Scheda Tecnica LED Emettitore IR LTE-4206 - Lunghezza d'onda 940nm - Corrente diretta 20mA - Tensione diretta 1.6V - Angolo di visione 20° - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTE-4206 è un emettitore a infrarossi (IR) miniaturizzato e a basso costo, progettato per applicazioni di sensing e comunicazione optoelettronica. La sua funzione principale è emettere luce infrarossa con una lunghezza d'onda di picco di 940 nanometri (nm). Il dispositivo è alloggiato in un package plastico trasparente a vista frontale, che consente un'emissione luminosa efficiente. Una caratteristica chiave è l'abbinamento meccanico e spettrale con le corrispondenti serie di fototransistor, il che semplifica la progettazione dei circuiti riceventi garantendo compatibilità nelle dimensioni fisiche e nella risposta spettrale.

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. Sono specificati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (P_D):90 mW. Questa è la massima potenza che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):1 A. Questa è la massima corrente impulsiva ammissibile, specificata in condizioni di 300 impulsi al secondo (pps) con una larghezza di impulso di 10 μs.
• Corrente Diretta Continua (I_F):60 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può danneggiare la giunzione del LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento:-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-55°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 5 secondi, misurata a 1,6 mm dal corpo del package.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati a T_A=25°C e definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali. La corrente diretta (I_F) per il test dei parametri ottici è tipicamente 20mA.

• Irradianza sull'Apertura (E_e):Misurata in mW/cm², rappresenta la potenza radiante per unità di area incidente su una superficie. Il valore varia in base al bin (vedi sezione 3).
• Intensità Radiante (I_E):Misurata in mW/sr, è la potenza radiante emessa per unità di angolo solido. È un parametro chiave per caratterizzare la luminosità della sorgente IR. I valori sono suddivisi in bin.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_Peak):940 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima. Rientra nello spettro del vicino infrarosso.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):50 nm (tipico). Questo parametro, noto anche come Larghezza a Metà Altezza (FWHM), indica la larghezza di banda spettrale. Un valore di 50 nm significa che la luce emessa copre un intervallo di lunghezze d'onda di circa 50 nm centrato sul picco.
• Tensione Diretta (V_F):1,2 V (min), 1,6 V (tip) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando conduce la corrente specificata.
• Corrente Inversa (I_R):100 μA (max) a V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):20 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Un angolo di 20° indica un fascio relativamente focalizzato.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il LTE-4206 utilizza un sistema di binning per i suoi parametri di output ottico chiave, Irradianza sull'Apertura (E_e) e Intensità Radiante (I_E). Il binning è un processo produttivo che suddivide i componenti in gruppi di prestazione per garantire coerenza entro un intervallo definito. Il dispositivo è classificato in quattro bin: A, B, C e D.

• Bin A: E_e= 0,184 - 0,54 mW/cm²; I_E= 1,383 - 4,06 mW/sr.
• Bin B: E_e= 0,36 - 0,78 mW/cm²; I_E= 2,71 - 5,87 mW/sr.
• Bin C: E_e= 0,52 - 1,02 mW/cm²; I_E= 3,91 - 7,67 mW/sr.
• Bin D: E_e= 0,68 mW/cm² (min); I_E= 5,11 mW/sr (min). Questo bin rappresenta il gruppo con l'output più elevato.

Questo sistema consente ai progettisti di selezionare un bin che soddisfi i loro requisiti specifici di sensibilità o portata per una data applicazione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

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

4.1 Distribuzione Spettrale (Fig. 1)

Questa curva mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma l'emissione di picco a 940 nm e la larghezza a mezza altezza spettrale di circa 50 nm. La forma della curva è tipica per un LED a infrarossi in GaAlAs.

4.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV) (Fig. 3)

Questo grafico traccia I_Fcontro V_F. Dimostra la relazione esponenziale caratteristica di un diodo. La curva è essenziale per progettare il circuito di pilotaggio a limitazione di corrente. Il tipico V_Fdi 1,6V a 20mA può essere verificato qui.

4.3 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta (Fig. 5)

Questo grafico mostra che l'output ottico (intensità radiante) è quasi lineare con la corrente diretta su un intervallo significativo. Questa linearità semplifica il controllo; aumentare la corrente di pilotaggio aumenta direttamente e prevedibilmente l'output luminoso.

4.4 Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig. 4)

Questa curva cruciale illustra la dipendenza dall'temperatura dell'output del LED. 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 (-40°C a +85°C) per garantire una forza del segnale sufficiente alle alte temperature.

4.5 Diagramma di Radiazione (Fig. 6)

Questo è un grafico polare che raffigura la distribuzione spaziale della luce emessa. Conferma visivamente l'angolo di visione di 20°, mostrando come l'intensità diminuisce agli angoli lontani dall'asse centrale (0°).

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo utilizza un package plastico miniaturizzato a vista frontale. Le note dimensionali chiave della scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (i pollici sono forniti tra parentesi).
• La tolleranza generale è ±0,25mm (±0,010") salvo diversa specificazione.
• La sporgenza massima della resina sotto la flangia è di 1,0mm (0,039").
• La distanza tra i terminali è misurata nel punto in cui i terminali escono dal corpo del package.
• Il package è trasparente.

(Nota: le dimensioni numeriche specifiche di un disegno non sono fornite nell'estratto di testo, ma tipicamente includerebbero diametro del corpo, lunghezza, diametro dei terminali e spaziatura).

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La linea guida principale fornita è per la saldatura manuale: i terminali possono essere saldati a 260°C per una durata massima di 5 secondi, con il calore applicato ad almeno 1,6mm (0,063") di distanza dal corpo del package plastico. Questo per prevenire danni termici alla resina epossidica. Per la saldatura a onda o a rifusione, dovrebbero essere seguite le profili standard per LED IR, prestando attenzione alla temperatura di picco e al tempo sopra il liquidus per rimanere entro i limiti termici del package.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Rilevamento Oggetti e Sensori di Prossimità:Abbinato a un fototransistor corrispondente (es. serie LTR-4206) in configurazioni riflettenti o a fascio interrotto. Utilizzato in stampanti, fotocopiatrici, distributori automatici e automazione industriale.
• Trasmissione Dati a Infrarossi:Adatto per collegamenti di comunicazione seriale a corto raggio e bassa velocità dati, unità di controllo remoto o encoder ottici.
• Rilevamento Fumo:Utilizzato in rivelatori di fumo a camera ottica.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante per limitare I_Fal valore desiderato (es. 20mA per le prestazioni in scheda), non collegare mai direttamente a una sorgente di tensione.
• Gestione Termica:Considerare il derating dell'output con la temperatura (Fig. 4). Assicurarsi che la dissipazione di potenza (I_F* V_F) non superi i 90mW, considerando le condizioni ambientali.
• Allineamento Ottico:L'angolo di visione di 20° richiede un attento allineamento con il rivelatore abbinato per un accoppiamento ottimale del segnale, specialmente nelle configurazioni a fascio interrotto.
• Rumore Elettrico:Nelle applicazioni di sensing, modulare la corrente di pilotaggio del LED e utilizzare un rilevamento sincrono nel circuito ricevente per respingere la luce ambientale (es. luce solare, lampade a incandescenza) che può contenere componenti IR a 940nm.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione del LTE-4206 sono il suoabbinamento meccanico e spettralea una specifica serie di fototransistor. Ciò garantisce che l'area attiva del ricevitore e la curva di sensibilità spettrale siano ottimamente allineate con il pattern di emissione e la lunghezza d'onda dell'emettitore, massimizzando l'efficienza del sistema e semplificando il design meccanico. Ilpackage trasparenteoffre un'efficienza esterna più elevata rispetto ai package colorati o diffondenti. Ilsistema di binningfornisce flessibilità nella selezione del livello di output richiesto. Il suobasso costo e dimensioni miniaturizzatelo rendono adatto per applicazioni consumer e industriali ad alto volume e con vincoli di spazio.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

R: 940nm è nel vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano. È una lunghezza d'onda comune perché evita interferenze con la luce visibile, molti fotorivelatori al silicio (come i fototransistor) hanno una buona sensibilità qui, ed è meno suscettibile alle interferenze della luce incandescente ambientale (che ha un picco intorno ai ~1000nm) rispetto ai LED a 850nm.

D: Posso pilotare questo LED con un'alimentazione a 5V?

R: Sì, ma DEVI usare una resistenza di limitazione della corrente. Ad esempio, per ottenere I_F=20mA con un tipico V_Fdi 1,6V da un'alimentazione a 5V: R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω. Usa il valore standard più vicino (es. 180Ω) e verifica la corrente effettiva.

D: Cosa significa "angolo di visione" per un emettitore?

R: Definisce la larghezza del fascio. Un angolo totale di 20° significa che la luce emessa è concentrata in un cono relativamente stretto. Metà dell'intensità di picco si trova a ±10° dall'asse centrale. Un angolo più piccolo fornisce un fascio più focalizzato per una portata maggiore o un allineamento preciso.

D: Perché l'output è suddiviso in bin?

R: Le variazioni di produzione causano lievi differenze nella potenza di output. Il binning suddivide i LED in gruppi con output minimo e massimo garantiti. Ciò consente ai progettisti di scegliere un bin che garantisca il funzionamento affidabile del loro sistema, conoscendo l'esatto intervallo di prestazioni del componente.

10. Caso Pratico di Progettazione

Caso: Progettazione di un Sensore di Rilevamento Carta per una Stampante.

È necessario un sensore a fascio interrotto per rilevare la presenza della carta. Un LTE-4206 (Bin C) è posizionato su un lato del percorso carta, e un fototransistor abbinato LTR-4206 è posizionato direttamente di fronte.

1. Circuito di Pilotaggio:Il LED è pilotato da un pin GPIO di un microcontrollore attraverso una resistenza da 180Ω per impostare I_Fa ~20mA quando il pin è alto (logica 3,3V o 5V).
2. Modulazione:Il microcontrollore invia impulsi al LED a 1kHz (ciclo di lavoro 50%) per distinguere il suo segnale dalla luce ambientale.
3. Circuito Ricevente:Il collettore del fototransistor è collegato a una resistenza di pull-up. La tensione al collettore viene letta da un ADC del microcontrollore o da un comparatore.
4. Logica di Rilevamento:Quando non c'è carta, la luce IR raggiunge il fototransistor, che conduce, portando la tensione del collettore a un livello basso. Quando la carta interrompe il fascio, il fototransistor si spegne e la tensione del collettore diventa alta. Il microcontrollore campiona sincronamente questo segnale durante l'impulso del LED per rilevare il cambio di stato.
5. Considerazioni:L'angolo di visione di 20° garantisce che il fascio sia sufficientemente stretto da essere interrotto nettamente dal bordo della carta. La selezione del Bin C fornisce un'intensità radiante sufficiente per generare un segnale forte nel ricevitore, permettendo anche l'accumulo di polvere nel tempo.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce a Infrarossi (IR LED) è un diodo a semiconduttore a giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la sua soglia di accensione (circa 1,2V per questo dispositivo), elettroni e lacune vengono iniettati attraverso la giunzione. Questi portatori di carica si ricombinano e, per questa specifica composizione del materiale (tipicamente Arseniuro di Gallio e Alluminio - GaAlAs), l'energia rilasciata durante la ricombinazione è sotto forma di fotoni con una lunghezza d'onda centrata intorno ai 940 nm, che è luce infrarossa. L'intensità della luce emessa è direttamente proporzionale al tasso di ricombinazione, che è controllato dalla corrente diretta (I_F). Il package epossidico trasparente funge da lente, modellando il fascio di output secondo l'angolo di visione specificato di 20°.

12. Tendenze Tecnologiche

Le tendenze nella tecnologia degli emettitori a infrarossi includono:

• Aumento dell'Efficienza:Sviluppo di materiali e strutture (es. pozzi quantici multipli) per ottenere un'intensità radiante più elevata (mW/sr) a parità di corrente di pilotaggio, riducendo il consumo energetico.
• Miniaturizzazione:Riduzione continua delle dimensioni del package (es. package di tipo chip-scale) per consentire l'integrazione in dispositivi più piccoli come indossabili e sensori ultra-compatti.
• Affidabilità Migliorata e Funzionamento a Temperature più Alte:Miglioramenti nei materiali di incapsulamento e nelle tecnologie di attacco del die per estendere la durata e consentire il funzionamento in ambienti più severi (es. automobilistico, industriale).
• Soluzioni Integrate:Combinazione dell'emettitore IR, del driver e talvolta di un rivelatore o logica in un unico modulo o IC per semplificare il design del sistema e ridurre l'ingombro.
• Multi-Lunghezza d'Onda e VCSEL:Utilizzo di Laser a Emissione Superficiale a Cavità Verticale (VCSEL) per applicazioni che richiedono pattern luminosi molto precisi, ad alta velocità o strutturati, come nel sensing di prossimità avanzato, imaging 3D (Time-of-Flight) e riconoscimento facciale.

Il LTE-4206 rappresenta una soluzione matura ed economica per le esigenze standard di sensing a infrarossi, mentre le tecnologie più recenti affrontano le richieste di prestazioni più elevate, integrazione e applicazioni specializzate.