Scheda Tecnica LED Infrarosso IR204C-A - Package T-1 da 3mm - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Corrente Diretta 100mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'IR204C-A è un diodo emettitore infrarosso ad alta intensità, alloggiato in un package plastico standard trasparente da 3mm (T-1). La sua funzione principale è emettere luce infrarossa con una lunghezza d'onda di picco di 940nm, risultando così spettralmente compatibile con i comuni fototransistor al silicio, fotodiodi e moduli ricevitori IR. Questo dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono una trasmissione infrarossa affidabile ed efficiente.

1.1 Vantaggi Principali

• Alta Intensità Radiante:Fornisce un'elevata potenza ottica in uscita, adatto per applicazioni a medio-lungo raggio.
• Alta Affidabilità:Progettato per prestazioni stabili e di lunga durata.
• Bassa Tensione Diretta:Tipicamente 1,5V a 20mA, contribuendo a un funzionamento energeticamente efficiente.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è privo di piombo, conforme al regolamento UE REACH e rispetta gli standard alogen-free (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Package Standard:Il familiare fattore di forma T-1 (3mm) con passo terminali di 2,54mm garantisce una facile integrazione nei progetti esistenti e nelle basette sperimentali.

1.2 Applicazioni Target

• Unità per telecomando infrarosso con elevati requisiti di potenza.
• Sistemi di trasmissione dati ottici in aria libera.
• Sensori per rilevamento fumo.
• Sistemi generali di sensing a infrarossi e barriere.
• Automazione industriale e rilevamento oggetti.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica. Comprendere questi limiti e valori tipici è cruciale per una progettazione circuitale robusta.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi sono i limiti di stress che non devono essere superati in nessuna condizione, nemmeno momentaneamente. Un funzionamento oltre questi valori può causare danni permanenti.

• Corrente Diretta Continua (I_F):100 mA. Il LED può essere operato in modo continuo a questo livello di corrente, purché si rispettino i limiti di dissipazione di potenza e temperatura.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):1,0 A. Questa elevata corrente è ammessa solo in condizioni pulsate (larghezza impulso ≤ 100μs, duty cycle ≤ 1%). Ciò è utile per ottenere un'uscita radiante istantanea molto elevata in applicazioni a burst-mode come i telecomandi a lungo raggio.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Il LED ha una tolleranza limitata alla tensione inversa. In fase di progettazione del circuito si deve prestare attenzione a prevenire una polarizzazione inversa oltre questo limite, che potrebbe essere causata da carichi induttivi o da una sequenza di alimentazione errata.
• Dissipazione di Potenza (P_d):150 mW a una temperatura dell'aria libera pari o inferiore a 25°C. Questo valore diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. La corrente operativa effettiva deve essere deratata in base alla temperatura di giunzione per rimanere entro limiti sicuri.
• Temperatura di Saldatura (T_sol):260°C per un massimo di 5 secondi. Questo definisce i vincoli del profilo di rifusione per saldatura.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali (Ta=25°C).

• Intensità Radiante (I_e):Questa è la misura primaria della potenza ottica in uscita per angolo solido (mW/sr).
  • A I_F= 20mA (DC): Il valore tipico è 7,8 mW/sr, con un minimo di 4,0 mW/sr.
  • A I_F= 100mA (Pulsata): L'intensità radiante tipica aumenta significativamente.
  • A I_F= 1A (Pulsata): Può fornire un'uscita tipica di 390 mW/sr, dimostrando la sua capacità per operazioni pulsate ad alta potenza.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):940 nm (tipico). Questa lunghezza d'onda è ideale poiché si allinea bene con la sensibilità di picco dei fotodetettori al silicio, è largamente invisibile all'occhio umano e ha una buona trasmissione atmosferica.
• Larghezza di Banda Spettrale (Δλ):Circa 45 nm (tipico). Questo definisce la larghezza spettrale della luce emessa a metà della sua intensità massima (FWHM).
• Tensione Diretta (V_F):
  • A 20mA: 1,5V tipico, 1,2V min, cruciale per calcolare i valori della resistenza in serie.
  • A 100mA (pulsata): 1,4V tipico, 1,8V max. La V_Faumenta con la corrente a causa della resistenza del diodo.
  • A 1A (pulsata): 2,6V tipico, 4,0V max, mostrando un aumento significativo in condizioni di impulso ad alta corrente.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):40 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del valore sull'asse. Un angolo di 40° fornisce un buon equilibrio tra concentrazione del fascio e copertura.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica include una tabella di binning per l'intensità radiante, una pratica comune per classificare i LED in base alle prestazioni misurate.

3.1 Binning dell'Intensità Radiante

Nella condizione I_F= 20mA, i LED vengono suddivisi in bin (K, L, M, N) in base alla loro intensità radiante misurata.

• Bin K:4,0 - 6,4 mW/sr
• Bin L:5,6 - 8,9 mW/sr
• Bin M:7,8 - 12,5 mW/sr
• Bin N:11,0 - 17,6 mW/sr

Implicazioni di Progettazione:Per applicazioni che richiedono una forza del segnale ottico consistente (es. telecomandi con una portata definita), specificare un bin più stretto (come un singolo bin) o un bin minimo più alto garantisce prestazioni più uniformi tra le unità di produzione. Il codice bin è tipicamente indicato nelle informazioni d'ordine o sull'etichetta del prodotto.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Le curve caratteristiche tipiche forniscono preziose informazioni sul comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Fig.4)

Questa curva IV mostra la relazione esponenziale. La curva si sposterà con la temperatura; la tensione diretta tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione per una data corrente.

4.2 Intensità Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.7)

Questo grafico è fondamentale per la gestione termica. L'uscita radiante di un LED diminuisce all'aumentare della sua temperatura di giunzione. La curva quantifica questa derating, informando i progettisti che temperature ambiente più elevate o un dissipatore termico inadeguato si tradurranno in una minore potenza ottica in uscita. Questo deve essere considerato nei sistemi progettati per operare nell'intero intervallo da -40°C a +85°C.

4.3 Distribuzione Spettrale & Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura (Fig.2 & Fig.3)

La Fig.2 mostra lo spettro di emissione tipico centrato a 940nm. La Fig.3 illustra come la lunghezza d'onda di picco si sposti con la temperatura. I LED infrarossi tipicamente mostrano un coefficiente di temperatura positivo per la lunghezza d'onda (cioè, λ_paumenta con la temperatura). Questo spostamento è importante nelle applicazioni in cui il rivelatore ha una risposta spettrale stretta.

4.4 Diagramma di Radiazione Angolare (Fig.6)

Questo grafico polare raffigura l'intensità radiante relativa in funzione dello spostamento angolare dall'asse centrale. Qui viene confermato l'angolo di visione di 40°. Il pattern è generalmente Lambertiano o quasi-Lambertiano per questo tipo di package, il che significa che l'intensità è approssimativamente proporzionale al coseno dell'angolo di visione.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package rotondo standard T-1 (diametro 3mm). Note dimensionali chiave dalla scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (mm).
• Le tolleranze standard sono ±0,25mm salvo diversa specifica.
• Il passo dei terminali è di 2,54mm (0,1 pollici), compatibile con le basette forate standard e molti zoccoli.

Un disegno dimensionato dettagliato è tipicamente incluso, mostrando il diametro del corpo, la forma della lente, la lunghezza e il diametro dei terminali e il piano di appoggio.

5.2 Identificazione della Polarità

Per un LED T-1 standard, il catodo è tipicamente identificato da un punto piatto sul bordo della lente plastica e/o dal terminale più corto. La scheda tecnica dovrebbe essere consultata per la marcatura specifica di questo componente.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

• Saldatura a Rifusione:La temperatura massima di saldatura è 260°C, e il tempo a o sopra questa temperatura non deve superare i 5 secondi. È applicabile un profilo di rifusione standard senza piombo.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a temperatura controllata, e il tempo di saldatura per terminale dovrebbe essere minimizzato (tipicamente < 3 secondi a 350°C) per prevenire danni termici al package plastico e al die del semiconduttore.
• Condizioni di Stoccaggio:L'intervallo di temperatura di stoccaggio è -40°C a +85°C. I componenti dovrebbero essere conservati nelle loro buste barriera all'umidità originali fino all'uso per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare \"popcorning\" durante la rifusione.

7. Informazioni su Imballaggio e Ordini

7.1 Specifiche di Imballaggio

• Imballaggio standard: da 200 a 1000 pezzi per busta.
• 5 buste sono imballate in 1 scatola.
• 10 scatole sono imballate in 1 cartone.

7.2 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta del prodotto contiene dati chiave di tracciabilità e specifica:

• CPN (Numero di Parte del Cliente)
• P/N (Numero di Parte del Produttore: IR204C-A)
• QTY (Quantità di Imballaggio)
• Ranks/Codici Bin (es. per Intensità Radiante)
• HUE (Informazioni sulla Lunghezza d'Onda di Picco)
• LOT No. (Numero di lotto tracciabile)

8. Raccomandazioni per la Progettazione Applicativa

8.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

Il LED deve essere pilotato con un elemento limitatore di corrente, tipicamente una resistenza in serie con una sorgente di tensione. Il valore della resistenza (R_s) si calcola come: R_s= (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare la V_Fmassima dalla scheda tecnica per la corrente operativa scelta per garantire che la corrente non superi il valore desiderato. Ad esempio, per un'alimentazione di 5V e un I_Ftarget di 20mA utilizzando la V_Fmax di 1,5V: R_s= (5 - 1,5) / 0,02 = 175 Ω. Una resistenza standard da 180 Ω sarebbe adatta. Per operazioni pulsate ad alte correnti, è necessario un interruttore a transistor (BJT o MOSFET).

8.2 Considerazioni Termiche

Sebbene il package T-1 abbia una capacità di dissipazione termica limitata, a correnti continue fino a 100mA, è importante garantire un adeguato flusso d'aria o considerare la dissipazione di potenza (P_d= V_F* I_F). Se operato in modo continuo vicino alla corrente massima in un ambiente ad alta temperatura, la temperatura di giunzione potrebbe aumentare, riducendo l'uscita e potenzialmente influenzando la longevità.

8.3 Progettazione Ottica

La lente trasparente è adatta all'uso con lenti o riflettori esterni per collimare o modellare il fascio per applicazioni specifiche come la trasmissione a lungo raggio. La lunghezza d'onda di 940nm è ben trasmessa da molte plastiche comuni utilizzate in lenti e finestre.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

L'IR204C-A si posiziona con i seguenti fattori chiave di differenziazione:

• Capacità di Potenza Pulsata Elevata:La corrente di picco di 1A consente un'uscita ottica istantanea molto elevata, un vantaggio rispetto ai LED valutati solo per correnti pulsate inferiori.
• Package Standardizzato con Prestazioni:Offre un'intensità radiante più elevata nel comune e facile da usare package T-1 rispetto a molti LED infrarossi di base.
• Conformità Ambientale:La piena conformità alle moderne normative ambientali (RoHS, REACH, Halogen-Free) è un vantaggio significativo per i prodotti destinati ai mercati globali.
• Matching Spettrale:L'esplicita menzione di essere spettralmente compatibile con i comuni rivelatori semplifica il processo di selezione per i progettisti che costruiscono sistemi ottici completi.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

1. D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3,3V?
   R: No. Un pin di microcontrollore non può erogare in sicurezza 20mA in modo continuo e manca di limitazione di corrente. È necessario utilizzare una resistenza in serie e un interruttore a transistor. La V_Fdel LED (1,5V) è inferiore a 3,3V, quindi è compatibile in termini di tensione, ma la corrente deve essere controllata esternamente.
2. D: Qual è la differenza tra Intensità Radiante (mW/sr) e Potenza Radiante (mW)?
   R: L'Intensità Radiante è la densità angolare - potenza per unità di angolo solido. La Potenza Radiante (o Flusso) è la potenza totale emessa in tutte le direzioni. Per trovare la potenza totale, si dovrebbe integrare l'intensità sull'intero pattern di emissione. La scheda tecnica fornisce l'intensità, che è più utile per calcolare l'irradianza a una distanza in una data direzione.
3. D: Perché la lunghezza d'onda di picco di 940nm è preferita rispetto a 850nm?
   R: La luce a 940nm è meno visibile all'occhio umano (bagliore rosso più scuro) rispetto a 850nm, rendendola meno fastidiosa nei dispositivi consumer. Entrambe sono ben rilevate dal silicio, ma la luce a 940nm può avere un'interferenza leggermente inferiore dalla luce ambientale di alcune sorgenti come la luce solare e le lampadine a incandescenza, che hanno forti emissioni nella regione degli 850nm.
4. D: Come seleziono il bin corretto?
   R: Se la tua applicazione richiede una forza del segnale minima al ricevitore, utilizza il valore minimo di un bin per garantire che tutti i componenti la soddisfino. Ad esempio, se hai bisogno di almeno 6 mW/sr, specifica il Bin L o superiore. Per applicazioni sensibili al costo in cui una certa variazione è accettabile, un bin più ampio o l'offerta predefinita può essere sufficiente.

11. Esempi Pratici di Progettazione e Utilizzo

11.1 Telecomando Infrarosso a Lungo Raggio

Scenario:Progettare un telecomando che deve funzionare in modo affidabile a una distanza di 15 metri in un soggiorno moderatamente illuminato.
Implementazione:Utilizzare il LED in modalità pulsata. Pilotarlo con impulsi brevi (es. 50μs) e ad alta corrente (es. 500mA) utilizzando un interruttore MOSFET controllato da un IC codificatore. Ciò fornisce un'alta intensità radiante di picco (fare riferimento ai dati pulsati a 1A) per la trasmissione a lungo raggio mantenendo bassa la potenza media. Una semplice lente plastica può essere aggiunta per collimare ulteriormente il fascio. La lunghezza d'onda di 940nm minimizza il bagliore visibile.

11.2 Sensore di Prossimità o Rilevamento Oggetti

Scenario:Creare un sistema di rilevamento oggetti senza contatto con una portata di 10-50 cm.
Implementazione:Accoppiare l'IR204C-A con un fototransistor compatibile. Pilotare il LED con una corrente continua moderata (es. 50mA) utilizzando una sorgente di corrente costante per un'uscita luminosa stabile. Modulare la corrente del LED a una frequenza specifica (es. 38kHz) e utilizzare un ricevitore sintonizzato sul lato del fototransistor. Questa tecnica di modulazione rende il sistema altamente immune alle fluttuazioni della luce ambientale (come quella solare o delle luci della stanza), migliorando notevolmente il rapporto segnale-rumore e l'affidabilità.

12. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce Infrarossa (IR LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando polarizzato direttamente, gli elettroni dalla regione n si ricombinano con le lacune dalla regione p nella regione attiva. Per un LED infrarosso come l'IR204C-A, il bandgap del materiale semiconduttore (tipicamente Arseniuro di Gallio Alluminio - GaAlAs come indicato) è tale che l'energia rilasciata durante questo processo di ricombinazione corrisponde a un fotone nello spettro infrarosso (intorno alla lunghezza d'onda di 940nm). Il package epossidico trasparente funge da lente, modellando la luce emessa nell'angolo di visione caratteristico. L'intensità della luce emessa è direttamente proporzionale alla corrente diretta che scorre attraverso il diodo, fino ai limiti fisici del dispositivo.

13. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia dei LED infrarossi continua a evolversi insieme alla tecnologia dei LED visibili. Le tendenze chiave che influenzano dispositivi come l'IR204C-A includono:

• 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) dei LED IR, consentendo un'uscita più elevata a correnti di pilotaggio inferiori o una ridotta generazione di calore.
• Maggiore Densità di Potenza:Lo sviluppo di package a livello di chip e materiali migliorati per la gestione termica consente ai LED IR di gestire correnti continue e pulsate più elevate in fattori di forma più piccoli.
• Integrazione:C'è una tendenza verso l'integrazione dell'emettitore IR con un IC driver, un fotodetettore o addirittura un microcontrollore in moduli singoli per applicazioni specifiche (es. sensori di prossimità, riconoscimento gestuale).
• Precisione e Stabilità della Lunghezza d'Onda:I progressi nelle tecniche di crescita epitassiale consentono un controllo più stretto della lunghezza d'onda di picco e della larghezza spettrale, fondamentale per applicazioni come il sensing di gas o le comunicazioni ottiche che utilizzano il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda.
• Espansione dello Spazio Applicativo:La crescita di settori come il LiDAR per automotive/robotica, il riconoscimento facciale e il monitoraggio della salute (es. pulsossimetria) alimenta la domanda di emettitori IR ad alte prestazioni e affidabili su varie lunghezze d'onda e livelli di potenza.

L'IR204C-A, con le sue specifiche bilanciate e il package standard, rappresenta una soluzione matura e affidabile all'interno di questo panorama tecnologico in evoluzione.