Scheda Tecnica LED Infrarosso IR333C - Package T-1 da 5mm - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Tensione Diretta 1.5V - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR333C è un diodo emettitore infrarosso ad alta intensità, alloggiato in un package plastico standard da 5mm (T-1) trasparente. È progettato per emettere luce con una lunghezza d'onda di picco di 940nm, ideale per applicazioni che richiedono sorgenti luminose non visibili. Il dispositivo è spettralmente abbinato ai comuni fototransistor al silicio, fotodiodi e moduli ricevitori infrarossi, garantendo prestazioni ottimali nei sistemi di trasmissione del segnale.

I vantaggi principali di questo componente includono l'alta affidabilità, l'elevata intensità radiante in uscita e il basso requisito di tensione diretta. La spaziatura dei terminali di 2.54mm lo rende compatibile con breadboard e PCB standard. È inoltre prodotto come prodotto senza piombo e conforme RoHS, in linea con gli standard ambientali moderni.

1.1 Caratteristiche Principali e Mercato di Riferimento

Le caratteristiche primarie che definiscono l'IR333C sono le sue proprietà ottiche ed elettriche ottimizzate per applicazioni infrarosse. La sua alta intensità radiante, con picco a 940nm, lo rende altamente efficiente per la comunicazione ottica in spazio libero. La bassa tensione diretta riduce il consumo energetico, aspetto critico per i dispositivi alimentati a batteria.

Le applicazioni target sono varie e includono:

• Sistemi di Trasmissione in Aria Libera:Utilizzati per collegamenti dati wireless a corto raggio.
• Unità Telecomando a Infrarossi:In particolare quelle con elevati requisiti di potenza per una maggiore portata o per operare attraverso ostacoli.
• Rivelatori di Fumo:Impiegati nei progetti a camera ottica per rilevare le particelle di fumo.
• Sistemi Applicativi Generali a Infrarossi:Ciò include il rilevamento di oggetti, la rilevazione di prossimità e l'automazione industriale.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita delle specifiche del dispositivo è cruciale per un progetto di circuito affidabile e l'integrazione nel sistema.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non devono mai essere superati, nemmeno momentaneamente.

• Corrente Diretta Continua (I_F):100 mA. Questa è la massima corrente continua che può attraversare il LED indefinitamente in condizioni specificate.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):1.0 A. Questa elevata corrente è ammessa solo in condizioni pulsate (Larghezza di Impulso ≤ 100μs, Ciclo di Lavoro ≤ 1%). È utile per ottenere un'uscita radiante istantanea molto elevata.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. La massima tensione che può essere applicata in direzione inversa. Superare questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Dissipazione di Potenza (P_d):150 mW a 25°C o inferiore. Questo valore considera sia la caduta di tensione diretta che la corrente. Operare oltre questo limite causerà un riscaldamento eccessivo e un degrado delle prestazioni o un guasto.
• Intervalli di Temperatura:Le temperature di funzionamento e di stoccaggio sono specificate da -40°C a +85°C, indicando l'idoneità per ambienti industriali e automobilistici.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C per un massimo di 5 secondi. Questo è critico per i processi di saldatura a onda o a rifusione per prevenire danni al package.

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 (E_e):Questa è la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (mW/sr). Il valore tipico è 15 mW/sr a I_F=20mA. In condizioni pulsate di I_F=100mA, sale a 60 mW/sr, e a I_F=1A, raggiunge 450 mW/sr. Ciò dimostra il significativo guadagno in uscita quando si utilizza un pilotaggio pulsato.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):940 nm (tipico). Questo è nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma rilevato efficientemente da sensori al silicio.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):45 nm (tipico). Questo definisce 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 (V_F):Tipicamente 1.5V a I_F=20mA, con un massimo di 1.85V a I_F=100mA (pulsato). Il basso V_Fè un vantaggio chiave per la progettazione di circuiti a bassa tensione.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA a V_R=5V. Questa corrente di dispersione è molto bassa.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):20 gradi (tipico). Questo fascio stretto concentra l'intensità radiante in un raggio diretto, aumentando la portata effettiva per applicazioni come i telecomandi.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

L'IR333C è suddiviso in diversi bin in base alla sua intensità radiante a una corrente di test standard di 20mA. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di prestazione minima garantita per la loro applicazione.

La struttura del binning è la seguente:

• Bin M:Intensità Radiante tra 7.8 mW/sr (Min) e 12.5 mW/sr (Max).
• Bin N:Intensità Radiante tra 11.0 mW/sr (Min) e 17.6 mW/sr (Max).
• Bin P:Intensità Radiante tra 15.0 mW/sr (Min) e 24.0 mW/sr (Max).
• Bin Q:Intensità Radiante tra 21.0 mW/sr (Min) e 34.0 mW/sr (Max).

Per applicazioni che richiedono una luminosità costante o una maggiore portata, si consiglia di specificare un bin superiore (es. P o Q). L'etichetta del prodotto include un campo \"CAT\" per indicare il rango.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano come i parametri cambiano con le condizioni operative.

4.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente (Fig. 1 & 8)

Queste curve mostrano la relazione tra la massima corrente diretta ammissibile e la temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la massima corrente continua ammissibile diminuisce linearmente. Ciò è dovuto alla ridotta capacità di dissipazione di potenza a temperature più elevate. I progettisti devono deratare la corrente operativa in base alla massima temperatura ambiente prevista per garantire l'affidabilità.

4.2 Distribuzione Spettrale (Fig. 2)

Questo grafico traccia l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda. Conferma l'emissione di picco a 940nm e mostra la forma e la larghezza (circa 45nm) dello spettro di emissione. Questo è importante per selezionare filtri ottici appropriati nel ricevitore.

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

La lunghezza d'onda di emissione di picco ha un leggero coefficiente di temperatura, tipicamente spostandosi verso lunghezze d'onda più lunghe (spostamento verso il rosso) all'aumentare della temperatura di giunzione. Questo spostamento è solitamente piccolo per i LED infrarossi ma dovrebbe essere considerato nelle applicazioni di rilevamento di precisione.

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

Questa è la curva I-V standard per un diodo. Mostra la relazione esponenziale. La curva consente ai progettisti di determinare la caduta di tensione per una data corrente di pilotaggio, essenziale per calcolare i valori della resistenza in serie o i requisiti del circuito di pilotaggio.

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

Questa curva dimostra che l'uscita radiante è approssimativamente lineare con la corrente diretta nel tipico intervallo operativo. Tuttavia, a correnti molto elevate, l'efficienza può diminuire a causa del riscaldamento e di altri effetti.

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

Questo grafico polare definisce visivamente l'angolo di visione. L'intensità è massima a 0 gradi (sull'asse) e diminuisce all'aumentare dell'angolo, raggiungendo la metà del suo valore massimo a circa ±10 gradi (da qui l'angolo di visione totale di 20 gradi).

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo utilizza il package T-1 da 5mm, standard del settore. La spaziatura dei terminali è di 2.54mm (0.1 pollici), che è il passo standard per molte breadboard e layout PCB. Il package è stampato in plastica trasparente, che è trasparente alla luce infrarossa a 940nm, minimizzando le perdite ottiche. Il catodo è tipicamente identificato da un lato piatto sul bordo della lente plastica e/o da un terminale più corto. Il disegno meccanico dettagliato nella scheda tecnica fornisce tutte le dimensioni critiche con tolleranze, essenziali per il progetto dell'impronta PCB e per garantire un corretto alloggiamento in custodie o lenti.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Per prevenire danni durante l'assemblaggio, devono essere seguite specifiche condizioni di saldatura. Il valore massimo assoluto per la temperatura di saldatura è 260°C e il tempo di saldatura non deve superare i 5 secondi. Questo vale sia per la saldatura manuale che per quella a onda. Per la saldatura a rifusione, è richiesto un profilo che raggiunga un picco pari o inferiore a 260°C. Un'esposizione prolungata ad alte temperature può crepare il package epossidico o danneggiare i bonding interni. Si raccomanda inoltre di conservare i componenti in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare il fenomeno del \"popcorning\" durante la rifusione.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

L'imballaggio standard per l'IR333C è il seguente: 500 pezzi sono confezionati in una busta, 5 buste sono poste in una scatola e 10 scatole costituiscono un cartone. Ciò fa un totale di 25.000 pezzi per cartone. L'etichetta del prodotto contiene diversi campi chiave per la tracciabilità e l'identificazione: CPN (Numero Parte del Cliente), P/N (Numero Parte del Produttore), QTY (Quantità), CAT (Rango/Intensità Bin), HUE (Lunghezza d'Onda di Picco), REF (Riferimento) e LOT No (Numero di Lotto).

8. Suggerimenti per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il circuito di pilotaggio più comune è una semplice resistenza in serie. Il valore della resistenza (R_s) è calcolato usando la Legge di Ohm: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Ad esempio, per pilotare il LED a 20mA da un'alimentazione di 5V con un V_Ftipico di 1.5V: R_s= (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. Una resistenza standard da 180Ω sarebbe adatta. Per un funzionamento pulsato ad alte correnti (es. 1A), è necessario un transistor o un MOSFET come interruttore, spesso pilotato da un microcontrollore.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione del Calore:Sebbene il package sia piccolo, ad alte correnti continue, la dissipazione di potenza (P_d= V_F* I_F) può avvicinarsi al limite di 150mW. Assicurare un'adeguata ventilazione o considerare l'uso di un pilotaggio pulsato per ridurre la potenza media.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 20 gradi fornisce un fascio focalizzato. Per una copertura più ampia, potrebbe essere necessaria una lente diffusore. Al contrario, per applicazioni a lunghissimo raggio, può essere utilizzata una lente collimatrice secondaria per restringere ulteriormente il fascio.
• Abbinamento con il Ricevitore:Accoppiare sempre l'IR333C con un ricevitore (fototransistor, fotodiodo o IC) sensibile nella regione dei 940nm. L'uso di un filtro ottico che blocca la luce visibile può migliorare significativamente il rapporto segnale/rumore in presenza di luce ambientale.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED visibili standard o ad altri LED infrarossi, i fattori chiave di differenziazione dell'IR333C sono la combinazione di alta capacità di uscita pulsata (450 mW/sr a 1A), bassa tensione diretta e stretto angolo di fascio di 20 gradi. Alcuni dispositivi concorrenti possono offrire angoli di visione più ampi per una copertura più estesa, ma a scapito dell'intensità sull'asse. La lunghezza d'onda di 940nm è una delle più comuni ed economiche, con una buona trasmissione atmosferica e abbondanti opzioni di ricevitori, rispetto, ad esempio, ai LED a 850nm che hanno una leggera luminescenza rossa visibile.

10. Domande Frequenti (FAQ)

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

R: Per un funzionamento continuo a 20mA, verificare se il pin GPIO del microcontrollore può erogare o assorbire quella corrente. Molti possono gestire solo 10-25mA. È spesso più sicuro utilizzare un transistor come interruttore.

D: Perché l'intensità radiante è così più alta in condizioni pulsate?

R: Pulsare la corrente consente di pilotare il LED a correnti ben superiori alla sua valutazione DC senza surriscaldare la giunzione. L'uscita luminosa è principalmente una funzione della corrente istantanea, quindi impulsi brevi e ad alta corrente producono lampi molto luminosi.

D: Come identifico il catodo?

R: Cercare il lato piatto sulla lente plastica rotonda. Il terminale adiacente a questo lato piatto è il catodo. Inoltre, il terminale del catodo è solitamente più corto di quello dell'anodo.

D: Un LED infrarosso come questo è sicuro per gli occhi?

R: Sebbene invisibile, la radiazione infrarossa può ancora essere focalizzata dalla lente dell'occhio sulla retina. Per applicazioni ad alta potenza, specialmente con lenti, è prudente evitare la visione diretta. La maggior parte dei telecomandi consumer utilizza una potenza media molto bassa ed è considerata sicura per gli occhi.

11. Esempio Pratico di Caso d'Uso

Scenario: Telecomando a Infrarossi a Lungo Raggio per Apertura Cancello.

Un progettista necessita di un telecomando con una portata di 50 metri in pieno giorno. Seleziona l'IR333C nel Bin Q per la massima intensità. Il circuito utilizza un microcontrollore per generare un segnale portante a 38kHz, che viene modulato in ampiezza con il codice dati. Un transistor NPN viene utilizzato per pulsare il LED a 1A con un ciclo di lavoro molto basso (es. 1%). Una semplice lente plastica viene aggiunta davanti al LED per collimare leggermente il fascio. Sul lato ricevitore, viene utilizzato un modulo ricevitore IR standard a 38kHz con filtro per 940nm. Questo progetto sfrutta l'alta uscita pulsata del LED e il fascio stretto per raggiungere la portata richiesta mantenendo un basso consumo energetico medio per una lunga durata della batteria.

12. Introduzione al 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, gli elettroni dalla regione n e le lacune dalla regione p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In un IR LED, il materiale semiconduttore (GaAlAs per l'IR333C) è scelto in modo che questa energia venga rilasciata principalmente come fotoni nella porzione infrarossa dello spettro elettromagnetico (intorno a 940nm). Il package epossidico trasparente funge da lente, modellando la luce emessa nel suo caratteristico pattern di fascio.

13. Tendenze Tecnologiche

La tendenza nei LED infrarossi continua verso una maggiore efficienza (più potenza radiante per watt elettrico in ingresso) e densità di potenza più elevate. Ciò consente una maggiore durata della batteria e portate operative più lunghe nei dispositivi portatili. C'è anche sviluppo in sorgenti IR multispettrali e sintonizzabili per applicazioni di rilevamento avanzate come l'analisi dei gas e le misurazioni spettroscopiche. L'integrazione del circuito di pilotaggio del LED e persino del sensore in moduli compatti è un'altra tendenza comune, che semplifica la progettazione per gli utenti finali. La spinta sottostante per gli standard RoHS e la produzione ecologica rimane forte in tutto il settore.