Fiche technique de l'émetteur infrarouge LTE-2871 - Boîtier T-1 3/4 - Tension directe 1,6V - Longueur d'onde pic 940nm - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit les spécifications techniques complètes d'un composant émetteur infrarouge (IR) haute performance. Le dispositif est conçu pour délivrer une intensité rayonnante élevée sous un angle de vision étroit, le rendant adapté aux applications nécessitant un éclairage infrarouge directionnel. Ses principaux avantages incluent une conception économique combinée à des caractéristiques de performance spécialisées pour une sortie de haute intensité. Les marchés cibles principaux comprennent l'automatisation industrielle, les systèmes de détection, la détection de proximité et les liaisons de communication optique où une lumière infrarouge fiable et focalisée est essentielle.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Toutes les valeurs sont spécifiées à une température ambiante (T_A) de 25°C. Dépasser ces limites peut causer des dommages permanents au dispositif.

• Dissipation de puissance :90 mW
• Courant direct de crête :1 A (en conditions pulsées : 300 pps, largeur d'impulsion 10 μs)
• Courant direct continu (I_F) :60 mA
• Tension inverse (V_R) :5 V
• Plage de température de fonctionnement :-40°C à +85°C
• 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)

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Les paramètres de performance clés sont mesurés à T_A=25°C avec un courant de test standard de I_F= 20 mA, sauf indication contraire.

• Tension directe (V_F) :Typique 1,6 V, Maximum 1,6 V à I_F=20mA. Ce paramètre définit la chute de tension aux bornes de l'émetteur en fonctionnement.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 100 μA à V_R=5V. Ceci indique le courant de fuite lorsque le dispositif est polarisé en inverse.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_Pic) :940 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle l'émetteur rayonne sa puissance optique maximale, le plaçant dans le spectre du proche infrarouge.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :50 nm. Ceci spécifie la largeur de bande de la lumière émise, mesurée comme la largeur à mi-hauteur (FWHM) de la courbe de distribution spectrale.
• Angle de vision (2θ_1/2) :16 degrés. Cet angle de faisceau étroit confirme la sortie focalisée du dispositif, défini comme l'angle total où l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur de crête.

3. Explication du système de binning

Le composant est catégorisé en bins de performance basés sur sa sortie rayonnante. Ceci permet une sélection basée sur les niveaux d'intensité requis. Les paramètres binnés clés sont l'Éclairement énergétique à l'ouverture (E_een mW/cm²) et l'Intensité rayonnante (I_Een mW/sr), tous deux mesurés à I_F=20mA.

• Bin A : E_e : 0,44 - 0,96 mW/cm² ; I_E : 3,31 - 7,22 mW/sr.
• Bin B : E_e : 0,64 - 1,20 mW/cm² ; I_E : 4,81 - 9,02 mW/sr.
• Bin C : E_e : 0,80 - 1,68 mW/cm² ; I_E : 6,02 - 12,63 mW/sr.
• Bin D : E_e : 1,12 mW/cm² (Min) ; I_E : 8,42 mW/sr (Min). Ceci représente le bin de sortie le plus élevé.

Les concepteurs doivent spécifier le code de bin requis pour s'assurer que la puissance optique répond aux exigences de sensibilité de l'application pour le système détecteur.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut plusieurs représentations graphiques du comportement du dispositif sous différentes conditions.

4.1 Distribution spectrale

La courbe de sortie spectrale (Fig.1) est centrée de manière nette autour de la longueur d'onde de crête de 940nm avec une demi-largeur définie de 50nm. Cette caractéristique est cruciale pour l'appariement avec les photodétecteurs au silicium, qui ont une sensibilité de crête dans cette région, et pour assurer la compatibilité avec les filtres optiques pour rejeter la lumière ambiante.

4.2 Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V)

La courbe caractéristique I-V (Fig.3) montre la relation exponentielle typique d'une diode semi-conductrice. La tension directe spécifiée de 1,6V (max) à 20mA fournit les données nécessaires pour concevoir le circuit de commande limiteur de courant. La courbe aide au calcul de la dissipation de puissance (V_F* I_F) sous différents courants de fonctionnement.

4.3 Intensité rayonnante relative vs. Courant direct

Cette courbe (Fig.5) illustre comment la puissance optique de sortie évolue avec le courant de commande. Elle est typiquement linéaire sur une plage significative mais peut présenter une saturation ou une diminution d'efficacité à des courants très élevés. Ces données sont essentielles pour déterminer le point de fonctionnement afin d'atteindre la sortie optique souhaitée sans dépasser les valeurs maximales absolues.

4.4 Dépendance à la température

Deux courbes détaillent la performance thermique. La Figure 2 montre comment le courant direct maximal autorisé se dégrade à mesure que la température ambiante augmente au-dessus de 25°C, une considération critique pour la fiabilité. La Figure 4 représente l'intensité rayonnante relative en fonction de la température ambiante, montrant la diminution typique de l'efficacité de sortie lorsque la température augmente, ce qui doit être compensé dans les applications de détection de précision.

4.5 Diagramme de rayonnement

Le diagramme de rayonnement polaire (Fig.6) confirme visuellement l'angle de vision étroit de 16 degrés. Le diagramme montre la distribution spatiale de la lumière infrarouge émise, ce qui est vital pour concevoir l'alignement optique et s'assurer que la taille du spot éclairé répond aux besoins de l'application.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Type et dimensions du boîtier

Le dispositif utilise un boîtier traversant modifié T-1 3/4 (5mm). Les notes dimensionnelles clés du dessin incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres (pouces fournis entre parenthèses).
• La tolérance standard est de ±0,25mm (±0,010") sauf si une caractéristique spécifique requiert une tolérance différente.
• La saillie maximale de la résine sous la bride du boîtier est de 1,0mm (0,039").
• L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier, ce qui est important pour la conception de l'empreinte PCB.

Le boîtier est conçu pour les processus de soudure à la vague ou de soudure manuelle standard.

5.2 Identification de la polarité

Pour les boîtiers traversants, la polarité est généralement indiquée par un méplat sur le bord du boîtier ou par des broches de longueurs différentes (la broche la plus longue étant habituellement l'anode). Le dessin dimensionnel de la fiche technique doit être consulté pour le schéma de marquage exact. Une polarité correcte est essentielle pour éviter l'application d'une polarisation inverse dépassant la limite de 5V.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une adhésion stricte aux profils de soudure est nécessaire pour éviter les dommages thermiques à la puce semi-conductrice et à la lentille en époxy.

• Température de soudure :Les broches peuvent supporter une température de 260°C pendant un maximum de 5 secondes. Cette mesure est prise à 1,6 mm (0,063") du corps du boîtier.
• Recommandation de processus :Pour la soudure à la vague, un profil standard avec des étapes de préchauffage, maintien et refroidissement est applicable. La limite de 260°C/5s ne doit pas être dépassée à la jonction broche-corps.
• Nettoyage :Si un nettoyage est requis, utilisez des solvants compatibles avec le matériau époxy du boîtier pour éviter l'opacification ou la fissuration de la lentille.
• Conditions de stockage :Les dispositifs doivent être stockés dans le sac barrière à l'humidité d'origine à des températures dans la plage de stockage spécifiée (-55°C à +100°C) et dans un environnement à faible humidité pour prévenir l'oxydation des broches.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

La combinaison d'une haute intensité et d'un faisceau étroit rend cet émetteur idéal pour :

• Détection de proximité et de présence :Utilisé dans les robinets automatiques, distributeurs de savon, sèche-mains et détection d'occupation.
• Capteurs optiques industriels :Comptage d'objets, détection de bord et détection de position sur les lignes de production.
• Barrières et interrupteurs optiques :Création d'un faisceau focalisé pour la détection d'objets dans les systèmes de sécurité ou les rideaux de sécurité des machines.
• Liaisons de données à courte portée :Transmission de données infrarouges (IrDA) où la lumière directionnelle réduit les interférences et la consommation d'énergie.
• Éclairage pour vision nocturne :Comme source lumineuse invisible pour les caméras de vidéosurveillance avec capteurs sensibles à l'IR.

7.2 Considérations de conception

• Circuit de commande :Une source de courant constant ou une résistance limiteuse de courant en série avec la LED est obligatoire pour fixer I_F. Calculez la valeur de la résistance en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F, en utilisant la V_Fmax pour une conception sûre.
• Gestion thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, un fonctionnement à des températures ambiantes élevées ou près du courant continu maximal nécessite une attention aux courbes de déclassement. Assurez une ventilation adéquate sur le PCB.
• Alignement optique :Le faisceau étroit nécessite un alignement mécanique précis avec le photodétecteur apparié ou la zone cible. Utilisez le diagramme de rayonnement pour la conception optique.
• Protection électrique :Intégrez une protection contre la connexion en tension inverse et les transitoires de tension sur la ligne d'alimentation, car la tension inverse maximale n'est que de 5V.
• Sélection du bin :Choisissez le bin de sortie approprié (A à D) en fonction de la sensibilité du récepteur et du rapport signal/bruit requis pour l'application. Les bins plus élevés fournissent plus de puissance optique mais peuvent avoir des implications sur le coût.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux émetteurs IR standard non focalisés, ce dispositif offre des avantages distincts :

• Intensité rayonnante plus élevée dans un faisceau étroit :Les émetteurs standards ont souvent des angles de vision de 30° ou plus, dispersant la lumière sur une zone plus large. Ce composant concentre sa sortie dans un faisceau de 16°, délivrant une intensité plus élevée sur l'axe, ce qui se traduit par des distances de détection possibles plus longues ou un courant de commande requis plus faible pour le même signal reçu.
• Optimisé pour la détection :Le faisceau étroit réduit la probabilité de diaphonie optique dans les réseaux multi-capteurs et minimise les réflexions sur des surfaces non intentionnelles, améliorant la précision et la fiabilité du système.
• Performance économique :Il fournit une caractéristique de faisceau focalisé souvent associée à des boîtiers avec lentille plus coûteux, mais dans un format T-1 3/4 standard et à faible coût.

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

Q1 : Quelle est la différence entre l'Éclairement énergétique à l'ouverture (E_e) et l'Intensité rayonnante (I_E) ?

R1 : L'Intensité rayonnante (I_E, mW/sr) est une mesure de la puissance optique émise par unité d'angle solide, décrivant la "concentration" du faisceau. L'Éclairement énergétique à l'ouverture (E_e, mW/cm²) est la densité de puissance incidente sur une surface (comme un détecteur) à une distance spécifique, dépendant à la fois de l'intensité et de la distance. I_Eest une propriété intrinsèque de l'émetteur ; E_edépend de la géométrie du système.

Q2 : Puis-je alimenter cet émetteur avec une alimentation 3,3V ?

R2 : Oui, typiquement. Avec une V_Ftypique de 1,6V à 20mA, une résistance série peut être utilisée pour chuter la tension restante (3,3V - 1,6V = 1,7V). La valeur de la résistance serait R = 1,7V / 0,02A = 85 Ohms. Une résistance standard de 82 ou 100 Ohm serait appropriée, en recalculant le courant réel.

Q3 : Pourquoi la longueur d'onde de crête est-elle de 940nm et non 850nm ?

R3 : Le 940nm est moins visible à l'œil humain (apparaît rouge plus faible ou invisible) par rapport au 850nm, le rendant meilleur pour un éclairage discret. Les deux longueurs d'onde sont efficacement détectées par les photodiodes au silicium, bien que la sensibilité soit légèrement plus élevée à 850nm. Le choix dépend du besoin de visibilité par rapport à la réponse maximale du détecteur.

Q4 : Comment interpréter les codes de binning (A, B, C, D) ?

R4 : Les bins représentent des groupes triés basés sur la sortie optique mesurée en usine. Le Bin D a la sortie minimale garantie la plus élevée, tandis que le Bin A a la plus faible. Sélectionnez un bin en fonction de la puissance optique minimale requise pour que votre circuit récepteur fonctionne de manière fiable dans toutes les conditions (y compris les effets de température et le vieillissement).

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un compteur de feuilles de papier pour une imprimante.

L'émetteur et un phototransistor sont placés de part et d'autre du chemin du papier. Le faisceau étroit de 16° du LTE-2871 est crucial. Il assure que la lumière est focalisée directement à travers l'espace vers le détecteur, minimisant la diffusion et les réflexions sur la mécanique interne de l'imprimante, ce qui pourrait causer de faux comptages. Un émetteur de Bin C ou D serait sélectionné pour fournir un signal fort même si de la poussière de papier s'accumule légèrement sur la lentille. Le circuit de commande utiliserait un courant constant de 20-40mA, et le circuit récepteur serait conçu pour détecter la chute distincte du signal lorsqu'une feuille de papier interrompt le faisceau focalisé. Les courbes de déclassement en température seraient consultées pour assurer un fonctionnement fiable à l'intérieur de l'imprimante, où la température ambiante pourrait atteindre 50-60°C.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Un émetteur infrarouge est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'elle est polarisée en direct (tension positive appliquée à l'anode par rapport à la cathode), les électrons et les trous se recombinent dans la région active du matériau semi-conducteur (typiquement à base d'arséniure d'aluminium-gallium - AlGaAs). Ce processus de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (particules de lumière). La composition spécifique des couches semi-conductrices détermine la longueur d'onde des photons émis ; pour ce dispositif, elle est conçue pour être de 940nm, ce qui est dans la gamme du proche infrarouge. Le boîtier modifié intègre une lentille en époxy qui façonne la lumière émise en un motif de faisceau étroit spécifié, collimatant la sortie pour des applications directionnelles.

12. Tendances technologiques

Dans le domaine des émetteurs infrarouges, les tendances générales se concentrent sur l'augmentation de l'efficacité (plus de puissance optique de sortie par watt électrique d'entrée), permettant des vitesses de fonctionnement plus élevées pour la communication de données, et le développement de boîtiers pour dispositifs montés en surface (SMD) pour l'assemblage automatisé. Il y a également un travail continu pour élargir les options de longueur d'onde pour des applications de détection spécifiques (par exemple, détection de gaz) et pour intégrer les émetteurs avec les pilotes et la logique de contrôle dans des modules intelligents. Le principe fondamental de l'électroluminescence dans les matériaux semi-conducteurs reste la base de cette technologie.