Emettitore LED Infrarosso 5mm Package Trasparente - Dimensioni 5.0mm Diam. x 8.6mm H - Tensione Diretta 1.6-2.0V - Lunghezza d'Onda di Picco 850nm - Intensità Radiante 30-45mW/sr - Scheda Tecnica Italiana

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche di un diodo a emissione di luce infrarossa (IRED) discreto, progettato per un'ampia gamma di applicazioni optoelettroniche. Il dispositivo è progettato per fornire un'elevata potenza radiante con una caratteristica di bassa tensione diretta, rendendolo adatto per progetti sensibili al consumo energetico. La sua emissione primaria è nello spettro del vicino infrarosso, centrata su una lunghezza d'onda di picco di 850 nanometri.

I vantaggi principali di questo componente includono la sua capacità di funzionamento ad alta corrente, che si traduce direttamente in un'elevata potenza ottica in uscita. È confezionato in un formato standard da 5mm con una lente trasparente, offrendo un ampio angolo di visione per un'illuminazione o ricezione su area estesa. Questo lo rende una scelta versatile per sistemi che richiedono una segnalazione infrarossa affidabile.

Il mercato target e gli scenari applicativi tipici comprendono l'elettronica di consumo, i controlli industriali e i sistemi di sicurezza. Gli usi comuni includono telecomandi a infrarossi per televisori e apparecchi audio, collegamenti dati wireless a corto raggio, sensori di rilevamento intrusioni in allarmi antifurto e encoder ottici. I suoi parametri di prestazione sono ottimizzati per il funzionamento in impulsi, standard nei protocolli di telecomando e trasmissione dati.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

L'utilizzo del dispositivo oltre questi limiti può causare danni permanenti. La massima corrente diretta continua è di 80 mA, con una corrente diretta di picco di 1 A ammissibile in condizioni impulsive (300 pps, larghezza impulso 10μs). La massima dissipazione di potenza è di 200 mW, che determina la progettazione termica dell'applicazione. Il dispositivo può sopportare una tensione inversa fino a 5V, sebbene non sia progettato per funzionare in questo regime. Gli intervalli di temperatura di funzionamento e conservazione sono rispettivamente -40°C a +85°C e -55°C a +100°C, garantendo affidabilità in ambienti ostili. La saldatura dei terminali deve essere eseguita a 260°C per un massimo di 5 secondi, con la punta del saldatore posizionata ad almeno 1,6mm dal corpo in epossidico.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

I parametri di prestazione chiave sono misurati in condizioni di test standard con una corrente diretta (I_F) di 50 mA e una temperatura ambiente (T_A) di 25°C.

• Intensità Radiante (I_E):La potenza ottica in uscita per angolo solido, che varia da un minimo di 30 mW/sr a un valore tipico di 45 mW/sr. Questa è una misura diretta della luminosità del LED nella sua direzione principale.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):La lunghezza d'onda nominale è di 850 nm, collocandola nella regione del vicino infrarosso, ideale per i fotodiodi al silicio e meno visibile all'occhio umano rispetto a lunghezze d'onda più corte.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Approssimativamente 50 nm. Questo definisce la larghezza di banda spettrale, indicando l'intervallo di lunghezze d'onda emesse attorno al picco.
• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 1,6V, con un massimo di 2,0V a I_F=50mA. La bassa V_Fè una caratteristica chiave per dispositivi ad alta efficienza alimentati a batteria.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 100 μA a V_R=5V. Questo parametro è solo per scopi di test; il dispositivo non è destinato al funzionamento in polarizzazione inversa.
• Tempo di Salita/Discesa (T_r/T_f):30 nanosecondi. Questa velocità di commutazione elevata consente il funzionamento impulsivo ad alta frequenza per la trasmissione dati.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):30 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore di picco, definendo l'ampiezza del fascio.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche cruciali per la progettazione del circuito e la previsione delle prestazioni.

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

Questa curva mostra la relazione tra la corrente che scorre attraverso il LED e la tensione ai suoi capi. È non lineare, tipica di un diodo. La curva consente ai progettisti di determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente operativa desiderata e di calcolare la dissipazione di potenza (V_F* I_F). La bassa tensione di ginocchio è evidente dal tipico V_Fdi 1,6V.

3.2 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra come la potenza ottica in uscita scala con la corrente in ingresso. In generale, l'intensità radiante aumenta linearmente con la corrente nel normale intervallo operativo. Questa linearità è importante per le applicazioni di modulazione analogica. I progettisti possono utilizzarla per selezionare una corrente di pilotaggio appropriata per ottenere un livello di luminosità specifico.

3.3 Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questa curva è fondamentale per comprendere gli effetti termici. L'intensità radiante di un LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questo grafico quantifica tale derating, mostrando la potenza in uscita relativa al suo valore a 25°C nell'intero intervallo di temperatura operativa. Per un funzionamento affidabile, la gestione termica deve essere considerata per mantenere la stabilità dell'uscita, specialmente in applicazioni ad alta corrente o ad alta temperatura ambiente.

3.4 Distribuzione Spettrale

Il grafico spettrale illustra l'intensità della luce emessa a diverse lunghezze d'onda. Conferma il picco a 850 nm e la larghezza a mezza altezza di circa 50 nm. Questa informazione è vitale quando si abbina il LED a un fotodetettore, poiché la responsività del rivelatore varia con la lunghezza d'onda.

3.5 Diagramma del Modello di Radiazione

Questo diagramma polare rappresenta visivamente l'angolo di visione. Il modello mostra la distribuzione dell'intensità, confermando il semiangolo di 30 gradi. Aiuta nella progettazione di sistemi ottici per aree di copertura specifiche, come assicurarsi che un ricevitore sia all'interno del fascio del LED.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni di Contorno

Il dispositivo è conforme a un package standard per LED rotondo da 5mm. Le dimensioni chiave includono un diametro del corpo di 5,0mm e un'altezza tipica di 8,6mm dalla base della flangia alla sommità della lente. La distanza tra i terminali, misurata dove essi escono dal package, è lo standard 2,54mm (0,1 pollici). Le tolleranze sono tipicamente ±0,25mm salvo diversa specifica. È consentita una sporgenza massima della resina di 1,5mm sotto la flangia. L'anodo (terminale positivo) è tipicamente identificato dal terminale più lungo.

5. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

5.1 Condizioni di Conservazione

I componenti devono essere conservati in un ambiente al di sotto di 30°C e 70% di umidità relativa. Una volta aperta la confezione sigillata originale, i componenti devono essere utilizzati entro 3 mesi in un ambiente controllato a <25°C e <60% UR per prevenire l'ossidazione dei terminali, che può influire sulla saldabilità.

5.2 Pulizia

Se necessaria la pulizia, utilizzare solo solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico. Prodotti chimici aggressivi potrebbero danneggiare la lente in epossidico.

5.3 Formatura dei Terminali

Se i terminali devono essere piegati, ciò deve essere fatto prima della saldatura e a temperatura ambiente normale. La piega deve essere effettuata in un punto ad almeno 3mm dalla base della lente del LED. La base del telaio dei terminali non deve essere usata come fulcro durante la piegatura per evitare stress sull'attacco interno del chip.

5.4 Processo di Saldatura

Saldatura Manuale (Saldatore):Temperatura massima di 350°C per non più di 3 secondi per terminale. La punta del saldatore non deve avvicinarsi a meno di 2mm dalla base della lente in epossidico.
Saldatura a Onda:Il profilo consigliato include un pre-riscaldamento fino a 100°C per un massimo di 60 secondi, seguito da un'onda di saldatura a 260°C max per 5 secondi. La posizione di immersione non deve essere inferiore a 2mm dalla base della lente.
Avvertenza Critica:Evitare di immergere la lente nella saldatura. Temperature o tempi eccessivi possono causare deformazione della lente o guasto catastrofico. La saldatura a rifusione a infrarossi (IR) NON è adatta per questo tipo di package a foro passante.

6. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

I componenti sono confezionati in sacchetti anti-statici. La configurazione di imballaggio standard è di 1000 pezzi per sacchetto. Otto sacchetti sono imballati in una scatola interna, e otto scatole interne costituiscono una scatola di spedizione esterna, per un totale di 64.000 pezzi per scatola esterna.

7. Raccomandazioni per la Progettazione Applicativa

7.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Per garantire una luminosità uniforme e prevenire l'"accaparramento" di corrente, si raccomanda vivamente di utilizzare una resistenza di limitazione di corrente in serie per ogni LED, anche quando più LED sono collegati in parallelo a una sorgente di tensione. Il semplice modello di circuito (A) con una resistenza in serie a ciascun LED è l'approccio corretto. Il modello alternativo (B), che collega più LED direttamente in parallelo senza resistenze individuali, è sconsigliato poiché lievi variazioni nella tensione diretta (V_F) di ciascun LED causeranno differenze significative nella ripartizione della corrente e, di conseguenza, nella luminosità.

Il valore della resistenza in serie (R_s) può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove I_Fè la corrente operativa desiderata (es. 50mA) e V_Fè la tipica tensione diretta della scheda tecnica (es. 1,6V).

7.2 Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

Questo componente è sensibile alle scariche elettrostatiche. Devono essere implementati adeguati controlli ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio:

• Il personale deve indossare braccialetti a terra o guanti anti-statici.
• Tutte le postazioni di lavoro, gli strumenti e le attrezzature devono essere correttamente messi a terra.
• Utilizzare ionizzatori per neutralizzare la carica statica che può accumularsi sulla lente di plastica.
• Conservare e trasportare i componenti in imballaggi conduttivi o anti-statici.

7.3 Ambito Applicativo e Affidabilità

Questo prodotto è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche commerciali e industriali standard, inclusa automazione d'ufficio, comunicazioni ed elettrodomestici. Per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute (es. aviazione, supporto vitale medico, sistemi di sicurezza dei trasporti), sono necessarie consultazioni e qualifiche specifiche prima dell'integrazione nel progetto.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Questo IRED da 850nm si differenzia grazie alla combinazione dielevata potenza in uscita(30-45 mW/sr) ebassa tensione diretta(1,6V tip.). Rispetto ai LED visibili standard o agli IRED a bassa potenza, ciò consente un'illuminazione più brillante o una portata maggiore nei dispositivi alimentati a batteria. L'angolo di visione di 30 gradi offre un buon equilibrio tra intensità focalizzata e area di copertura. La velocità di commutazione rapida di 30ns lo rende adatto sia per semplici telecomandi on/off che per protocolli di trasmissione dati a velocità più elevate, a differenza di dispositivi più lenti limitati alla semplice commutazione.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3,3V o 5V?
R: No. Devi sempre utilizzare una resistenza di limitazione di corrente in serie. Un pin di microcontrollore ha una capacità limitata di erogazione/assorbimento di corrente e manca di una regolazione precisa della corrente. Collegare il LED direttamente supererebbe probabilmente la corrente massima del pin, danneggiando il microcontrollore, e potrebbe sovraccaricare il LED.

D: Perché la specifica della corrente inversa è solo per test, e non per il funzionamento?
R: Il LED è un diodo ottimizzato per la conduzione diretta. Applicare una tensione inversa, anche entro il massimo di 5V, non lo fa funzionare in modo utile. La corrente inversa specificata è un parametro di dispersione utilizzato per i test di qualità, non un parametro di progettazione per il funzionamento del circuito.

D: Come calcolo la resistenza necessaria per un'alimentazione a 5V a 50mA?
R: Utilizzando il tipico V_Fdi 1,6V: R = (5V - 1,6V) / 0,05A = 68 Ohm. Il valore standard più vicino è 68Ω. La potenza nominale della resistenza dovrebbe essere almeno P = I²R = (0,05)²* 68 = 0,17W, quindi una resistenza da 1/4W è sufficiente.

D: Qual è lo scopo del package trasparente se la luce è invisibile?
R: L'epossidico trasparente è altamente trasparente alla luce infrarossa a 850nm, minimizzando le perdite ottiche all'interno del package stesso. Una lente colorata assorbirebbe parte dell'uscita IR, riducendo l'efficienza. Il package trasparente consente la massima intensità radiante.

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Trasmettitore Semplice per Telecomando a Infrarossi.
L'obiettivo è trasmettere comandi codificati da un'unità portatile a un ricevitore fino a 10 metri di distanza in un tipico soggiorno.

Selezione del Componente:Questo IRED da 850nm è una scelta eccellente grazie alla sua elevata potenza in uscita (per una buona portata), al funzionamento a bassa tensione (compatibile con piccole batterie come 2xAA che forniscono 3V) e all'alta velocità di commutazione (in grado di gestire la frequenza portante di 38kHz comunemente usata nei telecomandi).

Progettazione del Circuito:Il circuito trasmittente principale coinvolge un microcontrollore che genera il codice modulato. Il pin del microcontrollore pilota un transistor (es. un semplice NPN come il 2N3904) in configurazione di interruttore. L'IRED e la sua resistenza di limitazione di corrente sono posizionati nel circuito del collettore del transistor. Il transistor agisce come un interruttore ad alta velocità, consentendo al microcontrollore di pilotare il LED a impulsi con l'elevata corrente richiesta (es. impulsi da 100mA) senza caricare direttamente il pin del MCU. Il valore della resistenza in serie è calcolato in base alla tensione della batteria (3V), alla V_Fdel LED (~1,6V) e alla corrente impulsiva desiderata.

Considerazioni:L'ampio angolo di visione di 30 gradi del LED garantisce che il telecomando non debba essere puntato precisamente verso il ricevitore. Le precauzioni ESD sono critiche durante l'assemblaggio dell'unità portatile. Le linee guida di conservazione assicurano che i LED rimangano saldabili durante il processo produttivo.

11. Principio di Funzionamento

Un Diodo a Emissione di Luce Infrarossa (IRED) è un dispositivo a semiconduttore a giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni dalla regione di tipo n e lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda della luce emessa (850 nm in questo caso) è determinata dall'energia della banda proibita del materiale semiconduttore, che qui è basato su composti di Arseniuro di Gallio (GaAs) o Arseniuro di Alluminio Gallio (AlGaAs). Il package in epossidico "trasparente" incapsula il chip semiconduttore, fornisce protezione meccanica e funge da lente per modellare il fascio in uscita.

12. Tendenze Tecnologiche

I componenti infrarossi discreti continuano a evolversi. Le tendenze includono lo sviluppo di dispositivi con densità di potenza ed efficienza ancora maggiori per applicazioni a lungo raggio come LiDAR e sensori a tempo di volo. C'è anche una spinta verso la miniaturizzazione in package per dispositivi a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato e fattori di forma più piccoli. Inoltre, vengono sviluppati componenti con tolleranze di lunghezza d'onda più strettamente controllate e larghezze di banda spettrali più ridotte per applicazioni specializzate di rilevamento e comunicazione ottica, al fine di ridurre le interferenze e migliorare i rapporti segnale/rumore. Il principio fondamentale dell'elettroluminescenza nelle giunzioni dei semiconduttori rimane costante, ma la scienza dei materiali e la tecnologia di confezionamento guidano i miglioramenti delle prestazioni.