Scheda Tecnica LED Infrarosso IR323 da 5mm - Package 5.0mm - Lunghezza d'Onda 940nm - Tensione Diretta 1.5V - Dissipazione 150mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un diodo emettitore di luce (LED) infrarosso ad alta intensità da 5mm. Il dispositivo è incapsulato in un package plastico blu trasparente ed è progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri (nm), posizionandosi saldamente nello spettro del vicino infrarosso. Questa lunghezza d'onda è scelta strategicamente per prestazioni ottimali in applicazioni di rilevamento e telecomando, poiché è ben abbinata alla sensibilità spettrale dei comuni fototransistor al silicio, fotodiodi e moduli ricevitori infrarossi. Gli obiettivi di progettazione primari per questo componente sono l'alta affidabilità, l'elevata potenza radiante in uscita e il funzionamento a bassa tensione diretta, rendendolo adatto a una varietà di sistemi elettronici basati sull'infrarosso.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il LED offre diversi vantaggi chiave che contribuiscono alle sue prestazioni e facilità di integrazione:

• Alta Intensità Radiante:Fornisce un'intensità radiante tipica di 6.4 mW/sr con una corrente di pilotaggio standard di 20mA, garantendo una forte trasmissione del segnale.
• Bassa Tensione Diretta:Presenta una tensione diretta tipica (Vf) di 1.2V a 20mA, contribuendo a un consumo energetico inferiore nel sistema complessivo.
• Package Standardizzato:Utilizza un comune package radiale a reofori da 5mm con passo dei terminali di 2.54mm (0.1 pollice), compatibile con layout PCB standard e breadboard.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è fabbricato senza piombo (Pb-Free), conforme alle normative UE RoHS e REACH, e soddisfa gli standard alogeni-free (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm).
• Angolo di Visione Definito:Offre un tipico angolo di visione a mezza intensità (2θ1/2) di 30 gradi, fornendo un fascio focalizzato adatto per applicazioni direzionali.

2. Analisi dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei limiti e delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche del dispositivo.

2.1 Valori Massimi Assoluti

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

• Corrente Diretta Continua (I_F):100 mA. La massima corrente continua che può attraversare il LED indefinitamente a una temperatura ambiente di 25°C.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):1.0 A. Questa elevata corrente impulsiva è ammissibile solo in condizioni rigorose: larghezza dell'impulso ≤ 100μs e ciclo di lavoro ≤ 1%. È utile per segnalazioni brevi e ad alta intensità.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. La massima tensione che può essere applicata in direzione di polarizzazione inversa. Superare questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Dissipazione di Potenza (P_d):150 mW a o al di sotto di una temperatura dell'aria libera di 25°C. Questa è la massima potenza che il package può dissipare come calore. Il valore nominale si riduce con l'aumentare della temperatura ambiente.
• Intervalli di Temperatura:Funzionamento (T_opr): da -40°C a +85°C; Stoccaggio (T_stg): da -40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):Massimo 260°C per una durata non superiore a 5 secondi, definendo la finestra di processo per la saldatura a onda o manuale.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri, misurati a Ta=25°C, definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo in condizioni operative normali.

• Intensità Radiante (I_e):La misura primaria dell'uscita ottica. Minimo 4.0 mW/sr, Tipico 6.4 mW/sr a I_F=20mA. Alla massima corrente continua di 100mA, l'intensità tipica sale a 30 mW/sr.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):940 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):45 nm (tipico). Definisce l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, tipicamente misurato a metà della potenza di picco (Larghezza a Metà Altezza - FWHM).
• Tensione Diretta (V_F):1.2V (tipico), 1.5V (massimo) a 20mA. Aumenta a 1.4V (tipico), 1.8V (massimo) a 100mA a causa della resistenza in serie del diodo.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):30 gradi (tipico). L'ampiezza angolare tra i punti in cui l'intensità radiante è la metà del valore a 0 gradi (sull'asse).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

I dispositivi vengono selezionati (binnati) in base alla loro intensità radiante misurata nella condizione di test standard di I_F= 20mA. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di uscita minimi e massimi garantiti per prestazioni di sistema coerenti.

Ad esempio, un componente contrassegnato con il Bin "L" è garantito avere un'intensità radiante compresa tra 5.6 e 8.9 mW/sr. Lettere di bin più alte (es., P) corrispondono a dispositivi con uscita maggiore. La scheda tecnica non indica il binning per altri parametri come la tensione diretta o la lunghezza d'onda di picco per questo prodotto specifico, suggerendo un controllo di fabbricazione stretto su quelle caratteristiche.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve caratteristiche fornite offrono preziose informazioni sul comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questo grafico mostra la riduzione della massima corrente diretta continua ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. A 25°C, sono consentiti tutti i 100mA. All'aumentare della temperatura, la corrente massima deve essere ridotta per evitare di superare il limite di dissipazione di potenza di 150mW e per garantire l'affidabilità a lungo termine. Questa curva è fondamentale per progettare sistemi che operano in ambienti a temperatura elevata.

4.2 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra la relazione tra corrente di pilotaggio (I_F) e uscita ottica (I_e). L'intensità radiante aumenta in modo super-lineare con la corrente a livelli inferiori e tende a diventare più lineare a correnti più elevate, sebbene alla fine si saturi. La curva conferma i valori tipici indicati nella tabella (es., ~6.4 mW/sr a 20mA, ~30 mW/sr a 100mA).

4.3 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale traccia l'intensità radiante relativa rispetto alla lunghezza d'onda. Conferma visivamente la lunghezza d'onda di picco (λ_p) di 940nm e la larghezza di banda spettrale (Δλ) di circa 45nm ai punti FWHM. La curva è caratteristica di un sistema di materiale semiconduttore GaAlAs (Arseniuro di Gallio Alluminio).

4.4 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Questo diagramma polare raffigura il diagramma di radiazione del LED. Mostra come l'intensità diminuisce all'aumentare dell'angolo dall'asse centrale (0°). L'angolo in cui l'intensità scende al 50% del valore sull'asse definisce l'angolo di visione a mezza intensità, mostrato qui come circa 30 gradi, risultando in un fascio moderatamente focalizzato.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package radiale a reofori standard da 5mm. Il disegno dimensionale specifica le misure chiave: diametro complessivo (5.0mm tipico), diametro del filo terminale, distanza dalla base della lente alla piega nei terminali e passo dei terminali (2.54mm). Il disegno include una nota che le tolleranze sono ±0.25mm salvo diversa specificazione. Il terminale più lungo indica tipicamente il collegamento all'anodo (positivo).

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione corretta è essenziale per mantenere l'integrità e le prestazioni del dispositivo.

6.1 Formatura dei Terminali

• La piegatura deve avvenire in un punto ad almeno 3mm dalla base della lente epossidica per evitare stress sulla tenuta.
• La formatura deve essere completata prima di qualsiasi operazione di saldatura.
• Il taglio dei terminali deve essere effettuato a temperatura ambiente per prevenire shock termici.
• I fori del PCB devono allinearsi precisamente con i terminali del LED per evitare stress di montaggio.

6.2 Stoccaggio

• Le condizioni di stoccaggio consigliate sono ≤30°C e ≤70% di Umidità Relativa (UR) fino a 3 mesi dalla spedizione.
• Per stoccaggi più lunghi (fino a un anno), utilizzare un contenitore sigillato con atmosfera di azoto e essiccante.
• Evitare rapidi cambi di temperatura in ambienti umidi per prevenire la condensa.

6.3 Processo di Saldatura

Regola Critica:Mantenere una distanza minima di 3mm dal giunto di saldatura al bulbo epossidico.

• Saldatura Manuale:Temperatura della punta del saldatore ≤300°C (per un saldatore max 30W), tempo di saldatura ≤3 secondi per terminale.
• Saldatura a Onda/Per Immersione:Preriscaldamento ≤100°C per ≤60 secondi. Temperatura del bagno di saldatura ≤260°C per un tempo di immersione ≤5 secondi.
• Evitare stress sui terminali durante le fasi ad alta temperatura.
• La saldatura per immersione o manuale non deve essere eseguita più di una volta.
• Lasciare raffreddare il LED gradualmente a temperatura ambiente dopo la saldatura; evitare raffreddamenti rapidi (quenching).

6.4 Pulizia

• Se necessario, pulire solo con alcol isopropilico a temperatura ambiente per non più di un minuto.
• Non utilizzare la pulizia ad ultrasuoni a meno che non sia assolutamente necessario e solo dopo test di prequalifica approfonditi, poiché può causare danni meccanici.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche dell'Etichetta

L'etichetta sull'imballaggio contiene diversi codici: Numero Prodotto Cliente (CPN), Numero Prodotto Produttore (P/N), Quantità di Imballo (QTY) e classifiche di prestazione per Intensità Luminosa (CAT), Lunghezza d'Onda Dominante (HUE) e Tensione Diretta (REF). Include anche il Numero di Lotto e un codice data (Mese).

7.2 Specifiche di Imballaggio

• I LED sono imballati in sacchetti anti-statici.
• Imballaggio tipico: 200-500 pezzi per sacchetto, 5 sacchetti per cartone interno, 10 cartoni interni per cartone master (esterno).

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Telecomandi a Infrarossi:Per TV, impianti audio e altri dispositivi elettronici di consumo. La lunghezza d'onda di 940nm è ideale in quanto invisibile all'occhio umano ma rilevata efficientemente dai ricevitori al silicio.
• Sensori di Prossimità e Rilevamento Oggetti:Utilizzati in rubinetti automatici, asciugamani per le mani, sistemi di sicurezza e apparecchiature di conteggio industriali. Un LED IR abbinato a un fotodetettore può percepire l'interruzione o la riflessione del suo fascio.
• Interruttori e Encoder Ottici:Per rilevare movimento o posizione in stampanti, controlli motori e encoder rotativi.
• Illuminazione per Visione Notturna:Fornisce illuminazione nascosta per telecamere di sicurezza dotate di sensori sensibili all'IR.
• Trasmissione Dati:In collegamenti dati ottici a corto raggio e in linea di vista (es., sistemi legacy IrDA).

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza di limitazione di corrente in serie quando si pilota il LED da una sorgente di tensione. Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Non collegare direttamente a una sorgente di tensione.
• Gestione del Calore:Quando si opera vicino alla corrente massima o in alte temperature ambiente, considerare la curva di derating. Garantire un'adeguata ventilazione o dissipazione del calore se necessario, specialmente per array densamente impacchettati.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 30 gradi fornisce un fascio focalizzato. Per una copertura più ampia, utilizzare più LED o ottiche secondarie come diffusori. Per una portata maggiore, è possibile utilizzare lenti per collimare ulteriormente il fascio.
• Immunità al Rumore Elettrico:Nelle applicazioni di rilevamento, modulare il segnale IR (es., con una portante a 38kHz) per distinguerlo dalla luce infrarossa ambientale (luce solare, lampadine a incandescenza). Ciò migliora notevolmente il rapporto segnale/rumore.
• Abbinamento del Ricevitore:Assicurarsi che il fotodetettore o modulo ricevitore selezionato (es., un ricevitore integrato a 38kHz) sia spettralmente sensibile intorno a 940nm per prestazioni ottimali.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sebbene esistano molti LED IR da 5mm, la combinazione di parametri di questo dispositivo offre vantaggi specifici:

• vs. LED IR a Lunghezza d'Onda Maggiore (es., 850nm):L'emissione a 940nm è meno visibile come debole bagliore rosso, rendendola più adatta per applicazioni nascoste. Tuttavia, i fotodetettori al silicio sono leggermente meno sensibili a 940nm che a 850nm, il che è compensato dall'alta intensità radiante di questo LED.
• vs. LED IR a Luminosità Standard:La disponibilità di bin di uscita più alta (es., Bin N, P) consente progetti che richiedono una portata maggiore o correnti di pilotaggio inferiori per la stessa intensità di segnale, migliorando l'efficienza energetica.
• vs. LED IR a Montaggio Superficiale (SMD):Il package a foro passante è più facile per prototipazione, uso hobbistico e applicazioni in cui la robustezza meccanica del collegamento è prioritaria rispetto allo spazio sulla scheda.
• Differenziatori Chiave:La struttura di binning chiaramente definita e relativamente stretta per l'intensità, combinata con una completa conformità ambientale (RoHS, REACH, Halogen-Free), rende questo componente adatto per prodotti elettronici moderni e regolamentati.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Qual è la differenza tra "intensità radiante" e "intensità luminosa"?

L'intensità radiante (misurata in mW/sr) è la potenza ottica emessa per angolo solido, rilevante per tutte le lunghezze d'onda. L'intensità luminosa (misurata in candela, mcd) pondera la potenza ottica in base alla sensibilità dell'occhio umano (curva fotopica). Poiché l'occhio umano è quasi insensibile alla luce infrarossa a 940nm, l'intensità luminosa è essenzialmente zero per questo LED. L'intensità radiante è la metrica corretta per i componenti IR utilizzati con sensori elettronici.

10.2 Posso pilotare questo LED a 100mA in modo continuo?

Sì, ma solo se la temperatura ambiente (Ta) è pari o inferiore a 25°C, secondo i Valori Massimi Assoluti. Se la temperatura ambiente è più alta, è necessario fare riferimento alla curva di derating "Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente" per trovare la nuova corrente continua massima ammissibile. Ad esempio, a 85°C, la corrente continua massima sarà significativamente inferiore a 100mA.

10.3 Perché la corrente diretta di picco (1A) è così più alta della corrente continua (100mA)?

Il valore nominale di 1A è per impulsi molto brevi (≤100μs) con un basso ciclo di lavoro (≤1%). Durante un impulso così breve, la giunzione del semiconduttore non ha il tempo di riscaldarsi significativamente. Il valore nominale continuo di 100mA è limitato dalla capacità di dissipazione termica a regime del package. L'elevata corrente impulsiva consente applicazioni come segnalazioni a lungo raggio a brevi impulsi.

10.4 Come identifico l'anodo e il catodo?

In un package LED radiale standard, il terminale più lungo è tipicamente l'anodo (positivo). Inoltre, osservando il LED dal basso, il terminale sul lato con un punto piatto sul bordo della lente plastica è solitamente il catodo (negativo). Verificare sempre con un multimetro in modalità test diodi se non si è sicuri.

11. Esempi Pratici di Progettazione e Utilizzo

11.1 Circuito Sensore di Prossimità Semplice

Un sensore riflettente di base può essere realizzato posizionando questo LED IR e un fototransistor affiancati, puntando nella stessa direzione. Il LED è pilotato da un pin di un microcontrollore attraverso una resistenza da 20-30Ω (per ~50mA da un'alimentazione a 3.3V: R = (3.3V - 1.2V)/0.05A ≈ 42Ω). Il collettore del fototransistor è collegato all'alimentazione tramite una resistenza di pull-up (es., 10kΩ) e l'emettitore è messo a terra. Il nodo del collettore si collega a un ADC o ingresso digitale del microcontrollore. Quando un oggetto si avvicina, riflette la luce IR sul fototransistor, causando la caduta della tensione del collettore, che viene rilevata dal microcontrollore.

11.2 Pilotaggio di un Modulo Ricevitore IR

Per applicazioni di telecomando, abbinare questo LED a un modulo ricevitore IR a 3 pin (es., sintonizzato a 38kHz). Il LED è collegato in serie con una resistenza di limitazione di corrente e un transistor NPN. La base del transistor è pilotata da un segnale modulato da un microcontrollore, che codifica il comando del telecomando utilizzando un protocollo come NEC o RC5. La frequenza portante di 38kHz rientra nella banda passante del tempo di salita/discesa del LED. Il modulo ricevitore demodula questo segnale e restituisce un flusso dati digitale pulito al microcontrollore.

12. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando polarizzato direttamente (tensione positiva applicata all'anodo rispetto al catodo), elettroni dalla regione di tipo n e lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva della giunzione, rilasciano energia. In questo dispositivo specifico, il materiale semiconduttore è Arseniuro di Gallio Alluminio (GaAlAs). Il bandgap di energia di questo materiale determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi. Per il GaAlAs sintonizzato per emettere a 940nm, l'energia di ricombinazione corrisponde a fotoni nella parte del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico. Il package epossidico blu trasparente funge da lente, modellando la luce emessa nell'angolo di visione specificato, ed è trasparente alla lunghezza d'onda infrarossa.

13. Tendenze Tecnologiche

Sebbene componenti a foro passante come questo LED da 5mm rimangano popolari per prototipazione, didattica e alcune applicazioni industriali, la tendenza più ampia del settore è verso package a montaggio superficiale (SMD) (es., 0805, 1206 o package chip-scale). Gli SMD offrono dimensioni ridotte, maggiore idoneità per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place e spesso prestazioni termiche migliorate grazie a una più ampia connessione del pad termico al PCB. Per i LED infrarossi in particolare, le tendenze includono lo sviluppo di dispositivi con maggiore efficienza wall-plug (più luce in uscita per watt elettrico in ingresso), tolleranze di lunghezza d'onda più strette per specifiche applicazioni di rilevamento (come il rilevamento di gas) e l'integrazione di driver o sensori in moduli multi-chip. La fisica fondamentale e la scienza dei materiali alla base degli emettitori IR a semiconduttore GaAlAs e simili III-V continuano a essere perfezionate per prestazioni e costo.