Scheda Tecnica LED Emettitore IR LTE-4238 - Lunghezza d'onda 880nm - Corrente diretta 100mA - Dissipazione potenza 150mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTE-4238 è un diodo a emissione luminosa (LED) infrarosso (IR) ad alta potenza, progettato per applicazioni che richiedono un'illuminazione infrarossa intensa e affidabile. La sua funzione principale è emettere luce non visibile con una lunghezza d'onda di picco di 880 nanometri, rendendolo adatto per sistemi di rilevamento, telecomando e commutazione ottica. Una caratteristica chiave è l'abbinamento meccanico e spettrale con specifiche serie di fototransistor, garantendo prestazioni ottimali nelle coppie emettitore-ricevitore per una trasmissione del segnale precisa.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Specifiche Massime Assolute

Il dispositivo è progettato per operare entro limiti ambientali ed elettrici rigorosi per garantire longevità e affidabilità. La corrente diretta continua massima è di 100 mA, con una capacità di corrente di picco di 2 A in condizioni impulsive (300 pps, larghezza impulso 10 µs). La massima dissipazione di potenza è di 150 mW a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C. L'intervallo di temperatura operativa è da -40°C a +85°C, mentre l'intervallo di conservazione si estende da -55°C a +100°C. Il dispositivo può sopportare una tensione inversa fino a 5 V. Per il montaggio, i terminali possono essere saldati a 260°C per una durata massima di 5 secondi, misurata a 1,6 mm dal corpo del package.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

I parametri di prestazione chiave sono specificati a T_A=25°C e una corrente diretta (I_F) di 20 mA. L'intensità radiante (I_E) è tipicamente di 4,81 mW/sr, indicando la potenza ottica emessa per angolo solido. L'incidenza radiante sull'apertura (E_e) è di 0,64 mW/cm². La tensione diretta (V_F) varia tipicamente da 1,3V a 1,8V. Le caratteristiche spettrali sono definite da una lunghezza d'onda di emissione di picco (λ_Peak) di 880 nm e da una semilarghezza spettrale (Δλ) di 50 nm, che definisce la ristrettezza della banda luminosa emessa. La corrente inversa (I_R) è al massimo di 100 µA a una tensione inversa (V_R) di 5V. L'angolo di visione (2θ_1/2) è di 20 gradi, descrivendo la diffusione angolare della radiazione emessa dove l'intensità scende alla metà del suo valore di picco.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

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

3.1 Distribuzione Spettrale

La Figura 1 mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. La curva è centrata a 880 nm con una semilarghezza tipica di 50 nm, confermando la natura monocromatica dell'uscita IR, adatta per filtraggio e rilevamento preciso.

3.2 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

La Figura 2 illustra la riduzione della corrente diretta massima ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Questo grafico è fondamentale per la progettazione della gestione termica, garantendo che il dispositivo operi nella sua area di funzionamento sicura (SOA) in tutte le condizioni ambientali.

3.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

La Figura 3 illustra la caratteristica IV (corrente-tensione) del diodo. Questa relazione non lineare è essenziale per progettare il circuito di pilotaggio, determinando la tensione necessaria per ottenere una specifica corrente operativa.

3.4 Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente e Corrente Diretta

Le Figure 4 e 5 mostrano come la potenza ottica in uscita cambi con la temperatura e la corrente di pilotaggio. L'uscita tipicamente diminuisce con l'aumento della temperatura (Figura 4) e aumenta in modo super-lineare con la corrente diretta (Figura 5), evidenziando i compromessi tra potenza in uscita, efficienza e carico termico.

3.5 Diagramma di Radiazione

La Figura 6 è un diagramma polare che mostra la distribuzione spaziale della luce emessa. Viene confermato l'angolo di visione di 20 gradi, mostrando un profilo del fascio relativamente focalizzato, vantaggioso per applicazioni di illuminazione direzionale.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package LED standard con flangia. Le dimensioni chiave includono le dimensioni del corpo, la distanza tra i terminali e i limiti di sporgenza. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri con una tolleranza standard di ±0,25 mm salvo diversa indicazione. La distanza tra i terminali è misurata nel punto in cui i terminali escono dal corpo del package. È consentita una sporgenza massima della resina sotto la flangia di 1,0 mm. I progettisti devono fare riferimento al disegno meccanico dettagliato (implicito nel PDF) per il posizionamento preciso e il design dell'impronta sui circuiti stampati (PCB).

4.2 Identificazione della Polarità

Si applicano le convenzioni standard di polarità per LED, tipicamente indicate da un lato piatto sul package o da terminali di lunghezza diversa (anodo più lungo del catodo). La marcatura specifica deve essere verificata dal disegno del package per garantire l'orientamento corretto durante il montaggio, prevenendo danni da polarizzazione inversa.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La specifica massima assoluta per la temperatura di saldatura dei terminali è di 260°C per 5 secondi, misurata a 1,6 mm (0,063") dal corpo del package. Questo valore è compatibile con i profili standard di saldatura a rifusione senza piombo (es. IPC/JEDEC J-STD-020). È fondamentale rispettare questo limite per prevenire danni termici al die del semiconduttore interno, ai bonding wires o al materiale della lente epossidica. Si consiglia il preriscaldamento per minimizzare lo shock termico. I dispositivi devono essere conservati in un ambiente asciutto e controllato secondo le linee guida del livello di sensibilità all'umidità (MSL), che devono essere ottenute dalle istruzioni di manipolazione del produttore.

6. Suggerimenti per l'Applicazione

6.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo emettitore IR è ideale per applicazioni tra cui: encoder ottici e sensori di posizione, trasmettitori per telecomandi a infrarossi, rilevamento di oggetti e sensori di prossimità, barriere fotoelettriche per automazione industriale e collegamenti per trasmissione dati ottica. Il suo abbinamento a specifici fototransistor lo rende particolarmente prezioso nei progetti di fotoaccoppiatori riflettenti o trasmissivi dove l'allineamento e la risposta spettrale sono critici.

6.2 Considerazioni di Progettazione

Circuito di Pilotaggio:Una resistenza limitatrice di corrente è obbligatoria quando si pilota con una sorgente di tensione per impostare la I_Fdesiderata e prevenire la fuga termica. Il valore della resistenza si calcola usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per il funzionamento impulsivo ad alte correnti di picco (fino a 2A), è necessario un interruttore a transistor (es. MOSFET) pilotato da un generatore di impulsi.
Gestione Termica:Il limite di dissipazione di potenza di 150 mW deve essere rispettato. Ad alte temperature ambiente o alte correnti continue, la temperatura di giunzione aumenterà, potenzialmente riducendo l'intensità di uscita e la durata del dispositivo. Potrebbe essere necessario un layout PCB adeguato con sufficiente area di rame per lo smaltimento del calore.
Progettazione Ottica:L'angolo di visione di 20 gradi fornisce un fascio focalizzato. Per una copertura più ampia, potrebbe essere necessaria una lente diffusore. Per la massima efficienza di accoppiamento con un fotodetettore abbinato, assicurare un corretto allineamento meccanico e considerare le potenziali sorgenti di rumore IR ambientale (luce solare, lampadine a incandescenza).

7. Confronto e Differenziazione Tecnica

La principale differenziazione del LTE-4238 risiede nella suaelevata intensità radiante (tipicamente 4,81 mW/sr)e nella suaselezione specifica per prestazioni abbinate con fototransistor complementari. Rispetto ai LED IR generici, questa preselezione garantisce tolleranze più strette nei sistemi optoelettronici accoppiati, portando a una sensibilità più consistente, minore diafonia e un miglior rapporto segnale/rumore. La lunghezza d'onda di 880 nm è uno standard comune, offrendo un buon equilibrio tra la sensibilità dei fotodetettori al silicio e una minore visibilità rispetto alle sorgenti a 940 nm.

8. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è lo scopo della specifica di corrente diretta di picco (2A) se la corrente continua è solo 100mA?
R: La specifica di picco consente impulsi di corrente elevata e brevissima durata. Ciò è essenziale per applicazioni come telecomandi o trasmissione dati dove è necessaria un'alta potenza ottica istantanea per portata o velocità, ma la potenza media (e il calore) rimane bassa.

D: In che modo la temperatura ambiente influisce sulle prestazioni?
R: All'aumentare della temperatura, la tensione diretta tipicamente diminuisce leggermente, l'uscita radiante diminuisce (come mostrato in Fig. 4) e la corrente continua massima ammissibile deve essere ridotta (Fig. 2). La progettazione deve tenere conto di queste variazioni.

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin GPIO di un microcontrollore?
R: Possibilmente, ma con cautela. Un pin GPIO potrebbe erogare 20-50mA. È necessario utilizzare una resistenza in serie per limitare la corrente alla I_Fdesiderata (es. 20mA) e assicurarsi che la corrente totale non superi i limiti del pin e del package del microcontrollore. Per correnti più elevate o impulsi, è necessario un transistor di pilotaggio esterno.

D: Cosa significa "spettralmente abbinato"?
R: Significa che lo spettro di emissione di questo LED IR è ottimizzato per allinearsi con la sensibilità spettrale di picco del suo fototransistor abbinato. Ciò massimizza l'intensità del segnale rilevato per una data potenza emessa.

9. Caso Pratico di Progettazione

Scenario: Progettazione di un Sensore di Prossimità.L'obiettivo è rilevare un oggetto entro 10 cm. Il sistema utilizza un emettitore IR LTE-4238 e un fototransistor abbinato posizionati affiancati, rivolti nella stessa direzione (modalità di rilevamento riflettente).
Implementazione:Il LED è pilotato con impulsi da 50 mA (entro il limite continuo) a una frequenza di 1 kHz. Una resistenza limitatrice di corrente imposta questa polarizzazione. Il collettore del fototransistor è collegato a una resistenza di pull-up e a un circuito amplificatore/filtro. Quando un oggetto è nel raggio d'azione, la luce IR si riflette nel fototransistor, causando un calo della tensione del collettore. Questo segnale viene quindi condizionato e inviato a un comparatore o all'ADC di un microcontrollore per attivare un evento di rilevamento.
Calcoli Chiave:Il valore della resistenza di pilotaggio è calcolato basandosi su un'alimentazione di 5V e una V_Fdi ~1,5V: R = (5V - 1,5V) / 0,05A = 70 Ohm (utilizzare il valore standard di 68 Ω). Dissipazione di potenza nel LED: P = V_F* I_F= 1,5V * 0,05A = 75 mW, che è ben al di sotto del massimo di 150 mW a 25°C.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un LED infrarosso 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 nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda di 880 nm è determinata dall'energia del bandgap dei materiali semiconduttori utilizzati (tipicamente arseniuro di gallio e alluminio, AlGaAs). La luce emessa è incoerente e rientra nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma facilmente rilevabile dai fotodetettori al silicio.

11. Tendenze Tecnologiche

La tendenza negli emettitori IR per il rilevamento continua verso una maggiore densità di potenza ed efficienza in package più piccoli. Ciò consente distanze di rilevamento più lunghe e un consumo energetico del sistema inferiore. C'è anche una tendenza verso soluzioni integrate, che combinano l'emettitore, il driver e talvolta il rilevatore in un unico modulo con interfacce digitali (I2C, SPI). Inoltre, i progressi nel wafer-level packaging (WLP) e nel chip-scale packaging (CSP) stanno riducendo le dimensioni e il costo dei componenti optoelettronici discreti, migliorando al contempo l'affidabilità. Il principio fondamentale di funzionamento rimane, ma l'integrazione e le prestazioni per unità di volume stanno aumentando costantemente.