Fiche technique LTE-3273DL - Émetteur et détecteur infrarouge - Longueur d'onde 940nm - Boîtier 5mm - Tension directe 1,6V - Puissance dissipée 150mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-3273DL est un composant infrarouge discret intégrant un émetteur et un détecteur. Il est conçu pour les applications nécessitant une transmission et une réception fiables de signaux infrarouges. Le cœur du dispositif repose sur la technologie à l'Arséniure de Gallium (GaAs), standard pour produire une émission de lumière infrarouge efficace à la longueur d'onde de 940nm. Cette longueur d'onde est idéale pour l'électronique grand public car elle est invisible à l'œil humain tout en étant facilement détectable par les photodétecteurs au silicium, minimisant ainsi les interférences de la lumière ambiante.

La fonction principale du composant est de servir d'émetteur-récepteur dans des liaisons de données IR simples. Sa conception privilégie un équilibre entre performance et rapport coût-efficacité, le rendant adapté aux applications à grand volume et sensibles au coût. Le boîtier transparent bleu facilite l'identification du type de composant et permet à la lumière IR de 940nm de le traverser avec une atténuation minimale.

1.1 Caractéristiques

• Optimisé pour un courant élevé et une faible tension directe :Conçu pour fonctionner efficacement avec des courants de commande plus élevés tout en maintenant une chute de tension relativement faible, ce qui contribue à réduire la consommation d'énergie dans les appareils alimentés par batterie.
• Capacité de fonctionnement en impulsions :Peut supporter des courants directs de crête élevés (jusqu'à 2 A) en mode pulsé, permettant de créer des salves IR courtes et puissantes, idéales pour les commandes de télécommande ou la transmission de données.
• Grand angle de vision (demi-angle de 45°) :Offre un large diagramme d'émission et de détection, rendant l'alignement entre l'émetteur et le récepteur moins critique et augmentant la robustesse du système.
• Boîtier transparent bleu :Le boîtier est teinté en bleu, ce qui agit comme un filtre de lumière visible, réduisant la sensibilité à la lumière ambiante visible et améliorant le rapport signal/bruit pour le détecteur IR.

1.2 Applications

• Capteurs infrarouges :Utilisés dans les capteurs de proximité, la détection d'objets et les robots suiveurs de ligne.
• Télécommandes :Composant standard dans les télécommandes de téléviseurs, systèmes audio et décodeurs pour la transmission de commandes.
• Liaisons de données IR simples :Pour la communication sans fil à courte portée et bas débit entre appareils.
• Systèmes de sécurité :Peut être utilisé dans les détecteurs d'intrusion par coupure de faisceau.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

2.1 Limites absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Un fonctionnement à ou près de ces limites n'est pas recommandé pendant de longues périodes.

• Puissance dissipée (Pd) : 150 mW :La puissance totale maximale (provenant des circuits de l'émetteur et du détecteur) qui peut être dissipée en toute sécurité sous forme de chaleur par le boîtier à une température ambiante (TA) de 25°C. Le dépassement peut entraîner une surchauffe et une défaillance.
• Courant direct de crête (I_FP) : 2 A :Le courant maximal autorisé traversant la diode émettrice IR en conditions pulsées (300 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10μs). Cela permet des flashs IR de haute intensité.
• Courant direct continu (I_F) : 100 mA :Le courant continu maximal pouvant traverser l'émetteur en permanence. Pour un fonctionnement typique, une commande à 20-50mA est courante.
• Tension inverse (V_R) : 5 V :La tension de polarisation inverse maximale pouvant être appliquée aux bornes de la diode émettrice avant claquage. Cette valeur est relativement faible, il faut donc veiller à éviter une connexion en polarité inverse.
• Température de fonctionnement et de stockage :Spécifiées respectivement de -40°C à +85°C et de -55°C à +100°C, indiquant une aptitude aux environnements industriels et grand public.
• Température de soudure des broches : 260°C pendant 5 secondes :Spécifie la tolérance du profil de soudage par refusion, cruciale pour l'assemblage sur PCB sans endommager le composant.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance garantis dans des conditions de test spécifiées à 25°C.

• Intensité rayonnante (I_E) :Mesure la puissance optique de sortie par angle solide (mW/sr). À I_F=20mA, elle est typiquement de 8,0 mW/sr (min 5,6). À I_F=100mA, elle passe à 40,0 mW/sr (min 28,0). Cette augmentation non linéaire montre une efficacité plus élevée à des courants plus importants dans les limites.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) : 940 nm :La longueur d'onde à laquelle l'émetteur délivre la puissance optique maximale. Elle correspond à la sensibilité de crête des photodiodes au silicium et se situe en dehors du spectre visible.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) : 50 nm :La largeur de bande de la lumière émise. Une valeur de 50nm indique que la lumière n'est pas monochromatique mais s'étend d'environ 915nm à 965nm à la moitié de l'intensité de crête.
• Tension directe (V_F) :La chute de tension aux bornes de la diode émettrice lorsqu'elle conduit. Elle est typiquement de 1,6V à 50mA et de 2,3V à 500mA. Ce paramètre est vital pour concevoir le circuit de commande limiteur de courant.
• Courant inverse (I_R) : 100 μA max :Le faible courant de fuite qui circule lorsque la diode est polarisée en inverse à 5V. Une valeur faible est souhaitable.
• Angle de vision (2θ_1/2) : 45° :L'angle total pour lequel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur de crête. Cela définit le cône d'émission/détection.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques illustrant les relations clés. Ceux-ci sont essentiels pour comprendre le comportement dans des conditions non standard.

3.1 Distribution spectrale (Fig.1)

Cette courbe trace l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme le pic à 940nm et la demi-largeur spectrale d'environ 50nm. La forme est caractéristique d'une DEL IR au GaAs.

3.2 Courant direct vs. Température ambiante (Fig.2)

Ce graphique montre la déclassement du courant direct continu maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. Au-dessus de 25°C, le courant maximal doit être réduit pour éviter de dépasser la limite de dissipation de puissance de 150mW, car la capacité du composant à évacuer la chaleur diminue.

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

La courbe caractéristique IV de la diode émettrice. Elle est de nature exponentielle, comme une diode standard. La courbe permet aux concepteurs de déterminer la tension de commande requise pour un courant de fonctionnement souhaité, particulièrement important pour les systèmes à batterie basse tension.

3.4 Intensité rayonnante relative vs. Température ambiante (Fig.4) & vs. Courant direct (Fig.5)

La figure 4 montre que la puissance optique de sortie diminue lorsque la température augmente (coefficient de température négatif), ce qui doit être compensé dans les conceptions nécessitant des performances stables sur une large plage de températures. La figure 5 montre la relation non linéaire entre le courant de commande et la sortie lumineuse, indiquant une efficacité croissante jusqu'à un certain point avant des effets potentiels de saturation ou thermiques.

3.5 Diagramme de rayonnement (Fig.6)

Un tracé polaire illustrant la distribution spatiale de la lumière IR émise. Le diagramme confirme visuellement le large demi-angle de 45°, montrant l'intensité normalisée par rapport au pic à 0°.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions de contour

Le composant présente un boîtier radial à broches standard de 5mm. Les dimensions clés incluent un diamètre de corps d'environ 5mm, un espacement typique des broches de 2,54mm (0,1\") à la sortie du corps, et une hauteur totale. La collerette à la base facilite le positionnement lors de l'assemblage sur PCB. La résine saillante sous la collerette est spécifiée à un maximum de 0,5mm. Le méplat sur le bord de la lentille indique généralement la broche cathode (négative) pour la section émettrice.

4.2 Identification de la polarité

Pour la section émettrice, la broche la plus longue est généralement l'anode (positive). La section détecteur (photodiode) dans le même boîtier aura sa propre anode et cathode. Le schéma de brochage de la fiche technique est crucial pour un branchement correct. Une polarité incorrecte peut endommager la diode émettrice si la tension inverse dépasse 5V.

5. Directives de soudage et d'assemblage

• Soudage par refusion :La limite absolue pour le soudage des broches est de 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6mm du corps du boîtier. Cela correspond aux profils de refusion sans plomb typiques (température de crête ~250°C).
• Soudage manuel :Si un soudage manuel est nécessaire, utilisez un fer à souder à température contrôlée et minimisez le temps de contact à moins de 3 secondes par broche pour éviter les dommages thermiques à la puce semi-conductrice interne et au boîtier plastique.
• Nettoyage :Utilisez des solvants de nettoyage appropriés compatibles avec la résine époxy transparente bleue du boîtier.
• Conditions de stockage :Stockez dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température spécifiée (-55°C à +100°C) pour éviter l'absorption d'humidité (pouvant provoquer l'effet \"pop-corn\" pendant la refusion) et les dommages par décharge électrostatique.

6. Suggestions d'application et considérations de conception

6.1 Configuration de circuit typique

Pour l'émetteur : Une simple résistance en série est couramment utilisée pour limiter le courant direct. La valeur de la résistance est calculée comme R = (V_CC- V_F) / I_F. Par exemple, avec une alimentation de 5V, V_F=1,6V, et un I_Fsouhaité =20mA, R = (5 - 1,6) / 0,02 = 170Ω. Un transistor (NPN ou MOSFET canal N) est souvent placé en série pour commuter le courant via un microcontrôleur. Pour le détecteur (photodiode) : Il est généralement utilisé en mode photovoltaïque (polarisation nulle) ou photoconductif (polarisation inverse). Pour une détection numérique simple, la photodiode peut être connectée en série avec une résistance de charge. La tension aux bornes de cette résistance change avec la lumière IR incidente, qui peut être envoyée vers un comparateur ou un amplificateur.

6.2 Considérations de conception

Immunité au bruit :

• La longueur d'onde de 940nm et le filtre bleu aident, mais la lumière ambiante du soleil ou des lampes fluorescentes (qui contiennent de l'IR) peut encore causer des interférences. L'utilisation d'un signal IR modulé (par ex., porteuse à 38kHz) et d'un circuit intégré récepteur démodulateur est la méthode standard pour obtenir une haute immunité au bruit.Commande de courant :
• Pour un fonctionnement en impulsions proche du pic de 2A, assurez-vous que le transistor de commande peut supporter le courant et que les pistes du PCB sont suffisamment larges pour éviter une chute de tension excessive.Chemin optique :
• Gardez la lentille propre et sans obstruction. Le grand angle de vision facilite l'alignement mais réduit la portée maximale par rapport à un faisceau plus étroit. Pour une portée plus longue, envisagez d'ajouter une simple lentille de collimation.Gestion thermique :
• Lors d'un fonctionnement à des courants continus élevés ou à des températures ambiantes élevées, assurez une ventilation adéquate autour du composant pour rester dans les limites de dissipation de puissance.7. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux DEL IR standard de 940nm, le LTE-3273DL intègre un détecteur, économisant de l'espace sur la carte dans les applications émetteur-récepteur. Comparé aux phototransistors plus lents, la photodiode intégrée offre des temps de réponse plus rapides, adaptés à la transmission de données modulée. Sa capacité en courant d'impulsion élevé (2A) est un avantage clé par rapport à de nombreuses DEL IR basiques, permettant des signaux plus puissants. La combinaison de caractéristiques (courant élevé, grand angle, détecteur inclus) dans un boîtier à faible coût le positionne bien pour les marchés de la télécommande grand public et de la détection.

8. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q : Puis-je piloter cet émetteur IR directement depuis une broche GPIO d'un microcontrôleur ?

R : Non. Une broche GPIO typique ne peut fournir/absorber que 20-50mA, ce qui pourrait être à la limite supérieure, et elle ne peut pas fournir l'excursion de tension nécessaire pour le V

d'environ 1,6V. Utilisez toujours un transistor comme interrupteur._FQ : Quelle est la différence entre l'intensité rayonnante (mW/sr) et la puissance de sortie totale (mW) ?

R : L'intensité rayonnante est une densité angulaire. La puissance totale nécessiterait d'intégrer l'intensité sur toute la sphère d'émission. Pour un émetteur grand angle comme celui-ci, la puissance totale est nettement supérieure à la valeur d'intensité.

Q : Comment connecter la sortie de la photodiode à une entrée numérique ?

R : Le courant de sortie de la photodiode est très faible. Vous avez besoin d'un amplificateur de transimpédance pour le convertir en tension, suivi d'un comparateur pour créer un signal numérique. Pour une simple détection tout ou rien en présence de lumière ambiante, un module récepteur IR dédié (avec amplificateur, filtre et démodulateur intégrés) est fortement recommandé plutôt que d'utiliser la photodiode brute.

Q : Pourquoi la tension inverse nominale est-elle seulement de 5V ?

R : C'est typique pour les diodes émettrices IR au GaAs. Le matériau et la structure semi-conducteurs ont une tension de claquage relativement faible. Une conception de circuit minutieuse est nécessaire pour éviter une polarisation inverse accidentelle.

9. Exemple pratique d'utilisation

Scénario : Construction d'un capteur simple d'objet/proximité IR.

Le LTE-3273DL peut être utilisé dans une configuration de capteur réfléchissant. L'émetteur est pulsé à une fréquence spécifique (par ex., 1kHz). Le détecteur, placé à côté, recherche le signal réfléchi par un objet situé devant. Un filtre passe-bande accordé à 1kHz dans la chaîne d'amplification du détecteur rejette le bruit de lumière ambiante. Lorsqu'un objet entre dans la portée, le signal réfléchi augmente, déclenchant le circuit. Ceci est courant dans les distributeurs de serviettes automatiques, la détection de papier dans les imprimantes et la détection de bord de robot.

10. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur des principes de physique des semi-conducteurs bien établis. L'

Émetteurest une Diode Électroluminescente (DEL) à l'Arséniure de Gallium (GaAs). Lorsqu'elle est polarisée en direct, les électrons et les trous se recombinent dans la jonction PN, libérant de l'énergie sous forme de photons. La largeur de bande interdite du GaAs détermine l'énergie du photon, correspondant à la longueur d'onde infrarouge de 940nm. LeDétecteurest une photodiode PIN au silicium. Lorsque des photons d'énergie supérieure à la largeur de bande interdite du silicium (y compris l'IR à 940nm) frappent la région de déplétion, ils génèrent des paires électron-trou. Ces porteurs sont balayés par le champ électrique interne (de la polarisation intégrée ou appliquée), créant un photocourant proportionnel à l'intensité de la lumière incidente.11. Tendances et évolutions de l'industrie

Le marché des composants IR discrets continue d'évoluer. Les tendances incluent :

Miniaturisation :

Passage vers des boîtiers CMS (composants montés en surface) comme 0805 ou 0603 pour l'électronique grand public plus compacte.Intégration plus poussée :

Combinaison de l'émetteur, du détecteur, du pilote et de l'amplificateur en un seul module avec interfaces numériques (I2C, UART).Performances améliorées :

Développement d'émetteurs avec une intensité rayonnante plus élevée et des angles de faisceau plus étroits pour les applications à longue portée, et de détecteurs avec un courant d'obscurité plus faible et une vitesse plus élevée.Nouvelles longueurs d'onde :

Exploration de longueurs d'onde au-delà de 940nm pour des applications de détection spécifiques comme la détection de gaz, bien que 940nm reste dominant pour la télécommande et la détection à usage général en raison du coût et de la compatibilité.Exploration of wavelengths beyond 940nm for specific sensing applications like gas detection, though 940nm remains dominant for general-purpose remote control and sensing due to cost and compatibility.