Scheda Tecnica LED Infrarosso IR204/H16/L10 da 3mm - Dimensioni 3mm - Tensione 1.5V - Lunghezza d'onda 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un diodo a emissione luminosa (LED) infrarosso ad alta intensità da 3mm (T-1). Il dispositivo è alloggiato in un package plastico trasparente blu ed è progettato per un'ottimale corrispondenza spettrale con fotodiodi al silicio, fototransistor e moduli ricevitori a infrarossi. La sua funzione principale è emettere luce infrarossa a una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri, rendendola invisibile all'occhio umano ma altamente rilevabile dai sensori elettronici.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il LED offre diversi vantaggi chiave, tra cui alta affidabilità, bassa tensione diretta e alta intensità radiante. È progettato con una spaziatura standard dei terminali di 2.54mm per una facile integrazione su PCB. Il prodotto è conforme agli standard RoHS, EU REACH e senza alogeni (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), rendendolo adatto a mercati regolamentati e attenti all'ambiente. Le sue principali applicazioni target sono in sistemi basati su infrarossi come telecomandi, sensori di prossimità, rilevamento oggetti e interruttori ottici.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è progettato per operare entro limiti rigorosi per garantire longevità e affidabilità. La corrente diretta continua (IF) non deve superare 100 mA. Per operazione in impulso con larghezza d'impulso ≤100μs e ciclo di lavoro ≤1%, è consentita una corrente diretta di picco (IFP) fino a 1.0 A. La tensione inversa massima (VR) è 5 V. L'intervallo di temperatura operativa (Topr) va da -40°C a +85°C, mentre la temperatura di stoccaggio (Tstg) si estende da -40°C a +100°C. La temperatura di saldatura (Tsol) deve essere mantenuta a o inferiore a 260°C per una durata non superiore a 5 secondi. La massima dissipazione di potenza (Pd) a 25°C in aria libera è 150 mW.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Tutte le caratteristiche elettro-ottiche sono specificate a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C e una corrente diretta (IF) di 20mA, salvo diversa indicazione. L'intensità radiante (IE) è suddivisa in bin, con valori minimi che vanno da 4.0 a 11.0 mW/sr a seconda del rango. La lunghezza d'onda di picco (λp) è tipicamente 940 nm, con una larghezza di banda spettrale (Δλ) di 45 nm. La tensione diretta (VF) è tipicamente 1.2 V con un massimo di 1.5 V. La corrente inversa (IR) è un massimo di 10 μA a una tensione inversa di 5V. L'angolo di visione (2θ1/2), definito come l'angolo totale a metà intensità, è tipicamente di 50 gradi.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

L'output radiante del LED è suddiviso in bin per garantire coerenza nella progettazione dell'applicazione. Il binning si basa sull'intensità radiante misurata a IF=20mA. I bin disponibili sono K, L, M e N, con i corrispondenti valori minimi e massimi di intensità radiante come segue: Bin K: 4.0-6.4 mW/sr; Bin L: 5.6-8.9 mW/sr; Bin M: 7.8-12.5 mW/sr; Bin N: 11.0-17.6 mW/sr. Ciò consente ai progettisti di selezionare un componente che soddisfi i requisiti di sensibilità specifici del loro circuito fotorivelatore.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

La curva di derating mostra la relazione tra la massima corrente diretta continua consentita e la temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura ambiente, la corrente diretta massima consentita diminuisce linearmente. Questa è una considerazione di progettazione critica per prevenire la fuga termica e garantire che la temperatura di giunzione rimanga entro limiti operativi sicuri, mantenendo così l'affidabilità del dispositivo.

4.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico della distribuzione spettrale illustra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. L'emissione è centrata attorno alla tipica lunghezza d'onda di picco di 940 nm con una larghezza di banda definita. Questa caratteristica è cruciale per garantire la compatibilità con il sensore ricevente, che tipicamente ha la propria curva di sensibilità spettrale. Una buona corrispondenza massimizza l'efficienza del sistema e il rapporto segnale-rumore.

4.3 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico descrive la relazione non lineare tra l'output radiante (Ie) e la corrente diretta (IF). L'intensità radiante aumenta con la corrente ma non in modo perfettamente lineare, specialmente a livelli di corrente più elevati. Comprendere questa curva è essenziale per pilotare correttamente il LED e ottenere l'output ottico desiderato senza superare i valori massimi assoluti.

4.4 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Il diagramma di radiazione mostra come l'intensità della luce emessa varia con l'angolo rispetto all'asse centrale (0°). Il pattern è tipicamente Lambertiano o quasi-Lambertiano per questo tipo di package, con l'intensità che scende al 50% del valore sull'asse a circa ±25 gradi (risultando nell'angolo di visione di 50°). Questa informazione è vitale per il design ottico, determinando l'area di copertura e i requisiti di allineamento in un sistema.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LED è confezionato in un package radiale standard T-1 (3mm) con terminali. Il corpo è realizzato in plastica trasparente blu. I terminali hanno una spaziatura standard di 2.54mm (0.1 pollici). Il disegno dimensionale (implicito nel PDF) fornirebbe le misure esatte per il diametro del corpo, la lunghezza dei terminali e altre dimensioni critiche, tipicamente con una tolleranza di ±0.25mm salvo diversa specifica. Il catodo è tipicamente identificato da un lato piatto sul bordo della lente o da un terminale più corto, sebbene la marcatura specifica dovrebbe essere verificata dal disegno meccanico.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Possono essere utilizzati processi di saldatura manuale o a onda. La temperatura massima assoluta di saldatura è 260°C e il tempo di saldatura non deve superare i 5 secondi. Si raccomanda di seguire le linee guida IPC standard per la saldatura di componenti through-hole. L'esposizione prolungata ad alte temperature può danneggiare il package plastico e il die semiconduttore interno. Il dispositivo dovrebbe essere conservato in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità, che potrebbe causare l'effetto "popcorn" durante il reflow se applicabile, sebbene questo sia principalmente un componente through-hole.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

La specifica di imballaggio standard è da 200 a 1000 pezzi per busta, 4 buste per scatola e 10 scatole per cartone. L'etichetta sull'imballaggio include informazioni critiche per la tracciabilità e l'identificazione: Numero di Produzione del Cliente (CPN), Numero di Parte (P/N), Quantità di Imballo (QTY), Rango (CAT), Lunghezza d'Onda di Picco (HUE), Riferimento (REF), Numero di Lotto (LOT No) e Luogo di Produzione. Vengono utilizzati materiali di imballaggio resistenti all'umidità per proteggere i componenti durante lo stoccaggio e il trasporto.

8. Raccomandazioni Applicative

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED infrarosso è ideale per un'ampia gamma di applicazioni di rilevamento e segnalazione senza contatto. Usi comuni includono telecomandi a infrarossi per l'elettronica di consumo (TV, sistemi audio), rilevamento di prossimità e oggetti in elettrodomestici e apparecchiature industriali, encoder ottici, sensori a fascio interrotto e come sorgente luminosa in moduli emettitore-rivelatore accoppiati per conteggio o rilevamento di livello.

8.2 Considerazioni di Progettazione

Quando si progetta un circuito, includere sempre una resistenza limitatrice di corrente in serie con il LED per controllare la corrente diretta e prevenire danni. Il valore può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF. Scegliere il bin di intensità radiante appropriato in base alla distanza di rilevamento richiesta e alla sensibilità del rivelatore. Considerare l'angolo di visione quando si allinea il LED con il ricevitore. Per operazione in impulso per ottenere un output istantaneo più elevato (ad es. per maggiore portata), assicurarsi che la larghezza dell'impulso e il ciclo di lavoro rimangano entro i limiti specificati per IFP. Fornire un layout PCB adeguato per dissipare il calore, specialmente quando si opera vicino ai valori massimi nominali.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED infrarossi generici, questo dispositivo offre un output spettrale ben definito e coerente centrato a 940nm, che è una comune lunghezza d'onda di sensibilità di picco per fotodiodi e fototransistor al silicio, garantendo un accoppiamento efficiente. La disponibilità di bin di intensità radiante consente prestazioni prevedibili nella produzione di volume. La combinazione di bassa tensione diretta (tipicamente 1.2V) e alta intensità radiante può portare a design più efficienti dal punto di vista energetico. La conformità agli standard ambientali moderni (RoHS, REACH, Senza Alogeni) è un vantaggio significativo per i prodotti destinati ai mercati globali con normative severe.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra i bin K, L, M e N?

R: I bin rappresentano diversi intervalli di intensità radiante minima. Il Bin N ha l'output più alto (11.0-17.6 mW/sr), mentre il Bin K ha il più basso (4.0-6.4 mW/sr). Selezionare un bin in base alla forza del segnale richiesta per la propria applicazione.

D: Posso pilotare questo LED direttamente con un'alimentazione a 5V?

R: No. La tensione diretta è solo di circa 1.2-1.5V. Collegarlo direttamente a 5V causerebbe un flusso di corrente eccessivo e distruggerebbe il LED. È necessario utilizzare sempre una resistenza limitatrice di corrente in serie.

D: Come identifico il catodo?

R: Per un package T-1 standard, il catodo è solitamente indicato da un bordo piatto sul bordo della lente in plastica. In alternativa, osservando il LED dal basso, il terminale corrispondente al lato piatto è il catodo. Il catodo può anche essere il terminale più corto.

D: Qual è la tipica durata operativa?

R: Sebbene non esplicitamente dichiarato in questa scheda tecnica, LED infrarossi come questo hanno tipicamente una durata operativa molto lunga (decine di migliaia di ore) quando operano entro i loro valori massimi assoluti specificati, in particolare i limiti di corrente e temperatura.

11. Esempio Pratico di Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Semplice Sensore di Rilevamento Oggetti.

Un ingegnere deve rilevare la presenza di un oggetto che passa attraverso un varco. Accoppia questo LED IR204 con un fototransistor posizionato sul lato opposto del varco (configurazione a fascio attraversante). Seleziona un LED dal Bin M per un'intensità sufficiente. Il LED è pilotato con una corrente costante di 20mA da un pin di un microcontrollore a 3.3V tramite una resistenza da 100Ω (R = (3.3V - 1.2V) / 0.02A ≈ 105Ω). Il collettore del fototransistor è collegato a 3.3V tramite una resistenza, e la tensione al collettore viene letta dall'ADC del microcontrollore. Quando il fascio è libero, il fototransistor conduce, portando la tensione bassa. Quando un oggetto blocca il fascio, il fototransistor smette di condurre e la tensione sale, segnalando la presenza dell'oggetto. L'angolo di visione di 50° garantisce un fascio sufficientemente ampio per un rilevamento affidabile anche con un leggero disallineamento.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED infrarosso è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la sua energia di bandgap, gli elettroni dalla regione n si ricombinano con le lacune dalla regione p nella regione attiva (realizzata in GaAlAs in questo caso). Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione del materiale (Arseniuro di Gallio Alluminio) determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi, che in questo dispositivo è nello spettro infrarosso attorno a 940 nm. Il package plastico trasparente blu non è un filtro ma agisce come una lente per modellare il fascio di output e proteggere il chip semiconduttore.

13. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia dei LED infrarossi continua a evolversi verso una maggiore efficienza (più output radiante per watt elettrico in ingresso), densità di potenza più elevate per applicazioni a lungo raggio come LiDAR e sensori a tempo di volo, e dimensioni del package più piccole per l'integrazione in dispositivi consumer compatti. C'è anche una tendenza verso un controllo della lunghezza d'onda più preciso e larghezze di banda spettrali più strette per applicazioni di rilevamento specifiche, come il rilevamento di gas o il monitoraggio fisiologico. L'integrazione di driver e logica di controllo direttamente con il die del LED (LED intelligenti) è un altro campo di sviluppo. I principi fondamentali di dispositivi come quello qui descritto rimangono critici per una vasta gamma di sistemi optoelettronici consolidati ed emergenti.