Fiche technique de l'émetteur et détecteur infrarouge LTE-3273L - Longueur d'onde 940nm - Haute puissance - Large angle de vision

1. Présentation du produit

Le LTE-3273L est un composant infrarouge (IR) discret conçu pour des applications nécessitant une émission et une détection fiables de lumière infrarouge. Il appartient à une catégorie de dispositifs optoélectroniques destinés à offrir des performances dans des environnements où la transmission de signaux infrarouges est cruciale. La fonction principale du dispositif est d'émettre une lumière infrarouge d'une longueur d'onde spécifique lorsqu'il est électriquement excité, et/ou de détecter un rayonnement infrarouge incident et de le convertir en un signal électrique.

Ce produit est positionné pour fournir une solution aux systèmes nécessitant un équilibre entre un haut rendement lumineux, des caractéristiques électriques efficaces et un large mode d'émission/détection. Sa conception répond au besoin de composants fonctionnant efficacement en conditions pulsées, ce qui est courant dans les protocoles de communication numériques, visant à économiser la puissance et à améliorer la clarté du signal.

Avantages clés :Le LTE-3273L se distingue par plusieurs caractéristiques clés. Il est conçu pour fonctionner à des courants élevés tout en maintenant une tension directe relativement basse, ce qui contribue à améliorer l'efficacité électrique globale et à réduire la contrainte thermique. Le dispositif offre une haute intensité de rayonnement, permettant une transmission de signal puissante sur de longues distances ou à travers des obstacles. Son large angle de vision assure une vaste zone de couverture, rendant les exigences d'alignement entre l'émetteur et le détecteur moins critiques dans la conception du système. Enfin, son boîtier transparent permet une transmission lumineuse maximale tout en minimisant l'absorption ou la diffusion interne.

Marchés cibles et applications :Ce composant est principalement destiné aux domaines de l'électronique grand public, de l'automatisation industrielle et de la sécurité. Ses applications typiques incluent, sans s'y limiter : les télécommandes infrarouges pour téléviseurs et équipements audio, les liaisons de transmission de données sans fil à courte distance, les capteurs de proximité, les compteurs d'objets ainsi que les systèmes d'alarme de sécurité détectant l'interruption d'un faisceau. Sa capacité à haute vitesse le rend également adapté aux protocoles de base de communication de données infrarouges.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des paramètres clés listés dans la fiche technique, expliquant leur signification pour la conception et l'application.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles le dispositif risque d'être endommagé de façon permanente. Il n'est pas recommandé de fonctionner à ou près de ces limites pour garantir des performances fiables et durables.

• Puissance dissipée (Pd) : 150 mW- Il s'agit de la puissance maximale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur lorsque la température ambiante (TA) est de 25°C. Dépasser cette limite comporte un risque de surchauffe et d'endommagement de la jonction semi-conductrice, pouvant entraîner une dégradation accélérée ou une défaillance catastrophique. Les concepteurs doivent s'assurer que la puissance dissipée (IF * VF) générée par les conditions de fonctionnement (courant et tension directs) reste inférieure à cette valeur, avec une marge de sécurité.
• Courant direct de crête (I_FP) : 2 A- Il s'agit du courant maximal autorisé pour le fonctionnement en impulsions, spécifié à une fréquence de 300 impulsions par seconde (pps) et une largeur d'impulsion de 10 µs. Cette valeur nominale élevée permet au dispositif de fournir une sortie lumineuse instantanée très élevée sur de courtes impulsions, ce qui le rend idéal pour les télécommandes longue portée ou pour les signaux d'impulsion forts dans des environnements bruyants.
• Courant continu direct (I_F) : 100 mA- Il s'agit du courant continu maximal pouvant être appliqué en continu. Pour la plupart des applications à allumage constant, le courant de fonctionnement doit être maintenu à ce niveau ou en dessous. Le courant de fonctionnement typique est généralement bien inférieur (par exemple 20-50 mA) afin d'assurer la longévité et de gérer la chaleur.
• Tension inverse (V_R) : 5 V- Tension inverse maximale pouvant être appliquée aux bornes de la LED. Un dépassement de cette valeur peut entraîner un claquage et endommager le composant. Des mesures de protection du circuit, telles qu'une résistance en série ou une diode de protection en parallèle, sont généralement utilisées pour prévenir les pointes de tension inverse.
• Plage de températures de fonctionnement et de stockage :La plage de températures de fonctionnement nominale de ce dispositif est de -40°C à +85°C, et sa plage de températures de stockage est de -55°C à +100°C. Ces larges plages le rendent adapté à des applications telles que l'automobile, l'industrie et l'extérieur, où des températures extrêmes peuvent être rencontrées.
• Température de soudure des broches : 260°C pendant 5 secondes.- Ceci définit la tolérance du profil de soudage par refusion. La spécification à 1,6 mm du boîtier est cruciale ; appliquer de la chaleur plus près du boîtier plastique peut entraîner une déformation ou des dommages internes.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont des paramètres de performance typiques mesurés dans les conditions de test spécifiées (TA=25°C). Ils définissent le comportement du dispositif dans un circuit.

• Intensité de rayonnement (I_E) :
  • 5,6 - 8,0 mW/sr @ I_F= 20mA- Il s'agit de la puissance lumineuse émise par unité d'angle solide (stéradian). C'est une mesure directe de la "luminosité" d'une source IR vue de face. Cette plage indique la variation typique d'un composant à l'autre.
  • 28,0 - 40,0 mW/sr @ I_F= 100mA- Illustre la relation non linéaire entre le courant et la sortie. Une multiplication par cinq du courant entraîne une augmentation d'environ cinq fois de l'intensité du rayonnement, indiquant une bonne efficacité même à des courants plus élevés.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_Peak) : 940 nm- Longueur d'onde à laquelle le dispositif émet la puissance optique maximale. 940 nm appartient au spectre proche infrarouge, invisible à l'œil humain. C'est une longueur d'onde courante pour les télécommandes, car elle évite la lumière rouge visible et correspond bien aux caractéristiques de sensibilité des photodétecteurs au silicium.
• Largeur à mi-hauteur de la raie spectrale (Δλ) : 50 nm- Ce paramètre, également appelé largeur à mi-hauteur (FWHM), indique la pureté spectrale de la lumière émise. Une valeur de 50 nm signifie que la lumière émise couvre une bande de longueurs d'onde d'environ 50 nm de large, centrée sur le pic à 940 nm. Ceci est typique pour une diode d'émission infrarouge GaAs standard.
• Tension directe (V_F) :
  • 1,25 - 1,6 V @ I_F= 50mA- Chute de tension aux bornes du dispositif lorsqu'il est traversé par un courant de 50mA. Cette faible valeur de V_Fest une caractéristique clé pour réduire les pertes de puissance et la génération de chaleur.
  • 1,85 - 2,3 V @ I_F= 500mA- V_F Augmente avec le courant en raison de la résistance interne de la diode. Cette valeur est cruciale pour la conception de pilotes d'impulsions à fort courant.
• Courant inverse (I_R) : 100 µA max. @ V_R= 5V- Le faible courant de fuite qui circule lorsque la tension inverse maximale est appliquée. Idéalement, cette valeur devrait être faible.
• Angle de vue (2θ_1/2) : 40°- Il s'agit de l'angle total auquel l'intensité du rayonnement tombe à la moitié de sa valeur maximale (axiale). Un angle de 40° offre un faisceau assez large, adapté aux applications où un alignement précis est difficile.

2.3 Caractéristiques thermiques

Bien que non explicitement listé dans un tableau séparé, le comportement thermique peut être déduit de plusieurs paramètres. La puissance nominale dissipée (150mW) est essentiellement une limite thermique. Les courbes de performance (discutées plus loin) montrent comment la sortie et la tension directe varient avec la température ambiante. Une gestion thermique efficace (via la surface de cuivre du PCB ou un dissipateur thermique) est cruciale pour maintenir les performances et la fiabilité, en particulier lors d'un fonctionnement proche du courant continu maximal.

3. Analyse de la courbe de performance

Les courbes typiques fournissent un aperçu visuel et quantitatif du comportement du dispositif dans différentes conditions, ce qui est essentiel pour une conception de circuit robuste.

3.1 Courant direct vs. Tension directe (Figure 3)

Cette courbe IV montre la relation exponentielle typique d'une diode. À faible courant, la tension est basse. Lorsque le courant augmente, la tension s'élève. Cette courbe permet au concepteur de choisir une résistance de limitation appropriée pour une tension d'alimentation donnée. Par exemple, pour alimenter une LED à 100 mA depuis une source de 5V, la valeur de la résistance R = (V_supply- V_F) / Je_F. Utilise un V typique à 100mA_F Environ 1,6 V (par extrapolation), R sera (5 - 1,6) / 0,1 = 34 ohms. La puissance dans la résistance est I²R = 0,34W.

3.2 Intensité de rayonnement relative vs. Courant direct (Figure 5)

Ce graphique illustre la dépendance de la sortie lumineuse au courant de commande. Elle est généralement linéaire à des courants plus faibles, mais à des courants très élevés, elle peut montrer des signes de saturation ou de réduction d'efficacité en raison des effets thermiques et de l'efficacité quantique interne. La courbe confirme qu'une opération en impulsions à 2A (issue des valeurs maximales absolues) produira une sortie instantanée bien plus élevée qu'une opération continue à 100mA, ce qui démontre son utilité pour la signalisation à longue distance.

3.3 Intensité de rayonnement relative vs. Température ambiante (Figure 4)

C'est la courbe clé pour comprendre l'impact environnemental. Elle montre que l'intensité du rayonnement diminue avec l'augmentation de la température ambiante. C'est une caractéristique des LED ; une température de jonction plus élevée réduit l'efficacité quantique interne. Par exemple, la sortie à +85°C peut n'être que 60 à 70 % de la sortie à +25°C. Les concepteurs doivent prendre en compte ce déclassement dans les systèmes qui doivent fonctionner de manière fiable sur toute la plage de températures. Cela peut nécessiter de piloter la LED avec un courant légèrement plus élevé à haute température pour compenser la perte de sortie lumineuse, à condition de ne pas dépasser les limites de dissipation de puissance.

3.4 Distribution spectrale (Figure 1)

Ce graphique visualise le spectre d'émission, centré à 940 nm avec une largeur à mi-hauteur (FWHM) de 50 nm. Il confirme que le dispositif émet dans la région du proche infrarouge et aide à sélectionner des filtres optiques compatibles ou à évaluer les interférences potentielles provenant de sources lumineuses ambiantes (comme la lumière solaire à large spectre ou les ampoules à incandescence).

3.5 Diagramme de rayonnement (Figure 6)

Ce diagramme polaire fournit une vue détaillée de la distribution angulaire de la lumière émise. Il représente graphiquement un angle de vue de 40° (2θ_1/2La forme de la courbe est très importante pour concevoir des lentilles ou des réflecteurs afin de collimater ou de diffuser davantage le faisceau pour l'adapter à des applications spécifiques.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions extérieures et tolérances

Ce composant utilise un boîtier traversant standard avec une collerette pour assurer la stabilité mécanique et une éventuelle fonction de dissipation thermique. Les dimensions clés incluent le diamètre du corps, le pas des broches et la longueur totale. Toutes les dimensions sont spécifiées en millimètres. La tolérance standard est de ±0,25 mm, sauf indication contraire pour une caractéristique spécifique. Le pas des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier, ce qui constitue la référence standard pour le placement des trous sur le PCB. Le débordement maximal de la résine sous la collerette est de 1,5 mm, ce qui est important pour la hauteur de décollement du PCB et le nettoyage.

4.2 Identification de la polarité

Pour l'émetteur infrarouge (LED), la broche la plus longue est généralement l'anode (pôle positif), et la broche la plus courte est la cathode (pôle négatif). Le dessin mécanique de la fiche technique doit l'indiquer clairement, généralement par un méplat sur le boîtier ou une encoche près de la broche cathodique. La polarité correcte est cruciale ; une polarisation inverse supérieure à 5V peut endommager le composant.

5. Guide de soudage et d'assemblage

Soudage par refusion :Le paramètre spécifié est de 260°C pendant un maximum de 5 secondes, mesuré à un point situé à 1,6 mm du boîtier. Ceci est conforme au profil de refusion sans plomb courant (température de pic de 240-260°C). La distance de 1,6 mm est cruciale pour empêcher le boîtier plastique de dépasser sa température de transition vitreuse et de se déformer.

Soudage manuel :Si un soudage manuel est nécessaire, un fer à souder à température contrôlée doit être utilisé. Le temps de contact par broche doit être minimisé, idéalement inférieur à 3 secondes, et une pince dissipatrice de chaleur doit être utilisée sur la broche entre le fer à souder et le boîtier.

Nettoyage :Après soudure, les procédés standard de nettoyage de PCB peuvent être utilisés, mais la compatibilité de l'agent nettoyant avec le boîtier en résine transparente doit être vérifiée.

Conditions de stockage :Pour éviter l'absorption d'humidité (ce qui peut provoquer l'effet "popcorn" lors du soudage par refusion), les composants doivent être stockés dans un environnement sec, généralement à une humidité relative inférieure à 40 % à température ambiante, ou, en cas de stockage prolongé, dans un sac antistatique scellé avec un dessiccant.

6. Recommandations d'application et considérations de conception

6.1 Circuit d'application typique

Circuit de commande de l'émetteur :Le circuit le plus simple est une résistance de limitation en série. Pour un fonctionnement en impulsions, un transistor (BJT ou MOSFET) est utilisé pour commuter de forts courants. Le pilote doit être capable de fournir un courant de crête (jusqu'à 2A) avec une faible chute de tension en saturation, afin de maximiser la tension aux bornes de la LED. Pour la transmission de données, des temps de montée/descente rapides sont nécessaires.

Circuit du détecteur :Lorsqu'il est utilisé comme photodiode (si applicable selon le modèle), il fonctionne généralement en mode polarisé en inverse ou photovoltaïque (polarisation nulle), connecté à un amplificateur transimpédance qui convertit le faible courant photogénéré en une tension utilisable.

6.2 Considérations de conception clés

• Limitation de courant :Utilisez toujours une résistance en série ou un pilote à courant constant actif. Ne connectez jamais directement à une source de tension.
• Fonctionnement en impulsions :Pour un pilotage par impulsions, assurez-vous que la largeur d'impulsion et le rapport cyclique maintiennent la dissipation de puissance moyenne dans les limites spécifiées. Courant moyen = courant de crête * rapport cyclique. Pour une impulsion de 2A à 300 pps et 10 µs de largeur, le rapport cyclique = (10e-6 * 300) = 0,003 (0,3 %). Courant moyen = 2A * 0,003 = 6 mA, ce qui est bien inférieur à la valeur nominale en continu.
• Chemin optique :Considérons un angle de vue de 40°. Pour un faisceau focalisé, une lentille peut être nécessaire. Pour une détection en champ large, cet angle peut être suffisant. Maintenez le chemin optique dégagé et propre.
• Résistance aux interférences de la lumière ambiante :Dans les applications de détection, la lumière infrarouge ambiante (provenant du soleil, des lampes) est la principale source de bruit. L'utilisation d'un signal infrarouge modulé (par exemple à 38kHz) et d'un circuit récepteur accordé correspondant est la méthode standard pour supprimer ce bruit continu et basse fréquence.
• Conception de la carte de circuit imprimé :Pour l'émetteur, assurez une largeur de piste suffisante pour gérer le courant d'impulsion de crête sans chute de tension excessive. Pour la gestion thermique, connectez la bride (si elle est isolée électriquement ou connectée à une broche) à une zone de cuivre sur le PCB servant de dissipateur thermique.

7. Comparaison technique et différenciation

Bien qu'aucun modèle concurrent spécifique ne soit mentionné, la combinaison des paramètres du LTE-3273L définit son positionnement :

• Comparé à une diode d'émission infrarouge standard de 940 nm :Son courant crête nominal élevé (2A) et sa haute intensité de rayonnement à 100mA le distinguent des modèles basse puissance utilisés pour les simples télécommandes. Cela le rend adapté aux applications nécessitant une plus longue portée ou une plus grande immunité au bruit.
• Comparé à une diode émettrice infrarouge haute vitesse de 850 nm :Le LTE-3273L utilise du GaAs et fonctionne à 940 nm, tandis que les modèles haute vitesse utilisent généralement de l'AlGaAs et fonctionnent à 850 nm. Les dispositifs à 850 nm présentent généralement des temps de montée/descente plus rapides pour les données haute vitesse, mais peuvent émettre une légère lueur rouge. Les dispositifs à 940 nm sont totalement invisibles, ce qui est préférable pour les applications discrètes, et leur largeur à mi-hauteur de 50 nm est une valeur standard.
• Comparé à un phototransistor/photodiode dans le même boîtier :Le titre de la fiche technique indique que cette série couvre des émetteurs et des détecteurs. La version dédiée au photodétecteur présentera des caractéristiques différentes (sensibilité, courant d'obscurité, vitesse). L'avantage clé des paires appariées de la même série réside dans la possibilité d'atteindre un appariement spectral optimisé.

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

Q1: Puis-je piloter cette LED en continu avec 500 mA ?
A: Non. Le courant continu direct absolu maximal est de 100 mA. La condition de 500 mA indiquée dans le tableau des caractéristiques électriques est une condition de test pour mesurer V_F dans des conditions de courant élevé, et pourrait être liée à ses spécifications de fonctionnement en impulsion. Le fonctionnement en continu ne doit pas dépasser 100 mA.

Q2: Pourquoi ma télécommande infrarouge a-t-elle une portée réduite dans une voiture chaude ?
A: Veuillez vous référer à la figure 4 (Intensité de rayonnement relative vs. Température ambiante). La sortie de la LED diminue avec l'augmentation de la température. À +85°C, la sortie peut être inférieure de 30 à 40 % par rapport à la température ambiante, réduisant directement la distance effective.

Q3: Quelle valeur de résistance dois-je utiliser pour obtenir une sortie typique avec une alimentation de 3,3 V ?
A: Pour un I cible_F de 20 mA (produisant 5,6-8,0 mW/sr), et un V typique à 50 mA_F de 1,6 V (pour 20 mA, estimez environ 1,5 V), R = (3,3 V - 1,5 V) / 0,02 A = 90 Ω. La valeur standard la plus proche est 91 Ω. Puissance dans la résistance : (0,02^2)*91 = 0,0364 W, donc une résistance de 1/8 W ou 1/10 W est suffisante.

Q4: L'angle d'émission et l'angle de détection sont-ils identiques ?
A: Pour l'émetteur infrarouge (LED), l'angle de 40° spécifie le mode d'émission. Pour le détecteur (photodiode ou phototransistor), un paramètre similaire mais indépendant, appelé "angle de champ de vision" ou "angle de sensibilité", définit sa plage d'acceptation angulaire. Ils sont généralement similaires mais pas nécessairement identiques. Veuillez consulter la fiche technique spécifique du détecteur.

9. Cas concrets de conception et d'utilisation

Cas : Concevoir un émetteur d'ouverture de porte de garage à longue portée.
L'objectif de conception est d'atteindre une distance fiable de 50 mètres en conditions de lumière du jour. Le LTE-3273L a été choisi pour sa capacité de sortie d'impulsions élevée.
Étapes de conception :
1. Circuit de commande :Utiliser un MOSFET contrôlé par un microcontrôleur pour piloter la LED par impulsions. Calculer la résistance en série en fonction de la tension de la batterie (par exemple 12V) et du courant de crête requis. Pour maximiser la distance, piloter près de la valeur nominale de crête : choisir I_FP= 1.5A (dans la limite de 2A max). V à 1.5A_F(par extrapolation de la courbe) environ 2.5V. Résistance R = (12V - 2.5V) / 1.5A = 6.33 ohms. Utiliser une résistance de 6.2 ohms, 5W pour gérer la puissance pulsée (P = I²R = 1.5^2 * 6.2 ≈ 14W crête, mais la puissance moyenne est très faible).
2. Modulation d'impulsions :Les commandes sont codées à l'aide d'une porteuse de 38kHz modulée par les bits de données. La largeur d'impulsion de chaque train d'impulsions de 38kHz est maintenue à 10µs ou moins pour rester dans les spécifications. Le rapport cyclique est très faible.
3. Optique :Une simple lentille en plastique placée devant la LED permet de collimater le faisceau naturel de 40° en un faisceau plus étroit et concentré, pour une portée accrue.
4. Gestion thermique :En raison du faible rapport cyclique, la puissance moyenne et la dissipation thermique sont extrêmement faibles. Aucun radiateur spécifique n'est nécessaire, à part la piste en cuivre du PCB connectée à la bride.
Cette conception exploite les caractéristiques clés du LTE-3273L : courant de crête élevé, intensité de rayonnement élevée et aptitude au fonctionnement en impulsions.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Émetteur infrarouge (IRED) :Lorsqu'il est utilisé comme émetteur, le LTE-3273L est une diode électroluminescente (LED) basée sur un matériau semi-conducteur en arséniure de gallium (GaAs). Lorsqu'une tension directe est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active de la jonction semi-conductrice. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie sous forme de photons (lumière). L'énergie de bande interdite spécifique du matériau GaAs détermine la longueur d'onde de ces photons, c'est-à-dire la région infrarouge à 940 nanomètres. Le boîtier transparent permet à cette lumière de s'échapper avec des pertes minimales.

Détecteur infrarouge (photodiode) :S'il est configuré comme détecteur, le dispositif contient une jonction PIN semi-conductrice. Lorsque des photons dont l'énergie est supérieure à la bande interdite du semi-conducteur (c'est-à-dire la lumière infrarouge) frappent la zone de déplétion, ils génèrent des paires électron-trou. Ces porteurs de charge sont ensuite séparés par le champ électrique interne (ou par une polarisation inverse appliquée), produisant un photocourant proportionnel à l'intensité de la lumière incidente. Ce faible courant peut être amplifié et traité par un circuit externe.

11. Tendances techniques et contexte

Les composants infrarouges discrets comme le LTE-3273L représentent une technologie mature et stable. Les matériaux de base (GaAs, AlGaAs) et les types de boîtiers ont été optimisés pendant des décennies pour atteindre fiabilité et rentabilité. La tendance continue dans ce domaine ne réside pas dans un changement révolutionnaire des dispositifs discrets eux-mêmes, mais dans leur intégration et leur contexte d'application :

• Intégration :Il existe une tendance au développement de modules intégrés orientés, qui combinent émetteurs, détecteurs, actionneurs, amplificateurs et logique numérique (tels que des décodeurs pour des protocoles spécifiques) dans un seul boîtier à montage en surface. Ceux-ci simplifient la conception, mais pour des applications spécialisées, ils peuvent ne pas offrir le même niveau de personnalisation ou d'optimisation des performances que les composants discrets.
• Miniaturisation :Bien que les boîtiers traversants restent populaires en raison de leur robustesse, la demande pour des versions plus petites de dispositifs à montage en surface (SMD) est croissante afin d'économiser de l'espace sur les cartes de circuits imprimés modernes.
• Amélioration des performances :Pour de nouvelles applications telles que le LiDAR pour l'électronique grand public ou la reconnaissance avancée des gestes, des émetteurs infrarouges plus rapides et plus efficaces (par exemple utilisant la technologie VCSEL) ainsi que des détecteurs offrant une sensibilité accrue et un bruit réduit sont à l'étude. Cependant, pour les applications classiques comme les télécommandes, la détection de proximité et les liaisons de données basiques, des composants traditionnels comme le LTE-3273L offrent le meilleur équilibre entre performances, fiabilité et coût.
• Extension des applications :Son principe fondamental reste pertinent pour les nouveaux appareils de l'Internet des objets (IoT), qui nécessitent une communication ou une détection sans fil simple et à faible consommation, sans la complexité des systèmes radiofréquence (RF).

En résumé, le LTE-3273L est un composant robuste, basé sur une technologie éprouvée et doté de spécifications claires. Sa valeur réside dans sa fiche technique claire et détaillée, qui permet aux ingénieurs de prédire avec précision son comportement et de l'intégrer efficacement dans des systèmes nécessitant une fonction infrarouge fiable pour le contrôle, la détection ou une communication de base.