Scheda Tecnica LED Infrarosso 5mm HIR7393C - Diametro 5.0mm - Tensione Diretta 1.45V - Lunghezza d'Onda 850nm - Dissipazione 150mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il dispositivo è un diodo emettitore infrarosso (IRED) ad alta intensità, alloggiato in un package standard T-1 3/4 (5.0mm) con lente in plastica trasparente. È progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 850nm, risultando così spettralmente compatibile con i comuni fototransistor al silicio, fotodiodi e moduli ricevitori IR per un funzionamento affidabile in sistemi di rilevamento e comunicazione.

1.1 Caratteristiche Chiave e Vantaggi Principali

• Alta Intensità Radiante:Fornisce un'intensità radiante tipica di 15 mW/sr con una corrente diretta di 20mA, consentendo una trasmissione del segnale potente.
• Bassa Tensione Diretta:Presenta una tensione diretta tipica (V_F) di 1.45V a 20mA, contribuendo a un minor consumo energetico nei circuiti.
• Elevata Affidabilità:Costruito con materiali e processi robusti adatti ad applicazioni industriali.
• Senza Piombo e Conforme RoHS:Prodotto per soddisfare le normative ambientali.
• Interasse Standard dei Terminali:Interasse dei pin di 2.54mm (0.1 pollice) per compatibilità con breadboard e PCB standard.

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

Questo LED infrarosso è rivolto principalmente a progettisti e ingegneri che lavorano su sistemi elettronici che richiedono sorgenti luminose non visibili. La sua applicazione principale è neisistemi applicativi a infrarossi, che includono in generale:

• Rilevamento di oggetti e sensori di prossimità
• Trasmissione dati a infrarossi (es. telecomandi, comunicazioni a corto raggio)
• Encoder ottici e sensori di posizione
• Sistemi a barriera e sensori di sicurezza
• Illuminazione per automazione industriale e visione artificiale

2. Analisi Approfondita 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 Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C
• Temperatura di Conservazione (T_stg):-40°C a +100°C
• Dissipazione di Potenza (P_d):150 mW (a temperatura ambiente libera pari o inferiore a 25°C)
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C per ≤5 secondi

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

Questi sono i parametri di prestazione tipici nelle condizioni di test specificate.

• Intensità Radiante (I_e):Min. 7.8, Tip. 15 mW/sr @ I_F=20mA. Può raggiungere ~50 mW/sr @ I_F=100mA in condizioni impulsive.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):850 nm (Tipica) @ I_F=20mA. Questo valore è vicino alla sensibilità di picco dei rivelatori al silicio.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):45 nm (Tipica) @ I_F=20mA. Definisce la larghezza spettrale a metà dell'intensità massima.
• Tensione Diretta (V_F):Tip. 1.45V, Max. 1.65V @ I_F=20mA. Tip. 1.80V, Max. 2.40V @ I_F=100mA (impulsiva).
• Corrente Inversa (I_R):Max. 10 μA @ V_R=5V.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):45 gradi (Tipico) @ I_F=20mA. Questo è l'angolo totale a metà intensità.

2.3 Caratteristiche Termiche

Il valore di dissipazione di potenza di 150mW è specificato a temperatura ambiente pari o inferiore a 25°C. All'aumentare della temperatura ambiente, la dissipazione di potenza massima consentita diminuisce. I progettisti devono fare riferimento alla curva di derating (implicita nella scheda tecnica) per garantire che la temperatura di giunzione non superi i limiti di sicurezza, aspetto critico per l'affidabilità a lungo termine. L'intervallo di temperatura di esercizio da -40°C a +85°C lo rende adatto ad ambienti ostili.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

L'HIR7393C è disponibile in diverse classi di prestazione, o "bin", basate sull'intensità radiante misurata a I_F= 20mA. Ciò consente di selezionare un dispositivo che soddisfi specifici requisiti di luminosità.

Binning dell'Intensità Radiante (Unità: mW/sr):

• Bin M:Min 7.8, Max 12.5
• Bin N:Min 11.0, Max 17.6
• Bin P:Min 15.0, Max 24.0
• Bin Q:Min 21.0, Max 34.0

La selezione di un bin superiore (es. Q) garantisce un'intensità radiante minima più elevata, aspetto che può essere importante per massimizzare il rapporto segnale/rumore nelle applicazioni di rilevamento o per aumentare la portata della trasmissione IR.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

4.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

La curva di derating mostra la relazione tra la corrente diretta continua massima consentita e la temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la corrente massima deve essere ridotta per prevenire il surriscaldamento e garantire che la temperatura di giunzione rimanga entro limiti sicuri. Questa curva è essenziale per progettare circuiti affidabili, specialmente in ambienti ad alta temperatura.

4.2 Distribuzione Spettrale

La curva di distribuzione spettrale traccia l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma l'emissione di picco a 850nm e la larghezza di banda spettrale di circa 45nm. La curva è relativamente simmetrica e centrata su 850nm, ideale per l'abbinamento con rivelatori al silicio che hanno una sensibilità di picco intorno agli 800-900nm.

4.3 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra che l'intensità radiante aumenta con la corrente diretta, ma la relazione non è perfettamente lineare, specialmente a correnti più elevate a causa del riscaldamento e del calo di efficienza. Il funzionamento in modalità impulsiva (come specificato per il test a 100mA) consente una maggiore intensità di picco senza l'accumulo termico associato al funzionamento continuo.

4.4 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo diagramma polare illustra il modello di emissione spaziale del LED. L'angolo di visione di 45 gradi (larghezza totale a metà altezza) indica un fascio moderatamente ampio. L'intensità è massima a 0 gradi (sull'asse) e diminuisce dolcemente verso i bordi. Questo modello è importante per progettare sistemi ottici per garantire una copertura o una messa a fuoco adeguata.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package rotondo standard T-1 3/4 (diametro 5.0mm). Le dimensioni chiave includono:

• Diametro totale: 5.0mm.
• Interasse dei terminali: 2.54mm (standard).
• Diametro dei terminali: Tipicamente 0.45mm.
• Altezza del package: Circa 8.6mm dal piano di appoggio alla sommità della cupola.
• Tolleranze: ±0.25mm salvo diversa indicazione nel disegno dimensionale dettagliato.

Il disegno meccanico esatto deve essere consultato per il posizionamento critico e il design dell'impronta su PCB.

5.2 Identificazione della Polarità

Il LED presenta un punto piatto o una tacca sul bordo della lente in plastica, che tipicamente indica il lato del catodo (negativo). Il terminale del catodo è solitamente anche quello più corto, sebbene possa essere tagliato durante l'assemblaggio. Verificare sempre la polarità prima della saldatura per prevenire danni da polarizzazione inversa.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Formatura dei Terminali

• Piegare i terminali in un punto ad almeno 3mm dalla base del bulbo in epossidico.
• Eseguire la formatura dei terminaliprima soldering.
• Evitare di applicare stress al package del LED durante la piegatura.
• Tagliare i terminali a temperatura ambiente.
• Assicurarsi che i fori del PCB siano perfettamente allineati con i terminali del LED per evitare stress di montaggio.

6.2 Conservazione

• Conservazione consigliata: ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR).
• Durata di conservazione in queste condizioni: 3 mesi dalla spedizione.
• Per conservazioni più lunghe (fino a 1 anno): Utilizzare un contenitore sigillato con atmosfera di azoto e assorbente di umidità.
• Evitare transizioni rapide di temperatura in ambienti umidi per prevenire la condensa.

6.3 Processo di Saldatura

Regola Generale:Mantenere una distanza minima di 3mm tra il punto di saldatura e il bulbo in epossidico.

Saldatura Manuale:

• Temperatura della punta del saldatore: Max 300°C (per un saldatore max 30W).
• Tempo di saldatura per terminale: Max 3 secondi.

Saldatura a Onda/Immersione:

• Temperatura di preriscaldamento: Max 100°C (per max 60 secondi).
• Temperatura del bagno di saldatura: Max 260°C.
• Tempo di permanenza nella saldatura: Max 5 secondi.

Note Critiche:

• Evitare stress sui terminali durante le fasi ad alta temperatura.
• Non eseguire saldatura a immersione/manuale più di una volta.
• Proteggere il LED da urti/vibrazioni meccaniche finché non si raffredda a temperatura ambiente dopo la saldatura.
• Evitare processi di raffreddamento rapido.
• Utilizzare la temperatura più bassa possibile che garantisca un giunto di saldatura affidabile.

6.4 Pulizia

• Se necessario, pulire solo con alcol isopropilico a temperatura ambiente per ≤1 minuto.
• Asciugare a temperatura ambiente prima dell'uso.
• Evitare la pulizia a ultrasuonia meno che non sia assolutamente necessaria e pre-qualificata, poiché può causare danni meccanici.

6.5 Gestione del Calore

La gestione termica deve essere considerata durante la fase di progettazione del circuito. La corrente deve essere opportunamente deratata in base alla temperatura ambiente, come mostrato nella curva di derating. Un'adeguata area di rame sul PCB (thermal relief) attorno ai terminali del LED può aiutare a dissipare il calore. Per funzionamenti impulsivi ad alta corrente o alto ciclo di lavoro, potrebbero essere necessarie ulteriori misure di raffreddamento.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Imballaggio

• Confezione Primaria:500 pezzi per busta anti-statico.
• Scatola Interna:5 buste (2500 pezzi) per scatola interna.
• Scatola Master/Esterna:10 scatole interne (25.000 pezzi) per scatola esterna.

7.2 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta del prodotto contiene diversi identificatori chiave:

• CPN:Numero Prodotto del Cliente.
• P/N:Numero Prodotto del Produttore (es. HIR7393C).
• QTQ:Quantità di Imballaggio nella busta.
• CAT:Classe di Intensità Luminosa (Codice bin, es. M, N, P, Q).
• HUE:Classe di Lunghezza d'Onda Dominante.
• REF:Classe di Tensione Diretta.
• LOT No:Numero di Lotto di Produzione per la tracciabilità.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il circuito più comune è una semplice connessione in serie con una resistenza limitatrice di corrente. Il valore della resistenza è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V, V_F=1.45V, e I_Fdesiderata=20mA: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω. Una resistenza standard da 180Ω sarebbe adatta. Per il funzionamento impulsivo a maggiore intensità, è tipico un interruttore a transistor o MOSFET controllato da un microcontrollore.

8.2 Considerazioni di Progetto

• Pilotaggio della Corrente:Pilotare sempre i LED con una sorgente di corrente costante o una tensione limitata in corrente per prevenire la fuga termica.
• Protezione dalla Tensione Inversa:La tensione inversa massima è di soli 5V. Nei circuiti dove è possibile una polarizzazione inversa (es. accoppiamento AC, carichi induttivi), includere un diodo di protezione in parallelo al LED (catodo ad anodo).
• Progetto Ottico:Considerare l'angolo di visione di 45 gradi quando si progettano lenti, riflettori o aperture per il proprio sistema. La lente trasparente è adatta all'uso con elementi ottici esterni.
• Abbinamento con il Rivelatore:Assicurarsi che il fotorivelatore abbinato (fototransistor, fotodiodo, IC ricevitore) sia sensibile nella regione degli 850nm per prestazioni ottimali.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED visibili standard o ad altri LED infrarossi, l'HIR7393C offre vantaggi specifici:

• vs. LED Visibili:Emette nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano, ideale per rilevamento e comunicazione discreti.
• vs. LED IR a 940nm:La luce a 850nm è rilevata più facilmente dai rivelatori al silicio standard (più sensibili intorno agli 800-900nm) ed è spesso visibile come una debole luce rossa con alcune fotocamere digitali, aiutando l'allineamento durante la prototipazione.
• vs. LED IR a Bassa Potenza:I suoi bin di intensità radiante più elevati (P, Q) forniscono un'uscita più forte, consentendo una portata maggiore o una migliore integrità del segnale in ambienti rumorosi.
• vs. Package Non Standard:Il package T-1 3/4 è ubiquo, rendendolo facile da reperire, prototipare e sostituire.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore?

R: Dipende dalla capacità di erogazione di corrente del pin del microcontrollore. Molti pin MCU possono erogare 20mA, ma spesso è al limite superiore. È generalmente più sicuro e consigliato utilizzare un semplice transistor (es. NPN come il 2N3904) come interruttore per pilotare il LED, controllato dal pin MCU.

D2: Perché la corrente impulsiva massima (1A) è così più alta della corrente continua (100mA)?

R: La generazione di calore è proporzionale al quadrato della corrente (I²R). Un impulso molto breve (≤100μs) con un basso ciclo di lavoro (≤1%) non consente abbastanza tempo per un accumulo significativo di calore nel chip del LED, prevenendo danni termici. Il funzionamento continuo ad alta corrente causerebbe surriscaldamento.

D3: Cosa significa "spettralmente compatibile"?

R: Significa che la lunghezza d'onda di emissione di picco di questo LED (850nm) si allinea bene con la sensibilità spettrale di picco dei comuni fotorivelatori al silicio. Questo abbinamento massimizza il segnale elettrico generato nel rivelatore per una data quantità di luce IR, migliorando l'efficienza del sistema e il rapporto segnale/rumore.

D4: Come scelgo il bin giusto (M, N, P, Q)?

R: Scegli in base ai requisiti di sensibilità del tuo sistema. Se hai bisogno di un'uscita alta e consistente (es. per portata maggiore o attraverso materiali attenuanti), specifica il Bin P o Q. Per applicazioni sensibili al costo dove la luminosità minima è meno critica, i Bin M o N possono essere sufficienti. Consulta la tabella di binning per i valori min/max esatti.

11. Esempi Pratici di Progetto e Utilizzo

11.1 Sensore di Prossimità Semplice per Oggetti

Un'applicazione classica è un sensore riflettente per oggetti. L'HIR7393C è posizionato adiacente a un fototransistor. Il LED illumina l'area davanti al sensore. Quando un oggetto si avvicina, riflette la luce IR verso il fototransistor, causando un aumento della sua corrente di collettore. Questo cambiamento può essere rilevato da un comparatore o dall'ADC di un microcontrollore per attivare un'azione. Il fascio di 45 gradi del LED fornisce un buon equilibrio tra dimensione del punto e intensità per tale rilevamento.

11.2 Collegamento Dati a Infrarossi

Per una semplice trasmissione dati seriale (come un telecomando TV), il LED può essere pilotato in impulsi ad alta corrente (es. impulsi da 100mA) secondo un segnale digitale modulato (es. portante a 38kHz). L'alta intensità radiante in modalità impulsiva consente una portata ragionevole. Un modulo ricevitore IR abbinato (con demodulatore integrato) sintonizzato sulla stessa frequenza verrebbe utilizzato sul lato ricevente.

12. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IRED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando polarizzato direttamente, gli elettroni dalla regione n e le lacune dalla regione p vengono iniettati nella regione attiva. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In un IRED realizzato in Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs), questa energia viene rilasciata principalmente come fotoni nello spettro infrarosso (circa 850nm in questo caso). Il package in epossidico trasparente funge da lente, modellando la luce emessa nel caratteristico modello di fascio. L'efficienza di questo processo di elettroluminescenza determina l'intensità radiante per una data corrente di pilotaggio.

13. Tendenze Tecnologiche

Sebbene il package T-1 3/4 fondamentale e la tecnologia a 850nm siano mature, le tendenze nei LED IR includono:

• Maggiore Efficienza:I miglioramenti continui nella scienza dei materiali mirano a produrre più potenza ottica (intensità radiante) per unità di potenza elettrica in ingresso, riducendo la generazione di calore e il consumo energetico.
• Spettri più Stretti:Alcune applicazioni, come il rilevamento di gas o le comunicazioni ad alta velocità, beneficiano di LED con lunghezze d'onda di emissione molto specifiche e strette.
• Dispositivi Integrati:Le tendenze includono combinare il LED IR e il fotorivelatore in un unico package (stile optoaccoppiatore) o con circuiti di pilotaggio per un'integrazione di sistema più semplice.
• Miniaturizzazione:Sebbene il 5mm rimanga popolare, i package a montaggio superficiale (SMD) sono sempre più comuni per l'assemblaggio automatizzato e i design compatti.
• Sicurezza Oculare:Maggiore attenzione nel garantire che le emissioni IR, specialmente da dispositivi ad alta potenza, siano conformi agli standard internazionali di sicurezza oculare (IEC 62471).

L'HIR7393C rappresenta un componente affidabile e ben compreso che continua a servire come elemento costitutivo fondamentale in una vasta gamma di sistemi elettronici di rilevamento e controllo.