Scheda Tecnica LTE-5228A - Emettitore IR ad Alta Corrente, Bassa Tensione Diretta, Lunghezza d'Onda 940nm

1. Panoramica del Prodotto

Il LTE-5228A è un diodo emettitore di luce (LED) a infrarossi (IR) ad alta potenza, progettato per applicazioni che richiedono un'uscita ottica robusta. I suoi vantaggi principali derivano dalla progettazione per un'elevata capacità di pilotaggio in corrente, mantenendo al contempo una tensione diretta relativamente bassa, rendendolo efficiente per il funzionamento in impulsi e continuo. Il dispositivo è confezionato in un contenitore trasparente, tipico per gli emettitori IR per minimizzare l'assorbimento della luce non visibile emessa. I mercati target principali includono l'automazione industriale, i sistemi di sicurezza (ad es. illuminazione per telecamere di sorveglianza), sensori ottici e telecomandi dove sono cruciali sorgenti luminose invisibili e affidabili.

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 LTE-5228A può dissipare fino a 150 mW di potenza. La sua corrente diretta di picco è eccezionalmente alta a 2 Ampere, ma è consentita solo in specifiche condizioni impulsive (300 impulsi al secondo con una larghezza di impulso di 10 microsecondi). La corrente diretta continua è classificata a un valore più convenzionale di 100 mA. Il dispositivo può sopportare una tensione inversa fino a 5V. Gli intervalli di temperatura di funzionamento e di stoccaggio sono rispettivamente da -40°C a +85°C e da -55°C a +100°C, indicando l'idoneità per ambienti difficili. La temperatura di saldatura dei terminali è specificata a 260°C per 5 secondi a una distanza di 1,6mm dal corpo del package, un parametro critico per i processi di assemblaggio.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard di 25°C di temperatura ambiente e una corrente diretta (I_F) di 20mA. Le uscite ottiche chiave sono definite in due modi: Irradianza all'Apertura (E_e in mW/cm²) e Intensità Radiante (I_E in mW/sr). Entrambi i parametri sono soggetti a binning, ovvero i dispositivi vengono suddivisi in gruppi di prestazione (BIN A, B, C, D) dopo la produzione, con il BIN D che rappresenta l'uscita più alta. La lunghezza d'onda di picco di emissione (λ_Picco) è tipicamente 940 nm, collocandolo saldamente nello spettro del vicino infrarosso. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 50 nm, indicando la larghezza di banda spettrale della luce emessa. Dal punto di vista elettrico, la tensione diretta (V_F) è compresa tra 1,2V e 1,6V a 20mA, confermando la sua caratteristica di funzionamento a bassa tensione. La corrente inversa (I_R) è al massimo di 100 µA con una polarizzazione inversa di 5V. L'angolo di visione (2θ_1/2) è di 40 gradi, definendo l'ampiezza angolare in cui l'intensità radiante è almeno la metà del suo valore di picco.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica utilizza chiaramente un sistema di binning delle prestazioni per l'uscita radiante. I dispositivi vengono testati e categorizzati in quattro bin (A, B, C, D) in base alla loro Irradianza all'Apertura e Intensità Radiante misurate a I_F= 20mA. Il BIN A rappresenta l'intervallo di uscita inferiore, mentre il BIN D rappresenta l'uscita garantita più alta. Questo sistema consente ai produttori di offrire livelli di prestazione coerenti e ai progettisti di selezionare un bin che soddisfi esattamente i requisiti di sensibilità o portata della loro applicazione. Non ci sono indicazioni di binning per la tensione o la lunghezza d'onda per questo specifico codice articolo; la tensione diretta e la lunghezza d'onda di picco sono fornite come intervalli tipici/massimi senza codici di bin.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Distribuzione Spettrale (Fig.1)

Questa curva mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma il picco a 940 nm e la semilarghezza spettrale di circa 50 nm. La forma è tipica per un LED IR basato su AlGaAs.

4.2 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente (Fig.2)

Questa curva di derating mostra come la massima corrente diretta continua consentita diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente. Ciò è cruciale per la progettazione della gestione termica per garantire che la temperatura di giunzione non superi i limiti di sicurezza.

4.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Fig.3)

Questa è la caratteristica standard I-V (corrente-tensione). Mostra la relazione esponenziale, con la tensione che aumenta al crescere della corrente. La curva consente ai progettisti di determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente operativa desiderata.

4.4 Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.4) e vs. Corrente Diretta (Fig.5)

La Figura 4 illustra la dipendenza dall'emissione luminosa dalla temperatura, mostrando tipicamente una diminuzione dell'efficienza all'aumentare della temperatura. La Figura 5 mostra come l'uscita ottica aumenti con la corrente diretta, evidenziando la relazione non lineare, specialmente ad alte correnti dove l'efficienza può calare a causa del riscaldamento.

4.5 Diagramma di Radiazione (Fig.6)

Questo grafico polare rappresenta visivamente la distribuzione spaziale della luce emessa, confermando l'angolo di visione di 40 gradi. Il diagramma mostra l'intensità relativa a diversi angoli dall'asse centrale (0°).

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il package è di tipo LED standard con flangia. Le dimensioni chiave includono la distanza tra i terminali, misurata dove i terminali emergono dal corpo del package. Una nota specifica che la sporgenza massima della resina sotto la flangia è di 1,5mm. Il package è descritto come "trasparente", ottimale per l'emissione IR. La polarità è tipicamente indicata dal terminale più lungo che è l'anodo (+) e/o da un punto piatto sul bordo del package vicino al terminale catodo (-), sebbene questa marcatura specifica non sia dettagliata nel testo fornito. Il disegno dimensionale (citato ma non fornito nel testo) mostrerebbe la lunghezza, larghezza e altezza esatte.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La linea guida principale fornita è il valore massimo assoluto per la saldatura dei terminali: 260°C per 5 secondi, misurati a 1,6mm (0,063") dal corpo del package. Questo è un parametro critico per i processi di saldatura a onda o manuale. Superarlo può danneggiare l'attacco interno del die o il package in epossidico. Per la saldatura a rifusione, dovrebbe essere utilizzato un profilo con una temperatura di picco inferiore a 260°C e un tempo sopra il liquidus adattato alla pasta saldante. Si consiglia generalmente di evitare stress meccanici eccessivi sui terminali durante la manipolazione. Le condizioni di stoccaggio dovrebbero rispettare l'intervallo specificato da -55°C a +100°C in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Illuminazione a Infrarossi:Per telecamere CCTV in condizioni di scarsa luce o assenza di luce.
• Sensori Ottici:Come sorgente luminosa in sensori di prossimità, rilevamento oggetti e robot che seguono linee.
• Telecomandi:Per trasmettere segnali codificati a televisori, condizionatori d'aria, ecc.
• Collegamenti Dati Industriali:Comunicazione ottica in spazio libero a corto raggio in ambienti elettricamente rumorosi.
• Sensori Biometrici:Come parte di sistemi per il monitoraggio della frequenza cardiaca o il riconoscimento delle impronte digitali.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante per evitare di superare la corrente continua massima, soprattutto data la bassa V_F che rende facile assorbire una corrente eccessiva da una sorgente di tensione.
• Dissipazione Termica:Per il funzionamento continuo vicino alla corrente massima, considerare il percorso termico. La flangia può essere utilizzata per il montaggio su un PCB con via termiche o un dissipatore.
• Funzionamento in Impulsi:Per ottenere un'uscita di picco molto alta (per una portata maggiore), utilizzare la specifica della modalità impulsiva (2A di picco). Assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire gli impulsi brevi e ad alta corrente richiesti.
• Progettazione Ottica:Abbinare a una lente o un riflettore appropriato per collimare o modellare il fascio di 40 gradi in base alle esigenze dell'applicazione. Il package trasparente è compatibile con l'ottica secondaria.
• Protezione ESD:Sebbene non esplicitamente dichiarato, i LED IR possono essere sensibili alle scariche elettrostatiche. Si raccomanda di implementare precauzioni ESD standard durante la manipolazione e la progettazione del circuito.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED IR standard a bassa potenza, i principali fattori di differenziazione del LTE-5228A sono la suaelevata capacità di corrente(100mA continua, 2A impulsiva) e la suatensione diretta relativamente bassa. Questa combinazione consente un'uscita radiante più elevata senza una dissipazione di potenza proporzionalmente più alta dovuta a un'eccessiva caduta di tensione. L'ampio angolo di visione di 40 gradi è più ampio di alcuni emettitori IR focalizzati, fornendo un'illuminazione più uniforme per la copertura di area piuttosto che per l'individuazione a lunga distanza. Il package trasparente offre un'efficienza di trasmissione più alta per la luce a 940nm rispetto ai package colorati utilizzati per i LED visibili.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3,3V o 5V?

R: No. La bassa tensione diretta (max 1,6V a 20mA) significa che un collegamento diretto probabilmente distruggerebbe il LED e potrebbe danneggiare il pin del microcontrollore a causa della corrente eccessiva. È obbligatorio un resistore limitatore di corrente o un circuito di pilotaggio.

D: Qual è la differenza tra Irradianza all'Apertura e Intensità Radiante?

R: L'Irradianza all'Apertura (E_e) è la densità di potenza (mW/cm²) che arriva su una superficie posta vicina e perpendicolare al LED. L'Intensità Radiante (I_E) è la potenza emessa per angolo solido (mW/sr), che descrive la direzionalità intrinseca della sorgente. I_Eè più utile per calcolare l'illuminazione a distanza.

D: Come seleziono il BIN corretto?

R: Scegli in base alla sensibilità del tuo sistema. Se il tuo ricevitore necessita di un livello di segnale minimo, seleziona un bin che garantisca quel livello alla tua corrente operativa e distanza. I bin più alti (C, D) forniscono un margine di uscita maggiore.

D: È necessario un dissipatore di calore?

R: Dipende dalla corrente operativa e dalla temperatura ambiente. Alla massima corrente continua (100mA) e a temperatura ambiente elevata, la dissipazione di potenza (P = V_F* I_F) si avvicina a 160mW, che supera la dissipazione di potenza massima assoluta di 150mW. Pertanto, per il funzionamento continuo a piena potenza, è necessaria una gestione termica tramite area di rame del PCB o un dissipatore. Per il funzionamento impulsivo o a correnti inferiori, potrebbe non essere necessario.

10. Esempio Pratico di Utilizzo

Progettazione di un Attivatore per Sensore di Movimento PIR a Lungo Raggio:Un sensore di movimento PIR ha spesso una portata limitata. Per estenderne la portata di notte, può essere utilizzato un illuminatore IR. Per questa applicazione, il LTE-5228A verrebbe pilotato in modalità impulsiva. Verrebbe progettato un circuito per fornire impulsi da 1A (entro il massimo di 2A) con un basso ciclo di lavoro (es. 1%) per mantenere bassa la potenza media. Questa alta corrente di picco genererebbe un'uscita ottica istantanea molto alta, illuminando efficacemente una scena a una distanza di 20-30 metri. L'ampio angolo di 40 gradi coprirebbe un'ampia area davanti al sensore. Il package trasparente garantisce che la massima energia venga proiettata verso l'esterno. Il progettista selezionerebbe LED BIN D per la massima portata e utilizzerebbe le curve di derating per garantire che la temperatura del dispositivo rimanga stabile in un contenitore esterno.

11. Principio di Funzionamento

Il LTE-5228A è un diodo a semiconduttore a giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la sua energia di bandgap, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La specifica composizione del materiale (tipicamente Arseniuro di Gallio e Alluminio - AlGaAs) determina l'energia di bandgap, che corrisponde alla lunghezza d'onda infrarossa di 940 nm. Il package in epossidico trasparente incapsula il chip semiconduttore, fornisce protezione meccanica e funge da lente per modellare il fascio in uscita. L'uscita radiante è direttamente proporzionale al tasso di ricombinazione dei portatori, che è controllato dalla corrente diretta.

12. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia degli emettitori a infrarossi continua a evolversi insieme alla tecnologia dei LED visibili. Le tendenze includono:

Aumento dell'Efficienza:Sviluppo di nuovi materiali e strutture a semiconduttore (es. pozzi quantici multipli) per estrarre più fotoni per unità di potenza elettrica in ingresso, riducendo la generazione di calore.

Maggiore Densità di Potenza:Miglioramenti del packaging per gestire correnti di pilotaggio più elevate e dissipare il calore in modo più efficace, consentendo dispositivi più piccoli con uscita uguale o maggiore.

Soluzioni Integrate:Combinazione dell'emettitore IR con un IC driver, un fotodiodo o persino un microcontrollore in un unico modulo per una progettazione semplificata nelle applicazioni di sensori.

Diversificazione della Lunghezza d'Onda:Mentre i 940nm sono comuni (invisibili, buoni per i rivelatori al silicio), altre lunghezze d'onda come 850nm (leggero bagliore rosso visibile) o 1050nm sono utilizzate per applicazioni specifiche come l'eye-tracking o una trasmissione atmosferica più lunga.

Il LTE-5228A rappresenta un componente maturo e ad alta affidabilità in questo panorama, ottimizzato per prestazioni robuste in condizioni impegnative piuttosto che per l'assoluta avanguardia dell'efficienza.