Scheda Tecnica LED Infrarosso IR204-A - Package 3mm - Lunghezza d'Onda 940nm - Corrente 100mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR204-A è un diodo emettitore infrarosso ad alta intensità, alloggiato in un package plastico blu standard da 3mm (T-1). È progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 940nm, risultando così spettralmente compatibile con i comuni fototransistor, fotodiodi e moduli ricevitori IR. Questo dispositivo è caratterizzato da elevata affidabilità, alta intensità radiante e bassa tensione diretta, rendendolo adatto a varie applicazioni di trasmissione a infrarossi.

1.1 Vantaggi Principali

• Alta Intensità Radiante:Fornisce un'uscita infrarossa potente per una trasmissione del segnale affidabile.
• Corrispondenza della Lunghezza d'Onda:La lunghezza d'onda di picco di 940nm è ottimizzata per la compatibilità con i ricevitori IR standard.
• Compatto e Standardizzato:Il package da 3mm con passo terminali di 2.54mm consente una facile integrazione nei layout PCB standard.
• Conformità:Il prodotto è conforme agli standard RoHS, REACH UE ed è privo di alogeni (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).

1.2 Applicazioni Target

Questo LED infrarosso è destinato principalmente a sistemi che richiedono comunicazione con luce non visibile. Le principali aree applicative includono unità per telecomandi a infrarossi con elevati requisiti di potenza, sistemi di trasmissione in aria libera, rivelatori di fumo e altri sistemi generali di rilevamento o comunicazione basati su infrarossi.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Corrente Diretta Continua (IF):100 mA. La massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):1.0 A. Questa elevata corrente è ammessa solo in condizioni impulsive (Larghezza di Impulso ≤ 100μs, Ciclo di Lavoro ≤ 1%).
• Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può danneggiare la giunzione del diodo.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio (Topr/Tstg):-40°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Dissipazione di Potenza (Pd):150 mW a 25°C. La massima potenza che il package può dissipare senza superare i suoi limiti termici.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura di giunzione standard di 25°C e definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni specificate.

• Intensità Radiante (Ie):Una metrica di prestazione chiave. A una corrente di pilotaggio standard di 20mA, l'intensità radiante tipica è di 5.6 mW/sr. In funzionamento impulsivo ad alta corrente (100mA, 1A), l'uscita aumenta significativamente rispettivamente a 38 mW/sr e 350 mW/sr, abilitando applicazioni a lungo raggio o ad alta luminosità impulsiva.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):940 nm (tipico). Questo è nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma rilevato efficientemente da sensori al silicio.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Circa 45 nm. Definisce l'ampiezza spettrale della luce emessa attorno alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta (VF):Tipicamente 1.2V a 20mA, aumenta con la corrente. Questa bassa tensione contribuisce a un minor consumo energetico nei progetti.
• Angolo di Visione (2θ1/2):35 gradi. Questo è l'angolo di apertura a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore di picco, definendo il modello del fascio.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica include una struttura di binning per l'intensità radiante. I LED sono suddivisi in gruppi (K, L, M, N) in base alla loro uscita misurata a IF=20mA. Ad esempio, il bin 'L' ha un'intensità minima di 5.6 mW/sr e una massima di 8.9 mW/sr. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di prestazione minima garantita per un comportamento del sistema coerente. La scheda tecnica non indica il binning per la lunghezza d'onda o la tensione diretta per questo specifico numero di parte.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche cruciali per la progettazione.

4.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente (Fig.1)

Questa curva mostra come la massima corrente diretta continua ammissibile si riduca all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. I progettisti devono utilizzare questo grafico per assicurarsi che la corrente operativa non superi il limite di sicurezza alla massima temperatura ambiente dell'applicazione.

4.2 Distribuzione Spettrale (Fig.2)

Illustra la potenza radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda, centrata attorno al picco di 940nm con la larghezza di banda specificata di ~45nm.

4.3 Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco vs. Temperatura (Fig.3)

Mostra lo spostamento della lunghezza d'onda di picco con i cambiamenti della temperatura ambiente (e quindi di giunzione). Questo è importante per applicazioni in cui la corrispondenza spettrale precisa con un rivelatore è critica.

4.4 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV) (Fig.4)

Rappresenta la relazione non lineare tra corrente e tensione. La curva è essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente (ad es., calcolo della resistenza in serie).

4.5 Intensità Relativa vs. Corrente Diretta (Fig.5)

Dimostra che l'uscita luminosa non è proporzionale linearmente alla corrente, specialmente a correnti più elevate dove l'efficienza può diminuire a causa del riscaldamento e altri effetti.

4.6 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare (Fig.6)

Questo è il modello di radiazione spaziale, che mostra graficamente l'angolo di visione di 35 gradi. È vitale per il progetto ottico per garantire un corretto allineamento e copertura.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package rotondo standard T-1 (3mm). Il disegno meccanico dettagliato nella scheda tecnica fornisce tutte le dimensioni critiche, incluso il diametro del corpo (3.0mm tipico), il passo dei terminali (2.54mm) e il diametro dei terminali. Le tolleranze sono tipicamente ±0.25mm salvo diversa specifica. Il materiale del package è plastica colorata blu, che funge da filtro incorporato.

5.2 Identificazione della Polarità

Il terminale più lungo è l'anodo (+), e quello più corto è il catodo (-). Questa è la convenzione standard per i LED. Il lato piatto sul bordo del package può anche indicare il lato del catodo.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

• Temperatura di Saldatura:La temperatura massima di saldatura è di 260°C.
• Tempo di Saldatura:I terminali non devono essere esposti a temperature di saldatura superiori a 260°C per più di 5 secondi.
• Manipolazione Generale:Durante la manipolazione e il montaggio devono essere osservate le normali precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica) per prevenire danni alla giunzione del semiconduttore.
• Condizioni di Stoccaggio:Il dispositivo deve essere conservato entro il suo intervallo di temperatura specificato di -40°C a +85°C in un ambiente asciutto.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifica di Imballaggio

I LED sono tipicamente confezionati in sacchetti (200-1000 pezzi per sacchetto). Quattro sacchetti sono posti in una scatola, e dieci scatole costituiscono un cartone.

7.2 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta sull'imballaggio include informazioni chiave come il Numero di Parte (P/N), la quantità (QTY), il grado/bin (CAT), la lunghezza d'onda di picco (HUE), il numero di lotto (LOT No.) e un codice di riferimento. Questa tracciabilità è importante per il controllo qualità.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

In un circuito base, il LED è pilotato da una sorgente di tensione attraverso una resistenza di limitazione della corrente. Il valore della resistenza (R) è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (Vcc - Vf) / If, dove Vcc è la tensione di alimentazione, Vf è la tensione diretta del LED (es., 1.2V a 20mA), e If è la corrente diretta desiderata. Per il funzionamento impulsivo (es., nei telecomandi), tipicamente si utilizza un transistor come interruttore per fornire l'elevata corrente di picco (fino a 1A) da un condensatore o direttamente dall'alimentatore.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Pilotaggio della Corrente:Pilotare sempre un LED con una corrente controllata, non con una tensione fissa. Utilizzare una resistenza in serie o un driver a corrente costante.
• Gestione Termica:Sebbene il package abbia una bassa resistenza termica, il funzionamento continuo ad alte correnti (prossime a 100mA) o ad alte temperature ambiente richiede la considerazione della curva di derating per evitare il surriscaldamento.
• Allineamento Ottico:L'angolo di visione di 35 gradi richiede un corretto allineamento con il sensore ricevente per una forza del segnale ottimale. Lenti o riflettori possono essere utilizzati per modificare il modello del fascio se necessario.
• Rumore dell'Alimentatore:In applicazioni di rilevamento analogico sensibili, assicurarsi che il circuito di pilotaggio del LED non introduca rumore elettrico che potrebbe interferire con il debole segnale dal rivelatore.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

I principali fattori di differenziazione dell'IR204-A sono la combinazione di un package standard da 3mm, l'alta intensità radiante impulsiva (fino a 350 mW/sr) e una lunghezza d'onda di 940nm precisamente definita. Rispetto ai LED IR generici, offre prestazioni minime garantite (tramite binning) e conformità alle moderne normative ambientali. Il suo materiale del chip GaAlAs è standard per un'emissione infrarossa efficiente.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V o 3.3V?

No, non direttamente.Un pin di un microcontrollore tipicamente non può erogare 20mA in modo continuo (controllare la scheda tecnica del proprio MCU), e certamente non può fornire la corrente di picco di 1A. Ancora più importante, è necessario utilizzare una resistenza in serie per limitare la corrente al valore desiderato (es., 20mA). È richiesto un transistor (BJT o MOSFET) per commutare le correnti più elevate necessarie per il LED.

10.2 Perché l'intensità radiante è così più alta in condizioni impulsive?

I valori nominali impulsivi più elevati (100mA, 1A) consentono di pilotare la giunzione con molta più corrente per durate molto brevi. Ciò genera più luce senza causare l'aumento della temperatura media di giunzione a livelli distruttivi, poiché la massa termica del chip e del package ha tempo di raffreddarsi tra un impulso e l'altro. Questo è ideale per comunicazioni a burst come i telecomandi.

10.3 Cosa significa "spettralmente compatibile con il fototransistor"?

I fototransistor e i fotodiodi al silicio hanno una sensibilità di picco nella regione del vicino infrarosso, attorno agli 800-900nm. L'emissione a 940nm dell'IR204-A rientra in questa banda ad alta sensibilità, garantendo che il rivelatore riceva un segnale forte, il che migliora il rapporto segnale/rumore e la distanza operativa del sistema.

11. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Trasmettitore Semplice per Telecomando a Infrarossi.Un uso comune è in un telecomando TV. Un microcontrollore genera un codice digitale modulato (es., portante a 38kHz). Questo segnale pilota la base di un transistor. Il transistor commuta la corrente di collettore attraverso l'IR204-A. Un condensatore vicino al LED può fornire il breve impulso di alta corrente (fino a 100mA o più) necessario per un segnale forte. Il LED è impulsato alla frequenza di 38kHz. La luce a 940nm è invisibile, e l'alta intensità impulsiva consente al segnale di essere riflesso dalle pareti e comunque rilevato dal ricevitore attraverso una stanza. La bassa tensione diretta aiuta a conservare la potenza della batteria.

12. Introduzione al Principio

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione n e le lacune dalla regione p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In questo specifico dispositivo, il materiale semiconduttore (Arseniuro di Gallio e Alluminio - GaAlAs) è scelto in modo che questa energia venga rilasciata principalmente come fotoni di luce nello spettro infrarosso (lunghezza d'onda di 940 nanometri). Il package plastico blu funge da filtro, bloccando potenzialmente parte della luce visibile e può anche servire da lente per modellare il fascio di uscita.

13. Tendenze di Sviluppo

Le tendenze nella tecnologia dei LED infrarossi includono lo sviluppo di dispositivi con un'efficienza ancora maggiore (più luce in uscita per watt elettrico in ingresso), che consente una maggiore durata della batteria o un raggio d'azione più lungo. C'è anche un lavoro continuo per produrre LED con larghezze di banda spettrali più strette per applicazioni che richiedono un controllo preciso della lunghezza d'onda e per ridurre la sensibilità al rumore della luce ambientale. L'integrazione del LED con un IC driver o un fotorivelatore in un unico modulo è un'altra tendenza, che semplifica la progettazione del sistema. La spinta verso una maggiore densità di potenza in package più piccoli continua, insieme alla spinta universale del settore per la piena conformità alle normative ambientali e di sicurezza.