avec dessiccant ou une atmosphère d'azote. Les composants stockés hors du sac d'origine pendant plus d'une semaine nécessitent un séchage à environ 60°C pendant au moins 20 heures avant soudage.

6.4 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire après soudage, utiliser uniquement des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique. Éviter d'utiliser des nettoyants agressifs ou aqueux qui pourraient endommager le boîtier plastique ou la lentille.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Le composant est fourni sur bande porteuse de 8mm sur des bobines de 7 pouces de diamètre, compatible avec les équipements automatiques de prélèvement et de placement standard. Chaque bobine contient 2000 pièces. L'emballage est conforme aux normes ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7.2 Décodage du numéro de modèle

Le numéro de pièce LTE-C9501-E-T identifie cette variante spécifique. Les suffixes "E" et "T" désignent probablement un classement spécifique, un emballage (Tape & Reel), ou d'autres variations de produit selon le système de codage interne du fabricant.

8. Recommandations d'application

8.1 Circuits d'application typiques

L'émetteur IR est généralement piloté par un transistor ou un circuit intégré de pilotage dédié pour fournir le courant pulsé nécessaire (par exemple, pour les codes de télécommande). Une résistance de limitation de courant en série est obligatoire pour régler le courant direct (I_F) à la valeur souhaitée, calculée à l'aide de (Tension d'alimentation - V_F) / I_F. Le côté détecteur, si une photodiode ou un phototransistor est intégré, serait connecté dans une configuration polarisée en inverse avec une résistance de charge pour convertir le photocourant en une tension mesurable.

8.2 Considérations de conception

• Pilotage du courant :Fonctionner dans les limites des Valeurs Maximales Absolues. Pour un fonctionnement continu, ne pas dépasser 60mA DC. Pour un fonctionnement pulsé (comme les télécommandes), des courants de crête plus élevés jusqu'à 800mA sont autorisés, ce qui augmente significativement la puissance optique instantanée et la portée de transmission.
• Gestion thermique :La puissance dissipée nominale de 100mW doit être respectée. Sur un PCB, assurer une surface de cuivre adéquate autour des pastilles pour servir de dissipateur thermique, surtout lors d'un fonctionnement proche des valeurs maximales.
• Chemin optique :L'angle de vision de 20 degrés est relativement étroit. Aligner précisément l'émetteur et le détecteur. Éviter les obstructions et envisager l'utilisation de lentilles ou de guides de lumière si un diagramme de faisceau différent est requis.
• Rejet de la lumière ambiante :Pour les applications de détection, la sensibilité de crête à 940nm aide à rejeter le bruit de la lumière visible. Pour les environnements avec des sources IR puissantes (comme la lumière du soleil ou les ampoules à incandescence), des techniques de filtrage optique supplémentaire ou de détection de signal modulé (couplé en AC) peuvent être nécessaires pour améliorer le rapport signal/bruit.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux LED IR génériques, ce composant offre des avantages spécifiques : sa compatibilité avec le placement automatique et le soudage par refusion IR rationalise la fabrication en grande série. La disponibilité en classes d'intensité (A, B, C) permet une cohérence de conception. La longueur d'onde de 940nm est une norme courante pour les télécommandes grand public, garantissant la compatibilité avec une large gamme de récepteurs. L'inclusion de profils de soudage détaillés et de recommandations de stockage démontre une focalisation sur la conception pour la fabricabilité.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quelle est la différence entre l'Intensité Rayonnante (mW/sr) et l'Intensité Lumineuse (mcd) ?

R : L'Intensité Rayonnante mesure la puissance optique totale émise par angle solide, pertinente pour les dispositifs IR. L'Intensité Lumineuse mesure la luminosité perçue par l'œil humain, pondérée par la courbe de réponse photopique, et est utilisée pour les LED visibles. Pour ce dispositif IR, l'Intensité Rayonnante est la métrique correcte.

Q : Puis-je l'utiliser pour une transmission de données continue ?

R : Oui, mais vous devez fonctionner dans la limite de courant direct continu de 60mA. Pour une transmission à plus haute vitesse ou plus longue distance, un fonctionnement pulsé (dans la limite de crête de 800mA) est plus efficace, car il permet une puissance optique instantanée plus élevée.

Q : Comment sélectionner la bonne CLASSE (BIN) ?

R : Choisissez en fonction de la puissance optique requise pour votre budget de liaison. La CLASSE C (3-6 mW/sr) fournit la sortie la plus élevée et la plus longue portée. La CLASSE A ou B peut être suffisante pour les applications à courte portée et peut être plus économique.

Q : Une lentille externe est-elle nécessaire ?

R : Le dispositif possède une lentille intégrée en vue de dessus fournissant un faisceau de 20 degrés. Une lentille externe n'est généralement pas nécessaire sauf si vous avez besoin d'une collimation du faisceau (angle plus étroit) ou d'une focalisation.

11. Étude de cas pratique de conception

Scénario :Conception d'un simple émetteur de télécommande IR pour un appareil électroménager.

Étapes de conception :

1. Sélection du composant :Choisir cet émetteur IR (par exemple, CLASSE C pour une bonne portée).

2. Circuit de pilotage :Utiliser une broche GPIO d'un microcontrôleur pour générer le signal porteur modulé (par exemple, 38kHz). Ce signal pilote un transistor (par exemple, NPN) en configuration interrupteur. Le collecteur du transistor est connecté à l'anode de l'émetteur IR, et la cathode est connectée à la masse. Une résistance en série avec l'émetteur fixe le courant : R = (Vcc - V_CE(sat)- V_F) / I_F. En supposant Vcc=3,3V, V_CE(sat)=0,2V, V_F=1,2V, et un I_F souhaité =100mA (pulsé), R = (3,3 - 0,2 - 1,2) / 0,1 = 19Ω (utiliser une résistance standard de 20Ω). S'assurer que le transistor peut supporter le courant de crête.

3. Implantation PCB :Placer l'émetteur au bord du PCB. Utiliser les dimensions recommandées des pastilles de soudure. Prévoir une petite zone de cuivre pour la dissipation thermique.

4. Test :Vérifier la sortie à l'aide d'un module récepteur IR ou d'un appareil photo numérique (qui peut voir la lumière à 940nm comme une lueur violette faible).

12. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe de l'électroluminescence pour la section émettrice. Lorsqu'un courant direct est appliqué à la puce semi-conductrice (probablement à base de GaAs pour l'émission à 940nm), les électrons et les trous se recombinent dans la région active, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière) à une longueur d'onde correspondant à l'énergie de bande interdite du matériau (940nm). La section détectrice, si elle est présente, fonctionne sur le principe de l'effet photoélectrique. Les photons infrarouges incidents avec une énergie suffisante créent des paires électron-trou dans le semi-conducteur, générant un photocourant lorsqu'une tension de polarisation inverse est appliquée. Ce courant est proportionnel à l'intensité de la lumière IR incidente.

13. Tendances de l'industrie

Le marché des composants IR discrets reste stable, porté par des applications établies comme les télécommandes, la détection de proximité et les interrupteurs optiques. Les tendances incluent l'intégration des émetteurs et détecteurs IR dans des modules plus complexes avec des pilotes et une logique intégrés (par exemple, modules de capteur de proximité avec sortie I2C). Il y a également une poussée continue pour une efficacité plus élevée (plus de puissance rayonnante par mA de courant d'attaque) et des tailles de boîtier plus petites pour s'adapter aux appareils grand public de plus en plus compacts. L'accent mis sur la conformité RoHS et la fabrication verte, comme on le voit dans cette fiche technique, est une norme universelle de l'industrie.