Scheda Tecnica LTE-3277 - Emettitore e Rivelatore IR ad Alta Velocità e Potenza, Package Trasparente

1. Panoramica del Prodotto

Il LTE-3277 è un componente optoelettronico ad alte prestazioni progettato per applicazioni che richiedono tempi di risposta rapidi e un'uscita radiante significativa. I suoi vantaggi principali risiedono nella combinazione di funzionamento ad alta velocità e alta intensità radiante, rendendolo adatto per sistemi pilotati a impulsi. Il dispositivo è alloggiato in un package trasparente, il che è vantaggioso per applicazioni in cui è richiesto un preciso allineamento ottico o un'interferenza minima del package con la luce emessa/rilevata. Il mercato target include automazione industriale, sistemi di comunicazione (come la trasmissione dati a infrarossi), applicazioni di sensing e sistemi di sicurezza dove una segnalazione o rilevazione a infrarossi affidabile è fondamentale.

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. Non è consigliabile far funzionare il dispositivo in modo continuativo a o vicino a questi limiti.

• Dissipazione di Potenza (P_D):120 mW. Questa è la potenza totale massima che il dispositivo può dissipare come calore in qualsiasi condizione operativa.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):1 A. Questo elevato valore di corrente è applicabile solo in condizioni impulsive (300 impulsi al secondo, larghezza dell'impulso 10 µs). Evidenzia la capacità del dispositivo di produrre brevi lampi di luce ad alta intensità.
• Corrente Diretta Continua (I_F):100 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo al dispositivo.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in direzione inversa può causare la rottura del dispositivo.
• Temperatura di Funzionamento e di Stoccaggio:-40°C a +85°C. Questo ampio intervallo garantisce l'affidabilità in condizioni ambientali severe.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 6 secondi a 1,6 mm dal corpo. Questo è fondamentale per i processi di assemblaggio su PCB per prevenire danni termici.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono specificati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Radiante (I_E):20 mW/sr (Min), 36 mW/sr (Tip) a I_F= 20mA. Misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido, indicandone la luminosità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):865 nm (Tipica). Questo posiziona il dispositivo nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma rilevabile dai fotodiodi al silicio.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):25 nm (Tipica). Indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa.
• Tensione Diretta (V_F):1,45V (Tip), 1,65V (Max) a I_F= 20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del dispositivo quando è in conduzione.
• Variazione della Tensione Diretta (ΔV_F):0,4V (Max). Definita come V_F@50mA - V_F@20mA, indica la caratteristica di resistenza dinamica.
• Corrente Inversa (I_R):10 µA (Max) a V_R= 5V. Questa è la corrente di dispersione quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):25° (Min), 30° (Tip). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore di picco, definendo l'ampiezza del fascio.
• Centro del Die:0 a 0,12 mm. Specifica la tolleranza per la posizione del die semiconduttore all'interno del package, importante per l'allineamento ottico.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici che illustrano le relazioni chiave. Questi sono essenziali per la progettazione del circuito e per comprendere le prestazioni in condizioni non standard.

3.1 Distribuzione Spettrale (Fig. 1)

Questa curva mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma il picco a circa 865 nm e la larghezza a mezza altezza di 25 nm, fornendo informazioni sulle caratteristiche spettrali utili per la selezione di filtri e ricevitori.

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

Questa curva di derating è cruciale per la gestione termica. Mostra come la massima corrente diretta continua ammissibile diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente, garantendo che il dispositivo rimanga entro la sua area di funzionamento sicura (SOA) e i limiti di dissipazione di potenza.

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

Questa è la caratteristica I-V standard. Dimostra la relazione esponenziale tra corrente e tensione, fondamentale per progettare il circuito di pilotaggio, sia a corrente costante che a impulsi.

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

La Figura 4 mostra come la potenza ottica in uscita diminuisca con l'aumentare della temperatura per una corrente di pilotaggio fissa (es. 20mA). Questo coefficiente di temperatura è vitale per le applicazioni che richiedono un'uscita stabile. La Figura 5 mostra come la potenza in uscita aumenti con la corrente di pilotaggio, evidenziando la relazione non lineare e gli effetti di saturazione a correnti più elevate.

3.5 Diagramma di Radiazione (Fig. 6)

Questo grafico polare rappresenta visivamente l'angolo di visione (2θ_1/2≈ 30°). I cerchi concentrici rappresentano i livelli di intensità relativa (es. 1,0, 0,8, 0,6...). Questo diagramma è essenziale per progettare sistemi ottici, lenti e per comprendere la distribuzione spaziale della luce emessa.

4. Informazioni Meccaniche e di Package

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package standard a foro passante. Le note dimensionali chiave della scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (i pollici sono forniti tra parentesi).
• Si applica una tolleranza generale di ±0,25mm(.010") se non diversamente specificato.
• La sporgenza massima della resina sotto la flangia è di 1,5mm(.059").
• La spaziatura dei terminali è misurata nel punto in cui i terminali escono dal corpo del package.

Il materiale trasparente del package minimizza l'assorbimento della luce IR emessa e consente l'ispezione visiva del die interno.

4.2 Identificazione della Polarità

Per un package LED standard, il terminale più lungo indica tipicamente l'anodo (positivo), e il terminale più corto o un lato piatto sul bordo del package indica il catodo (negativo). I progettisti devono consultare il disegno specifico del package per un'identificazione univoca.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il valore massimo assoluto per la saldatura dei terminali è esplicitamente fornito: 260°C per un massimo di 6 secondi, misurato a una distanza di 1,6 mm (0,063 pollici) dal corpo del package. Questo parametro è critico per i processi di saldatura a onda o saldatura manuale.

• Saldatura a Rifusione:Sebbene non esplicitamente dichiarato per SMD, il limite di 260°C suggerisce compatibilità con molti profili di rifusione senza piombo, a condizione che la temperatura di picco e il tempo sopra il liquidus siano controllati con attenzione per mantenere i terminali all'interfaccia del package entro le specifiche.
• Precauzioni:Evitare stress meccanici sui terminali. Utilizzare un adeguato rilievo termico durante la saldatura. Non superare la temperatura e il tempo specificati.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e antistatico entro l'intervallo di temperatura specificato (-40°C a +85°C) per prevenire l'assorbimento di umidità (che può causare "popcorning" durante la rifusione) e danni da scariche elettrostatiche.

6. Suggerimenti per l'Applicazione

6.1 Scenari Applicativi Tipici

• Trasmissione Dati a Infrarossi:La sua capacità ad alta velocità lo rende adatto per collegamenti dati conformi a IrDA, telecomandi e comunicazioni wireless a corto raggio.
• Sensing Industriale:Utilizzato in sensori di prossimità, rilevamento oggetti, sistemi di conteggio e rilevamento bordi nell'automazione. Il package trasparente è vantaggioso.
• Sistemi di Sicurezza:Può essere utilizzato in rilevatori a fascio interrotto per allarmi anti-intrusione o come sorgente luminosa invisibile per l'illuminazione CCTV abbinata a telecamere sensibili agli IR.
• Interruttori Ottici e Encoder:Il tempo di risposta rapido è ideale per rilevare rapidi cambiamenti di posizione o velocità.

6.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:Per il funzionamento a impulsi (utilizzando la corrente di picco di 1A), è necessario un circuito di pilotaggio a transistor o MOSFET a commutazione rapida. Una resistenza limitatrice di corrente è obbligatoria per il funzionamento in DC per evitare di superare i 100mA di corrente continua.
• Gestione Termica:Anche con una dissipazione massima di 120mW, assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o un dissipatore se si opera vicino ai valori massimi, specialmente ad alte temperature ambiente. Fare riferimento alla curva di derating (Fig. 2).
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 30° e il diagramma di radiazione (Fig. 6) devono essere considerati quando si accoppia con lenti, aperture o ricevitori per ottenere la forma del fascio e la sensibilità di rilevamento desiderate.
• Accoppiamento con il Ricevitore:Quando utilizzato come emettitore, accoppiarlo con un fotorivelatore (fotodiodo o fototransistor) sensibile intorno a 865 nm per prestazioni ottimali del sistema.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED a infrarossi standard, il LTE-3277 si differenzia principalmente per le sue capacitàad alta velocitàead alta potenzain un package trasparente. Molti LED IR standard hanno valori di corrente di picco inferiori e tempi di salita/discesa più lenti, limitandone l'uso in applicazioni impulsive ad alta larghezza di banda. La combinazione di una corrente di picco di 1A e l'idoneità per il funzionamento a impulsi indica una progettazione e un packaging del semiconduttore ottimizzati per una rapida dissipazione termica durante brevi impulsi, consentendo segnali più luminosi e veloci.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente con un'alimentazione a 5V?
R: No. È necessario utilizzare una resistenza limitatrice di corrente in serie. Ad esempio, per ottenere I_F=20mA con una V_F~1,5V da un'alimentazione a 5V: R = (5V - 1,5V) / 0,02A = 175Ω. Utilizzare il valore standard successivo (es. 180Ω) e verificare la dissipazione di potenza nella resistenza.

D: Cosa significa praticamente "disponibile per funzionamento a impulsi"?
R: Significa che la giunzione semiconduttrice e il package sono progettati per gestire correnti istantanee molto elevate (fino a 1A) per durate molto brevi (10µs) senza degradazione, consentendo una potenza ottica di picco molto più alta di quanto suggerirebbe la sua specifica in DC. Questo è fondamentale per ottenere una lunga portata o un alto rapporto segnale/rumore nei sistemi a impulsi.

D: Perché l'angolo di visione è importante?
R: Determina la copertura spaziale della luce emessa. Un angolo stretto (come 30°) produce un fascio più focalizzato, adatto per comunicazioni dirette a lunga distanza. Un angolo più ampio è migliore per l'illuminazione o il sensing a corto raggio e su un'ampia area.

9. Esempio Pratico di Utilizzo

Progettazione di un Sensore di Prossimità:Il LTE-3277 può essere utilizzato come emettitore in un sensore di prossimità riflettente. Verrebbe pilotato a impulsi a 1A per 10µs con un basso ciclo di lavoro (es. 1%). Un fotorivelatore abbinato posto nelle vicinanze rileverebbe la luce IR riflessa da un oggetto. Il timing e l'ampiezza dell'impulso rilevato indicano la presenza e la distanza approssimativa. L'alta potenza di picco garantisce un forte segnale di ritorno, mentre il package trasparente non attenua la luce emessa o riflessa. Il circuito deve includere un driver per l'impulso ad alta corrente e un amplificatore sensibile per il segnale del rivelatore.

10. Principio di Funzionamento

Il LTE-3277, quando funziona come emettitore a infrarossi, opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando polarizzato direttamente (anodo positivo rispetto al catodo), elettroni e lacune vengono iniettati attraverso la giunzione. La loro ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni. I materiali semiconduttori specifici utilizzati (tipicamente arseniuro di gallio e alluminio - AlGaAs) sono scelti per produrre fotoni con un'energia corrispondente alla luce infrarossa, con un picco intorno a 865 nm di lunghezza d'onda. L'"alta velocità" si riferisce al rapido tasso con cui la giunzione può essere accesa e spenta, determinato dal tempo di vita dei portatori e dalla capacità del circuito.

11. Tendenze Tecnologiche

Nel campo dell'optoelettronica a infrarossi, le tendenze includono lo sviluppo di dispositivi con velocità di modulazione ancora più elevate per la comunicazione dati (es. per Li-Fi o bus industriali ad alta velocità), una maggiore efficienza energetica (più mW/sr per mA) e l'integrazione di emettitori e rivelatori in array multi-elemento o combinati con circuiti integrati di pilotaggio in moduli sensore intelligenti. C'è anche una spinta verso la miniaturizzazione nei package a montaggio superficiale (SMD) mantenendo o migliorando le prestazioni termiche. La tendenza al package trasparente supporta applicazioni che richiedono un accoppiamento ottico preciso e una perdita di segnale minima.