Scheda Tecnica LED Infrarosso 3mm 850nm HIR204C - Package T-1 - Tensione Diretta 1.45V - Potenza 150mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un diodo emettitore di luce (LED) infrarosso ad alta intensità da 3mm (T-1). Il dispositivo è progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 850 nanometri (nm), rendendolo adatto a una varietà di applicazioni di rilevamento e trasmissione a infrarossi. I suoi vantaggi principali includono un'elevata affidabilità, un'uscita radiante significativa e un basso requisito di tensione diretta.

Il LED è costruito utilizzando materiale chip in Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs) ed è alloggiato in un package plastico trasparente. Questa emissione spettrale è intenzionalmente adattata per essere compatibile con comuni ricevitori a infrarossi come fototransistor, fotodiodi e moduli riceventi integrati. Il prodotto è conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

1.1 Applicazioni Target

Il dispositivo è progettato per sistemi che richiedono una segnalazione a infrarossi robusta. Le principali aree di applicazione includono:

• Sistemi di trasmissione dati ottici in aria libera.
• Unità di telecomando a infrarossi, in particolare quelle che richiedono una potenza di uscita più elevata.
• Sistemi di rilevamento fumo e allarme antincendio che utilizzano principi di sensori ottici.
• Sistemi applicativi generici basati su infrarossi per uso industriale o consumer.

2. Analisi dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Corrente Diretta Continua (I_F): 100 mA
• Corrente Diretta di Picco (I_FP): 1.0 A (Larghezza di Impulso ≤ 100μs, Ciclo di Lavoro ≤ 1%)
• Tensione Inversa (V_R): 5 V
• Temperatura di Funzionamento (T_opr): -40°C a +85°C
• Temperatura di Stoccaggio (T_stg): -40°C a +100°C
• Temperatura di Saldatura (T_sol): 260°C (per ≤ 5 secondi)
• Dissipazione di Potenza (P_d): 150 mW (a o al di sotto di 25°C di temperatura ambiente)

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (T_a= 25°C)

Questi parametri definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo in condizioni di test specificate.

• Intensità Radiante (I_e):
  • Tipica: 17.6 mW/sr a I_F= 20 mA.
  • Tipica: 90 mW/sr a I_F= 100 mA (impulsata).
  • Tipica: 900 mW/sr a I_F= 1 A (impulsata).
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p): Tipica 850 nm a I_F= 20 mA.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ): Tipica 45 nm a I_F= 20 mA.
• Tensione Diretta (V_F):
  • Tipica: 1.45 V, Massima: 1.65 V a I_F= 20 mA.
  • Tipica: 1.80 V, Massima: 2.40 V a I_F= 100 mA (impulsata).
  • Tipica: 4.10 V, Massima: 5.25 V a I_F= 1 A (impulsata).
• Corrente Inversa (I_R): Massima 10 μA a V_R= 5 V.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): Tipico 25 gradi a I_F= 20 mA.

Nota: Le incertezze di misura sono specificate per la tensione diretta (±0.1V), l'intensità radiante (±10%) e la lunghezza d'onda dominante (±1.0nm).

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Queste sono fondamentali per i progettisti per prevedere le prestazioni nelle applicazioni reali.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra la riduzione della corrente diretta massima consentita all'aumentare della temperatura ambiente. La capacità di dissipazione di potenza del dispositivo diminuisce con l'aumento della temperatura, fattore che deve essere considerato nella progettazione termica per prevenire il surriscaldamento.

3.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico dell'emissione spettrale conferma il picco di emissione a 850nm con una larghezza di banda definita. Questo è essenziale per garantire la compatibilità con la sensibilità spettrale del ricevitore previsto (ad esempio, un fotorivelatore al silicio, che è più sensibile intorno agli 800-900nm).

3.3 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra la relazione tra corrente di pilotaggio e uscita ottica. Tipicamente mostra un aumento sub-lineare, il che significa che l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate. I progettisti utilizzano questo dato per selezionare un punto di funzionamento che bilanci potenza di uscita, efficienza e longevità del dispositivo.

3.4 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo grafico polare definisce il modello di emissione spaziale (angolo di visione). Il tipico semi-angolo di 25 gradi indica un fascio moderatamente focalizzato, utile per dirigere l'energia infrarossa verso un bersaglio o sensore specifico.

3.5 Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco vs. Temperatura Ambiente

I LED infrarossi mostrano uno spostamento della lunghezza d'onda di picco con la temperatura, tipicamente intorno a 0.2-0.3 nm/°C. Questa curva quantifica tale spostamento per l'HIR204C, importante per applicazioni in cui la corrispondenza precisa della lunghezza d'onda è critica.

3.6 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

La caratteristica elettrica fondamentale di un diodo. Questa curva è utilizzata per determinare la caduta di tensione ai capi del LED a una data corrente di funzionamento, necessaria per progettare il circuito di pilotaggio (ad esempio, selezionare una resistenza limitatrice di corrente o progettare un driver a corrente costante).

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package (T-1, 3mm)

Il dispositivo rispetta le dimensioni standard del package radiale T-1 (3mm). Le specifiche meccaniche chiave includono:

• Il diametro complessivo del package è di circa 3.0mm.
• La spaziatura standard dei terminali (tra i centri) è di 2.54mm (0.1 pollici).
• Un disegno dimensionale dettagliato è fornito nella scheda tecnica, specificando lunghezze, diametri e sezioni dei terminali con una tolleranza generale di ±0.25mm salvo diversa indicazione.

4.2 Identificazione della Polarità

Il LED presenta un lato piatto sulla lente o un terminale più corto per indicare il catodo (polo negativo). La polarità corretta deve essere rispettata durante l'assemblaggio del circuito.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione corretta è cruciale per mantenere l'affidabilità e le prestazioni del dispositivo.

5.1 Formatura dei Terminali

• La piegatura deve avvenire ad almeno 3mm dalla base della lente in epossidico per evitare stress sul die interno e sui fili di collegamento.
• Formare i terminali prima della saldatura.
• Evitare di applicare stress al package. I fori del PCB devono allinearsi perfettamente con i terminali del LED per prevenire stress di montaggio.
• Tagliare i terminali a temperatura ambiente.

5.2 Condizioni di Stoccaggio

• Stoccaggio raccomandato: ≤ 30°C e ≤ 70% di Umidità Relativa (UR).
• La durata di conservazione dopo la spedizione è di 3 mesi in queste condizioni.
• Per stoccaggi più lunghi (fino a 1 anno), utilizzare un contenitore sigillato con atmosfera di azoto e essiccante.
• Evitare rapidi cambiamenti di temperatura in ambienti umidi per prevenire la condensa.

5.3 Raccomandazioni per la Saldatura

Mantenere una distanza minima di 3mm tra il giunto di saldatura e il bulbo in epossidico.

• Saldatura Manuale: Temperatura della punta del saldatore ≤ 300°C (max 30W), tempo di saldatura ≤ 3 secondi.
• Saldatura a Onda/Per Immersione: Preriscaldamento ≤ 100°C (max 60 sec), bagno di saldatura ≤ 260°C, tempo di permanenza ≤ 5 secondi.
• Evitare stress sui terminali durante le operazioni ad alta temperatura.
• Non eseguire la saldatura a immersione/manuale più di una volta.
• Lasciare raffreddare gradualmente il dispositivo a temperatura ambiente dopo la saldatura, proteggendolo da urti o vibrazioni durante il raffreddamento.

5.4 Pulizia

• Se necessario, pulire solo con alcol isopropilico a temperatura ambiente per ≤ 1 minuto. Asciugare all'aria.
• La pulizia a ultrasuoni non è raccomandata. Se inevitabile, il suo potenziale impatto deve essere valutato attentamente.

6. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

6.1 Materiali e Specifiche di Imballaggio

I dispositivi sono imballati utilizzando materiali resistenti all'umidità per prevenire danni durante lo stoccaggio e il trasporto. La gerarchia di imballaggio è:

1. I dispositivi sono posti in buste antistatiche.
2. Le buste sono poste in scatole interne.
3. Le scatole interne sono imballate in scatole di spedizione principali.

6.2 Quantità di Imballaggio

• Minimo 200 a 1000 pezzi per busta antistatica.
• 5 buste per scatola interna.
• 10 scatole per scatola di spedizione principale.

6.3 Spiegazione delle Etichette

Le etichette sull'imballaggio contengono identificatori chiave:

• CPN: Numero di Produzione del Cliente
• P/N: Numero di Produzione (Codice Articolo)
• QTY: Quantità di Imballaggio
• CAT: Classi (bin di prestazione)
• HUE: Lunghezza d'Onda Dominante
• REF: Riferimento
• LOT No: Numero di Lotto per la tracciabilità

7. Considerazioni per la Progettazione Applicativa

7.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

A causa della caratteristica esponenziale I-V del diodo, è obbligatorio un driver a corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente. Il valore della resistenza (R_limit) può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Utilizzare sempre il valore massimo di V_Fdalla scheda tecnica per una data I_Fper garantire una corrente sufficiente in tutte le condizioni. Per il funzionamento impulsato (ad es., telecomandi), assicurarsi che il driver possa fornire l'alta corrente di picco (fino a 1A) con il corretto ciclo di lavoro.

7.2 Gestione Termica

Sebbene il package possa dissipare 150mW a 25°C, questa specifica si riduce con la temperatura ambiente. In spazi chiusi o ad alte temperature ambientali, assicurarsi che la dissipazione di potenza effettiva (I_F* V_F) rimanga al di sotto del limite ridotto. Potrebbe essere necessaria un'adeguata area di rame sul PCB o altri dissipatori per il funzionamento continuo ad alta corrente.

7.3 Progettazione Ottica

L'angolo di visione di 25 gradi fornisce un equilibrio tra concentrazione del fascio e copertura. Per applicazioni a lungo raggio, possono essere utilizzate ottiche secondarie (lenti) per collimare il fascio. Per la copertura di aree ampie, potrebbe essere necessario un diffusore. Assicurarsi che il campo visivo e la sensibilità spettrale del ricevitore siano allineati con l'uscita del LED.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione dell'HIR204C nella sua classe (LED IR 3mm) sono la combinazione dialta intensità radiante(fino a 900 mW/sr impulsata) etensione diretta relativamente bassa(tipica 1.45V a 20mA). Ciò lo rende efficiente, riducendo il consumo energetico e la generazione di calore per una data uscita luminosa rispetto a dispositivi con V_Fpiù alta. La lunghezza d'onda di 850nm è uno standard per i ricevitori al silicio, offrendo un buon equilibrio tra sensibilità del ricevitore e relativa invisibilità. La sua costruzione robusta e il materiale del package trasparente contribuiscono alla sua dichiarata elevata affidabilità.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Qual è la differenza tra le specifiche di corrente continua e impulsata?

La specifica di corrente continua (100mA) è la massima corrente continua che il LED può gestire indefinitamente senza rischio di danni. La specifica di corrente impulsata (1A) è molto più alta ma può essere applicata solo per impulsi molto brevi (≤100μs) con un ciclo di lavoro molto basso (≤1%). Ciò consente brevi lampi di luminosità molto elevata, comuni nei segnali dei telecomandi, senza surriscaldare il dispositivo.

9.2 Perché la tensione diretta è più alta a 1A rispetto a 20mA?

Ciò è dovuto alla resistenza serie intrinseca all'interno del chip LED e del package. All'aumentare della corrente, la caduta di tensione su questa resistenza interna (V = I * R) aumenta, portando a una tensione diretta totale più elevata. La scheda tecnica fornisce questi dati in modo che i driver possano essere progettati per fornire la tensione necessaria alla corrente di funzionamento target.

9.3 Questo LED può essere utilizzato per la trasmissione dati?

Sì, la sua rapida capacità di commutazione (implicita dal suo uso nei telecomandi) lo rende adatto per la trasmissione dati modulata in sistemi in aria libera. La velocità di dati ottenibile dipenderà dalla capacità del circuito di pilotaggio di commutare rapidamente la corrente e dalla larghezza di banda del ricevitore.

10. Esempio di Caso d'Uso Pratico

10.1 Progettazione di un Semplice Faretto IR

Obiettivo: Creare un faro IR sempre acceso per il rilevamento di prossimità con una portata di pochi metri.

Passaggi di Progettazione:

1. Scegliere il Punto di Funzionamento: Selezionare I_F= 50mA per un equilibrio tra buona uscita e potenza moderata. Dalla curva I-V, stimare V_F≈ 1.6V.
2. Calcolare il Driver: Utilizzando un'alimentazione da 5V e una resistenza in serie: R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω. Potenza sulla resistenza: P = I²R = (0.05)² * 68 = 0.17W. Utilizzare una resistenza da 68Ω, 0.25W.
3. Verifica Termica: Dissipazione di potenza del LED: P_LED= V_F* I_F= 1.6V * 0.05A = 80mW. Questo è ben al di sotto della specifica di 150mW a 25°C. Se si prevede una temperatura ambiente di 50°C, consultare la curva di riduzione per assicurarsi che 80mW sia ancora sicuro.
4. Montaggio: Posizionare su PCB con fori allineati ai terminali. Saldare, mantenendo i giunti a >3mm dal corpo della lente.
5. Abbinamento: Utilizzare un fototransistor o un modulo ricevente sensibile alla luce a 850nm, posizionato all'interno del cono del fascio di 25 gradi del LED.

11. Principio di Funzionamento

Un LED infrarosso è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). Il materiale semiconduttore specifico utilizzato (GaAlAs in questo caso) determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda dei fotoni emessi—in questo caso, nella regione del vicino infrarosso intorno a 850nm. Il package in epossidico trasparente funge da lente, modellando il fascio di uscita e proteggendo il delicato chip semiconduttore.

12. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo dei LED infrarossi continua a concentrarsi su diverse aree chiave:Aumento dell'Efficienza(più potenza ottica in uscita per watt elettrico in ingresso),Maggiore Densità di Potenza(package più piccoli in grado di gestire più corrente), eMigliore Affidabilitàin condizioni ambientali severe. È inoltre in corso il lavoro per sviluppare dispositivi a altre lunghezze d'onda specifiche (ad es., 940nm per una migliore occultazione, o lunghezze d'onda specifiche per il rilevamento di gas). L'integrazione con circuiti di pilotaggio e ricevitori in moduli compatti è un'altra tendenza significativa, che semplifica la progettazione del sistema per gli utenti finali. L'HIR204C rappresenta una tecnologia matura e affidabile, ben adatta alle sue applicazioni previste.