Scheda Tecnica LED Infrarosso Emettitore LTE-209 - Dimensioni Package 5.0mm - Tensione Diretta 1.6V - Lunghezza d'Onda Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie LTE-209 rappresenta una famiglia di diodi emettitori di luce (LED) a infrarossi (IR) progettati per applicazioni optoelettroniche affidabili. Questi componenti sono ingegnerizzati per emettere luce a una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri, che rientra nello spettro del vicino infrarosso. Questa specifica lunghezza d'onda è comunemente utilizzata in applicazioni che richiedono sorgenti luminose non visibili, come sensori di prossimità, rilevamento oggetti e encoder ottici. Il vantaggio principale di questa serie risiede nella sua produzione precisa, che garantisce un'intensità radiante e caratteristiche spettrali costanti. Il dispositivo è alloggiato in un package plastico miniaturizzato e a basso costo con configurazione frontale, rendendolo adatto per progetti con vincoli di spazio. Una caratteristica chiave è l'abbinamento meccanico e spettrale a specifiche serie di fototransistor, facilitando la progettazione di coppie emettitore-rivelatore ottimizzate per migliorare le prestazioni del sistema e l'integrità del segnale.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi valori sono specificati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C. La massima corrente diretta continua è di 60 mA, con una capacità di corrente diretta di picco di 1 A in condizioni pulsate (300 impulsi al secondo, larghezza impulso 10 μs). La massima dissipazione di potenza è di 90 mW. Il dispositivo può sopportare una tensione inversa fino a 5 V. L'intervallo di temperatura di funzionamento è da -40°C a +85°C, mentre l'intervallo di temperatura di stoccaggio si estende da -55°C a +100°C. Per il montaggio, i terminali possono essere saldati a una temperatura di 260°C per una durata massima di 5 secondi, misurata a 1,6 mm dal corpo del package.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le caratteristiche elettro-ottiche sono i parametri prestazionali chiave misurati in condizioni di test standard (T_A=25°C, I_F=20mA). L'intensità radiante (I_E), una misura della potenza ottica emessa per unità di angolo solido, ha un valore tipico di 1,383 mW/sr. L'incidenza radiante sull'apertura (E_e), che rappresenta la densità di potenza, è tipicamente di 0,184 mW/cm². La lunghezza d'onda di emissione di picco (λ_Peak) è centrata a 940 nm, con una semilarghezza spettrale (Δλ) di 50 nm, che definisce la purezza spettrale della luce emessa. La tensione diretta (V_F) tipicamente varia da 1,2V a un massimo di 1,6V alla corrente di test. La corrente inversa (I_R) è al massimo di 100 μA quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V. L'angolo di visione (2θ_1/2), dove l'intensità radiante scende alla metà del suo valore di picco, è di 16 gradi, indicando un pattern del fascio relativamente stretto.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Sebbene la scheda tecnica fornita non dettagli esplicitamente un sistema di binning multi-parametro, indica che i dispositivi sono "SELEZIONATI PER SPECIFICI INTERVALLI DI INTENSITÀ ON-LINE E INTENSITÀ RADIANTE". Ciò implica un processo di selezione o ordinamento basato sull'intensità radiante misurata e possibilmente sui valori di incidenza radiante. Questa pre-selezione garantisce che i componenti forniti per un ordine specifico rientrino in una banda di tolleranza più stretta per questi parametri ottici chiave rispetto ai limiti minimi e massimi assoluti indicati nelle specifiche generali. Questa pratica migliora la coerenza nelle prestazioni dell'applicazione, specialmente in sistemi dove l'abbinamento dell'output ottico è critico.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche tipiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Distribuzione Spettrale

La Figura 1 mostra la curva di distribuzione spettrale, tracciando l'intensità radiante relativa rispetto alla lunghezza d'onda. Conferma l'emissione di picco a 940 nm e la semilarghezza spettrale di circa 50 nm, mostrando la diffusione delle lunghezze d'onda emesse attorno al picco.

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

La Figura 3 raffigura la caratteristica corrente diretta in funzione della tensione diretta. Questa curva è non lineare, tipica per un diodo. Mostra la relazione per cui un piccolo aumento della tensione oltre la soglia di accensione porta a un rapido aumento della corrente. La V_F specificata di 1,2V a 1,6V a 20mA può essere contestualizzata all'interno di questa curva.

4.3 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta

La Figura 5 illustra come l'output ottico (intensità radiante relativa) cambi con la corrente di pilotaggio diretta. In generale, l'output aumenta con la corrente, ma la relazione potrebbe non essere perfettamente lineare su tutto l'intervallo operativo. Questa curva è essenziale per determinare la corrente di pilotaggio richiesta per ottenere un livello di output ottico desiderato.

4.4 Dipendenza dalla Temperatura

Le Figure 2 e 4 mostrano gli effetti della temperatura ambiente. La Figura 2 (Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente, probabilmente a tensione costante) e la Figura 4 (Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente, a corrente costante) dimostrano che sia le proprietà elettriche che ottiche del LED dipendono dalla temperatura. Tipicamente, per i LED a infrarossi, la tensione diretta diminuisce e l'output ottico diminuisce all'aumentare della temperatura. Queste curve sono critiche per progettare circuiti con compensazione termica o per stimare le prestazioni in ambienti non standard.

4.5 Diagramma di Radiazione

La Figura 6 è il diagramma di radiazione o pattern dell'angolo di visione. È un grafico polare che mostra la distribuzione angolare dell'intensità radiante emessa. Il semiangolo di 16 gradi è rappresentato visivamente qui, mostrando l'intensità che scende al 50% del valore sull'asse a ±8 gradi dal centro.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo utilizza un package plastico miniaturizzato frontale. Le dimensioni chiave dal disegno del package includono il diametro del corpo, la spaziatura dei terminali e la lunghezza totale. I terminali emergono dal package con una spaziatura specifica che è critica per il layout del PCB. Il package include una flangia, e le note specificano una sporgenza massima della resina sotto questa flangia. Le note chiariscono anche che la spaziatura dei terminali è misurata nel punto in cui i terminali escono dal corpo del package, e le tolleranze generali sono ±0,25 mm salvo diversa indicazione. La configurazione fisica è progettata per essere meccanicamente abbinata a fototransistor corrispondenti, garantendo un corretto allineamento nei moduli assemblati.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La linea guida principale per il montaggio fornita riguarda la temperatura di saldatura. Il valore massimo assoluto specifica che i terminali possono essere sottoposti a una temperatura di 260°C per un massimo di 5 secondi. Questo valore è misurato a una distanza di 1,6 mm (0,063") dal corpo del package. Questa informazione è cruciale per definire i profili di saldatura a rifusione o le procedure di saldatura manuale. Superare questa temperatura o tempo può danneggiare l'attacco del die interno, i bonding dei fili o il materiale plastico del package stesso. Dovrebbero essere osservate le precauzioni standard ESD (scarica elettrostatica) durante la manipolazione. Il dispositivo dovrebbe essere stoccato nell'intervallo di temperatura specificato da -55°C a +100°C in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità, che potrebbe causare "popcorning" durante la rifusione.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

La scheda tecnica identifica il numero di parte come LTE-209. Il "Spec No." è DS-50-92-0001 e la revisione è la C. Dettagli specifici sull'imballaggio in nastro e bobina, quantità per bobina o livello di sensibilità all'umidità (MSL) non sono forniti nell'estratto. L'ordinazione si baserebbe tipicamente sul numero di parte base LTE-209, con potenziali suffissi che indicano specifici bin di intensità come implicato dal processo di selezione menzionato nelle caratteristiche.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Il LTE-209 è ideale per applicazioni che richiedono una sorgente infrarossa compatta ed efficiente. La sua lunghezza d'onda di 940nm è invisibile all'occhio umano ed è ben adatta per:

• Interruttori Ottici e Rilevamento Oggetti:Abbinato a un fototransistor (come la serie menzionata LTR-4206) per rilevare la presenza, assenza o posizione di un oggetto interrompendo il fascio IR.
• Sensori di Prossimità:Utilizzato in dispositivi per rilevare la prossimità di un utente o oggetto, spesso impiegando sensori riflessivi.
• Encoder:Fornisce la sorgente luminosa per encoder ottici incrementali o assoluti in sistemi di controllo motori e rilevamento posizione.
• Trasmissione Dati:Può essere utilizzato per collegamenti di comunicazione infrarossi a corto raggio e basso data rate (es. sistemi di controllo remoto), sebbene il suo angolo di visione stretto possa richiedere allineamento.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante per limitare la corrente diretta al punto operativo desiderato, senza mai superare i valori massimi assoluti.
• Gestione Termica:Considerare la dissipazione di potenza (V_F* I_F) e l'effetto della temperatura ambiente sull'output. Per applicazioni ad alta affidabilità, deratare la corrente massima a temperature elevate.
• Allineamento Ottico:Il ristretto angolo di visione di 16 gradi richiede un preciso allineamento meccanico con il rivelatore abbinato o l'area target per una forza del segnale ottimale.
• Protezione del Circuito:Sebbene abbia una tensione inversa nominale di 5V, incorporare protezioni contro tensioni inverse o picchi di tensione nel circuito è una buona pratica.
• Coppia Abbinata:Per le migliori prestazioni nelle applicazioni di sensing, utilizzare il dispositivo con il fototransistor spettralmente e meccanicamente abbinato come suggerito.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

I principali fattori di differenziazione della serie LTE-209, come presentati, sono la sua specifica selezione per i parametri di intensità e l'abbinamento con una serie di fototransistor. Rispetto a LED IR generici, questa pre-selezione offre una maggiore coerenza nell'output ottico, che può semplificare la calibrazione del circuito e migliorare la resa nella produzione di massa. L'abbinamento meccanico garantisce che, se utilizzato con il fototransistor designato, l'allineamento fisico e l'accoppiamento ottico siano ottimizzati, portando a segnali più forti e affidabili. L'uso di Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs) su un substrato di Arseniuro di Gallio (GaAs) è una tecnologia standard per produrre emettitori efficienti nel vicino infrarosso con una lunghezza d'onda attorno ai 940nm.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è lo scopo della lunghezza d'onda di 940nm?

R: 940nm è nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano. È comunemente usato nel sensing e nelle comunicazioni per evitare interferenze con la luce visibile ed è rilevato efficientemente da fotorivelatori al silicio.

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

R: No. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente. Con una V_F tipica di 1,6V a 20mA, il valore della resistenza per un'alimentazione a 5V sarebbe R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω. Una resistenza standard da 180Ω comporterebbe una corrente vicina a 19mA.

D: Come influisce la temperatura sulle prestazioni?

R: Come mostrato nelle curve caratteristiche, l'aumento della temperatura generalmente diminuisce l'output ottico per una data corrente e diminuisce la tensione diretta. I progetti per ampi intervalli di temperatura devono tenerne conto.

D: Cosa significa "spettralmente abbinato"?

R: Significa che lo spettro di emissione del LED (centrato a 940nm) si allinea bene con la regione di massima responsività del fototransistor specificato. Ciò massimizza la quantità di luce emessa che il rivelatore può convertire in un segnale elettrico.

11. Esempi Pratici di Progettazione e Utilizzo

Esempio 1: Cancello di Rilevamento Oggetti:Due LED IR LTE-209 possono essere posizionati su un lato di un nastro trasportatore, ciascuno abbinato a un fototransistor corrispondente sul lato opposto, creando due fasci di rilevamento indipendenti. Un microcontrollore monitora gli output dei fototransistor. Quando un oggetto passa attraverso, interrompe uno o entrambi i fasci, permettendo al sistema di contare gli oggetti, misurarne la dimensione (cronometrando l'interruzione del fascio) o attivare un'azione.

Esempio 2: Sensore di Prossimità Riflessivo:Un LTE-209 e il suo fototransistor abbinato sono posizionati affiancati su un PCB, rivolti nella stessa direzione. Il LED emette un fascio. Quando un oggetto si avvicina, riflette parte di questa luce verso il fototransistor. La forza del segnale rilevato è correlata alla prossimità dell'oggetto. Questa configurazione è comune in rubinetti senza contatto o erogatori automatici di sapone.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce a Infrarossi (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata. Nel sistema di materiali specifico utilizzato qui (GaAlAs/GaAs), questa energia corrisponde a fotoni nello spettro infrarosso, con una lunghezza d'onda di circa 940nm. La struttura del diodo, inclusa la finestra menzionata, è progettata per permettere a questa luce generata di fuoriuscire efficientemente dal materiale semiconduttore. Il package plastico serve a proteggere il die semiconduttore, fornire struttura meccanica e può anche fungere da lente per modellare il fascio di luce emesso, contribuendo all'angolo di visione specificato di 16 gradi.

13. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

La tecnologia degli emettitori a infrarossi continua a evolversi. Le tendenze generali nel campo includono:

• Aumento dell'Efficienza:Sviluppo di nuovi materiali e strutture semiconduttori (es. pozzi quantici multipli) per ottenere una maggiore potenza ottica in output per un dato input elettrico, riducendo consumo energetico e generazione di calore.
• Miniaturizzazione:Riduzione continua delle dimensioni del package (es. package chip-scale) per consentire l'integrazione in dispositivi elettronici di consumo e IoT sempre più piccoli.
• Funzionalità Avanzate:Integrazione dell'emettitore con circuiti di pilotaggio, fotorivelatori o persino microcontrollori in moduli singoli o soluzioni system-in-package (SiP).
• Diversificazione della Lunghezza d'Onda:Mentre i 940nm rimangono standard, altre lunghezze d'onda IR (es. 850nm, 1050nm) vengono ottimizzate per applicazioni specifiche come sistemi eye-safe o diverse finestre di trasmissione atmosferica.
• Affidabilità Migliorata:Progressi nei materiali di packaging e nelle tecnologie di attacco del die per resistere a temperature più elevate e condizioni ambientali più impegnative, come quelle richieste nelle applicazioni automotive.