Scheda Tecnica Emettitore e Rivelatore IR LTE-R38386AS-S - Lunghezza d'Onda 850nm - Potenza 3.6W - Tensione Diretta 3.1V - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un componente infrarosso (IR) discreto progettato per applicazioni che richiedono una sorgente luminosa affidabile e capacità di rilevamento. Il dispositivo integra un emettitore e un rivelatore infrarosso, operanti a una lunghezza d'onda di picco di 850 nanometri. È progettato per applicazioni ad alte prestazioni che richiedono un'uscita robusta e un funzionamento costante.

Il vantaggio principale di questo componente risiede nella combinazione di un emettitore IR ad alta potenza con un rivelatore compatibile in un unico package. Questa integrazione semplifica la progettazione per applicazioni di sensing a riflessione o di prossimità. L'emettitore è caratterizzato da un'elevata intensità radiante e un ampio angolo di visione, mentre il rivelatore fornisce la sensibilità necessaria per la ricezione del segnale. Il prodotto è conforme alle normative ambientali, essendo un prodotto RoHS e Green.

Il mercato target include applicazioni in sistemi di telecomando, trasmissione dati wireless a corto raggio, sistemi di sicurezza e allarme e varie forme di sensing elettronico industriale o consumer dove la tecnologia infrarossa è preferita.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti non è garantito e dovrebbe essere evitato per prestazioni affidabili a lungo termine.

• Dissipazione di Potenza (Pd):3.6 Watt. Questa è la massima quantità di potenza che il dispositivo può dissipare come calore a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questo valore causerà un eccessivo aumento della temperatura di giunzione.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):5 Ampere. Questa è la massima corrente ammissibile in condizioni pulsate (300 impulsi al secondo, larghezza impulso 10μs). È significativamente superiore al valore in DC, sfruttando la capacità termica transitoria del dispositivo.
• Corrente Diretta in DC (I_F):1 Ampere. La massima corrente diretta continua che l'emettitore può gestire.
• Tensione Inversa (V_R):5 Volt. Applicare una tensione inversa superiore a questa può danneggiare la giunzione semiconduttrice.
• Resistenza Termica (R_θJ):9 K/W. Questo parametro indica quanto efficacemente il calore si trasferisce dalla giunzione semiconduttrice all'ambiente. Un valore più basso significa una migliore dissipazione del calore.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è specificato per funzionare correttamente.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-55°C a +100°C.
• Condizione di Saldatura a Infrarossi:Il package può resistere a una temperatura di picco di rifusione di 260°C per un massimo di 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (Ta=25°C) e rappresentano le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Radiante (I_E):630 mW/sr (Tipico) a I_F=1A. Misura la potenza ottica emessa per unità di angolo solido lungo l'asse centrale, indicando la luminosità della sorgente.
• Flusso Radiante Totale (Φ_e):1340 mW (Tipico) a I_F=1A. Questa è la potenza ottica totale emessa in tutte le direzioni.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):850 nm (Tipico). La lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):50 nm (Tipico). La larghezza dello spettro di emissione a metà dell'intensità massima, che indica la purezza spettrale.
• Tensione Diretta (V_F):3.1 V (Tipico), con un intervallo da 2.5V a 3.6V a I_F=1A. La caduta di tensione ai capi del dispositivo quando conduce la corrente specificata.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Massimo) a V_R=5V. La piccola corrente di dispersione quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Tempo di Salita/Discesa (t_r/t_f):30 ns (Tipico). Il tempo necessario affinché l'uscita ottica salga dal 10% al 90% del suo valore massimo (o scenda dal 90% al 10%). Questo determina la velocità di modulazione massima.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):90 gradi (Tipico). L'angolo totale al quale l'intensità radiante è la metà del valore al centro (0°). Un angolo ampio è vantaggioso per applicazioni che richiedono ampia copertura.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche cruciali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

3.1 Distribuzione Spettrale

La curva di distribuzione spettrale mostra l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda. Per questo dispositivo, il picco è centrato a 850nm con una tipica larghezza a mezza altezza di 50nm. Questa caratteristica è importante per l'abbinamento con la sensibilità spettrale del rivelatore accoppiato o per garantire la compatibilità con filtri ottici nel sistema.

3.2 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva di derating illustra come la massima corrente diretta continua ammissibile diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente. Per evitare di superare la massima temperatura di giunzione, la corrente di pilotaggio deve essere ridotta quando si opera in ambienti ad alta temperatura. La curva mostra tipicamente una diminuzione lineare dalla corrente nominale a 25°C fino a zero alla massima temperatura di giunzione.

3.3 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

La curva I-V mostra la relazione esponenziale tra corrente diretta e tensione diretta. Il tipico V_Fdi 3.1V a 1A è un parametro chiave per progettare il circuito di pilotaggio e calcolare la dissipazione di potenza (P_d= V_F* I_F).

3.4 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta e Temperatura

Queste curve mostrano come la potenza ottica in uscita cambi con la corrente di pilotaggio e la temperatura ambiente. L'uscita tipicamente aumenta linearmente con la corrente fino a un certo punto, ma l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa del riscaldamento. L'uscita diminuisce anche all'aumentare della temperatura a causa della ridotta efficienza quantistica interna.

3.5 Diagramma di Radiazione

Il diagramma di radiazione polare rappresenta visivamente l'angolo di visione. Il diagramma conferma il semiangolo di 90 gradi, mostrando l'intensità relativa a vari angoli fuori asse. Questo è fondamentale per progettare l'ottica e allineare emettitore e rivelatore in un sistema.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni di Contorno

Il dispositivo è fornito in un package per montaggio superficiale. Il disegno di contorno specifica tutte le dimensioni fisiche critiche, inclusa lunghezza, larghezza, altezza, passo dei terminali e posizionamento della finestra ottica. Le tolleranze sono tipicamente ±0.1mm salvo diversa indicazione. È essenziale fare riferimento a questo disegno per la progettazione dell'impronta sul PCB.

4.2 Dimensioni Consigliate per i Piazzole di Saldatura

Viene fornito un land pattern (impronta) consigliato per il PCB. Questo include dimensioni, forma e spaziatura dei piazzole per garantire una formazione affidabile dei giunti di saldatura durante la rifusione e fornire un'adeguata resistenza meccanica. Seguire queste raccomandazioni aiuta a prevenire l'effetto "tombstoning" e connessioni di saldatura scadenti.

4.3 Identificazione della Polarità

Il catodo è chiaramente indicato nel disegno del package. La polarità corretta deve essere rispettata durante il montaggio per prevenire danni al dispositivo. Il confezionamento in nastro e bobina fornito mantiene anche un orientamento coerente per il posizionamento automatizzato.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

5.1 Condizioni di Conservazione

Il dispositivo è sensibile all'umidità. Le confezioni non aperte devono essere conservate a ≤30°C e ≤90% UR, con un periodo di utilizzo consigliato di un anno. Una volta aperta la busta anti-umidità, i componenti devono essere conservati a ≤30°C e ≤60% UR. Se esposti all'aria ambiente per più di una settimana, è richiesta una cottura a circa 60°C per almeno 20 ore prima della saldatura per rimuovere l'umidità assorbita e prevenire l'"effetto popcorn" durante la rifusione.

5.2 Profilo di Rifusione

È raccomandato un profilo di rifusione conforme a JEDEC. I parametri chiave includono:

• Preriscaldamento:150–200°C per un massimo di 120 secondi per riscaldare gradualmente il circuito e attivare il flussante.
• Temperatura di Picco:260°C massimo. Il tempo sopra i 260°C dovrebbe essere minimizzato.
• Tempo al Picco:10 secondi massimo. Il dispositivo può resistere a questo profilo un massimo di due volte.

Il profilo specifico deve essere caratterizzato per l'effettivo design del PCB, la pasta saldante e il forno utilizzato.

5.3 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, la temperatura della punta del saldatore non deve superare i 300°C e il tempo di contatto deve essere limitato a 3 secondi per giunto. Questa operazione dovrebbe essere eseguita una sola volta.

5.4 Pulizia

Se è richiesta la pulizia post-saldatura, devono essere utilizzati solo solventi a base alcolica come l'alcool isopropilico. Evitare detergenti chimici aggressivi.

6. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

6.1 Specifiche del Nastro e della Bobina

I componenti sono forniti su nastro portatore goffrato avvolto su bobine da 7 pollici. Ogni bobina contiene 600 pezzi. L'imballaggio è conforme agli standard ANSI/EIA 481-1-A-1994. Il nastro ha una copertura sigillante per proteggere i componenti e le specifiche consentono un massimo di due componenti mancanti consecutivi in una bobina.

6.2 Numero di Parte

Il numero di parte base è LTE-R38386AS-S. Questo numero deve essere utilizzato per l'ordine e l'identificazione.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il dispositivo è destinato a equipaggiamenti elettronici ordinari. Per pilotare l'emettitore, si tratta di un dispositivo a corrente.Il Modello di Circuito (A)è fortemente raccomandato: un resistore limitatore di corrente dovrebbe essere posto in serie con ciascun LED quando più dispositivi sono collegati in parallelo. Ciò garantisce l'uniformità dell'intensità compensando le variazioni naturali della tensione diretta (V_F) tra i singoli LED.Il Modello di Circuito (B), dove i LED sono collegati direttamente in parallelo senza resistori individuali, è sconsigliato in quanto può portare a una significativa discrepanza di luminosità e a un potenziale accaparramento di corrente da parte del LED con la V_F.

più bassa.

• 7.2 Considerazioni di ProgettazioneGestione Termica:
• Con una dissipazione di potenza fino a 3.6W, una corretta progettazione termica sul PCB è cruciale. Utilizzare un'adeguata area di rame (piazzole termiche) collegata ai terminali del dispositivo per condurre il calore lontano dalla giunzione.Selezione della Corrente di Pilotaggio:
• Scegliere la corrente operativa in base all'intensità radiante richiesta e al derating termico per la massima temperatura ambiente dell'applicazione. Non superare la massima corrente continua assoluta di 1A.Allineamento Ottico:
• Per applicazioni di sensing a riflessione che utilizzano sia emettitore che rivelatore, è necessario un attento design meccanico per allineare il campo visivo del rivelatore con l'area illuminata dall'emettitore.Rumore Elettrico:

Per il lato rivelatore, considerare il potenziale rumore da luce ambientale. La scheda tecnica menziona che fotodiodi/transistor possono essere forniti con filtri a questo scopo, anche se non è specificato se questo particolare rivelatore ne includa uno.

7.3 Limiti Applicativi

Il dispositivo non è progettato per applicazioni in cui un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute, come aviazione, controllo dei trasporti, medicale o sistemi di sicurezza critici. Per tali applicazioni, è richiesta una consultazione con il produttore prima dell'integrazione nel progetto.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

• Sebbene un confronto diretto con altri numeri di parte non sia fornito in questa scheda tecnica, le caratteristiche distintive chiave di questo componente possono essere dedotte:Soluzione Integrata:
• Combina emettitore e rivelatore, riducendo il numero di componenti e semplificando l'allineamento ottico rispetto all'approvvigionamento di componenti separati.Alta Potenza:
• L'intensità radiante di 630 mW/sr e la dissipazione di potenza di 3.6W indicano un dispositivo ad alta potenza adatto per applicazioni che richiedono maggiore portata o segnale più forte.Alta Velocità:
• Il tempo di salita/discesa di 30 ns consente una modulazione ad alta frequenza per trasmissione dati veloce o funzionamento pulsato.Ampio Angolo di Visione:

Il semiangolo di 90 gradi fornisce un'ampia copertura, utile nel sensing di prossimità o in applicazioni dove l'allineamento è meno critico.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED a 1A in modo continuo?

R: Sì, ma solo se la temperatura ambiente è di 25°C o inferiore e si è implementato un adeguato dissipatore per mantenere la temperatura di giunzione entro i limiti. A temperature ambiente più elevate, la corrente deve essere ridotta secondo la curva fornita.

D: Qual è la differenza tra Intensità Radiante e Flusso Radiante Totale?

R: L'Intensità Radiante (mW/sr) misura la potenza per angolo solido in una direzione specifica (tipicamente sull'asse). Il Flusso Radiante Totale (mW) misura la somma della potenza ottica emessa in tutte le direzioni. Il primo è rilevante per applicazioni focalizzate, il secondo per l'output luminoso totale.

D: Perché è necessario un resistore in serie per ogni LED in parallelo?_FR: I LED hanno un coefficiente di temperatura negativo per V_Fe variazioni di produzione. Senza resistori individuali, il LED con la V

leggermente più bassa assorbirà una quantità sproporzionata di corrente, portando a luminosità non uniforme e potenziale fuga termica in quel dispositivo.

D: Come interpreto la condizione di saldatura di 260°C per 10 secondi?

R: Ciò significa che il package del dispositivo può sopravvivere alle alte temperature della saldatura a rifusione senza piombo. Il profilo del forno dovrebbe essere progettato in modo che la temperatura del corpo del componente non superi i 260°C e il tempo trascorso entro pochi gradi da quel picco sia inferiore a 10 secondi.

10. Esempio di Applicazione Pratica

Caso di Progettazione: Sensore di Prossimità per un Rubinetto Automatico

In questa applicazione, l'emettitore e il rivelatore sono montati fianco a fianco dietro una finestra resistente all'acqua. L'emettitore invia costantemente un fascio infrarosso a 850nm. Quando una mano viene posta sotto il rubinetto, la luce infrarossa si riflette sulla mano e torna al rivelatore. Il microcontrollore che monitora l'uscita del rivelatore rileva un aumento significativo del segnale, attivando l'apertura della valvola dell'acqua.

1. Passaggi di Progettazione:Circuito di Pilotaggio:

2. Utilizzare il Modello di Circuito (A). Una sorgente di corrente costante o una sorgente di tensione con un resistore in serie imposta la corrente dell'emettitore a, ad esempio, 500mA per fornire un segnale forte rimanendo ben entro i limiti.Interfaccia del Rivelatore:

3. Il fotorivelatore (probabilmente un fototransistor in questo package) sarà collegato in configurazione emettitore comune con un resistore di pull-up. La tensione al collettore scenderà quando viene rilevata la luce IR.Layout del PCB:

4. Seguire il layout dei piazzole suggerito. Includere una generosa zona di rame collegata ai pin di massa del dispositivo per la dissipazione del calore. Tenere le tracce di sensing analogiche lontane dalle linee digitali rumorose.Ottica/Meccanica:

5. Progettare l'alloggiamento in modo che il cono di 90 gradi dell'emettitore e il campo visivo del rivelatore si sovrappongano nella zona di sensing desiderata (es. 5-15cm dalla testa del rubinetto).Software:

Implementare filtri nel microcontrollore per distinguere il segnale riflesso dal rumore IR ambientale (es. da luce solare o riscaldatori).

11. Principio di Funzionamento

Il dispositivo contiene due elementi primari:Emettitore Infrarosso (IRED):

Questo è tipicamente un diodo semiconduttore in Arseniuro di Gallio (GaAs) o Arseniuro di Alluminio Gallio (AlGaAs). Quando polarizzato direttamente, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La composizione del materiale (AlGaAs) è progettata per produrre fotoni con una lunghezza d'onda intorno a 850nm, che si trova nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano.Rivelatore Infrarosso:

Questo è un fotodiodo o fototransistor realizzato in silicio o altri materiali semiconduttori sensibili alla luce infrarossa. Quando fotoni con sufficiente energia colpiscono l'area attiva del rivelatore, generano coppie elettrone-lacuna. In un fotodiodo, questo crea una fotocorrente proporzionale all'intensità luminosa quando è polarizzato inversamente. In un fototransistor, la fotocorrente agisce come corrente di base, causando il flusso di una corrente di collettore molto più grande, fornendo un guadagno interno.

12. Tendenze Tecnologiche

I componenti infrarossi continuano a evolversi in diverse direzioni rilevanti per questa categoria di prodotto:Efficienza Aumentata:

La ricerca in corso nella scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza wall-plug (potenza ottica in uscita / potenza elettrica in ingresso) degli IRED, riducendo la generazione di calore e il consumo energetico per la stessa potenza ottica.Velocità Maggiore:

La domanda di trasmissione dati più veloce nell'elettronica di consumo (es. protocolli IRDA) guida lo sviluppo di dispositivi con tempi di salita/discesa ancora più brevi, consentendo comunicazioni a larghezza di banda più elevata.Miniaturizzazione:

La tendenza verso dispositivi elettronici più piccoli spinge per componenti con impronte di package sempre più ridotte mantenendo o migliorando le prestazioni.Integrazione: