LED Emettitore IR 5mm Involucro Trasparente - Diametro 5mm - Tensione Diretta 1.8V - Intensità Radiante 4.81mW/sr - Scheda Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un diodo emettitore di luce (LED) a infrarossi (IR) ad alta potenza e miniaturizzato, racchiuso in un involucro plastico trasparente. Il dispositivo è un emettitore frontale progettato per applicazioni che richiedono un'illuminazione infrarossa affidabile. La sua funzione principale è convertire la corrente elettrica in radiazione infrarossa, tipicamente per l'uso in sistemi di rilevamento, sensori e comunicazioni, dove è spesso abbinato a un fotorivelatore compatibile.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è progettato per operare in modo affidabile entro limiti ambientali ed elettrici specificati. Il superamento di questi valori può causare danni permanenti.

• Dissipazione di Potenza:150 mW. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare in sicurezza sotto forma di calore in qualsiasi condizione operativa.
• Corrente Diretta di Picco:2 A. Questa è la massima corrente impulsiva ammissibile, specificata in condizioni di 300 impulsi al secondo con una larghezza d'impulso di 10 microsecondi. È significativamente superiore al valore continuo, consentendo brevi lampi di luce ad alta intensità.
• Corrente Diretta Continua:100 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata al LED indefinitamente senza rischio di danneggiamento.
• Tensione Inversa:5 V. L'applicazione di una tensione di polarizzazione inversa superiore a questo valore può portare alla rottura della giunzione semiconduttrice.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-40°C a +85°C. Il funzionamento del dispositivo è garantito entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-55°C a +100°C. Il dispositivo può essere stoccato senza operare entro questo intervallo di temperatura più ampio.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 5 secondi, misurata a 1.6mm dal corpo del package. Questo definisce la tolleranza termica per i processi di assemblaggio.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente standard di 25°C e definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali. La condizione di test per la maggior parte dei parametri ottici è una corrente diretta (I_F) di 20 mA.

• Incidenza Radiante all'Apertura (E_e):0.64 mW/cm² (Min). Questo misura la potenza radiante per unità di area all'apertura dell'emettitore. È un parametro chiave per applicazioni in cui l'emettitore è posto vicino a un rivelatore.
• Intensità Radiante (I_E):4.81 mW/sr (Min). Questa è la potenza radiante emessa per unità di angolo solido (steradiante). È la misura principale della "luminosità" in uscita del LED nello spettro infrarosso ed è cruciale per calcolare l'illuminamento a distanza.
• Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λ_Picco):880 nm (Tip.). Il dispositivo emette luce infrarossa centrata attorno a questa lunghezza d'onda. Questa si trova nella regione del vicino infrarosso (NIR), invisibile all'occhio umano ma facilmente rilevabile dai fotorivelatori al silicio.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):50 nm (Max). Questo specifica l'intervallo di lunghezze d'onda in cui la potenza ottica emessa è almeno la metà del suo valore di picco. Un valore di 50 nm indica un'uscita spettrale moderatamente ampia, tipica per i LED IR standard.
• Tensione Diretta (V_F):1.3 V (Min), 1.8 V (Max) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. È essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• 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):40° (Tip.). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore massimo (sull'asse). Un angolo di 40° fornisce un fascio ampio, adatto per applicazioni che richiedono una copertura di area estesa.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse rappresentazioni grafiche del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

3.1 Distribuzione Spettrale

La curva di uscita spettrale (Fig. 1) mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Conferma l'emissione di picco a circa 880 nm con una caratteristica curva a campana, che si attenua su entrambi i lati. La larghezza a mezza altezza può essere stimata visivamente da questo grafico.

3.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

La curva I-V (Fig. 3) illustra la relazione non lineare tra la tensione diretta applicata e la corrente risultante. Mostra la tipica caratteristica di accensione esponenziale di un diodo. L'intervallo specificato di V_Fa 20mA può essere verificato su questa curva.

3.3 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva (Fig. 5) dimostra come la potenza ottica in uscita aumenti con la corrente di pilotaggio. È generalmente lineare su un intervallo significativo ma può mostrare saturazione o calo di efficienza a correnti molto elevate. Questo grafico è fondamentale per determinare la corrente di pilotaggio necessaria per ottenere un livello di uscita desiderato.

3.4 Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente

La curva di dipendenza dalla temperatura (Fig. 4) mostra che la potenza in uscita di un LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa è una caratteristica fondamentale delle sorgenti luminose a semiconduttore. Il grafico consente ai progettisti di ridurre l'uscita prevista per ambienti operativi ad alta temperatura.

3.5 Diagramma di Radiazione

Il diagramma di radiazione polare (Fig. 6) fornisce una rappresentazione visiva dell'angolo di visione. Traccia l'intensità relativa rispetto all'angolo dall'asse centrale, mostrando chiaramente il semiangolo di 40° dove l'intensità scende al 50%.

4. Informazioni Meccaniche & di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package plastico trasparente frontale standard da 5mm di diametro (spesso indicato come package T-1 3/4). Le note dimensionali chiave includono:

• Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri con equivalenti in pollici.
• Si applica una tolleranza standard di ±0.25mm salvo diversa specifica.
• La sporgenza massima della resina sotto la flangia è di 1.5mm.
• La distanza tra i terminali è misurata nel punto in cui i terminali escono dal corpo del package.

Il package è trasparente, consentendo alla luce infrarossa di passare con assorbimento minimo. I terminali sono tipicamente realizzati in lega di rame stagnato.

4.2 Identificazione della Polarità

Per questo tipo di package, il terminale più lungo indica tipicamente l'anodo (collegamento positivo), e il terminale più corto indica il catodo (collegamento negativo). Inoltre, il package può avere un punto piatto sul bordo vicino al terminale del catodo. La polarità corretta deve essere rispettata affinché il dispositivo emetta luce.

5. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

Il valore massimo assoluto per la saldatura dei terminali è di 260°C per una durata di 5 secondi, misurato a 1.6mm dal corpo del package. Questo valore è inteso per processi di saldatura manuale o a onda.

• Saldatura a Rifusione:Sebbene non sia esplicitamente specificata per la rifusione, il limite di 260°C suggerisce che possa tollerare alcuni profili di rifusione. Tuttavia, è fortemente raccomandato un profilo con una temperatura di picco inferiore (es. 245°C) e velocità di rampa controllate per minimizzare lo stress termico sul package plastico e sui bonding interni.
• Precauzioni Generali:Evitare stress meccanici eccessivi sui terminali. Non piegare i terminali alla radice del package. Utilizzare un'adeguata dissipazione del calore durante la saldatura se necessario.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e antistatico entro l'intervallo di temperatura specificato (-55°C a +100°C) per prevenire l'assorbimento di umidità e altri fenomeni di degrado.

6. Suggerimenti per l'Applicazione

6.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo emettitore IR è ben adatto a una varietà di applicazioni optoelettroniche, tra cui:

• Rilevamento & Sensori di Oggetti:Utilizzato in sensori di prossimità, contatori di oggetti e sistemi di rilevamento di livello, spesso abbinato a un fototransistor come la serie LTR-3208 menzionata per formare un interruttore ottico o un sensore riflettente.
• Sistemi di Controllo Remoto:Utilizzato come trasmettitore nei telecomandi a infrarossi per l'elettronica di consumo.
• Collegamenti Dati Ottici:Abilita la comunicazione dati seriale wireless a corto raggio.
• Sistemi di Sicurezza:Utilizzato per l'illuminazione a infrarossi per telecamere per visione notturna o come parte di fasci per il rilevamento di intrusioni.

6.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Un LED è un dispositivo pilotato in corrente. Utilizzare sempre una resistenza di limitazione in serie o un circuito driver a corrente costante per evitare di superare la massima corrente diretta continua, soprattutto poiché la tensione diretta ha un intervallo (1.3V-1.8V).
• Gestione del Calore:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, operare ad alte correnti continue o in alte temperature ambiente ridurrà l'uscita e la durata di vita. Garantire un'adeguata ventilazione se necessario.
• Accoppiamento Ottico:La scheda tecnica nota che il dispositivo è meccanicamente e spettralmente abbinato a specifici fototransistor. L'uso del rivelatore raccomandato garantisce la sensibilità ottimale alla lunghezza d'onda di picco di 880nm e l'allineamento fisico nei moduli assemblati.
• Protezione del Circuito:Considerare l'aggiunta di protezione contro picchi di tensione inversa o scariche elettrostatiche (ESD), poiché la massima tensione inversa è di soli 5V.

7. Confronto Tecnico & Differenziazione

Le caratteristiche chiave che differenziano questo emettitore IR includono:

• Intervalli di Intensità Selezionati:I dispositivi sono classificati o selezionati per soddisfare specifiche specifiche di intensità radiante, garantendo coerenza nella produzione.
• Alta Potenza in Uscita:L'intensità radiante minima di 4.81 mW/sr a 20mA è competitiva per un package standard da 5mm, offrendo una buona intensità del segnale.
• Ampio Angolo di Visione (40°):Fornisce un'ampia copertura, vantaggiosa per il sensori di prossimità e sensori riflettenti dove l'allineamento è meno critico.
• Package Trasparente:A differenza dei package colorati o diffondenti, la lente trasparente massimizza l'uscita luminosa in avanti ed è neutrale rispetto al colore della luce emessa, ideale per applicazioni IR.
• Abbinato alla Serie di Rivelatori:Questo semplifica la progettazione e l'approvvigionamento per sistemi che utilizzano il fototransistor abbinato, garantendo compatibilità ottica e meccanica.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

8.1 Quale valore di resistenza devo usare con un'alimentazione da 5V?

Usando la Legge di Ohm (R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F) e assumendo un I_Fobiettivo di 20mA, il valore della resistenza dipende dalla V_Feffettiva. Per un progetto nel caso peggiore che garantisca che la corrente non superi mai 20mA, usare la V_Fminima (1.3V). R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185 Ohm. Il valore standard più vicino è 180 Ohm. Questo fornisce una corrente massima di ~20.6mA, che è sicura. Potenza nominale: P = I²R = (0.02)² * 180 = 0.072W, quindi una resistenza da 1/8W o 1/4W è sufficiente.

8.2 Posso pilotarlo direttamente con un pin di un microcontrollore?

Tipicamente, no. La maggior parte dei pin GPIO dei microcontrollori ha un limite di erogazione/assorbimento di corrente di 20-40mA, che è al limite del punto operativo di questo LED. Anche se entro il limite, la tensione di uscita del pin diminuirà sotto carico, rendendo il controllo della corrente impreciso. Si raccomanda sempre di utilizzare un transistor (es. BJT NPN o MOSFET a canale N) come interruttore pilotato dal pin del microcontrollore per controllare la corrente del LED in modo indipendente.

8.3 Come influisce la temperatura sulle prestazioni?

Come mostrato in Fig. 4, l'intensità radiante relativa diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. A +85°C, l'uscita potrebbe essere solo il 60-80% del suo valore a 25°C. Al contrario, a temperature molto basse, l'uscita potrebbe essere maggiore. Questo deve essere considerato nei calcoli di sensibilità del sistema, specialmente per applicazioni esterne o ad alta affidabilità. Anche la tensione diretta (V_F) ha un coefficiente di temperatura negativo, il che significa che diminuisce leggermente all'aumentare della temperatura.

8.4 Qual è la differenza tra Incidenza Radiante e Intensità Radiante?

Intensità Radiante (I_E, mW/sr)è una misura angolare della potenza—descrive quanta potenza è emessa in una direzione specifica (per steradiante). È indipendente dalla distanza.Incidenza Radiante all'Apertura (E_e, mW/cm²)è una misura areale della densità di potenza—descrive quanta potenza passa attraverso un'unità di area all'apertura della sorgente. E_eè più rilevante per applicazioni a brevissima distanza dove il rivelatore è essenzialmente sulla superficie dell'emettitore, mentre I_Eè usata con la legge dell'inverso del quadrato della distanza per calcolare l'irradianza a distanza.

9. Studio di Caso di Progettazione & Utilizzo

Scenario: Progettare un Contatore di Fogli di Carta per una Stampante.

È necessario un sensore ottico interruttore per contare i fogli di carta che passano attraverso un meccanismo di stampa. Una staffa a U tiene l'emettitore IR su un lato e un fototransistor abbinato sull'altro. Quando non c'è carta, la luce IR dall'emettitore colpisce direttamente il rivelatore, facendolo condurre. Quando un foglio di carta passa attraverso lo spazio, blocca il fascio IR, causando una riduzione della conduzione del rivelatore.

Razionale di Selezione dei Componenti:

• Questo emettitore IR è scelto per la suaalta intensità radiante (4.81 mW/sr min), garantendo che un segnale forte possa raggiungere il rivelatore anche se l'allineamento della staffa non è perfetto o se si accumula polvere.
• Ilampio angolo di visione di 40°è vantaggioso in quanto fornisce tolleranza per piccoli disallineamenti meccanici tra emettitore e rivelatore alloggiati nei bracci separati della staffa a U.
• Il suoaccoppiamento spettrale con il fototransistor LTR-3208garantisce che il rivelatore sia più sensibile alla lunghezza d'onda di 880nm emessa, massimizzando il rapporto segnale/rumore.
• Ilpackage trasparenteè ideale in quanto non attenua inutilmente la luce IR.

Implementazione del Circuito:L'emettitore è pilotato da una sorgente di corrente costante da 20mA per un'uscita uniforme. Il fototransistor è collegato in configurazione emettitore comune con una resistenza di pull-up. Un comparatore o un pin ADC del microcontrollore monitora la tensione al collettore del fototransistor. Un foglio di carta che passa causa una transizione di tensione distinta, che viene contata dal firmware del microcontrollore.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce a Infrarossi (LED IR) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno della giunzione, gli elettroni dalla regione n sono iniettati attraverso la giunzione nella regione p, e le lacune dalla regione p sono iniettate nella regione n. Questi portatori di minoranza iniettati (elettroni nella regione p, lacune nella regione n) si ricombinano con i portatori di maggioranza. In un materiale semiconduttore a bandgap diretto come l'Arseniuro di Gallio (GaAs) o composti simili usati per l'emissione IR, una parte significativa di queste ricombinazioni èradiativa.

Durante la ricombinazione radiativa, l'energia della coppia elettrone-lacuna che si ricombina viene rilasciata sotto forma di un fotone. La lunghezza d'onda (λ) di questo fotone è determinata dall'energia del bandgap (E_g) del materiale semiconduttore, secondo l'equazione λ = hc / E_g, dove h è la costante di Planck e c è la velocità della luce. Per un picco di emissione a 880 nm, l'energia del bandgap corrispondente è di circa 1.41 eV. Il package in epossidico trasparente incapsula il chip semiconduttore, fornisce protezione meccanica e funge da lente per modellare il diagramma di radiazione della luce emessa.

11. Tendenze Tecnologiche

Sebbene il principio fondamentale dei LED IR rimanga stabile, diverse tendenze influenzano il loro sviluppo e applicazione:

• Aumento della Potenza & Efficienza:I continui miglioramenti nella scienza dei materiali e nel design dei chip portano a dispositivi con maggiore intensità radiante ed efficienza wall-plug (potenza ottica in uscita / potenza elettrica in ingresso), consentendo segnali più luminosi o consumi energetici più bassi.
• Miniaturizzazione:C'è una forte tendenza verso package per dispositivi a montaggio superficiale (SMD) (es. 0805, 0603, chip-scale) per l'assemblaggio automatizzato, riducendo dimensioni e costi. Il package a foro passante da 5mm rimane popolare per prototipazione, uso didattico e applicazioni che richiedono un'uscita maggiore per singolo dispositivo o un assemblaggio manuale più semplice.
• Specializzazione della Lunghezza d'Onda:Oltre ai comuni LED da 850-940 nm, c'è un uso crescente di lunghezze d'onda specifiche per applicazioni specializzate, come 810nm per la pulsossimetria medica o 1450nm per LiDAR eye-safe.
• Integrazione:Gli emettitori sono sempre più integrati con driver, modulatori e talvolta anche rivelatori in singoli moduli o IC, semplificando la progettazione del sistema per la comunicazione dati e il sensoring.
• Espansione delle Applicazioni:La proliferazione dell'Internet delle Cose (IoT), dei dispositivi indossabili, del LiDAR automobilistico e del sensoring biometrico avanzato (es. riconoscimento facciale, rilevamento venoso) continua a guidare la domanda di emettitori IR affidabili, a basso costo e con caratteristiche prestazionali specifiche.