Scheda Tecnica LED Infrarosso IR3494-30C/H80/L419 - Package T-1 3/4 da 4mm - Lunghezza d'Onda 940nm - Tensione Diretta 1.2V - Intensità Radiante 3.5mW/sr - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR3494-30C/H80/L419 è un diodo emettitore infrarosso ad alta intensità progettato per applicazioni che richiedono un'emissione di luce infrarossa affidabile ed efficiente. Incastrato in un package plastico trasparente, questo dispositivo è concepito per offrire prestazioni costanti in un fattore di forma compatto T-1 3/4 (4mm). La sua funzione principale è emettere radiazione infrarossa con una lunghezza d'onda di picco di 940nm, rendendolo spettralmente compatibile con fototransistor, fotodiodi e moduli ricevitori IR comuni. Il dispositivo presenta una spaziatura standard dei terminali di 2.54mm per una facile integrazione nei layout PCB standard.

2. Caratteristiche e Vantaggi Principali

I vantaggi fondamentali di questo componente derivano dal suo design e dalla selezione dei materiali. Offre un'elevata affidabilità, cruciale per applicazioni a lungo termine. L'alta intensità radiante garantisce una trasmissione del segnale robusta, migliorando la portata operativa e il rapporto segnale/rumore nei sistemi di sensing. Una caratteristica di bassa tensione diretta contribuisce all'efficienza energetica complessiva del sistema. Inoltre, il componente è conforme alle normative ambientali, essendo privo di piombo (Pb-free) e progettato per rimanere entro gli standard di conformità RoHS.

3. Valori Massimi Assoluti

L'utilizzo del dispositivo oltre questi limiti può causare danni permanenti. I valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Corrente Diretta Continua (I_F):100 mA
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):1.0 A (Larghezza di Impulso ≤100μs, Ciclo di Lavoro ≤1%)
• Tensione Inversa (V_R):5 V
• Temperatura di Funzionamento (T_opr):-40°C a +85°C
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +100°C
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C (per ≤5 secondi)
• Dissipazione di Potenza (P_d):180 mW (a o al di sotto di 25°C in aria libera)

4. Caratteristiche Elettro-Ottiche

I seguenti parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni di test standard (Ta=25°C). I valori tipici rappresentano la prestazione più comune, mentre i valori minimi e massimi definiscono l'intervallo accettabile.

4.1 Proprietà Radianti e Spettrali

• Intensità Radiante (I_e):2.5 mW/sr (Min), 3.5 mW/sr (Tip), 5.5 mW/sr (Max) a I_F=20mA. In funzionamento impulsato (I_F=250mA, f=60Hz, ciclo di lavoro 50%), l'intensità radiante tipica è 40 mW/sr.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):940 nm (Tipica) a I_F=20mA.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):50 nm (Tipica) a I_F=20mA, definisce la larghezza spettrale a metà dell'intensità massima.

4.2 Proprietà Elettriche

• Tensione Diretta (V_F):
  • A I_F=20mA: 1.10V (Min), 1.20V (Tip), 1.50V (Max)
  • A I_F=100mA: 1.20V (Min), 1.30V (Tip), 1.70V (Max)
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Massima) a V_R=5V.

4.3 Angolo di Visione

La distribuzione spaziale della luce emessa non è uniforme. L'angolo di visione, definito come l'angolo totale a metà dell'intensità radiante massima (2θ_1/2), è:

• Posizione X:95 gradi (Tipico)
• Posizione Y:45 gradi (Tipico)

Ciò indica un diagramma di radiazione asimmetrico, un fattore critico nella progettazione di sistemi ottici per l'allineamento dell'emettitore con un ricevitore.

5. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche essenziali per un lavoro di progettazione dettagliato.

5.1 Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente

Questa curva mostra la riduzione della corrente diretta massima ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente. Per prevenire il surriscaldamento e garantire l'affidabilità, la corrente diretta deve essere ridotta quando si opera al di sopra di 25°C.

5.2 Distribuzione Spettrale

Il grafico traccia l'intensità radiante relativa in funzione della lunghezza d'onda, centrata attorno al picco di 940nm. Conferma visivamente la tipica larghezza di banda di 50nm, mostrando che la maggior parte della potenza ottica è concentrata tra circa 915nm e 965nm. Questa banda stretta è vantaggiosa per filtrare il rumore della luce ambientale.

5.3 Intensità Radiante vs. Corrente Diretta

Questa è una relazione cruciale che mostra come l'intensità radiante aumenti con la corrente diretta, ma non necessariamente in modo perfettamente lineare, specialmente a correnti elevate a causa di effetti termici e di efficienza. La curva consente ai progettisti di selezionare una corrente operativa che fornisca la potenza ottica di uscita richiesta.

5.4 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta

Questa curva caratteristica IV è fondamentale per progettare il circuito di pilotaggio. Mostra la relazione esponenziale, aiutando a determinare la tensione di compliance necessaria per un driver a corrente costante o a calcolare i valori della resistenza in serie per un progetto pilotato a tensione.

5.5 Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare

Curve separate per le posizioni X e Y illustrano l'angolo di visione asimmetrico. L'intensità scende alla metà del suo valore massimo a ±47.5 gradi nel piano X e a ±22.5 gradi nel piano Y. Questo pattern deve essere considerato quando si allinea il LED con un sensore per garantire la forza del segnale ottimale.

6. Informazioni Meccaniche e sul Package

6.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package rotondo standard T-1 3/4 (diametro 4mm). Il disegno tecnico fornisce tutte le dimensioni critiche, incluso il diametro del corpo, la forma della lente, il diametro dei terminali e la loro spaziatura. Note chiave specificano che tutte le dimensioni sono in millimetri e le tolleranze standard sono ±0.25mm salvo diversa indicazione. Il disegno meccanico esatto è essenziale per creare footprint PCB accurati e garantire un posizionamento corretto negli assemblaggi.

6.2 Identificazione della Polarità

I LED infrarossi sono componenti polarizzati. Il disegno nella scheda tecnica indica il catodo, tipicamente identificato da un punto piatto sul bordo del package o da un terminale più corto. La polarità corretta deve essere rispettata durante il montaggio per prevenire il guasto del dispositivo.

7. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il valore massimo assoluto per la temperatura di saldatura è 260°C per una durata non superiore a 5 secondi. Questo è tipico per processi di saldatura a onda o a rifusione. È fondamentale rispettare questi limiti per prevenire danni termici al package plastico e al die semiconduttore interno. Se applicabile, devono essere seguite le pratiche standard del settore per la gestione di dispositivi sensibili all'umidità.

8. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

La specifica di imballaggio standard è la seguente: 500 pezzi per busta, 5 buste per scatola e 10 scatole per cartone. L'etichetta sull'imballaggio contiene diversi codici per la tracciabilità e la specifica:

• CPN:Numero di Parte del Cliente
• P/N:Numero di Produzione (il numero di parte del produttore)
• QTY:Quantità contenuta nella confezione
• CAT:Classi o bin di prestazione (es. per intensità radiante)
• HUE:Indica il bin della lunghezza d'onda di picco.
• REF:Codice di riferimento.
• LOT No:Numero di lotto per la tracciabilità produttiva.

9. Suggerimenti Applicativi

9.1 Scenari Applicativi Tipici

• Unità per Telecomandi a Infrarossi:La sua alta intensità radiante lo rende adatto per telecomandi che richiedono una portata maggiore o una penetrazione del segnale più forte.
• Sistemi di Trasmissione in Aria Libera:Utilizzato in collegamenti dati a corto raggio, sensori di prossimità e rilevamento di oggetti dove un fascio infrarosso viene modulato.
• Rivelatori di Fumo:Impiegato in rivelatori di fumo a oscuramento, dove le particelle di fumo interrompono un fascio di luce infrarossa tra un emettitore e un ricevitore.
• Sistemi Infrarossi Generali:Qualsiasi applicazione che richieda una fonte affidabile di luce infrarossa a 940nm.

9.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:Utilizzare sempre una resistenza limitatrice di corrente in serie o un driver a corrente costante per evitare di superare la corrente diretta massima, specialmente data la bassa tensione diretta. La curva IV dovrebbe essere usata per calcolare il valore appropriato della resistenza per una data tensione di alimentazione.
• Gestione Termica:Osservare i limiti di dissipazione di potenza. Se si opera vicino alla corrente massima o ad alte temperature ambiente, considerare la curva di derating e assicurare un'adeguata ventilazione o dissipazione se il LED è montato su una scheda con altri componenti che generano calore.
• Allineamento Ottico:L'angolo di visione asimmetrico (95° x 45°) è critico. Il LED e il corrispondente ricevitore (fototransistor, ecc.) devono essere allineati secondo l'asse di sensibilità previsto per massimizzare il segnale raccolto.
• Protezione dalla Tensione Inversa:La tensione inversa massima è di soli 5V. In circuiti dove è possibile una polarizzazione inversa (es. accoppiamento AC o carichi induttivi), è fortemente raccomandata una protezione esterna come un diodo in parallelo (catodo ad anodo).

10. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED infrarossi standard a bassa potenza, la serie IR3494 offre un'intensità radiante significativamente più alta (3.5 mW/sr tipico vs. spesso meno di 1 mW/sr per dispositivi base). Ciò si traduce direttamente in una portata operativa più lunga o nella capacità di utilizzare correnti di pilotaggio più basse per la stessa portata, migliorando l'efficienza. La lunghezza d'onda di 940nm è ideale in quanto è meno visibile all'occhio umano rispetto ai LED a 850nm (che hanno una debole luminescenza rossa) pur essendo altamente rilevabile da fotodiodi e fototransistor al silicio. Il pattern del fascio asimmetrico può essere un vantaggio in applicazioni che richiedono un fascio focalizzato su un piano e una copertura più ampia su un altro.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?

R: No. La tensione diretta è solo di circa 1.2-1.3V. Collegarlo direttamente a 5V senza una resistenza limitatrice di corrente causerebbe un flusso di corrente molto elevato, distruggendo istantaneamente il LED. Deve essere sempre utilizzata una resistenza in serie.

D: Qual è la differenza tra l'intensità radiante 'Tipica' e 'Massima'?

R: Il valore tipico (3.5 mW/sr) è ciò che la maggior parte dei dispositivi di un lotto di produzione fornirà. Il massimo (5.5 mW/sr) è il limite superiore della specifica; alcuni dispositivi possono performare meglio, ma i progetti dovrebbero basarsi sul minimo (2.5 mW/sr) per garantire la funzionalità del sistema in tutte le condizioni.

D: Perché l'angolo di visione è diverso nelle direzioni X e Y?

R: Ciò è il risultato della struttura interna del chip e della forma della lente plastica. È una caratteristica di design intenzionale che modella il pattern della luce emessa, utile per indirizzare il fascio infrarosso.

D: È necessario un dissipatore di calore?

R: Per un funzionamento continuo alla corrente massima nominale di 100mA, la dissipazione di potenza è di circa 130mW (1.3V * 0.1A), che è al di sotto del limite di 180mW a 25°C. Tuttavia, se la temperatura ambiente è alta o il LED è in un contenitore sigillato, deve essere applicato il derating termico secondo le curve di prestazione, e potrebbe essere necessario un dissipatore di calore o una riduzione della corrente operativa.

12. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Trasmettitore per Telecomando IR a Lunga Distanza

Obiettivo: Ottenere una portata affidabile di 15 metri in un tipico ambiente salotto.

Passaggi di Progettazione:

1. Selezione della Corrente di Pilotaggio:Consultare la curva 'Intensità Radiante vs. Corrente Diretta'. Per massimizzare la portata, operare vicino al limite superiore. Selezionando I_F= 80mA si ottiene un'intensità radiante di circa 15 mW/sr (dalla curva), un aumento significativo rispetto al valore a 20mA.

2. Progettazione del Circuito:Per un'alimentazione a 3.3V, calcolare la resistenza in serie. Usando la V_Ftipica a 80mA (stimata dalla curva IV come ~1.28V): R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F= (3.3V - 1.28V) / 0.08A = 25.25Ω. Usare una resistenza standard da 24Ω o 27Ω. Verificare la potenza sulla resistenza: P = I²R = (0.08)²*27 = 0.173W, quindi una resistenza da 1/4W è sufficiente.

3. Controllo Termico:Dissipazione di potenza del LED: P_d= V_F* I_F= 1.28V * 0.08A = 102mW. Questo è ben all'interno del limite di 180mW a 25°C.

4. Allineamento Ottico:Montare il LED sul bordo del PCB del telecomando. Orientare il LED in modo che il suo piano più ampio di 95 gradi (X) sia allineato orizzontalmente per coprire un'area ampia, mentre il piano più stretto di 45 gradi (Y) sia verticale per concentrare l'energia in avanti. Ciò ottimizza la possibilità di colpire il ricevitore anche se il telecomando è leggermente fuori asse orizzontalmente.

13. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, elettroni dalla regione n e lacune dalla regione p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva del materiale semiconduttore (tipicamente basato su arseniuro di gallio, GaAs), l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni. La composizione specifica degli strati semiconduttori determina la lunghezza d'onda della luce emessa. Per questo dispositivo, il materiale è progettato per produrre fotoni principalmente a una lunghezza d'onda di 940 nanometri, che si trova nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma facilmente rilevabile da fotodiodi e fototransistor al silicio.

14. Tendenze Tecnologiche

Lo sviluppo dei LED infrarossi continua a concentrarsi su diverse aree chiave: aumentare l'efficienza wall-plug (potenza ottica in uscita / potenza elettrica in ingresso) per consentire un consumo energetico inferiore o un'uscita maggiore da dispositivi alimentati a batteria; migliorare la velocità di modulazione per applicazioni di comunicazione dati ad alta velocità come IrDA; e sviluppare dispositivi con larghezze di banda spettrali ancora più strette per applicazioni che richiedono un'accoppiamento preciso della lunghezza d'onda, come il rilevamento di gas. C'è anche una tendenza verso package a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato, sebbene i package through-hole come il T-1 3/4 rimangano popolari per la loro robustezza e facilità di saldatura manuale nella prototipazione e in alcune applicazioni ad alta affidabilità. La lunghezza d'onda di 940nm rimane uno standard del settore grazie al suo equilibrio ottimale tra sensibilità del rivelatore al silicio e bassa visibilità.

Note Importanti:Le specifiche fornite in questo documento sono soggette a modifiche senza preavviso. Quando si utilizza questo prodotto, devono essere rigorosamente osservati i valori massimi assoluti e le condizioni operative qui delineate. Il produttore non si assume alcuna responsabilità per danni derivanti dall'uso al di fuori di queste condizioni specificate. Le informazioni contenute in questa scheda tecnica sono protette da copyright e non devono essere riprodotte senza autorizzazione.