Scheda Tecnica LTE-2872U Emettitore IR - Package 5mm - Tensione Diretta 1.6V - Lunghezza d'Onda 940nm - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTE-2872U è un diodo emettitore a infrarossi (IR) ad alte prestazioni, progettato per un funzionamento affidabile in applicazioni di rilevamento. La sua funzione principale è emettere luce infrarossa con una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri, invisibile all'occhio umano ma ideale per sistemi di rilevamento elettronico. L'applicazione principale evidenziata nella scheda tecnica è per i rivelatori di fumo, per i quali il componente possiede l'approvazione UL, sottolineandone l'affidabilità e la sicurezza per dispositivi critici di protezione della vita. Il dispositivo è offerto in un package plastico trasparente a basso costo con visione frontale, che fornisce un diagramma di radiazione stretto che migliora la direttività e la precisione di rilevamento.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave della serie LTE-2872U derivano dalle sue specifiche scelte progettuali. È meccanicamente e spettralmente abbinato ai fototransistor della serie LTR-3208, garantendo prestazioni ottimali nelle coppie emettitore-rivelatore comunemente usate in sensori a fessura (ad es., per il rilevamento carta nelle stampanti, sensori di oggetti). Questo abbinamento semplifica la progettazione e migliora l'integrità del segnale. La caratteristica del fascio stretto aumenta l'intensità su un'area più piccola, migliorando il rapporto segnale-rumore nei sistemi allineati. L'uso di uno strato finestra in Arseniuro di Gallio e Alluminio (GaAlAs) su un substrato di Arseniuro di Gallio (GaAs) è una tecnologia standard per un'emissione IR efficiente. Il mercato target principale è l'elettronica industriale e di consumo che richiede un rilevamento a infrarossi robusto e a basso costo, con una nicchia certificata nei sistemi di rilevamento fumo.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

La scheda tecnica fornisce i valori massimi assoluti e le caratteristiche elettriche/ottiche dettagliate, fondamentali per la progettazione del circuito e la valutazione dell'affidabilità.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente. Il dispositivo può dissipare fino a 250 mW di potenza. La corrente diretta continua è nominalmente di 150 mA, mentre è consentita una corrente diretta di picco molto più alta di 3 A in condizioni pulsate (300 pps, larghezza impulso 10 µs), utile per pilotare brevi impulsi ad alta intensità. La tensione inversa massima è di 5 V, indicando la tolleranza limitata del diodo alla polarizzazione inversa. L'intervallo di temperatura di funzionamento è da -40°C a +85°C, e lo stoccaggio può essere da -55°C a +100°C, rendendolo adatto ad ambienti ostili. La temperatura di saldatura dei terminali è specificata a 260°C per 5 secondi a una distanza di 1,6mm dal corpo del package, fornendo indicazioni per i processi di assemblaggio.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

I parametri sono testati a una corrente diretta standard (I_F) di 20 mA e a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C. La tensione diretta (V_F) tipicamente varia da 1,2V a 1,6V. La corrente inversa (I_R) è al massimo di 100 µA a una tensione inversa (V_R) di 5V. La lunghezza d'onda di emissione di picco (λ_Picco) è di 940 nm, e la larghezza di banda spettrale (Δλ), definita come la semilarghezza, è di 50 nm. L'angolo di visione (2θ_1/2) è di 16 gradi, confermando la specifica del fascio stretto.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il LTE-2872U utilizza un rigoroso sistema di binning per la sua potenza radiante, cruciale per applicazioni che richiedono prestazioni ottiche consistenti. Due parametri chiave sono soggetti a binning: l'Incidenza Radiante in Apertura (E_e, in mW/cm²) e l'Intensità Radiante (I_E, in mW/sr).

3.1 Binning della Potenza Radiante

La scheda tecnica elenca più bin (A, B, C, D1, D2, D3, D4) sia per E_eche per I_E. I bin rappresentano intervalli ordinati di potenza ottica. Ad esempio, il Bin A per l'Intensità Radiante ha un intervallo tipico da 3,31 a 7,22 mW/sr, mentre il Bin D4 parte da 17,17 mW/sr. Ciò consente ai progettisti di selezionare un componente con il livello di potenza preciso necessario per la loro applicazione, garantendo un'adeguata intensità del segnale senza sovradimensionare. Numeri di bin più alti generalmente corrispondono a dispositivi con efficienza o potenza maggiore. I progettisti devono consultare i codici bin specifici quando ordinano per garantire le prestazioni richieste.

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 distribuzione spettrale, con un picco netto a 940 nm e la semilarghezza di 50 nm menzionata. Questa curva è vitale per garantire la compatibilità con la sensibilità spettrale del rivelatore abbinato (come l'LTR-3208).

4.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

La Figura 3 mostra la caratteristica IV (Corrente-Tensione). Mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La curva consente ai progettisti di determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente operativa desiderata, essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente.

4.3 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta

La Figura 5 mostra che l'uscita ottica (intensità radiante) è quasi lineare con la corrente diretta nel tipico intervallo operativo. Questa linearità semplifica la modulazione e il controllo dell'emissione luminosa.

4.4 Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente

La Figura 4 è fondamentale per comprendere gli effetti termici. Mostra che l'intensità radiante diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. Questo derating deve essere considerato nei progetti destinati a funzionare su tutto l'intervallo di temperatura, specialmente vicino al limite superiore (+85°C), per garantire un margine di segnale sufficiente.

4.5 Diagramma di Radiazione

La Figura 6 fornisce un diagramma di radiazione polare, confermando visivamente l'angolo di visione di 16 gradi. Il diagramma mostra la distribuzione angolare della luce infrarossa emessa, importante per l'allineamento ottico e la comprensione dell'area di rilevamento effettiva.

5. Informazioni Meccaniche & sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package radiale standard con terminali da 5mm (spesso chiamato T-1¾). Le dimensioni chiave includono il diametro del corpo, la distanza tra i terminali e la lunghezza totale. Il disegno specifica che la distanza dei terminali è misurata dove essi emergono dal package. Una sporgenza massima della resina sotto la flangia è indicata come 1,5mm. Tutte le dimensioni hanno una tolleranza standard di ±0,25mm salvo diversa indicazione.

5.2 Identificazione della Polarità

Per un emettitore IR standard in questo package, il terminale più lungo è tipicamente l'anodo (positivo), e quello più corto è il catodo (negativo). Il lato piatto sul bordo del package può anche indicare il lato catodico. I progettisti devono verificarlo durante l'assemblaggio per prevenire connessioni inverse.

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

La scheda tecnica fornisce istruzioni specifiche per la saldatura per prevenire danni termici alla giunzione del semiconduttore e al package plastico.

6.1 Saldatura Manuale o a Onda

Il valore massimo assoluto specifica che i terminali possono essere saldati a 260°C per un massimo di 5 secondi, a condizione che il punto di saldatura sia ad almeno 1,6mm (.063\") dal corpo del package. Questa distanza permette al calore di dissiparsi lungo il terminale prima di raggiungere i componenti sensibili all'interno del package. L'uso di una pinza dissipatrice sul terminale tra il giunto di saldatura e il corpo è una pratica raccomandata.

6.2 Condizioni di Stoccaggio

Sebbene non siano dettagliate esplicitamente oltre l'intervallo di temperatura di stoccaggio (-55°C a +100°C), è pratica standard conservare i dispositivi sensibili all'umidità in un ambiente asciutto o in sacchetti sigillati con barriera all'umidità e essiccante per prevenire l'effetto \"popcorn\" durante la saldatura a rifusione, sebbene questo componente sia principalmente per l'assemblaggio through-hole.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Rivelatori di Fumo:L'approvazione UL lo rende una scelta primaria. È usato nei rivelatori di fumo fotoelettrici dove le particelle di fumo disperdono il fascio IR dall'emettitore a un fotorivelatore.
• Rilevamento Oggetti/Fessure:Abbinato a un fototransistor corrispondente (es., LTR-3208) attraverso un varco per rilevare la presenza o assenza di un oggetto (carta in una stampante, moneta in un distributore automatico).
• Rilevamento di Prossimità:Usato in sistemi dove la luce IR riflessa viene rilevata per valutare distanza o presenza.
• Automazione Industriale:Per conteggio, posizionamento e barriere fotoelettriche di sicurezza.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie per limitare la corrente diretta al valore desiderato (es., 20 mA per le misure di specifica). Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.
• Gestione Termica:Considerare la diminuzione dell'uscita con la temperatura (vedi Fig. 4). Per funzionamento ad alta temperatura o alta corrente, assicurarsi che la dissipazione di potenza (I_F* V_F) non superi i 250 mW e considerare il derating.
• Allineamento Ottico:Il fascio stretto di 16 gradi richiede un preciso allineamento meccanico con il rivelatore per un'intensità del segnale ottimale.
• Rumore Elettrico:Per il funzionamento pulsato, assicurare un circuito di pilotaggio veloce e considerare schermature per prevenire che interferenze elettromagnetiche influenzino i circuiti del rivelatore sensibili.

8. Confronto Tecnico & Differenziazione

Sebbene un confronto diretto con i concorrenti non sia nella scheda tecnica, i principali fattori di differenziazione del LTE-2872U possono essere dedotti. Il suo vantaggio principale è l'abbinamento garantito con la serie di fototransistor LTR-3208, riducendo l'incertezza progettuale. La disponibilità di più bin di potenza consente l'ottimizzazione costo-prestazioni. L'angolo di visione stretto è una caratteristica specifica non presente in tutti gli emettitori IR; emettitori con angolo più ampio forniscono meno intensità in un punto specifico ma coprono un'area maggiore. La certificazione UL per rivelatori di fumo è una qualifica significativa che non tutti i LED IR possiedono, aprendo le porte a un mercato regolamentato.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Qual è lo scopo dei diversi bin (A, B, C, D1, ecc.)?
R1: I bin classificano i LED in base alla loro potenza radiante misurata (intensità). Ciò consente di selezionare un componente che soddisfi in modo affidabile la potenza minima richiesta dalla propria applicazione. L'uso di un bin più alto garantisce un segnale più forte ma può costare leggermente di più.

D2: Posso pilotare questo LED direttamente con un'alimentazione a 5V?
R2: No. La tensione diretta tipica è 1,2-1,6V. Collegarlo direttamente a 5V causerebbe una corrente eccessiva, distruggendo il LED. È necessario utilizzare sempre una resistenza di limitazione della corrente in serie.

D3: Perché l'uscita diminuisce a temperature più elevate?
R3: Questa è una caratteristica fondamentale delle sorgenti luminose a semiconduttore. L'aumento della temperatura aumenta la ricombinazione non radiativa all'interno del materiale semiconduttore, riducendo l'efficienza della generazione di luce (elettroluminescenza).

D4: Cosa significa \"spettralmente abbinato\"?
R4: Significa che la lunghezza d'onda di emissione di picco dell'emettitore (940nm) si allinea strettamente con la lunghezza d'onda di sensibilità spettrale di picco del fototransistor rivelatore specificato. Ciò massimizza la quantità di luce emessa che il rivelatore può \"vedere\" e convertire in un segnale elettrico.

10. Studio di Caso Pratico di Progettazione

Scenario: Progettazione di un Sensore di Esaurimento Carta per una Stampante.Un'applicazione comune è rilevare quando la carta è assente in un vassoio. Un emettitore IR LTE-2872U è posizionato su un lato del percorso carta, e un fototransistor LTR-3208 è posizionato direttamente di fronte. Quando la carta è presente, blocca il fascio IR e l'uscita del fototransistor è bassa (o alta, a seconda della configurazione del circuito). Quando la carta è assente, il fascio raggiunge il rivelatore, cambiando il suo stato di uscita.Passaggi di Progettazione:1) Scegliere un bin appropriato (es., Bin C) per un margine di segnale sufficiente. 2) Progettare il circuito di pilotaggio: Usare un pin GPIO di un microcontrollore. Con un'alimentazione di 3,3V e un I_Ftarget di 20 mA, calcolare R = (3,3V - 1,4V) / 0,02A = 95Ω. Usare una resistenza standard da 100Ω. 3) Progettare il circuito rivelatore: Collegare il fototransistor in configurazione emettitore comune con una resistenza di pull-up per creare un segnale digitale. 4) Progettare meccanicamente il supporto per garantire un preciso allineamento dell'emettitore e del rivelatore attraverso il percorso carta, sfruttando il fascio stretto di 16 gradi per un rilevamento preciso del bordo.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il LTE-2872U è un diodo a emissione luminosa (LED) che opera nello spettro infrarosso. Il suo principio di base è l'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un 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, rilasciano energia. In questo specifico sistema di materiali (GaAlAs/GaAs), l'energia rilasciata corrisponde a un fotone con una lunghezza d'onda di circa 940 nm, che si trova nella regione del vicino infrarosso. Il fascio stretto è ottenuto attraverso la geometria del chip semiconduttore e l'effetto di lente della cupola di plastica trasparente del package, che collima la luce emessa.

12. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Gli emettitori a infrarossi come il LTE-2872U sono basati sulla matura tecnologia dei semiconduttori III-V. Le tendenze nel campo includono lo sviluppo di emettitori a diverse lunghezze d'onda (es., 850nm per alcune telecamere di sorveglianza, 1050nm per applicazioni eye-safe) e con potenze ed efficienze più elevate. C'è anche una tendenza verso package a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato, sebbene package through-hole come questo tipo da 5mm rimangano popolari per prototipazione, riparazione e applicazioni che richiedono una gestione di potenza più alta o un assemblaggio manuale più semplice. Il principio delle coppie emettitore-rivelatore abbinate rimane fondamentale per un rilevamento optoelettronico affidabile. L'integrazione dell'emettitore, del driver e talvolta del rivelatore in un unico modulo è un'altra tendenza, che semplifica la progettazione del sistema per gli utenti finali.