Fiche technique de la diode électroluminescente infrarouge IR3494-30C/H80/L419 - Boîtier T-1 3/4 de 4mm - Longueur d'onde 940nm - Tension directe 1,2V - Intensité rayonnante 3,5mW/sr - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La IR3494-30C/H80/L419 est une diode électroluminescente infrarouge haute intensité conçue pour les applications nécessitant une émission de lumière infrarouge fiable et efficace. Moulée dans un boîtier plastique transparent, ce composant est conçu pour offrir des performances constantes dans un format compact T-1 3/4 (4mm). Sa fonction principale est d'émettre un rayonnement infrarouge à une longueur d'onde pic de 940nm, ce qui la rend spectralement compatible avec les phototransistors, photodiodes et modules récepteurs infrarouges courants. Le composant présente un espacement de broches standard de 2,54mm pour une intégration aisée dans les cartes de circuits imprimés standard.

2. Caractéristiques et avantages clés

Les avantages fondamentaux de ce composant découlent de sa conception et du choix des matériaux. Il offre une haute fiabilité, essentielle pour les applications à long terme. La haute intensité rayonnante garantit une transmission de signal puissante, améliorant la portée opérationnelle et le rapport signal/bruit dans les systèmes de détection. Une caractéristique de tension directe basse contribue à l'efficacité énergétique globale du système. De plus, le composant est conforme aux réglementations environnementales, étant sans plomb (Pb-free) et conçu pour rester dans les normes de conformité RoHS.

3. Caractéristiques maximales absolues

Faire fonctionner le composant au-delà de ces limites peut causer des dommages permanents. Les caractéristiques sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C.

• Courant direct continu (I_F):100 mA
• Courant direct de crête (I_FP):1,0 A (Largeur d'impulsion ≤100μs, Cycle de service ≤1%)
• Tension inverse (V_R):5 V
• Température de fonctionnement (T_opr):-40°C à +85°C
• Température de stockage (T_stg):-40°C à +100°C
• Température de soudure (T_sol):260°C (pendant ≤5 secondes)
• Dissipation de puissance (P_d):180 mW (à ou en dessous de 25°C en air libre)

4. Caractéristiques électro-optiques

Les paramètres suivants définissent les performances du composant dans des conditions de test standard (Ta=25°C). Les valeurs typiques représentent la performance la plus courante, tandis que les valeurs minimales et maximales définissent la plage acceptable.

4.1 Propriétés rayonnantes et spectrales

• Intensité rayonnante (I_e):2,5 mW/sr (Min), 3,5 mW/sr (Typ), 5,5 mW/sr (Max) à I_F=20mA. En fonctionnement pulsé (I_F=250mA, f=60Hz, cycle de service 50%), l'intensité rayonnante typique est de 40 mW/sr.
• Longueur d'onde pic (λ_p):940 nm (Typique) à I_F=20mA.
• Largeur de bande spectrale (Δλ):50 nm (Typique) à I_F=20mA, définissant la largeur spectrale à la moitié de l'intensité maximale.

4.2 Propriétés électriques

• Tension directe (V_F):
  • À I_F=20mA : 1,10V (Min), 1,20V (Typ), 1,50V (Max)
  • À I_F=100mA : 1,20V (Min), 1,30V (Typ), 1,70V (Max)
• Courant inverse (I_R):10 μA (Maximum) à V_R=5V.

4.3 Angle de vision

La distribution spatiale de la lumière émise n'est pas uniforme. L'angle de vision, défini comme l'angle total à la moitié de l'intensité rayonnante maximale (2θ_1/2), est :

• Position X :95 degrés (Typique)
• Position Y :45 degrés (Typique)

Cela indique un diagramme de rayonnement asymétrique, ce qui est un facteur critique dans la conception des systèmes optiques pour aligner l'émetteur avec un récepteur.

5. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques essentielles pour un travail de conception détaillé.

5.1 Courant direct en fonction de la température ambiante

Cette courbe montre la dégradation du courant direct maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. Pour éviter la surchauffe et garantir la fiabilité, le courant direct doit être réduit lors d'un fonctionnement au-dessus de 25°C.

5.2 Distribution spectrale

Le graphique trace l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde, centrée autour du pic de 940nm. Il confirme visuellement la largeur de bande typique de 50nm, montrant que la majeure partie de la puissance optique est concentrée entre environ 915nm et 965nm. Cette bande étroite est bénéfique pour filtrer le bruit de la lumière ambiante.

5.3 Intensité rayonnante en fonction du courant direct

Il s'agit d'une relation cruciale montrant que l'intensité rayonnante augmente avec le courant direct, mais pas nécessairement de manière parfaitement linéaire, en particulier à des courants plus élevés en raison des effets thermiques et d'efficacité. La courbe permet aux concepteurs de sélectionner un courant de fonctionnement qui délivre la puissance optique de sortie requise.

5.4 Courant direct en fonction de la tension directe

Cette courbe caractéristique IV est fondamentale pour concevoir le circuit de commande. Elle montre la relation exponentielle, aidant à déterminer la tension de sortie nécessaire pour un pilote à courant constant ou à calculer les valeurs de résistance série pour une conception pilotée par tension.

5.5 Intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire

Des courbes séparées pour les positions X et Y illustrent l'angle de vision asymétrique. L'intensité tombe à la moitié de sa valeur maximale à ±47,5 degrés dans le plan X et à ±22,5 degrés dans le plan Y. Ce diagramme doit être pris en compte lors de l'alignement de la DEL avec un capteur pour garantir une force de signal optimale.

6. Informations mécaniques et sur le boîtier

6.1 Dimensions du boîtier

Le composant utilise un boîtier rond standard T-1 3/4 (diamètre 4mm). Le dessin technique fournit toutes les dimensions critiques, y compris le diamètre du corps, la forme de la lentille, le diamètre des broches et l'espacement des broches. Les notes clés précisent que toutes les dimensions sont en millimètres et que les tolérances standard sont de ±0,25mm sauf indication contraire. Le dessin mécanique exact est essentiel pour créer des empreintes de PCB précises et assurer un placement correct dans les assemblages.

6.2 Identification de la polarité

Les DEL infrarouges sont des composants polarisés. Le dessin de la fiche technique indique la cathode, généralement identifiée par un méplat sur le bord du boîtier ou une broche plus courte. La polarité correcte doit être respectée pendant l'assemblage pour éviter la défaillance du composant.

7. Recommandations de soudure et d'assemblage

La caractéristique maximale absolue pour la température de soudure est de 260°C pendant une durée n'excédant pas 5 secondes. Ceci est typique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion. Il est essentiel de respecter ces limites pour éviter les dommages thermiques au boîtier plastique et à la puce semi-conductrice interne. Les pratiques standard de l'industrie pour la manipulation des composants sensibles à l'humidité doivent être suivies si applicable.

8. Informations sur l'emballage et la commande

La spécification d'emballage standard est la suivante : 500 pièces par sachet, 5 sachets par boîte et 10 boîtes par carton. L'étiquette sur l'emballage contient plusieurs codes pour la traçabilité et la spécification :

• CPN :Numéro de pièce client
• P/N :Numéro de production (numéro de pièce du fabricant)
• QTY :Quantité contenue dans l'emballage
• CAT :Classements ou bacs de performance (par ex., pour l'intensité rayonnante)
• HUE :Indique le bac de longueur d'onde pic.
• REF :Code de référence.
• LOT No :Numéro de lot pour la traçabilité de fabrication.

9. Suggestions d'application

9.1 Scénarios d'application typiques

• Unités de télécommande infrarouge :Sa haute intensité rayonnante la rend adaptée aux télécommandes nécessitant une portée plus longue ou une pénétration de signal plus forte.
• Systèmes de transmission en espace libre :Utilisée dans les liaisons de données à courte portée, les capteurs de proximité et la détection d'objets où un faisceau infrarouge est modulé.
• Détecteurs de fumée :Employée dans les détecteurs de fumée par obscuration, où les particules de fumée interrompent un faisceau de lumière infrarouge entre un émetteur et un récepteur.
• Systèmes infrarouges généraux :Toute application nécessitant une source fiable de lumière infrarouge à 940nm.

9.2 Considérations de conception

• Circuit de commande :Toujours utiliser une résistance série limitant le courant ou un pilote à courant constant pour éviter de dépasser le courant direct maximal, surtout compte tenu de la faible tension directe. La courbe IV doit être utilisée pour calculer la valeur de résistance appropriée pour une tension d'alimentation donnée.
• Gestion thermique :Respecter les limites de dissipation de puissance. Si le fonctionnement est proche du courant maximal ou à des températures ambiantes élevées, considérer la courbe de dégradation thermique et assurer une ventilation adéquate ou un dissipateur thermique si la DEL est montée sur une carte avec d'autres composants générant de la chaleur.
• Alignement optique :L'angle de vision asymétrique (95° x 45°) est critique. La DEL et le récepteur correspondant (phototransistor, etc.) doivent être alignés selon l'axe de sensibilité prévu pour maximiser le signal collecté.
• Protection contre la tension inverse :La tension inverse maximale n'est que de 5V. Dans les circuits où une polarisation inverse est possible (par ex., couplage AC ou charges inductives), une protection externe telle qu'une diode en parallèle (cathode à anode) est fortement recommandée.

10. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux DEL infrarouges standard de faible puissance, la série IR3494 offre une intensité rayonnante significativement plus élevée (3,5 mW/sr typique contre souvent moins de 1 mW/sr pour les composants basiques). Cela se traduit directement par une portée opérationnelle plus longue ou la possibilité d'utiliser des courants de commande plus faibles pour la même portée, améliorant ainsi l'efficacité. La longueur d'onde de 940nm est idéale car elle est moins visible à l'œil humain que les DEL à 850nm (qui ont une faible lueur rouge) tout en restant hautement détectable par les photodétecteurs à base de silicium. Le diagramme de faisceau asymétrique peut être un avantage dans les applications nécessitant un faisceau focalisé dans un plan et une couverture plus large dans un autre.

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

Q : Puis-je piloter cette DEL directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?

R : Non. La tension directe n'est que d'environ 1,2-1,3V. La connecter directement à 5V sans résistance limitant le courant provoquerait un courant très élevé, détruisant instantanément la DEL. Une résistance série doit toujours être utilisée.

Q : Quelle est la différence entre l'intensité rayonnante 'Typique' et 'Maximale' ?

R : La valeur typique (3,5 mW/sr) est ce que la plupart des composants d'un lot de production délivreront. Le maximum (5,5 mW/sr) est la limite supérieure de la spécification ; certains composants peuvent avoir de meilleures performances, mais les conceptions doivent être basées sur le minimum (2,5 mW/sr) pour garantir la fonctionnalité du système dans toutes les conditions.

Q : Pourquoi l'angle de vision est-il différent dans les directions X et Y ?

R : Cela résulte de la structure interne de la puce et de la forme de la lentille plastique. C'est une caractéristique de conception intentionnelle qui façonne le diagramme de lumière émis, ce qui peut être utile pour cibler le faisceau infrarouge.

Q : Un dissipateur thermique est-il nécessaire ?

R : Pour un fonctionnement continu au courant nominal maximal de 100mA, la dissipation de puissance est d'environ 130mW (1,3V * 0,1A), ce qui est inférieur à la valeur nominale de 180mW à 25°C. Cependant, si la température ambiante est élevée ou si la DEL est dans un boîtier scellé, la dégradation thermique selon les courbes de performance doit être appliquée, et un dissipateur thermique ou une réduction du courant de fonctionnement peut être nécessaire.

12. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un émetteur de télécommande infrarouge longue portée

Objectif : Atteindre une portée fiable de 15 mètres dans un environnement typique de salon.

Étapes de conception :

1. Sélection du courant de commande :Consulter la courbe 'Intensité rayonnante en fonction du courant direct'. Pour maximiser la portée, opérer près de la limite supérieure. Sélectionner I_F= 80mA fournit une intensité rayonnante d'environ 15 mW/sr (d'après la courbe), une augmentation significative par rapport à la valeur à 20mA.

2. Conception du circuit :Pour une alimentation de 3,3V, calculer la résistance série. En utilisant le V_Ftypique à 80mA (estimé à partir de la courbe IV à ~1,28V) : R = (V_alim- V_F) / I_F= (3,3V - 1,28V) / 0,08A = 25,25Ω. Utiliser une résistance standard de 24Ω ou 27Ω. Vérifier la puissance dans la résistance : P = I²R = (0,08)²*27 = 0,173W, donc une résistance de 1/4W est suffisante.

3. Vérification thermique :Dissipation de puissance de la DEL : P_d= V_F* I_F= 1,28V * 0,08A = 102mW. Ceci est bien en dessous de la limite de 180mW à 25°C.

4. Alignement optique :Monter la DEL sur le bord de la carte de la télécommande. Orienter la DEL de sorte que son plan plus large de 95 degrés (X) soit aligné horizontalement pour couvrir une large zone, tandis que le plan plus étroit de 45 degrés (Y) soit vertical pour concentrer l'énergie vers l'avant. Cela optimise les chances de toucher le récepteur même si la télécommande est légèrement décalée horizontalement.

13. Principe de fonctionnement

Une diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région n et les trous de la région p sont injectés à travers la jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent dans la région active du matériau semi-conducteur (généralement à base d'arséniure de gallium, GaAs), l'énergie est libérée sous forme de photons. La composition spécifique des couches semi-conductrices détermine la longueur d'onde de la lumière émise. Pour ce composant, le matériau est conçu pour produire des photons principalement à une longueur d'onde de 940 nanomètres, qui se situe dans le spectre proche infrarouge, invisible à l'œil humain mais facilement détectable par les photodiodes et phototransistors au silicium.

14. Tendances technologiques

Le développement des DEL infrarouges continue de se concentrer sur plusieurs domaines clés : augmenter l'efficacité énergétique (puissance optique sortie / puissance électrique entrée) pour permettre une consommation d'énergie plus faible ou une sortie plus élevée des appareils à piles ; améliorer la vitesse de modulation pour les applications de communication de données à haute vitesse comme IrDA ; et développer des composants avec des largeurs de bande spectrales encore plus étroites pour les applications nécessitant un appariement précis de longueur d'onde, comme la détection de gaz. Il y a également une tendance vers les boîtiers CMS (composants montés en surface) pour l'assemblage automatisé, bien que les boîtiers traversants comme le T-1 3/4 restent populaires pour leur robustesse et leur facilité de soudure manuelle dans le prototypage et certaines applications à haute fiabilité. La longueur d'onde de 940nm reste une norme de l'industrie en raison de son équilibre optimal entre la sensibilité des détecteurs au silicium et la faible visibilité.

Notes importantes :Les spécifications fournies dans ce document sont susceptibles d'être modifiées sans préavis. Lors de l'utilisation de ce produit, les caractéristiques maximales absolues et les conditions de fonctionnement décrites ici doivent être strictement respectées. Le fabricant n'assume aucune responsabilité pour les dommages résultant d'une utilisation en dehors de ces conditions spécifiées. Les informations contenues dans cette fiche technique sont protégées par le droit d'auteur et ne doivent pas être reproduites sans autorisation.