Scheda Tecnica LED Infrarosso HIR234C 3mm - Package T-1 - Lunghezza d'Onda di Picco 850nm - Tensione Diretta 1.65V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'HIR234C è un diodo emettitore infrarosso ad alta intensità, alloggiato in un package plastico standard trasparente da 3mm (T-1). È progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 850nm, risultando così spettralmente compatibile con i comuni fototransistor, fotodiodi e moduli ricevitori IR al silicio. Questo dispositivo è concepito per applicazioni che richiedono una trasmissione infrarossa affidabile ed efficiente.

1.1 Vantaggi Principali

• Elevata Intensità Radiante:Garantisce un'uscita ottica potente, adatta per sistemi riceventi a lungo raggio o a bassa sensibilità.
• Elevata Affidabilità:Costruito per prestazioni costanti e lunga durata operativa.
• Bassa Tensione Diretta:Tipicamente 1,65V a 20mA, contribuendo a un minor consumo energetico nei progetti.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è conforme agli standard RoHS, EU REACH e senza alogeni (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Package Standard:Il familiare fattore di forma T-1 (3mm) con passo terminali di 2,54mm garantisce una facile integrazione nei progetti e layout PCB esistenti.

1.2 Applicazioni Target

Questo LED infrarosso è adatto per una varietà di sistemi che richiedono comunicazione o rilevamento con luce non visibile.

• Unità per telecomandi a infrarossi, specialmente quelle con requisiti di potenza più elevati.
• Collegamenti per trasmissione dati ottica in spazio libero.
• Sistemi di rilevamento fumo.
• Sistemi infrarossi per uso generico, inclusi sensori di prossimità e contatori oggetti.

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 Impulso ≤ 100μs, Ciclo di Lavoro ≤ 1%)
• Tensione Inversa (V_R):5 V
• Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +100°C
• Dissipazione di Potenza (P_d):150 mW (a o sotto i 25°C ambiente)
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C per ≤ 5 secondi

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente (T_a) di 25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Radiante (I_e):
  • 7,8 mW/sr (Min) / 15 mW/sr (Tip) a I_F= 20mA (CC).
  • 50 mW/sr (Tip) a I_F= 100mA (impulsata).
  • 300 mW/sr (Tip) a I_F= 1A (impulsata).
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):850 nm (Tipica) a I_F= 20mA.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):45 nm (Tipica) a I_F= 20mA.
• Tensione Diretta (V_F):
  • 1,45V (Min) / 1,65V (Tip) / 1,65V (Max) a I_F= 20mA.
  • 1,80V (Tip) / 2,40V (Max) a I_F= 100mA (impulsata).
  • 4,10V (Tip) / 5,25V (Max) a I_F= 1A (impulsata).
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Max) a V_R= 5V.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):30 gradi (Tipico) a I_F= 20mA.

Tolleranze di Misura:Tensione Diretta ±0,1V, Intensità Radiante ±10%, Lunghezza d'Onda di Picco ±1,0nm.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche cruciali per comprendere il comportamento del dispositivo in diverse condizioni operative.

3.1 Dipendenze Termiche e di Corrente

Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente (Fig.1):Questa curva mostra la riduzione (derating) della massima corrente diretta ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Per garantire l'affidabilità e rimanere entro il limite di dissipazione di potenza, la corrente di pilotaggio deve essere ridotta a temperature più elevate.

Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco vs. Temperatura Ambiente (Fig.3):La lunghezza d'onda di picco di un LED ha un coefficiente di temperatura, tipicamente si sposta leggermente con la temperatura. Questa curva quantifica tale spostamento per l'HIR234C, importante per applicazioni dove la corrispondenza spettrale precisa è critica.

Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Fig.4):Questa è la fondamentale curva I-V del diodo. Mostra la relazione esponenziale tra corrente e tensione. La curva aiuta a progettare il circuito di limitazione della corrente e a comprendere la caduta di tensione ai capi del LED in diverse condizioni di pilotaggio.

3.2 Caratteristiche di Emissione Ottica

Distribuzione Spettrale (Fig.2):Questo grafico traccia l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma visivamente il picco a 850nm e la larghezza di banda spettrale di circa 45nm, mostrando l'intervallo di lunghezze d'onda emesse.

Intensità Radiante vs. Corrente Diretta (Fig.5):Questa curva dimostra la relazione tra la potenza ottica in uscita (in mW/sr) e la corrente elettrica in ingresso. È generalmente lineare nella gamma media ma può saturarsi a correnti molto elevate a causa di effetti termici e di efficienza.

Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare (Fig.6):Questo diagramma polare definisce il diagramma di radiazione del LED. Mostra come l'intensità diminuisce allontanandosi dall'asse centrale (0°), definendo infine l'angolo di visione di 30 gradi dove l'intensità scende alla metà del suo valore di picco.

Intensità Radiante vs. Temperatura Ambiente (Fig.7):L'uscita ottica diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva quantifica la tipica riduzione dell'intensità radiante all'aumentare della temperatura ambiente (e di conseguenza di giunzione), vitale per progettare sistemi che operano in un ampio intervallo di temperature.

Tensione Diretta Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.8):La tensione diretta di un diodo ha un coefficiente di temperatura negativo. Questa curva mostra come V_Ftipicamente diminuisca all'aumentare della temperatura, fattore da considerare negli schemi di pilotaggio a tensione costante o per l'uso del LED come sensore di temperatura.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Selezione e Costruzione del Dispositivo

• Materiale del Chip:GaAlAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio).
• Lente/Colore:Plastica trasparente.

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

Il dispositivo rispetta le dimensioni standard del package rotondo per LED T-1 (3mm). Le note meccaniche chiave della scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (mm).
• Le tolleranze dimensionali standard sono ±0,25mm salvo diversa specifica.
• Il disegno mostra tipicamente il diametro del corpo (3,0mm), il passo dei terminali (2,54mm) e le dimensioni complessive inclusa la forma della lente e la lunghezza/diametro dei terminali.

Identificazione Polarità:Il catodo è tipicamente identificato da un punto piatto sul bordo della lente plastica e/o da un terminale più corto. Fare sempre riferimento al disegno del package per l'identificazione definitiva.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

• Saldatura Manuale:Utilizzare un saldatore a temperatura controllata. Limitare il tempo di saldatura per terminale a un massimo di 3 secondi a una temperatura non superiore a 350°C.
• Saldatura a Onda:Può essere utilizzata, ma il preriscaldamento e il tempo di esposizione devono essere controllati per minimizzare lo stress termico sul package plastico.
• Saldatura a Rifusione (Reflow):Il dispositivo può sopportare una temperatura di picco di saldatura di 260°C per un massimo di 5 secondi, come da Valori Massimi Assoluti. Ciò è compatibile con i profili standard di rifusione senza piombo (Pb-free) (es. IPC/JEDEC J-STD-020).
• Precauzioni Generali:
  • Evitare di applicare stress meccanico ai terminali o alla lente durante la manipolazione.
  • Non superare l'intervallo di temperatura di magazzinaggio specificato.
  • Utilizzare le opportune precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica) durante la manipolazione e il montaggio.

6. Informazioni su Confezionamento e Ordini

6.1 Specifiche di Imballo

• Imballo standard: da 200 a 1000 pezzi per sacchetto.
• 5 sacchetti sono confezionati in 1 scatola.
• 10 scatole sono confezionate in 1 cartone.

6.2 Informazioni Etichetta

L'etichetta del prodotto include identificatori chiave per tracciabilità e verifica:

• CPN:Numero di Parte del Cliente
• P/N:Numero di Produzione (HIR234C)
• QTY:Quantità nella confezione
• CAT:Classi/Categorie (es. bin di luminosità)
• HUE:Informazioni Lunghezza d'Onda di Picco
• REF:Riferimento
• LOT No:Numero di Lotto di Produzione per tracciabilità

7. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

7.1 Pilotaggio del LED

Pilotaggio a Corrente Costante:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per un'uscita ottica stabile e prevedibile, utilizzare un generatore di corrente costante o una resistenza limitatrice in serie con una sorgente di tensione. Il valore della resistenza può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare sempre il valore massimo di V_Fdalla scheda tecnica per un progetto conservativo.

Funzionamento Impulsato:Per applicazioni che richiedono un'intensità istantanea molto elevata (come telecomandi a lungo raggio), il LED può essere pilotato con impulsi brevi e ad alta corrente (fino a 1A) come specificato. Ciò deve essere fatto rispettando rigorosamente i limiti di larghezza impulso (≤100μs) e ciclo di lavoro (≤1%) per prevenire il surriscaldamento.

7.2 Progettazione Ottica

Selezione della Lente:La lente trasparente emette un fascio di 30 gradi. Per fasci più stretti o di forma diversa, si possono utilizzare ottiche secondarie (lenti plastiche, riflettori).

Corrispondenza con il Ricevitore:La lunghezza d'onda di picco di 850nm è rilevata in modo ottimale da sensori al silicio. Assicurarsi che il fototransistor, fotodiodo o modulo ricevitore IR selezionato abbia la massima sensibilità nell'intervallo 800-900nm.

Immunità alla Luce Ambiente:In ambienti con forte luce ambiente (specialmente luce solare contenente IR), considerare di modulare il segnale di pilotaggio del LED a una frequenza specifica e utilizzare un ricevitore sintonizzato su quella frequenza per respingere il rumore di fondo.

8. Confronto e Posizionamento Tecnico

L'HIR234C si posiziona come un emettitore infrarosso generico e ad alta affidabilità nell'onnipresente package da 3mm.

• vs. LED IR standard da 5mm:Il package da 3mm offre un ingombro ridotto, vantaggioso nei design miniaturizzati, pur fornendo un'intensità radiante sostanziale.
• vs. LED IR SMD:Il package through-hole T-1 è spesso preferito per prototipazione, montaggio manuale o applicazioni dove è desiderata una maggiore robustezza meccanica o un più facile smaltimento del calore tramite i terminali rispetto ai dispositivi surface-mount.
• Differenziatore Chiave:La sua combinazione dielevata intensità radiante impulsata (300 mW/sr)epackage standardlo rende adatto per applicazioni che necessitano di forti impulsi di luce IR da un fattore di forma comunemente disponibile.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Qual è la differenza tra intensità radiante (mW/sr) e potenza in uscita (mW)?

R1: L'intensità radiante misura la potenza ottica per angolo solido (steradiante). Indica quanto concentrato è il fascio. Il flusso radiante totale (mW) richiederebbe l'integrazione dell'intensità sull'intero diagramma di emissione. Per un LED a 30 gradi, la potenza totale è significativamente inferiore al valore di intensità di picco.

D2: Posso pilotare questo LED in modo continuo a 100mA?

R2: Il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua è 100mA. Tuttavia, il funzionamento continuo a questa corrente massima genererà calore significativo, aumentando la temperatura di giunzione. Per un funzionamento affidabile a lungo termine, è consigliabile operare a una corrente inferiore (es. 20-50mA) o implementare un adeguato dissipatore di calore, specialmente ad alte temperature ambiente.

D3: Perché la tensione diretta è così più alta a 1A impulsato (5,25V max) rispetto a 20mA CC (1,65V max)?

R3: Ciò è dovuto alla resistenza in serie all'interno del chip LED e del package. A correnti molto elevate, la caduta di tensione su questa resistenza interna diventa significativa, portando a un V_Ftotale più alto. Questa è una caratteristica comune di tutti i LED.

D4: Un LED a 850nm è visibile?

R4: 850nm è nello spettro del vicino infrarosso (NIR). Generalmente è invisibile all'occhio umano. Tuttavia, alcune persone potrebbero percepire un bagliore rosso molto tenue da LED 850nm ad alta potenza, poiché lo spettro di emissione ha una piccola "coda" che si estende nella regione rossa visibile. Per un funzionamento completamente occulto, si usano tipicamente LED a 940nm.

10. Caso di Studio: Progettazione e Utilizzo

Caso: Trasmettitore per Telecomando Infrarosso a Lungo Raggio

Obiettivo:Progettare un telecomando che deve funzionare in modo affidabile a una distanza di 15 metri in un tipico ambiente salotto.

Scelte Progettuali:

1. Selezione del LED:L'HIR234C è scelto per la sua elevata intensità radiante impulsata (300 mW/sr tip a 1A).
2. Circuito di Pilotaggio:Viene utilizzato un semplice interruttore a transistor per pilotare il LED a impulsi da una batteria da 3V. Una resistenza in serie è calcolata per limitare la corrente d'impulso a circa 800mA (sicuramente sotto il massimo di 1A), tenendo conto del calo di tensione della batteria e del V_Fdel LED ad alta corrente.
3. Modulazione del Segnale:Gli impulsi di pilotaggio sono codificati con una frequenza portante di 38kHz, standard comune per telecomandi IR.
4. Ottica:Una semplice lente collimatrice in plastica è posizionata davanti al LED per restringere il fascio da 30 gradi a circa 10 gradi, concentrando più energia emessa verso il ricevitore distante.

Risultato:La combinazione di pilotaggio impulsato ad alta intensità e collimazione del fascio garantisce che un segnale forte e rilevabile raggiunga il modulo ricevitore IR alla distanza target, anche in presenza di moderato rumore IR ambientale.

11. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni dalla regione n e lacune dalla regione p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata. Nel caso del materiale GaAlAs dell'HIR234C, questa energia corrisponde a fotoni con una lunghezza d'onda centrata attorno a 850 nanometri, che si trova nella porzione infrarossa dello spettro elettromagnetico. La lunghezza d'onda specifica è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. Il package epossidico trasparente funge da lente, modellando la luce emessa nell'angolo di visione specificato.

12. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia dei LED infrarossi continua a evolversi insieme a quella dei LED visibili. Le tendenze generali rilevanti per dispositivi come l'HIR234C includono:

• Efficienza Aumentata:I continui miglioramenti nei materiali e nella crescita epitassiale portano a una maggiore efficienza wall-plug (più luce in uscita per watt elettrico in ingresso), riducendo consumo energetico e generazione di calore.
• Modulazione ad Alta Velocità:Lo sviluppo di LED capaci di commutazione più veloce è guidato da applicazioni nelle comunicazioni dati ottiche (IrDA, Li-Fi) e nel sensing avanzato come il time-of-flight (ToF).
• Miniaturizzazione:Sebbene i package through-hole rimangano popolari, c'è una forte tendenza di mercato verso i package surface-mount device (SMD) (es. 0805, 0603, chip-scale) per il montaggio automatizzato e i design con vincoli di spazio.
• Multi-Lunghezza d'Onda e VCSEL:Per il sensing specializzato (es. analisi gas, biometria), stanno emergendo sorgenti IR multi-lunghezza d'onda. I Laser a Emissione Superficiale a Cavità Verticale (VCSEL) stanno guadagnando terreno anche nelle applicazioni di sensing 3D ad alte prestazioni e di luce strutturata grazie alle loro caratteristiche di fascio precise.

L'HIR234C rappresenta una soluzione matura, affidabile e conveniente in questo panorama in evoluzione, perfettamente adatta alle sue applicazioni target nell'elettronica di consumo e nel sensing industriale.