Scheda Tecnica LED Emettitore Infrarossi LTE-7377LM1-TA - Alta Velocità, Alta Potenza, Involucro Blu - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un componente emettitore infrarosso (IR) ad alte prestazioni. Il dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono tempi di risposta rapidi e una potenza ottica di uscita significativa. La sua filosofia di progettazione si concentra su affidabilità ed efficienza in ambienti di funzionamento impulsato, rendendolo adatto a una gamma di sistemi di rilevamento e comunicazione. Il componente è alloggiato in un caratteristico package blu trasparente, che può facilitare l'identificazione visiva durante l'assemblaggio e può offrire specifiche proprietà di filtraggio o trasmissione per la lunghezza d'onda emessa.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Assoluti Massimi

I valori assoluti massimi definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi valori non sono per il funzionamento continuo, ma rappresentano soglie che non devono essere superate in nessuna condizione.

• Dissipazione di Potenza (P_D):200 mW. Questa è la quantità massima di potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore. Superare questo limite rischia di causare fuga termica e guasto.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):2 A. Questo valore nominale si applica in specifiche condizioni impulsive (100 impulsi al secondo, larghezza impulso 10 µs). Indica la capacità del dispositivo di gestire correnti istantanee molto elevate per brevi durate, fondamentale per generare impulsi ottici ad alta intensità.
• Corrente Diretta Continua (I_F):100 mA. La massima corrente continua che può attraversare il dispositivo in modo continuo senza degradarne le prestazioni o la durata di vita.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. La massima tensione che può essere applicata in direzione di polarizzazione inversa. Superarla può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento (T_A):-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale è garantito che il dispositivo soddisfi le specifiche pubblicate.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio (T_stg):-55°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio non operativo senza degradazione.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 5 secondi, misurata a 1,6 mm dal corpo del package. Definisce la tolleranza del profilo termico per processi di saldatura a onda o manuale.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente standard di 25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo in condizioni di test specificate.

• Intensità Radiante (I_E):35 mW/sr (Minimo). Misurata con una corrente diretta (I_F) di 50mA. L'intensità radiante descrive la potenza ottica emessa per unità di angolo solido (steradiante), indicando la luminosità della sorgente da una direzione specifica.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):880 nm (Tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima. 880nm è nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma rilevabile da fotodiodi al silicio e molti sensori.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):50 nm (Massimo). Questo parametro, noto anche come Larghezza a Metà Altezza (FWHM), indica la larghezza di banda spettrale della luce emessa. Un valore di 50nm mostra che non è una sorgente monocromatica ma emette su un intervallo di lunghezze d'onda centrato attorno a 880nm.
• Tensione Diretta (V_F):1,5V (Min), 1,75V (Tip), 2,1V (Max). Misurata a un'alta corrente impulsiva di 350mA (100pps, impulso 10µs). Questa è la caduta di tensione ai capi del diodo quando è polarizzato direttamente e conduce. È cruciale per progettare il circuito di pilotaggio e calcolare la dissipazione di potenza.
• Corrente Inversa (I_R):100 µA (Massimo). La corrente di dispersione quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V. È desiderabile un valore basso.
• Tempo di Salita/Discesa (T_r/T_f):40 nS (Massimo). Definisce la velocità di commutazione del dispositivo, misurata come il tempo per cui l'uscita ottica passa dal 10% al 90% del suo valore finale (salita) e viceversa (discesa). La specifica di 40ns conferma la sua idoneità per modulazione ad alta velocità e applicazioni impulsive.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):16 gradi (Tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Un angolo di 16° indica un fascio relativamente stretto, utile per l'illuminazione diretta o il rilevamento su un percorso specifico.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche essenziali per un'analisi di progettazione dettagliata. Sebbene i grafici specifici non siano riprodotti nel testo fornito, il loro contenuto tipico e significato sono spiegati di seguito.

3.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questo grafico mostra la relazione tra la corrente che attraversa il diodo e la tensione ai suoi capi. È non lineare, mostrando una tensione di soglia (circa 1,2-1,4V per LED IR al GaAs) dopo la quale la corrente aumenta rapidamente con un piccolo aumento di tensione. I progettisti usano questa curva per selezionare resistori di limitazione appropriati o progettare driver a corrente costante.

3.2 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra come la potenza ottica in uscita aumenti con la corrente di pilotaggio. È tipicamente lineare su un ampio intervallo ma può saturarsi a correnti molto elevate a causa di effetti termici e del calo di efficienza interna. La pendenza di questa linea è correlata all'efficienza quantica esterna del dispositivo.

3.3 Intensità Radiante vs. Temperatura Ambiente

Questa curva dimostra la dipendenza dalla temperatura dell'uscita ottica. Per i LED, l'intensità radiante generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questo fattore di derating è critico per progettare sistemi che operano su tutto l'intervallo di temperatura (-40°C a +85°C) per garantire prestazioni consistenti.

3.4 Distribuzione Spettrale

Un grafico che mostra la potenza ottica relativa emessa in funzione della lunghezza d'onda. Avrebbe un picco ai tipici 880nm e una larghezza definita dalla specifica FWHM di 50nm. Questo è importante per abbinare l'emettitore alla sensibilità spettrale del rivelatore utilizzato.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un formato di package LED standard con una flangia per stabilità meccanica e potenzialmente per dissipazione del calore. Le note dimensionali chiave della scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri, con i pollici tra parentesi.
• Si applica una tolleranza generale di ±0,25mm (±0,010") a meno che una caratteristica specifica non abbia una indicazione diversa.
• La resina sotto la flangia può sporgere al massimo di 1,5mm (0,059").
• La distanza tra i terminali è misurata nel punto in cui i terminali escono dal corpo del package, il che è critico per la progettazione dell'impronta sul PCB.

Il disegno dimensionale specifico fornirebbe i valori esatti per lunghezza, larghezza, altezza del corpo, diametro e distanza dei terminali.

4.2 Identificazione della Polarità

I LED infrarossi sono componenti polarizzati. Il package ha tipicamente un lato piatto o una tacca sul bordo per indicare il terminale catodo (negativo). Il terminale più lungo può anche indicare l'anodo (positivo), ma la marcatura sul package è il riferimento definitivo. La polarità corretta è essenziale per il funzionamento.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il rispetto delle specifiche di saldatura è vitale per prevenire danni meccanici o termici.

• Temperatura di Saldatura:I terminali possono resistere a 260°C per un massimo di 5 secondi, a condizione che il calore sia applicato ad almeno 1,6mm (0,063") dal corpo del package in plastica. Ciò impedisce alla resina di fondersi o di essere sottoposta a stress termico.
• Raccomandazione di Processo:Per la saldatura a rifusione, è adatto un profilo standard senza piombo con una temperatura di picco non superiore a 260°C. Il tempo sopra il liquidus deve essere controllato per minimizzare l'apporto termico totale.
• Pulizia:Se è necessaria la pulizia, utilizzare processi compatibili con la resina epossidica blu trasparente. Dovrebbero essere evitati solventi aggressivi.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e antistatico entro l'intervallo di temperatura di stoccaggio specificato (-55°C a +100°C). Le informazioni sul Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL), se applicabili, si troverebbero in una specifica di imballaggio separata.

6. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

L'ultima pagina della scheda tecnica è dedicata ai dettagli di imballaggio. Questo include tipicamente:

• Formato di Imballaggio:I dispositivi sono probabilmente forniti su nastro e bobina per il posizionamento automatizzato, standard per componenti a montaggio superficiale. Qui sono definiti la dimensione della bobina, la larghezza del nastro, le dimensioni delle tasche e l'orientamento.
• Quantità per Bobina:Il numero standard di pezzi per bobina (es. 1000, 2000, 4000).
• Numero di Modello:Il numero di parteLTE-7377LM1-TAè il codice d'ordine completo. Suffissi come "-TA" possono indicare l'imballaggio a nastro e bobina o opzioni specifiche di binning.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Rilevamento a Infrarossi:Sensori di prossimità, rilevamento oggetti, robot che seguono linee e interruttori ottici interruttivi (es. rilevamento carta nelle stampanti). L'angolo di visione stretto e l'alta velocità sono vantaggiosi.
• Comunicazione Ottica:Collegamenti dati a corto raggio, trasmettitori per telecomandi (per TV, ecc.) e trasmissione dati IR industriale dove è necessaria l'immunità alle EMI. Il tempo di salita/discesa di 40ns supporta velocità dati moderate.
• Visione Artificiale e Illuminazione:Fornire illuminazione invisibile per telecamere CCTV con capacità di visione notturna o per sistemi specializzati di visione artificiale.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:A causa dell'alta corrente impulsiva ammissibile (2A), è quasi sempre necessario un transistor di pilotaggio dedicato (BJT o MOSFET). Un semplice resistore in serie è insufficiente per impulsi di corrente così elevati e sprecherebbe troppa potenza.
• Limitazione di Corrente:Per il funzionamento in DC o impulsivo, la corrente deve essere attivamente limitata per evitare di superare i Valori Assoluti Massimi. Utilizzare un driver a corrente costante per un'uscita ottica stabile.
• Gestione del Calore:Sebbene il package abbia una flangia, per il funzionamento continuo ad alte correnti (avvicinandosi a 100mA), si dovrebbe considerare il layout del PCB per fungere da dissipatore di calore, specialmente se si opera ad alte temperature ambiente.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 16 gradi può richiedere lenti o diffusori se è necessario un pattern del fascio diverso. La lunghezza d'onda di 880nm richiede un rivelatore sensibile in quell'intervallo (es. fotodiodo al silicio, fototransistor).
• Protezione Elettrica:Può essere consigliabile un piccolo resistore in serie o un soppressore di tensione transitoria (TVS) per proteggersi da picchi di tensione, specialmente in ambienti industriali, nonostante la tensione inversa nominale di 5V.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Sulla base delle sue specifiche, questo emettitore IR si differenzia sul mercato attraverso una combinazione di attributi chiave:

• Combinazione Alta Velocità e Alta Potenza:La velocità di commutazione di 40ns combinata con un'alta intensità radiante (35 mW/sr min) e una capacità di corrente impulsiva molto elevata (2A) è un vantaggio significativo per applicazioni che richiedono sia impulsi luminosi che alte velocità dati o temporizzazioni precise.
• Ottimizzato per il Funzionamento Impulsivo:I valori nominali espliciti per la corrente impulsiva di picco e la tensione diretta specificata in condizioni di impulso indicano che il dispositivo è progettato per questa modalità impegnativa, offrendo prestazioni e affidabilità migliori rispetto a LED valutati semplicemente per DC.
• Angolo di Visione Stretto:Il fascio di 16 gradi è più stretto di molti LED IR standard (che possono essere 30-60 gradi), fornendo luce più diretta e un'intensità maggiore sull'asse, il che migliora il rapporto segnale/rumore nelle applicazioni di rilevamento direzionale.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Posso pilotare questo LED con un pin di un microcontrollore a 5V usando solo un resistore in serie?

R: Per brevi impulsi a bassa corrente (es. 20-50mA), è possibile un calcolo del resistore in serie (R = (V_CC- V_F) / I_F). Tuttavia, per il funzionamento impulsivo ad alta corrente (350mA o 2A) per cui il dispositivo è progettato, un pin di microcontrollore non può fornire corrente sufficiente. Un interruttore a transistor (come un MOSFET) controllato dal MCU è obbligatorio per fornire la corrente richiesta da un alimentatore separato.

D2: Qual è lo scopo del package blu? È solo per il colore?

R: La resina epossidica blu trasparente funge da filtro passa-banda per le lunghezze d'onda corte. È trasparente alla luce infrarossa emessa a 880nm ma blocca o attenua la luce visibile. Questo può aiutare a ridurre l'interferenza della luce visibile ambientale nel rivelatore, migliorando il rapporto segnale/rumore del sistema IR. Serve anche come identificatore visivo.

D3: Come interpreto il valore di "Intensità Radiante" per il mio progetto?

R: L'Intensità Radiante (mW/sr) è una misura di quanta potenza ottica viene emessa in un dato angolo solido. Per stimare l'irradianza (potenza per unità di area) a una distanza (d) sull'asse ottico, si può usare l'approssimazione: E ≈ I_E/ d²per angoli piccoli, dove E è in mW/cm² se d è in cm. Questo aiuta a determinare se abbastanza luce raggiungerà il tuo rivelatore.

D4: La temperatura massima di stoccaggio è 100°C, ma la temperatura di saldatura è 260°C. Non è contraddittorio?

R: No. La temperatura di stoccaggio è per condizioni non operative a lungo termine in cui l'intero package è uniformemente a quella temperatura. Il valore nominale di saldatura è per un'esposizione termica molto breve e localizzata (5 secondi) applicata solo ai terminali metallici, che conducono il calore lontano dalla sensibile giunzione a semiconduttore e dal corpo del package.

10. Caso Pratico di Progettazione

Scenario: Progettazione di un Encoder Ottico ad Alta Velocità.

Un encoder rotativo ottico richiede una sorgente luminosa che passi attraverso un disco codificato su un array di fotorivelatori. L'encoder deve operare ad alte velocità di rotazione, richiedendo una commutazione rapida della sorgente luminosa per evitare sfocature e consentire il rilevamento preciso dei bordi.

• Motivazione della Selezione del Componente:Il LTE-7377LM1-TA è scelto perché il suo tempo di salita/discesa di 40ns consente impulsi ottici molto netti, permettendo al sistema di risolvere fini cambiamenti di posizione ad alta velocità. Lo stretto angolo di visione di 16 gradi aiuta a concentrare la luce attraverso le strette fessure del disco dell'encoder, migliorando il contrasto.
• Progettazione del Circuito:Viene implementato un circuito driver a corrente costante che utilizza un MOSFET ad alta velocità. Il MOSFET è commutato da un timer o un'uscita FPGA. La corrente è impostata a 100mA (massimo continuo) o a un valore impulsivo come 350mA per impulsi di maggiore intensità, rimanendo entro i limiti della scheda tecnica. La tensione diretta a questa corrente è utilizzata per calcolare la dissipazione di potenza nel driver.
• Layout e Aspetti Termici:L'impronta sul PCB corrisponde alla distanza dei terminali del disegno del package. Una piccola piastra di alleggerimento termico collegata a un piano di massa è posizionata sotto la flangia per favorire la dissipazione del calore durante il funzionamento continuo.
• Allineamento Ottico:L'emettitore e il rivelatore sono allineati sui lati opposti del disco dell'encoder. Il fascio stretto garantisce un diafonia minima tra le tracce adiacenti sul disco.

11. Principio di Funzionamento

Questo dispositivo è un diodo a emissione luminosa (LED) basato su una giunzione p-n a semiconduttore, tipicamente utilizzando materiali come Arseniuro di Gallio (GaAs) o Arseniuro di Gallio e Alluminio (AlGaAs) per produrre luce infrarossa. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la tensione di soglia della giunzione, elettroni e lacune vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni. La specifica energia del bandgap del materiale semiconduttore determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi, che in questo caso è centrata attorno a 880 nanometri. Il package in resina epossidica blu incapsula il chip a semiconduttore, fornisce protezione meccanica e funge da lente primaria modellando il fascio in uscita mentre filtra le lunghezze d'onda più corte.

12. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia degli emettitori infrarossi continua a evolversi insieme alle tendenze più ampie dell'optoelettronica. C'è una spinta costante verso una maggiore efficienza (più luce in uscita per watt elettrico in ingresso) per ridurre il consumo energetico e la generazione di calore. Ciò consente sorgenti più luminose o una maggiore durata della batteria nei dispositivi portatili. Un'altra tendenza è l'integrazione di emettitori con driver e logica di controllo in moduli intelligenti, semplificando la progettazione del sistema. Inoltre, c'è uno sviluppo verso velocità di commutazione ancora più elevate per supportare velocità dati più alte nella comunicazione ottica (es. per Li-Fi) e un rilevamento a tempo di volo (ToF) più preciso per applicazioni di imaging 3D e LiDAR. La spinta alla miniaturizzazione continua, portando a impronte di package più piccole mantenendo o migliorando le caratteristiche prestazionali.