Scheda Tecnica LED Infrarosso 5mm SIR323-5 - Pacchetto 5mm - Tensione Diretta 1.3V - Lunghezza d'Onda 875nm - Dissipazione 150mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il SIR323-5 è un diodo emettitore infrarosso (IR) ad alta intensità, alloggiato in un pacchetto plastico standard T-1 3/4 (5mm) trasparente. È progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 875 nanometri (nm), che rientra nello spettro del vicino infrarosso. Questo dispositivo è concepito per applicazioni che richiedono sorgenti di luce infrarossa affidabili e potenti, con un'emissione spettrale specificamente adattata per essere compatibile con fototransistor, fotodiodi e moduli ricevitori infrarossi al silicio comuni. Il pacchetto presenta una spaziatura standard dei terminali di 2.54mm per una facile integrazione in progetti di circuiti stampati (PCB) a fori passanti.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questo componente includono la sua alta intensità radiante, che garantisce una trasmissione del segnale robusta, e la sua bassa tensione diretta, che contribuisce a un funzionamento energeticamente efficiente. È realizzato con materiali privi di piombo ed è conforme alle normative RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), REACH dell'UE e agli standard alogeni-free (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), rendendolo adatto ai mercati globali con stringenti requisiti ambientali. Il dispositivo è caratterizzato da un'elevata affidabilità, un fattore critico per l'elettronica di consumo e industriale. Le sue applicazioni target sono principalmente nei sistemi di segnalazione wireless e senza contatto.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici definiti nella scheda tecnica.

2.1 Specifiche Massime Assolute

Queste specifiche definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è garantito il funzionamento a questi limiti o oltre.

• Corrente Diretta Continua (I_F): 100 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo al LED senza rischio di degrado.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP): 1.0 A. Questa elevata corrente è ammessa solo in condizioni di impulso con una larghezza di impulso ≤ 100μs e un ciclo di lavoro ≤ 1%. Ciò consente lampi di luce molto luminosi e brevi, utili per la trasmissione a lunga distanza.
• Tensione Inversa (V_R): 5 V. L'applicazione di una tensione di polarizzazione inversa superiore a questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Dissipazione di Potenza (P_d): 150 mW a o al di sotto di una temperatura ambiente di 25°C. Questa è la massima potenza che il pacchetto può dissipare come calore. Superare questo limite aumenta la temperatura di giunzione, riducendo la durata di vita e l'output.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio: Il dispositivo può funzionare da -40°C a +85°C ed essere stoccato da -40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura: 260°C per una durata non superiore a 5 secondi, compatibile con i profili standard di rifusione senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (Ta=25°C) e definiscono le prestazioni del dispositivo.

• Intensità Radiante (I_e): Questa è la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (steradiante). Con una corrente diretta di 20mA, il valore tipico è 7.8 mW/sr, con un minimo di 4.0 mW/sr. In condizioni di impulso (I_F=100mA, impulso ≤100μs, duty ≤1%), l'intensità radiante tipica raggiunge 40 mW/sr, mostrando la sua capacità per impulsi ad alta potenza.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p): 875 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima. La larghezza di banda spettrale (Δλ) è tipicamente di 45 nm, indicando l'intervallo di lunghezze d'onda emesse attorno al picco.
• Tensione Diretta (V_F): A 20mA, la tensione diretta tipica è 1.3V, con un massimo di 1.65V. Nella condizione di impulso a 100mA, sale a un tipico 1.4V (max 1.8V). Questo basso V_Fè vantaggioso per la progettazione di circuiti a bassa tensione.
• Corrente Inversa (I_R): Massimo 10 μA a una tensione inversa di 5V, indicando un buon isolamento della giunzione.
• Angolo di Visione (2θ_1/2): 35 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Un angolo di 35 gradi fornisce un fascio moderatamente focalizzato, adatto per applicazioni direzionali.

Nota sull'Incertezza di Misura: La scheda tecnica specifica le tolleranze per le misurazioni chiave: V_F(±0.1V), I_e(±10%), e λ_p(±1.0nm). Queste devono essere considerate nei calcoli di progettazione di precisione.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

3.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva (Fig.1) mostra tipicamente la riduzione della massima corrente diretta ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Per evitare di superare la massima temperatura di giunzione e il limite di dissipazione di 150mW, la corrente diretta continua deve essere ridotta quando si opera sopra i 25°C. I progettisti devono consultare questo grafico per applicazioni ad alta temperatura.

3.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico della distribuzione spettrale (Fig.2) traccia l'intensità relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma visivamente la lunghezza d'onda di picco a 875nm e l'ampiezza di banda spettrale di circa 45nm. Questa curva è essenziale per garantire la compatibilità con la sensibilità spettrale del ricevitore previsto (fototransistor, fotodiodo o IC).

3.3 Intensità Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico (Fig.3) dimostra la relazione tra la corrente di pilotaggio e l'output luminoso. Per i LED, l'output ottico è generalmente proporzionale alla corrente diretta nel normale intervallo di funzionamento. Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa di effetti termici e altre non linearità. La curva aiuta i progettisti a selezionare la corrente di pilotaggio appropriata per ottenere l'intensità radiante desiderata.

3.4 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo diagramma polare (Fig.4) mappa il modello di emissione del LED. Mostra come l'intensità diminuisce quando l'angolo di osservazione si allontana dall'asse centrale (0°). L'angolo di visione di 35 gradi (dove l'intensità è il 50% del picco) deriva da questa curva. Questa informazione è critica per la progettazione del sistema ottico, determinando la copertura del fascio e le tolleranze di allineamento.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Pacchetto

Il dispositivo utilizza un pacchetto LED rotondo standard da 5mm (T-1 3/4). Il disegno meccanico dettagliato nella scheda tecnica fornisce tutte le dimensioni critiche, incluso il diametro del corpo, la forma della lente, la lunghezza dei terminali e la loro spaziatura. La spaziatura dei terminali è confermata a 2.54mm (0.1 pollici), lo standard per i componenti a fori passanti. Tutte le dimensioni hanno una tolleranza di ±0.25mm salvo diversa specifica. Il materiale della lente è plastica trasparente, ottimizzata per la trasmissione infrarossa con assorbimento minimo.

4.2 Identificazione della Polarità

Per i LED a fori passanti, la polarità è tipicamente indicata da due caratteristiche: la lunghezza dei terminali e la struttura interna. Il terminale più lungo è l'anodo (positivo), e quello più corto è il catodo (negativo). Inoltre, molti pacchetti presentano un punto piatto sul bordo della base della lente vicino al terminale catodico. Verificare sempre la polarità prima della saldatura per prevenire danni da polarizzazione inversa.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il dispositivo è classificato per saldatura ad onda o manuale. Il parametro chiave è la massima temperatura di saldatura di 260°C per una durata non superiore a 5 secondi. Questo è in linea con gli standard IPC/JEDEC J-STD-020 per i profili di rifusione senza piombo. L'esposizione prolungata ad alte temperature può danneggiare il pacchetto plastico e i collegamenti interni a filo. Nella saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata e minimizzare il tempo di contatto. Assicurarsi che il dispositivo sia stoccato in un ambiente asciutto secondo l'intervallo di temperatura di stoccaggio (-40 a +100°C) per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

6. Informazioni su Confezionamento e Ordini

6.1 Specifiche di Imballaggio

I componenti sono confezionati in sacchetti anti-statici per la protezione. La quantità standard per sacchetto è da 200 a 500 pezzi. Cinque sacchetti vengono poi inseriti in una scatola. Infine, dieci scatole sono imballate in un cartone per la spedizione.

6.2 Specifiche dell'Etichetta

L'etichetta di confezionamento contiene diversi identificatori chiave:

• CPN: Numero di Produzione del Cliente (codice cliente specifico).
• P/N: Numero di Produzione (il codice del produttore, es. SIR323-5).
• QTY: Quantità di Imballaggio.
• CAT: Classi (può indicare bin di prestazione).
• HUE: Lunghezza d'Onda di Picco (es. 875nm).
• REF: Riferimento.
• LOT No: Numero di Lotto per la tracciabilità.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Unità di Telecomando a Infrarossi: L'alta intensità radiante, specialmente in modalità impulso (40 mW/sr tip.), lo rende ideale per telecomandi a lunga distanza per TV, impianti audio e altri dispositivi elettronici di consumo.
• Sistemi di Trasmissione in Aria Libera: Utilizzato in collegamenti dati wireless a corto raggio, allarmi anti-intrusione e sistemi di rilevamento oggetti dove un fascio IR viene trasmesso in aria verso un ricevitore.
• Rivelatori di Fumo: Spesso impiegato nei rivelatori di fumo ottici (fotoelettrici). Un fascio di LED IR viene diffuso dalle particelle di fumo su un fotodiodo, innescando l'allarme.
• Sistemi Applicativi Infrarossi Generali: Include automazione industriale (conteggio oggetti, rilevamento posizione), touchscreen e encoder ottici.

7.2 Considerazioni Progettuali e Protezione del Circuito

• Limitazione di Corrente: Un LED è un dispositivo pilotato a corrente. Utilizzare sempre una resistenza di limitazione in serie (o un driver a corrente costante) per evitare di superare la massima corrente diretta continua (100mA). Il valore della resistenza si calcola con la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.
• Funzionamento in Impulso: Per impulsi ad alta intensità, assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire la corrente di picco di 1A rispettando rigorosamente i limiti di larghezza di impulso (≤100μs) e ciclo di lavoro (≤1%). Un semplice pin GPIO di un microcontrollore spesso non può erogare direttamente così tanta corrente e potrebbe richiedere un interruttore a transistor (es. MOSFET).
• Protezione dalla Tensione Inversa: Sebbene il dispositivo possa tollerare fino a 5V in inversa, è buona pratica evitare la polarizzazione inversa. In circuiti accoppiati in AC o dove è possibile una tensione inversa, considerare l'aggiunta di un diodo di protezione in parallelo al LED (catodo ad anodo).
• Gestione del Calore: Sebbene il pacchetto sia piccolo, a correnti più elevate e temperature ambiente elevate, la dissipazione di potenza diventa importante. Assicurare un'adeguata ventilazione e considerare la curva di derating se si opera sopra i 25°C.
• Progettazione Ottica: Considerare l'angolo di visione di 35 gradi. Per fasci focalizzati, potrebbero essere necessarie lenti esterne o riflettori. Per l'illuminazione di ampie aree, l'angolo nativo può essere sufficiente. Assicurarsi che il ricevitore sia spettralmente abbinato al picco di 875nm.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il SIR323-5 si differenzia nel mercato dei LED IR da 5mm attraverso una combinazione di parametri chiave. Rispetto ai LED IR da 5mm generici, offre una maggiore intensità radiante tipica (7.8 mW/sr @20mA vs. spesso 5-6 mW/sr), consentendo una portata maggiore o un consumo energetico inferiore a parità di intensità del segnale. La sua bassa tensione diretta (1.3V tip.) è vantaggiosa per dispositivi alimentati a batteria. La lunghezza d'onda di 875nm è uno standard comune, garantendo ampia compatibilità con ricevitori al silicio. La sua conformità agli standard ambientali moderni (RoHS, REACH, Halogen-Free) è un requisito obbligatorio per la maggior parte della produzione elettronica contemporanea, cosa che potrebbe non valere per alternative più datate o a basso costo.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Qual è la differenza tra Intensità Radiante e Intensità Luminosa?

L'Intensità Radiante (I_e, misurata in mW/sr) è lapotenzaottica emessa per angolo solido, rilevante per tutte le lunghezze d'onda. L'Intensità Luminosa (misurata in candele, cd) è ponderata dalla sensibilità dell'occhio umano (curva fotopica) ed è significativa solo per la luce visibile. Poiché questo è un LED infrarosso, l'Intensità Radiante è la metrica corretta e specificata.

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

Nondovresti collegarlo direttamente. Un pin GPIO di un microcontrollore ha un limite di erogazione di corrente (spesso 20-40mA) e non può gestire il potenziale assorbimento del LED o l'impulso da 1A. Ancora più importante, devi avere una resistenza in serie per limitare la corrente. Ad esempio, da un'alimentazione di 5V mirando a I=20mA e V_F=1.3V: R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185 Ohm (utilizzare una resistenza standard da 180 o 220 Ohm). Il pin GPIO piloterebbe quindi la base/il gate di un transistor che commuta la corrente del LED._F9.3 Perché la Corrente Diretta di Picco (1A) è così più alta della Corrente Continua (100mA)?

Ciò è dovuto ai limiti termici. L'impulso da 1A è così breve (≤100μs) e poco frequente (duty ≤1%) che la giunzione del semiconduttore non ha il tempo di riscaldarsi significativamente. Il rating continuo di 100mA considera il calore generato in stato stazionario, che il pacchetto deve dissipare nell'ambiente per mantenere la temperatura di giunzione entro limiti sicuri.

9.4 Come scelgo un ricevitore compatibile per questo LED?

Cerca un fototransistor, fotodiodo o modulo ricevitore IR la cui sensibilità spettrale di picco sia attorno a 875nm. La maggior parte dei rivelatori al silicio ha una sensibilità di picco tra 800nm e 950nm, rendendoli una buona scelta. Controlla sempre la curva di sensibilità spettrale nella scheda tecnica del ricevitore.

10. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Progettare un Telecomando IR a Lunga Distanza

Obiettivo
: Trasmettere un segnale affidabile fino a 15 metri in un tipico soggiorno.Scelte Progettuali
Modalità di Pilotaggio:

1. : Utilizzare il funzionamento in impulso a I= 1A per massimizzare l'intensità radiante (40 mW/sr tip.) per la massima portata._FPCircuito
2. : Un microcontrollore genera la sequenza di impulsi codificata. Un pin GPIO controlla un MOSFET a canale N. Il LED e una piccola resistenza di sensing di corrente sono posti in serie tra l'alimentazione (es. 2 batterie AA ~3V) e il drain del MOSFET. Il valore della resistenza è piccolo, solo per impostare la corrente di picco: R = (Vbat_{- V}F_impulso_{- V}DS_on_{) / 1A. Viene utilizzata una resistenza di gate per il MOSFET.}Tempistica degli Impulsi
3. : Assicurarsi che ogni impulso alto nel codice del telecomando (es. protocollo NEC) abbia una larghezza ≤100μs. Il ciclo di lavoro sull'intera raffica di trasmissione deve essere ≤1%. Questo è solitamente facilmente soddisfatto per i brevi codici dei telecomandi.Ottica
4. : Il fascio nativo di 35 gradi può essere sufficiente. Per una migliore direzionalità e portata, potrebbe essere aggiunta una semplice lente collimatrice plastica davanti al LED.Questo approccio sfrutta i punti di forza chiave del SIR323-5: alta potenza in impulso e bassa tensione diretta, consentendo un telecomando potente da una piccola alimentazione a batteria.

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a semiconduttore a giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta (anodo positivo rispetto al catodo), 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. In un diodo al silicio standard, questa energia viene rilasciata principalmente come calore. In materiali come l'Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs), utilizzato in questo LED, una parte significativa di questa energia di ricombinazione viene rilasciata come fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda della luce emessa (875nm in questo caso) è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore, ingegnerizzata durante il processo di crescita del cristallo. Il pacchetto epossidico trasparente funge da lente, modellando la luce emessa nel caratteristico modello di fascio.

12. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

La tecnologia dei LED infrarossi continua a evolversi. Sebbene il pacchetto a fori passanti da 5mm rimanga popolare per progetti legacy e uso hobbistico, la tendenza del settore è fortemente orientata verso pacchetti a montaggio superficiale (SMD) (es. 0805, 1206 o pacchetti chip-scale). Gli SMD offrono dimensioni ridotte, maggiore idoneità per il montaggio automatizzato pick-and-place e spesso prestazioni termiche migliorate. C'è anche uno sviluppo continuo nei materiali per ottenere una maggiore efficienza (più output luminoso per watt elettrico in ingresso), diverse lunghezze d'onda di picco per specifiche applicazioni di sensing (es. 940nm per operazioni coperte, 850nm per telecamere di sorveglianza con illuminazione IR) e l'integrazione del LED con la circuitazione di pilotaggio o addirittura del ricevitore in un unico modulo. Tuttavia, il principio di funzionamento fondamentale e i parametri chiave descritti per il SIR323-5 rimangono la pietra angolare per comprendere e specificare qualsiasi LED IR.

Infrared LED technology continues to evolve. While the basic 5mm through-hole package remains popular for legacy designs and hobbyist use, the industry trend is strongly towards surface-mount device (SMD) packages (e.g., 0805, 1206, or chip-scale packages). SMDs offer smaller size, better suitability for automated pick-and-place assembly, and often improved thermal performance. There is also ongoing development in materials to achieve higher efficiency (more light output per electrical watt input), different peak wavelengths for specific sensing applications (e.g., 940nm for covert operation, 850nm for surveillance cameras with IR illumination), and integration of the LED with driver circuitry or even the receiver into a single module. However, the fundamental operating principle and key parameters described for the SIR323-5 remain the cornerstone for understanding and specifying any IR LED.