Scheda Tecnica LED Infrarosso IR333-A da 5.0mm - Package T-1 3/4 - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Tensione Diretta 1.5V

1. Panoramica del Prodotto

L'IR333-A è un diodo emettitore infrarosso (IR) ad alta intensità, alloggiato in un package plastico blu standard da 5.0mm (T-1 3/4). Questo dispositivo è progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco (λp) di 940 nanometri, ottimamente compatibile con i comuni rivelatori al silicio come fototransistor, fotodiodi e moduli ricevitori infrarossi. La sua funzione principale è fungere da sorgente affidabile di luce infrarossa in vari sistemi di rilevamento e trasmissione.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

L'IR333-A offre diversi vantaggi chiave che lo rendono adatto per applicazioni industriali e consumer. Presenta un'elevata intensità radiante, garantendo una trasmissione del segnale robusta. Opera con una bassa tensione diretta, contribuendo all'efficienza energetica. Il dispositivo è progettato nel rispetto dell'ambiente, essendo privo di piombo, conforme al regolamento REACH dell'UE e conforme agli standard alogeni-free (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Il passo dei terminali di 2.54mm lo rende compatibile con breadboard e PCB standard. I mercati target includono automazione industriale, elettronica di consumo, sistemi di sicurezza e interfacce di comunicazione dati dove è richiesta una segnalazione infrarossa affidabile.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche specificate nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Corrente Diretta Continua (IF):100 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo senza degradare le prestazioni o la durata del LED.
• Corrente Diretta di Picco (IFP):1.0 A. Questa elevata corrente è ammessa solo in condizioni pulsate con una larghezza di impulso ≤ 100μs e un ciclo di lavoro ≤ 1%. Ciò consente brevissimi lampi di luce ad alta intensità, utili per certi protocolli di rilevamento o comunicazione.
• Tensione Inversa (VR):5 V. La massima tensione che può essere applicata in direzione inversa ai capi del LED. Superare questo valore può causare la rottura.
• Temperatura di Esercizio (Topr):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è garantito funzionare secondo le sue specifiche.
• Temperatura di Magazzinaggio (Tstg):-40°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per la conservazione del dispositivo quando non in funzione.
• Temperatura di Saldatura (Tsol):260°C per un massimo di 10 secondi. Questo definisce i limiti del profilo di saldatura a rifusione per prevenire danni al package.
• Dissipazione di Potenza (Pd):150 mW a o al di sotto di 25°C di temperatura dell'aria libera. Questa è la massima potenza che il package può dissipare come calore.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri, misurati in condizioni di prova standard di Ta=25°C, definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali.

• Intensità Radiante (Ie):Questa è la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (steradiante). Con una corrente di pilotaggio standard di 20mA, il valore tipico è 20 mW/sr, con un minimo di 7.8 mW/sr e un massimo di 48 mW/sr. In condizioni pulsate (100mA, duty ≤1%), l'intensità tipica sale a 85 mW/sr, e alla corrente pulsata di picco di 1A, può raggiungere 750 mW/sr. Ciò dimostra la capacità del dispositivo per applicazioni ad alta potenza in uscita quando pilotato con impulsi.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λp):940 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale il LED emette la maggior potenza ottica. È ben adatto per l'uso con rivelatori al silicio, che hanno una buona sensibilità nella regione del vicino infrarosso.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):45 nm (tipico). Questo indica l'intervallo di lunghezze d'onda emesse, centrato attorno al picco. Una larghezza di banda più stretta può essere vantaggiosa per filtrare il rumore della luce ambientale.
• Tensione Diretta (VF):A 20mA, la tensione diretta tipica è 1.5V (min 1.2V, max non specificato per 20mA nella tabella, ma implicato da altre condizioni). Questa tensione relativamente bassa contribuisce a un consumo energetico inferiore. La tensione aumenta con la corrente, come mostrato dai valori di 1.4V (tip) a 100mA pulsata e 2.6V (tip) a 1A pulsata.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 10 μA a VR=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Angolo di Visione (2θ1/2):20 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale al quale l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Un angolo di 20 gradi indica un fascio moderatamente focalizzato, utile per applicazioni di rilevamento direzionale.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica include una tabella di binning per l'Intensità Radiante, una pratica comune per classificare i LED in base alle prestazioni misurate.

3.1 Binning dell'Intensità Radiante

I LED sono suddivisi in diversi "bin" o classi (M, N, P, Q, R) in base alla loro intensità radiante misurata a IF=20mA. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con un livello di prestazione minima garantita per la loro applicazione. Ad esempio, selezionare un componente del bin "Q" garantisce un'intensità radiante compresa tra 21.0 e 34.0 mW/sr. Questo sistema garantisce la coerenza nelle produzioni in serie. La scheda tecnica non indica il binning per la lunghezza d'onda di picco o la tensione diretta per questo specifico numero di parte, suggerendo un controllo stretto o una specifica singola per quei parametri.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve caratteristiche tipiche forniscono preziose informazioni su come si comporta il LED in condizioni variabili. Sebbene i punti dati grafici specifici non siano forniti nel testo, le curve a cui si fa riferimento consentono la seguente analisi.

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

Questa curva mostrerebbe tipicamente la riduzione della massima corrente diretta ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Per prevenire il surriscaldamento e garantire l'affidabilità, la corrente diretta continua deve essere ridotta quando si opera al di sopra di 25°C. La massima dissipazione di potenza assoluta di 150mW è il fattore limitante.

4.2 Distribuzione Spettrale (Fig.2)

Questo grafico visualizza la potenza ottica relativa in funzione della lunghezza d'onda. Mostrerebbe una curva a campana centrata a 940 nm con la larghezza di banda spettrale di 45 nm. Questo aiuta a comprendere la purezza della luce infrarossa e la sua corrispondenza con la risposta spettrale del rivelatore.

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

La lunghezza d'onda di picco di un LED ha un coefficiente di temperatura, tipicamente spostandosi verso lunghezze d'onda più lunghe (red shift) all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva quantifica tale spostamento per l'IR333-A, importante per applicazioni che richiedono un abbinamento preciso della lunghezza d'onda.

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

Questa curva fondamentale mostra la relazione esponenziale tra la tensione applicata ai capi del LED e la corrente risultante. È cruciale per progettare il circuito di pilotaggio a limitazione di corrente. La curva mostrerà la tipica tensione di "ginocchio" (circa 1.2-1.5V) e come la tensione aumenti con l'aumentare della corrente.

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

Questa curva dimostra la relazione sub-lineare tra corrente di pilotaggio e potenza luminosa in uscita. Mentre l'intensità aumenta con la corrente, l'efficienza (potenza luminosa per unità di ingresso elettrico) tipicamente diminuisce a correnti molto elevate a causa dell'aumentata generazione di calore. I dati della tabella (20mA -> 20 mW/sr tip, 100mA pulsata -> 85 mW/sr tip) suggeriscono questa relazione.

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

Questo è il diagramma di radiazione spaziale del LED. Traccia l'intensità normalizzata in funzione dell'angolo dall'asse centrale. Per un LED da 5mm con lente a cupola, questo diagramma è tipicamente Lambertiano o quasi-Lambertiano. L'angolo di visione specificato di 20 gradi (2θ1/2) è un punto dati chiave di questa curva, che definisce l'ampiezza del fascio.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

L'IR333-A utilizza il package standard del settore T-1 3/4 (diametro 5.0mm). Il passo dei terminali è di 2.54mm (0.1 pollici), che è il passo standard per i componenti a foro passante sui circuiti stampati. Il materiale del package è plastica blu, che può fungere in parte da filtro per la luce visibile, aiutando a bloccare la luce visibile ambientale dall'ingresso nel package e dal raggiungere il chip emettitore IR, il che potrebbe altrimenti causare interferenze nel circuito di rilevamento. Il catodo è tipicamente identificato da un punto piatto sul bordo del package e/o da un terminale più corto. I progettisti devono consultare il disegno dettagliato del package (implicito dalla sezione "Dimensioni del Package") per le dimensioni esatte e le tolleranze (±0.25mm salvo diversa indicazione).

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il valore massimo assoluto per la temperatura di saldatura è 260°C per una durata non superiore a 10 secondi. Questo è un valore tipico per i processi di saldatura a rifusione senza piombo. Per la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a temperatura controllata e il tempo di contatto dovrebbe essere minimizzato per prevenire danni termici al package plastico e ai bonding interni. Durante la manipolazione e l'assemblaggio dovrebbero essere osservate le normali precauzioni ESD (scarica elettrostatica), poiché i LED sono dispositivi a semiconduttore sensibili. Lo stoccaggio dovrebbe avvenire nell'intervallo di temperatura specificato da -40°C a +100°C in un ambiente asciutto.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

La specifica di imballaggio standard è la seguente: da 200 a 500 pezzi sono confezionati in una busta. Cinque buste sono poi inserite in una scatola. Infine, dieci scatole sono imballate in un cartone master. L'etichetta sull'imballaggio include informazioni critiche per la tracciabilità e l'identificazione: Numero di Produzione del Cliente (CPN), Numero di Parte (P/N), Quantità di Imballo (QTY), Classi (CAT, riferito al bin di intensità), Lunghezza d'Onda di Picco (HUE), un codice di riferimento e il Numero di Lotto (LOT No) che include un codice per il mese di produzione.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Sistemi di Trasmissione in Aria Libera:Utilizzati in telecomandi, collegamenti dati a corto raggio o sensori di prossimità dove un segnale infrarosso viene trasmesso attraverso l'aria.
• Interruttori Ottoelettronici & Rilevamento Oggetti:Accoppiato con un fototransistor o fotodiodo per creare un sensore a barriera per conteggio, rilevamento di posizione o finecorsa.
• Unità Floppy Disk:Storicamente utilizzato per rilevare la presenza di una linguetta di protezione scrittura o del disco inserito.
• Rivelatori di Fumo:Impiegati nei rivelatori di fumo a oscuramento, dove le particelle di fumo disperdono un fascio di luce infrarossa tra un LED e un rivelatore.
• Sistemi Applicativi Infrarossi Generali:Qualsiasi sistema embedded che richieda una sorgente di luce IR affidabile, modulata o continua.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Un LED è un dispositivo pilotato a corrente. Un resistore in serie o un circuito di pilotaggio a corrente costante è obbligatorio per limitare la corrente diretta a un valore sicuro (es., 20mA per funzionamento continuo). Il valore del resistore può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF.
• Gestione del Calore:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, operare ad alte temperature ambientali o vicino alla corrente massima genererà calore. Assicurare un'adeguata ventilazione o ridurre la corrente operativa come mostrato nella curva di derating.
• Allineamento Ottico:Per la massima intensità del segnale in un sistema emettitore-rivelatore accoppiato, un preciso allineamento meccanico è cruciale, specialmente con un angolo di visione di 20 gradi.
• Reiezione della Luce Ambientale:In ambienti con forte IR ambientale (es., luce solare), modulare il segnale di pilotaggio del LED e utilizzare un circuito rivelatore sintonizzato su quella frequenza di modulazione può migliorare drasticamente il rapporto segnale-rumore.
• Protezione dalla Tensione Inversa:Sebbene il dispositivo possa tollerare fino a 5V in inversa, è buona pratica evitare la polarizzazione inversa. In circuiti AC o bipolari, potrebbe essere necessario un diodo di protezione in parallelo (catodo ad anodo).

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai generici LED IR da 5mm, i fattori chiave di differenziazione dell'IR333-A sono la sua elevata intensità radiante chiaramente specificata (fino a 48 mW/sr min per il bin R) e la sua completa conformità ambientale (RoHS, REACH, Halogen-Free). Il dettagliato sistema di binning fornisce livelli di prestazione garantiti, essenziali per la coerenza progettuale nella produzione di volume. La lunghezza d'onda di 940nm è una delle più comuni e versatili, offrendo un buon equilibrio tra sensibilità del rivelatore e minore assorbimento nell'atmosfera rispetto a lunghezze d'onda più lunghe. La sua bassa tensione diretta può portare a un consumo energetico leggermente inferiore nei dispositivi alimentati a batteria rispetto a LED con Vf più alta.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

1. D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?R: No. Un pin di microcontrollore tipicamente non può erogare 20mA in sicurezza e, cosa più importante, non c'è limitazione di corrente. Devi usare un transistor come interruttore e un resistore in serie per limitare la corrente al valore desiderato (es., 20mA). Calcola il resistore come R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. Usa il valore standard più vicino (es., 180Ω).
2. D: Qual è la differenza tra funzionamento continuo e pulsato?R: Il funzionamento continuo (DC) genera calore costante. Il funzionamento pulsato (con basso ciclo di lavoro) consente una corrente istantanea molto più alta (fino a 1A) perché il LED ha tempo di raffreddarsi tra gli impulsi, prevenendo il sovraccarico termico. Ciò produce una potenza ottica di picco molto più elevata.
3. D: Come identifico il catodo?R: Per questo package, cerca un punto piatto sul bordo plastico del LED. Il terminale più vicino a questo punto piatto è il catodo. Inoltre, il terminale del catodo è spesso più corto di quello dell'anodo.
4. D: È necessario un dissipatore di calore?R: Per il funzionamento continuo a 20mA (circa 30mW di dissipazione di potenza), generalmente non è richiesto un dissipatore. Se si opera vicino alla corrente massima (100mA DC) o ad alte temperature ambientali, considera il derating termico e potenzialmente fornisci un raffreddamento a livello di scheda.
5. D: Perché il package è blu?R: La plastica blu funge da filtro che blocca parte della luce visibile, facendo apparire il package scuro. Questo aiuta a ridurre la quantità di luce visibile ambientale che può entrare nel package e raggiungere il chip emettitore IR, che altrimenti potrebbe causare interferenze nel circuito di rilevamento.

11. Esempio Pratico di Utilizzo

Progettazione di un Semplice Sensore di Rilevamento Oggetti:Un'applicazione comune è un sensore a barriera. Posiziona l'IR333-A su un lato e un fototransistor (es., sintonizzato a 940nm) sull'altro, allineati sullo stesso asse. Pilota il LED con un resistore da 180Ω da un'alimentazione a 5V, ottenendo circa 20mA di corrente. Quando un oggetto passa tra di loro, interrompe il fascio infrarosso. La resistenza collettore-emettitore del fototransistor cambierà drasticamente. Questo cambiamento può essere convertito in un segnale di tensione usando un resistore di pull-up e inviato a un comparatore o a un pin ADC di un microcontrollore per rilevare la presenza dell'oggetto. Per contrastare la luce ambientale, potresti pilotare il LED a una frequenza specifica (es., 1kHz) e usare un filtro passa-banda o un rilevamento sincrono nel circuito ricevitore.

12. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (LED IR) 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 nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In un LED IR, questa energia viene rilasciata principalmente sotto forma di fotoni (particelle di luce) nello spettro infrarosso. La specifica lunghezza d'onda (940nm in questo caso) è determinata dall'energia di bandgap dei materiali semiconduttori utilizzati (Arseniuro di Gallio Alluminio - GaAlAs, come indicato nella Guida alla Selezione del Dispositivo). Il package plastico incapsula il chip, fornisce protezione meccanica e incorpora una lente che modella la luce emessa nel diagramma dell'angolo di visione specificato.

13. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia dei LED infrarossi continua a evolversi. Le tendenze generali del settore includono lo sviluppo di dispositivi con intensità radiante ed efficienza wall-plug (potenza ottica in uscita / potenza elettrica in ingresso) ancora più elevate. C'è anche una spinta verso la miniaturizzazione, con i package a montaggio superficiale (SMD) che diventano più diffusi rispetto ai package a foro passante come il T-1 3/4 per applicazioni con vincoli di spazio. La domanda di bande di lunghezza d'onda specifiche e strette è in crescita per applicazioni specializzate come il rilevamento di gas o il monitoraggio biomedico. Inoltre, l'integrazione è una tendenza chiave, con coppie emettitore-rivelatore combinate in package singoli o LED con driver integrati che diventano disponibili per semplificare il design del circuito e ridurre l'ingombro.