Fiche technique de la LED infrarouge IR204C-A - Boîtier T-1 3mm - Longueur d'onde pic 940nm - Courant direct 100mA - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

L'IR204C-A est une diode émettrice infrarouge de haute intensité, logée dans un boîtier plastique transparent standard de 3mm (T-1). Sa fonction principale est d'émettre de la lumière infrarouge à une longueur d'onde pic de 940nm, ce qui la rend spectralement adaptée aux phototransistors, photodiodes et modules récepteurs infrarouges au silicium courants. Ce dispositif est conçu pour des applications nécessitant une transmission infrarouge fiable et efficace.

1.1 Avantages principaux

• Intensité rayonnante élevée :Délivre une forte puissance optique, adaptée aux applications de moyenne à longue portée.
• Haute fiabilité :Conçu pour une performance stable et à long terme.
• Faible tension directe :Typiquement 1,5V à 20mA, contribuant à un fonctionnement économe en énergie.
• Conformité environnementale :Le produit est sans plomb, conforme au règlement REACH de l'UE et répond aux normes sans halogènes (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Boîtier standard :Le format familier T-1 (3mm) avec un espacement des broches de 2,54mm assure une intégration facile dans les conceptions existantes et les cartes de prototypage.

1.2 Applications cibles

• Unités de télécommande infrarouge à haute puissance.
• Systèmes de transmission de données optiques en espace libre.
• Capteurs de détection de fumée.
• Systèmes généraux de détection et de barrière infrarouge.
• Automatisation industrielle et détection d'objets.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques et optiques spécifiés dans la fiche technique. Comprendre ces limites et valeurs typiques est crucial pour une conception de circuit robuste.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ce sont les limites de contrainte qui ne doivent en aucun cas être dépassées, même momentanément. Un fonctionnement au-delà de ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Courant direct continu (I_F) :100 mA. La LED peut fonctionner en continu à ce niveau de courant, à condition que la dissipation de puissance et les limites de température soient respectées.
• Courant direct de crête (I_FP) :1,0 A. Ce courant élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées (largeur d'impulsion ≤ 100μs, rapport cyclique ≤ 1%). Ceci est utile pour obtenir une puissance rayonnante instantanée très élevée dans des applications en mode rafale comme les télécommandes longue portée.
• Tension inverse (V_R) :5 V. La LED a une tolérance limitée à la tension inverse. Il faut veiller dans la conception du circuit à éviter une polarisation inverse au-delà de cette limite, qui pourrait être causée par des charges inductives ou une séquence d'alimentation incorrecte.
• Dissipation de puissance (P_d) :150 mW à une température ambiante libre de 25°C ou moins. Cette valeur diminue lorsque la température ambiante augmente. Le courant de fonctionnement réel doit être déclassé en fonction de la température de jonction pour rester dans des limites sûres.
• Température de soudure (T_sol) :260°C pendant un maximum de 5 secondes. Ceci définit les contraintes du profil de soudure par refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales (Ta=25°C).

• Intensité rayonnante (I_e) :C'est la mesure principale de la puissance optique par angle solide (mW/sr).
  • À I_F= 20mA (DC) : La valeur typique est de 7,8 mW/sr, avec un minimum de 4,0 mW/sr.
  • À I_F= 100mA (Pulsé) : L'intensité rayonnante typique augmente significativement.
  • À I_F= 1A (Pulsé) : Peut délivrer une puissance typique de 390 mW/sr, démontrant sa capacité pour un fonctionnement pulsé haute puissance.
• Longueur d'onde pic (λ_p) :940 nm (typique). Cette longueur d'onde est idéale car elle correspond bien au pic de sensibilité des photodétecteurs au silicium, tout en étant largement invisible à l'œil humain et ayant une bonne transmission atmosphérique.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :Approximativement 45 nm (typique). Ceci définit la largeur spectrale de la lumière émise à la moitié de son intensité maximale (FWHM).
• Tension directe (V_F) :
  • À 20mA : 1,5V typique, 1,2V min, crucial pour le calcul des valeurs de résistance série.
  • À 100mA (pulsé) : 1,4V typique, 1,8V max. V_Faugmente avec le courant en raison de la résistance de la diode.
  • À 1A (pulsé) : 2,6V typique, 4,0V max, montrant une augmentation significative dans des conditions de pulsation à fort courant.
• Angle de vision (2θ_1/2) :40 degrés (typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur sur l'axe. Un angle de 40° offre un bon équilibre entre concentration du faisceau et couverture.

3. Explication du système de classement (Binning)

La fiche technique inclut un tableau de classement pour l'intensité rayonnante, une pratique courante pour catégoriser les LED en fonction de leur performance mesurée.

3.1 Classement par intensité rayonnante

Dans la condition I_F= 20mA, les LED sont triées en classes (K, L, M, N) en fonction de leur intensité rayonnante mesurée.

• Classe K :4,0 - 6,4 mW/sr
• Classe L :5,6 - 8,9 mW/sr
• Classe M :7,8 - 12,5 mW/sr
• Classe N :11,0 - 17,6 mW/sr

Implication pour la conception :Pour les applications nécessitant une force de signal optique cohérente (par ex., télécommandes avec une portée définie), spécifier une classe plus étroite (comme une seule classe) ou une classe minimale plus élevée garantit une performance plus uniforme entre les unités de production. Le code de classe est généralement indiqué dans les informations de commande ou sur l'étiquette du produit.

4. Analyse des courbes de performance

Les courbes caractéristiques typiques fournissent des informations précieuses sur le comportement du dispositif dans différentes conditions.

4.1 Courant direct vs. Tension directe (Fig.4)

Cette courbe IV montre la relation exponentielle. La courbe se déplace avec la température ; la tension directe diminue typiquement lorsque la température de jonction augmente pour un courant donné.

4.2 Intensité relative vs. Température ambiante (Fig.7)

Ce graphique est crucial pour la gestion thermique. La puissance rayonnante d'une LED diminue lorsque sa température de jonction augmente. La courbe quantifie ce déclassement, informant les concepteurs que des températures ambiantes plus élevées ou un refroidissement inadéquat entraîneront une puissance optique plus faible. Ceci doit être pris en compte dans les systèmes conçus pour fonctionner sur toute la plage de -40°C à +85°C.

4.3 Distribution spectrale & Longueur d'onde pic vs. Température (Fig.2 & Fig.3)

La Fig.2 montre le spectre d'émission typique centré à 940nm. La Fig.3 illustre comment la longueur d'onde pic se déplace avec la température. Les LED infrarouges présentent typiquement un coefficient de température positif pour la longueur d'onde (c'est-à-dire que λ_paugmente avec la température). Ce décalage est important dans les applications où le détecteur a une réponse spectrale étroite.

4.4 Diagramme de rayonnement angulaire (Fig.6)

Ce diagramme polaire représente l'intensité rayonnante relative en fonction du déplacement angulaire par rapport à l'axe central. L'angle de vision de 40° est confirmé ici. Le diagramme est généralement Lambertien ou quasi-Lambertien pour ce type de boîtier, ce qui signifie que l'intensité est approximativement proportionnelle au cosinus de l'angle de vision.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif utilise un boîtier rond standard T-1 (diamètre 3mm). Les notes dimensionnelles clés de la fiche technique incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres (mm).
• Les tolérances standard sont de ±0,25mm sauf indication contraire.
• L'espacement des broches est de 2,54mm (0,1 pouce), compatible avec les cartes perforées standard et de nombreux socles.

Un dessin coté détaillé est généralement inclus, montrant le diamètre du corps, la forme de la lentille, la longueur et le diamètre des broches, et le plan d'appui.

5.2 Identification de la polarité

Pour une LED T-1 standard, la cathode est typiquement identifiée par un méplat sur le bord de la lentille plastique et/ou par la broche la plus courte. Il convient de consulter la fiche technique pour le marquage spécifique de cette référence.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

• Soudure par refusion :La température de soudure maximale est de 260°C, et le temps à cette température ou au-dessus ne doit pas dépasser 5 secondes. Un profil de refusion standard sans plomb est applicable.
• Soudure manuelle :Si une soudure manuelle est nécessaire, un fer à souder à température contrôlée doit être utilisé, et le temps de soudure par broche doit être minimisé (typiquement < 3 secondes à 350°C) pour éviter les dommages thermiques au boîtier plastique et à la puce semi-conductrice.
• Conditions de stockage :La plage de température de stockage est de -40°C à +85°C. Les composants doivent être conservés dans leur sac barrière à l'humidité d'origine jusqu'à leur utilisation pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui peut provoquer l'effet \"pop-corn\" pendant la refusion.

7. Informations d'emballage et de commande

7.1 Spécifications d'emballage

• Emballage standard : 200 à 1000 pièces par sachet.
• 5 sachets sont emballés dans 1 boîte.
• 10 boîtes sont emballées dans 1 carton.

7.2 Informations d'étiquetage

L'étiquette du produit contient des données clés de traçabilité et de spécification :

• CPN (Numéro de pièce client)
• P/N (Numéro de pièce fabricant : IR204C-A)
• QTY (Quantité d'emballage)
• Classes/Codes de classement (par ex., pour l'intensité rayonnante)
• HUE (Information sur la longueur d'onde pic)
• N° de LOT (Numéro de lot traçable)

8. Recommandations pour la conception d'applications

8.1 Conception du circuit de pilotage

La LED doit être pilotée avec un élément limitant le courant, typiquement une résistance en série avec une source de tension. La valeur de la résistance (R_s) est calculée comme suit : R_s= (V_alim- V_F) / I_F. Utilisez la V_Fmaximale de la fiche technique pour le courant de fonctionnement choisi afin de garantir que le courant ne dépasse pas la valeur souhaitée. Par exemple, pour une alimentation de 5V et un I_Fcible de 20mA en utilisant la V_Fmax de 1,5V : R_s= (5 - 1,5) / 0,02 = 175 Ω. Une résistance standard de 180 Ω serait appropriée. Pour un fonctionnement pulsé à forts courants, un interrupteur à transistor (BJT ou MOSFET) est requis.

8.2 Considérations thermiques

Bien que le boîtier T-1 ait une capacité de dissipation thermique limitée, pour des courants continus allant jusqu'à 100mA, il est important de garantir une ventilation adéquate ou de prendre en compte la dissipation de puissance (P_d= V_F* I_F). Si elle fonctionne en continu près du courant maximal dans une température ambiante élevée, la température de jonction peut augmenter, réduisant la puissance de sortie et affectant potentiellement la longévité.

8.3 Conception optique

La lentille transparente est adaptée à une utilisation avec des lentilles ou des réflecteurs externes pour collimater ou façonner le faisceau pour des applications spécifiques comme la transmission longue portée. La longueur d'onde de 940nm est bien transmise par de nombreux plastiques courants utilisés dans les lentilles et les fenêtres.

9. Comparaison et différenciation techniques

L'IR204C-A se positionne avec des éléments différenciateurs clés :

• Capacité de puissance pulsée élevée :Le courant de crête de 1A permet une puissance optique instantanée très élevée, un avantage par rapport aux LED évaluées uniquement pour des courants pulsés plus faibles.
• Boîtier standardisé avec performance :Elle offre une intensité rayonnante plus élevée dans le boîtier T-1 commun et facile à utiliser, comparée à de nombreuses LED infrarouges basiques.
• Conformité environnementale :La conformité totale aux réglementations environnementales modernes (RoHS, REACH, Sans Halogène) est un avantage significatif pour les produits ciblant les marchés mondiaux.
• Adaptation spectrale :La mention explicite d'être spectralement adaptée aux détecteurs courants simplifie le processus de sélection pour les concepteurs construisant des systèmes optiques complets.

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

1. Q : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V ?
   R : Non. Une broche de microcontrôleur ne peut pas fournir 20mA en continu de manière sûre, et elle manque de limitation de courant. Vous devez utiliser une résistance série et un interrupteur à transistor. La V_Fde la LED (1,5V) est inférieure à 3,3V, donc elle est compatible en termes de tension, mais le courant doit être contrôlé en externe.
2. Q : Quelle est la différence entre l'Intensité Rayonnante (mW/sr) et la Puissance Rayonnante (mW) ?
   R : L'Intensité Rayonnante est la densité angulaire – puissance par unité d'angle solide. La Puissance Rayonnante (ou Flux) est la puissance totale émise dans toutes les directions. Pour trouver la puissance totale, il faudrait intégrer l'intensité sur tout le diagramme d'émission. La fiche technique fournit l'intensité, ce qui est plus utile pour calculer l'éclairement à une distance dans une direction donnée.
3. Q : Pourquoi la longueur d'onde pic de 940nm est-elle préférée à 850nm ?
   R : Le 940nm est moins visible à l'œil humain (lueur rouge plus sombre) que le 850nm, le rendant moins gênant dans les appareils grand public. Les deux sont bien détectés par le silicium, mais le 940nm peut avoir des interférences légèrement plus faibles de la lumière ambiante provenant de certaines sources comme la lumière du soleil et les ampoules à incandescence, qui ont de fortes émissions dans la région du 850nm.
4. Q : Comment sélectionner la bonne classe (bin) ?
   R : Si votre application nécessite une force de signal minimale au niveau du récepteur, utilisez la valeur minimale d'une classe pour garantir que toutes les pièces la respectent. Par exemple, si vous avez besoin d'au moins 6 mW/sr, spécifiez la Classe L ou supérieure. Pour les applications sensibles au coût où une certaine variation est acceptable, une classe plus large ou l'offre par défaut peut suffire.

11. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

11.1 Télécommande infrarouge longue portée

Scénario :Concevoir une télécommande qui doit fonctionner de manière fiable à une distance de 15 mètres dans un salon modérément éclairé.
Mise en œuvre :Utilisez la LED en mode pulsé. Pilotez-la avec des impulsions courtes (par ex., 50μs) et à fort courant (par ex., 500mA) en utilisant un interrupteur MOSFET contrôlé par un circuit intégré encodeur. Cela délivre une intensité rayonnante de crête élevée (se référer aux données pulsées à 1A) pour une transmission longue portée tout en maintenant une puissance moyenne faible. Une lentille plastique simple peut être ajoutée pour collimater davantage le faisceau. La longueur d'onde de 940nm minimise la lueur visible.

11.2 Capteur de proximité ou de détection d'objet

Scénario :Créer un système de détection d'objet sans contact avec une portée de 10 à 50 cm.
Mise en œuvre :Associez l'IR204C-A avec un phototransistor adapté. Pilotez la LED avec un courant continu modéré (par ex., 50mA) en utilisant une source de courant constant pour une puissance lumineuse stable. Modulez le courant de la LED à une fréquence spécifique (par ex., 38kHz) et utilisez un récepteur accordé du côté du phototransistor. Cette technique de modulation rend le système très insensible aux fluctuations de la lumière ambiante (comme la lumière du soleil ou les lumières de la pièce), améliorant grandement le rapport signal/bruit et la fiabilité.

12. Principe de fonctionnement

Une Diode Électroluminescente Infrarouge (LED IR) est une diode à jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'elle est polarisée en direct, les électrons de la région n se recombinent avec les trous de la région p dans la région active. Pour une LED infrarouge comme l'IR204C-A, la largeur de bande interdite du matériau semi-conducteur (typiquement de l'Arséniure de Gallium-Aluminium - GaAlAs comme indiqué) est telle que l'énergie libérée pendant ce processus de recombinaison correspond à un photon dans le spectre infrarouge (autour de 940nm de longueur d'onde). Le boîtier en époxy transparent agit comme une lentille, façonnant la lumière émise selon l'angle de vision caractéristique. L'intensité de la lumière émise est directement proportionnelle au courant direct traversant la diode, jusqu'aux limites physiques du dispositif.

13. Tendances technologiques

La technologie des LED infrarouges continue d'évoluer parallèlement à la technologie des LED visibles. Les tendances clés influençant des dispositifs comme l'IR204C-A incluent :

• Efficacité accrue :La recherche continue en science des matériaux vise à améliorer l'efficacité énergétique (puissance optique sortie / puissance électrique entrée) des LED IR, permettant une puissance de sortie plus élevée à des courants de pilotage plus faibles ou une génération de chaleur réduite.
• Densité de puissance plus élevée :Le développement de boîtiers à l'échelle de la puce et l'amélioration des matériaux de gestion thermique permettent aux LED IR de supporter des courants continus et pulsés plus élevés dans des facteurs de forme plus petits.
• Intégration :Il existe une tendance à intégrer l'émetteur IR avec un circuit intégré de pilotage, un photodétecteur, ou même un microcontrôleur dans des modules uniques pour des applications spécifiques (par ex., capteurs de proximité, reconnaissance de gestes).
• Précision et stabilité de la longueur d'onde :Les progrès dans les techniques de croissance épitaxiale permettent un contrôle plus précis de la longueur d'onde pic et de la largeur spectrale, ce qui est critique pour des applications comme la détection de gaz ou les communications optiques utilisant le multiplexage en longueur d'onde.
• Expansion du champ d'application :La croissance de domaines comme le LiDAR pour l'automobile/la robotique, la reconnaissance faciale et la surveillance de la santé (par ex., oxymétrie de pouls) stimule la demande d'émetteurs IR hautes performances et fiables sur diverses longueurs d'onde et niveaux de puissance.

L'IR204C-A, avec ses spécifications équilibrées et son boîtier standard, représente une solution mature et fiable dans ce paysage technologique en évolution.