Scheda Tecnica Emettitore IR LTE-2871 - Package T-1 3/4 - Tensione Diretta 1.6V - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un componente emettitore infrarosso (IR) ad alte prestazioni. Il dispositivo è progettato per fornire un'elevata intensità radiante entro un angolo di visione stretto, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono un'illuminazione infrarossa diretta. I suoi vantaggi principali includono un design economicamente vantaggioso combinato con caratteristiche di prestazione specializzate per un'uscita ad alta intensità. I mercati target principali includono l'automazione industriale, i sistemi di sensori, il rilevamento di prossimità e i collegamenti di comunicazione ottica dove una luce infrarossa affidabile e focalizzata è essenziale.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C. Superare questi limiti può causare danni permanenti al dispositivo.

• Dissipazione di Potenza:90 mW
• Corrente Diretta di Picco:1 A (in condizioni pulsate: 300 pps, larghezza impulso 10 μs)
• Corrente Diretta Continua (I_F):60 mA
• Tensione Inversa (V_R):5 V
• Intervallo di Temperatura Operativa:-40°C a +85°C
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-55°C a +100°C
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 5 secondi (misurata a 1.6mm dal corpo del package)

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

I parametri di prestazione chiave sono misurati a T_A=25°C con una corrente di test standard di I_F= 20 mA, salvo diversa indicazione.

• Tensione Diretta (V_F):Tipica 1.6 V, Massima 1.6 V a I_F=20mA. Questo parametro definisce la caduta di tensione attraverso l'emettitore durante il funzionamento.
• Corrente Inversa (I_R):Massima 100 μA a V_R=5V. Indica la corrente di dispersione quando il dispositivo è polarizzato inversamente.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_Peak):940 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emettitore irradia la sua massima potenza ottica, collocandola nello spettro del vicino infrarosso.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):50 nm. Specifica la larghezza di banda della luce emessa, misurata come larghezza totale a metà altezza (FWHM) della curva di distribuzione spettrale.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):16 gradi. Questo angolo di fascio stretto conferma l'uscita focalizzata del dispositivo, definita come l'angolo totale in cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore di picco.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il componente è classificato in bin di prestazione in base alla sua uscita radiante. Ciò consente la selezione in base ai livelli di intensità richiesti. I parametri chiave binati sono l'Incidenza Radiante sull'Apertura (E_ein mW/cm²) e l'Intensità Radiante (I_Ein mW/sr), entrambi misurati a I_F=20mA.

• Bin A: E_e: 0.44 - 0.96 mW/cm²; I_E: 3.31 - 7.22 mW/sr.
• Bin B: E_e: 0.64 - 1.20 mW/cm²; I_E: 4.81 - 9.02 mW/sr.
• Bin C: E_e: 0.80 - 1.68 mW/cm²; I_E: 6.02 - 12.63 mW/sr.
• Bin D: E_e: 1.12 mW/cm² (Min); I_E: 8.42 mW/sr (Min). Questo rappresenta il bin con l'uscita più alta.

I progettisti devono specificare il codice bin richiesto per garantire che la potenza ottica soddisfi i requisiti di sensibilità dell'applicazione per il sistema rivelatore.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

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

4.1 Distribuzione Spettrale

La curva di uscita spettrale (Fig.1) si concentra nettamente intorno alla lunghezza d'onda di picco di 940nm con una larghezza a metà altezza definita di 50nm. Questa caratteristica è cruciale per l'abbinamento con i fotodiodi al silicio, che hanno la massima sensibilità in questa regione, e per garantire la compatibilità con i filtri ottici per respingere la luce ambientale.

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

La curva caratteristica I-V (Fig.3) mostra la tipica relazione esponenziale per un diodo a semiconduttore. La tensione diretta specificata di 1.6V (max) a 20mA fornisce i dati necessari per progettare il circuito di pilotaggio a limitazione di corrente. La curva aiuta a calcolare la dissipazione di potenza (V_F* I_F) sotto diverse correnti operative.

4.3 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta

Questa curva (Fig.5) illustra come la potenza ottica in uscita scala con la corrente di pilotaggio. È tipicamente lineare su un intervallo significativo ma può mostrare saturazione o riduzione di efficienza a correnti molto elevate. Questi dati sono essenziali per determinare il punto di lavoro per ottenere l'uscita ottica desiderata senza superare i valori massimi assoluti.

4.4 Dipendenza dalla Temperatura

Due curve dettagliano le prestazioni termiche. La Figura 2 mostra come la massima corrente diretta ammissibile si riduca all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C, una considerazione critica per l'affidabilità. La Figura 4 raffigura l'intensità radiante relativa in funzione della temperatura ambiente, mostrando la tipica diminuzione dell'efficienza di uscita all'aumentare della temperatura, che deve essere compensata nelle applicazioni di sensori di precisione.

4.5 Diagramma di Radiazione

Il diagramma di radiazione polare (Fig.6) conferma visivamente il ristretto angolo di visione di 16 gradi. Il diagramma mostra la distribuzione spaziale della luce infrarossa emessa, vitale per progettare l'allineamento ottico e garantire che la dimensione del punto illuminato soddisfi le esigenze dell'applicazione.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Tipo e Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package through-hole modificato T-1 3/4 (5mm). Le note dimensionali chiave dal disegno includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (i pollici sono forniti tra parentesi).
• La tolleranza standard è ±0.25mm (±0.010") a meno che una caratteristica specifica non richieda una tolleranza diversa.
• La sporgenza massima della resina sotto la flangia del package è di 1.0mm (0.039").
• La distanza tra i terminali è misurata nel punto in cui i terminali escono dal corpo del package, importante per il design dell'impronta sul PCB.

Il package è progettato per processi standard di saldatura a onda o saldatura manuale.

5.2 Identificazione della Polarità

Per i package through-hole, la polarità è tipicamente indicata da un punto piatto sul bordo del package o da terminali di lunghezze diverse (il terminale più lungo è solitamente l'anodo). Il disegno dimensionale della scheda tecnica deve essere consultato per lo schema di marcatura esatto. La corretta polarità è essenziale per prevenire l'applicazione di una polarizzazione inversa che superi il limite di 5V.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

È necessario attenersi rigorosamente ai profili di saldatura per prevenire danni termici al die del semiconduttore e alla lente in epossidica.

• Temperatura di Saldatura:I terminali possono sopportare una temperatura di 260°C per un massimo di 5 secondi. Questa misurazione è presa a 1.6mm (0.063") dal corpo del package.
• Raccomandazione del Processo:Per la saldatura a onda, è applicabile un profilo standard con fasi di preriscaldamento, permanenza e raffreddamento. Il limite di 260°C/5s non deve essere superato alla giunzione terminale-corpo.
• Pulizia:Se è richiesta la pulizia, utilizzare solventi compatibili con il materiale epossidico del package per evitare appannamenti o crepe della lente.
• Condizioni di Stoccaggio:I dispositivi devono essere conservati nella busta barriera all'umidità originale a temperature entro l'intervallo di stoccaggio specificato (-55°C a +100°C) e in un ambiente a bassa umidità per prevenire l'ossidazione dei terminali.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

La combinazione di alta intensità e fascio stretto rende questo emettitore ideale per:

• Rilevamento di Prossimità e Presenza:Utilizzato in rubinetti automatici, erogatori di sapone, asciugamani a getto d'aria e rilevamento di occupazione.
• Sensori Ottici Industriali:Conteggio oggetti, rilevamento di bordi e sensori di posizione nelle linee di produzione.
• Barriere e Interruttori Ottici:Creazione di un fascio focalizzato per il rilevamento di oggetti nei sistemi di sicurezza o nelle tende di sicurezza delle macchine.
• Collegamenti Dati a Corto Raggio:Trasmissione dati a infrarossi (IrDA) dove la luce diretta riduce le interferenze e il consumo energetico.
• Illuminazione per Visione Notturna:Come sorgente luminosa invisibile per telecamere CCTV con sensori sensibili all'IR.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:È obbligatorio un generatore di corrente costante o una resistenza limitatrice di corrente in serie con il LED per impostare I_F. Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, utilizzando il V_Fmassimo per un progetto sicuro.
• Gestione del Calore:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, operare ad alte temperature ambiente o vicino alla corrente continua massima richiede attenzione alle curve di derating. Assicurare un'adeguata ventilazione sul PCB.
• Allineamento Ottico:Il fascio stretto necessita di un preciso allineamento meccanico con il fotorivelatore accoppiato o l'area target. Utilizzare il diagramma di radiazione per il progetto ottico.
• Protezione Elettrica:Incorpora protezione contro la connessione di tensione inversa e i transitori di tensione sulla linea di alimentazione, poiché la tensione inversa massima è di soli 5V.
• Selezione del Bin:Scegliere il bin di uscita appropriato (da A a D) in base alla sensibilità del ricevitore e al rapporto segnale-rumore richiesto per l'applicazione. I bin più alti forniscono più potenza ottica ma possono avere implicazioni sui costi.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto agli emettitori IR standard non focalizzati, questo dispositivo offre vantaggi distinti:

• Maggiore Intensità Radiante in un Fascio Stretto:Gli emettitori standard hanno spesso angoli di visione di 30° o più, disperdendo la luce su un'area più ampia. Questo componente concentra la sua uscita in un fascio di 16°, fornendo una maggiore intensità sull'asse, che si traduce in possibili distanze di rilevamento più lunghe o in una corrente di pilotaggio richiesta inferiore per lo stesso segnale ricevuto.
• Ottimizzato per il Rilevamento:Il fascio stretto riduce la probabilità di diafonia ottica in array multi-sensore e minimizza le riflessioni da superfici non intenzionali, migliorando l'accuratezza e l'affidabilità del sistema.
• Prestazioni Economiche:Fornisce una caratteristica di fascio focalizzato spesso associata a package con lenti più costosi, ma in un formato T-1 3/4 standard ed economico.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Qual è la differenza tra Incidenza Radiante sull'Apertura (E_e) e Intensità Radiante (I_E)?

R1: L'Intensità Radiante (I_E, mW/sr) è una misura della potenza ottica emessa per unità di angolo solido, che descrive la "concentrazione" del fascio. L'Incidenza Radiante sull'Apertura (E_e, mW/cm²) è la densità di potenza incidente su una superficie (come un rivelatore) a una distanza specifica, che dipende sia dall'intensità che dalla distanza. I_Eè una proprietà intrinseca dell'emettitore; E_edipende dalla geometria del sistema.

D2: Posso pilotare questo emettitore con un'alimentazione a 3.3V?

R2: Sì, tipicamente. Con un V_Ftipico di 1.6V a 20mA, può essere utilizzata una resistenza in serie per far cadere la tensione rimanente (3.3V - 1.6V = 1.7V). Il valore della resistenza sarebbe R = 1.7V / 0.02A = 85 Ohm. Una resistenza standard da 82 o 100 Ohm sarebbe adatta, ricalcolando la corrente effettiva.

D3: Perché la lunghezza d'onda di picco è 940nm e non 850nm?

R3: I 940nm sono meno visibili all'occhio umano (appaiono di un rosso più tenue o invisibili) rispetto agli 850nm, rendendoli migliori per l'illuminazione discreta. Entrambe le lunghezze d'onda sono rilevate efficientemente dai fotodiodi al silicio, sebbene la sensibilità sia leggermente più alta a 850nm. La scelta dipende dalla necessità di visibilità rispetto alla massima risposta del rivelatore.

D4: Come interpreto i codici di binning (A, B, C, D)?

R4: I bin rappresentano gruppi ordinati in base all'uscita ottica misurata in fabbrica. Il Bin D ha l'uscita minima garantita più alta, mentre il Bin A ha la più bassa. Seleziona un bin in base alla potenza ottica minima richiesta affinché il tuo circuito ricevitore funzioni in modo affidabile in tutte le condizioni (inclusi effetti di temperatura e invecchiamento).

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Contafogli per una Stampante.

L'emettitore e un fototransistor sono posizionati sui lati opposti del percorso della carta. Il ristretto fascio di 16° del LTE-2871 è cruciale. Assicura che la luce sia focalizzata direttamente attraverso il gap verso il rivelatore, minimizzando la dispersione e le riflessioni dalla meccanica interna della stampante, che potrebbero causare conteggi falsi. Verrebbe selezionato un emettitore Bin C o D per fornire un segnale forte anche se la polvere della carta si accumula leggermente sulla lente. Il circuito di pilotaggio utilizzerebbe una corrente costante di 20-40mA, e il circuito ricevitore sarebbe progettato per rilevare il distinto calo del segnale quando un foglio di carta interrompe il fascio focalizzato. Le curve di derating della temperatura verrebbero consultate per garantire un funzionamento affidabile all'interno della stampante, dove la temperatura ambiente potrebbe raggiungere i 50-60°C.

11. Introduzione al Principio Operativo

Un emettitore infrarosso è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando polarizzato direttamente (tensione positiva applicata all'anodo rispetto al catodo), elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del materiale semiconduttore (tipicamente basato su arseniuro di gallio e alluminio - AlGaAs). Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (particelle di luce). La composizione specifica degli strati semiconduttori determina la lunghezza d'onda dei fotoni emessi; per questo dispositivo, è progettata per essere 940nm, che è nell'intervallo del vicino infrarosso. Il package modificato incorpora una lente epossidica che modella la luce emessa nel modello di fascio stretto specificato, collimando l'uscita per applicazioni dirette.

12. Tendenze Tecnologiche

Nel campo degli emettitori infrarossi, le tendenze generali si concentrano sull'aumento dell'efficienza (più potenza ottica in uscita per watt di ingresso elettrico), sull'abilitazione di velocità operative più elevate per la comunicazione dati e sullo sviluppo di package a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato. C'è anche un lavoro in corso per espandere le opzioni di lunghezza d'onda per specifiche applicazioni di sensori (ad esempio, rilevamento di gas) e per integrare emettitori con driver e logica di controllo in moduli intelligenti. Il principio fondamentale dell'elettroluminescenza nei materiali semiconduttori rimane la base di questa tecnologia.