Scheda Tecnica LED Infrarosso LTL-E7939Q2K - Montaggio Through-Hole - Lunghezza d'Onda 850nm - Intensità Radiante 20mW/sr - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento fornisce le specifiche tecniche complete per un diodo emettitore di luce (LED) infrarosso (IR) ad alte prestazioni, per montaggio through-hole. Il dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono una sorgente affidabile e potente di luce infrarossa a una lunghezza d'onda tipica di 850 nanometri. Presenta una lente trasparente ed è realizzato con tecnologia a semiconduttore AlGaAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio), particolarmente adatta per un'emissione infrarossa efficiente. Il prodotto è conforme alle direttive RoHS, indicando l'assenza di sostanze pericolose come il piombo (Pb). I suoi vantaggi principali includono un'operazione ad alta velocità, un'elevata potenza radiante in uscita e la compatibilità con circuiti integrati standard grazie ai suoi bassi requisiti di corrente. È destinato al montaggio versatile su circuiti stampati (PCB) o pannelli in vari settori di apparecchiature elettroniche.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I limiti operativi del dispositivo sono definiti a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Superare questi valori può causare danni permanenti.

• Dissipazione di Potenza:Massimo 120 mW.
• Corrente Diretta di Picco:Massimo 1 A in condizioni pulsate (300 impulsi al secondo, larghezza impulso 10 μs).
• Corrente Diretta Continua (DC):Massimo 60 mA per funzionamento continuo.
• Tensione Inversa:Massimo 5 V. Applicare una tensione inversa superiore può danneggiare la giunzione del LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento:Da -30°C a +85°C.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:Da -40°C a +100°C.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per un massimo di 5 secondi, misurata a 2,0 mm dal corpo del LED.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C e rappresentano le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Radiante (Ie):Minimo 20,0 mW/sr quando pilotato con una corrente diretta (IF) di 20mA. Il valore effettivo deve essere considerato con una tolleranza di ±15%. Il codice di classificazione specifico è indicato sulla busta di imballaggio del prodotto.
• Angolo di Visione (2θ1/2):Tipicamente 25 gradi, con un minimo di 18 gradi. Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore assiale di picco.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λP):Tipicamente 850 nm, collocandolo nello spettro del vicino infrarosso.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Tipicamente 40 nm. Questo definisce la larghezza di banda spettrale della luce emessa.
• Tensione Diretta (VF):Tipicamente 1,3V, con un massimo di 1,65V a IF = 20mA.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 10 μA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5V.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche tipiche che forniscono una visione più approfondita del comportamento del dispositivo in varie condizioni. Queste sono preziose per la progettazione del circuito e la gestione termica.

3.1 Spettro

La curva di distribuzione spettrale mostra l'intensità della luce emessa a diverse lunghezze d'onda, centrata attorno al picco di 850nm. La larghezza a mezza altezza di 40nm indica l'ampiezza dell'emissione.

3.2 Tensione Diretta vs. Corrente Diretta

Questa curva IV illustra la relazione tra la tensione ai capi del LED e la corrente che lo attraversa. È non lineare, tipica di un diodo. I progettisti la utilizzano per determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente operativa target.

3.3 Potenza Radiante Relativa vs. Corrente Diretta Continua (DC)

Questa curva mostra come la potenza luminosa in uscita aumenti all'aumentare della corrente di pilotaggio DC. Aiuta a selezionare il punto operativo appropriato per ottenere la luminosità desiderata gestendo al contempo la dissipazione di potenza.

3.4 Potenza Radiante Relativa vs. Corrente di Picco

Per il funzionamento in impulsi, questa curva dimostra la relazione tra la corrente di picco in un impulso e la potenza radiante risultante, cruciale per applicazioni come la trasmissione dati a infrarossi.

3.5 Potenza Radiante Relativa vs. Temperatura

Questa è una curva critica delle prestazioni termiche. Mostra come l'uscita luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente (o di giunzione). Comprendere questa derating è essenziale per progettare sistemi che mantengano prestazioni costanti nell'intervallo di temperatura specificato.

3.6 Direttività

La curva di direttività o diagramma di radiazione rappresenta visivamente l'angolo di visione, mostrando come l'intensità è distribuita spazialmente attorno all'asse centrale del LED.

4. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è un package LED through-hole standard. Le note dimensionali chiave includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (i pollici sono forniti tra parentesi).
• Si applica una tolleranza generale di ±0,25mm (±0,010") salvo diversa specifica.
• La sporgenza massima della resina sotto la flangia è di 1,0mm (0,04").
• La distanza tra i terminali è misurata nel punto in cui i terminali emergono dal corpo del package.

Il disegno dimensionale specifico è riportato nella scheda tecnica, dettagliando il diametro del corpo, la lunghezza dei terminali e la loro spaziatura.

4.2 Identificazione della Polarità

Per i LED through-hole, la polarità è tipicamente indicata dalla lunghezza dei terminali (il terminale più lungo è solitamente l'anodo) o da un punto piatto sul bordo della lente del LED. Il disegno meccanico nella scheda tecnica specificherà il metodo esatto di identificazione.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione corretta è cruciale per garantire l'affidabilità e prevenire danni.

5.1 Formatura dei Terminali

• La piegatura deve essere eseguita in un punto ad almeno 3mm dalla base della lente del LED.
• La base del telaio dei terminali non deve essere utilizzata come fulcro durante la piegatura.
• La formatura dei terminali deve essere eseguita a temperatura ambiente normale eprimadel processo di saldatura.
• Durante l'inserimento nel PCB, utilizzare la forza di serraggio minima necessaria per evitare di imporre stress meccanici eccessivi sul corpo del LED.

5.2 Processo di Saldatura

• Mantenere una distanza minima di 2mm dalla base della lente al punto di saldatura.
• Evitare di immergere la lente nella lega di saldatura.
• Non applicare stress esterni ai terminali mentre il LED è ad alta temperatura a causa della saldatura.

Condizioni di Saldatura Consigliate:

• Saldatore a Stagno:Temperatura massima 350°C, per un tempo massimo di 3 secondi (saldatura una tantum).
• Saldatura a Onda:
  • Preriscaldamento: Massimo 100°C per un massimo di 60 secondi.
  • Onda di Saldatura: Massimo 260°C per un massimo di 5 secondi.

Nota Importante:Una temperatura o un tempo di saldatura eccessivi possono deformare la lente o causare un guasto catastrofico del LED. La saldatura a rifusione a infrarossi (IR) ènonadatta per questo tipo di LED through-hole.

5.3 Pulizia

Se necessaria la pulizia, utilizzare solventi a base alcolica come l'alcol isopropilico.

5.4 Conservazione

Per una durata di conservazione ottimale:

• L'ambiente di conservazione non deve superare i 30°C e il 70% di umidità relativa.
• I LED rimossi dalla loro confezione protettiva originale dovrebbero essere utilizzati entro tre mesi.
• Per una conservazione prolungata al di fuori della confezione originale, conservare in un contenitore sigillato con essiccante o in un essiccatore purgato con azoto.

6. Metodo di Pilotaggio e Progettazione del Circuito

I LED sono dispositivi pilotati a corrente. Per garantire un'uscita luminosa costante, specialmente quando si pilotano più LED, una corretta regolazione della corrente è essenziale.

• Circuito Consigliato (Circuito A):Incorpora una resistenza limitatrice di corrente in serie conciascunLED. Questo è il metodo preferito in quanto compensa le lievi variazioni nella caratteristica della tensione diretta (Vf) tra i singoli LED, garantendo una luminosità uniforme in tutti i dispositivi di un array.
• Circuito Non Consigliato (Circuito B):Sconsigliato collegare più LED direttamente in parallelo con una singola resistenza limitatrice di corrente condivisa. A causa delle variazioni naturali nella curva I-V di ciascun LED, la corrente (e quindi la luminosità) non sarà distribuita uniformemente, portando alcuni LED ad essere più luminosi di altri.

7. Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD)

Questo componente è sensibile alle scariche elettrostatiche. L'ESD può causare danni immediati o latenti, manifestandosi come elevata corrente di dispersione inversa, tensione diretta anormalmente bassa o mancata accensione a basse correnti.

Misure di Prevenzione:

• Il personale dovrebbe indossare braccialetti conduttivi o guanti antistatici quando maneggia i LED.
• Tutte le apparecchiature, postazioni di lavoro e macchinari devono essere correttamente messi a terra.
• Utilizzare ionizzatori per neutralizzare la carica statica che può accumularsi sulla superficie della lente in plastica a causa dell'attrito durante la manipolazione.

Verifica dei Danni da ESD:Controllare i LED sospetti testandone l'accensione e misurando la tensione diretta (Vf) a una bassa corrente di prova.

8. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

8.1 Specifica di Imballaggio

Il prodotto è fornito in un sistema di imballaggio multilivello:

• Unità Base:1.000 pezzi per busta antistatica.
• Cartone Interno:Contiene 6 buste, per un totale di 6.000 pezzi.
• Cartone Esterno:Contiene 8 cartoni interni, per un totale di 48.000 pezzi.

8.2 Struttura del Numero di Parte

Il numero di parte LTL-E7939Q2K codifica attributi chiave:

• LTL:Identificatore della famiglia di prodotto.
• E7939:Modello/serie specifica del dispositivo.
• Q2K:Probabilmente denota un binning specifico per l'intensità radiante e/o l'angolo di visione secondo il codice di classificazione indicato sulla busta (es. intensità nell'intervallo minimo 18-21,5 mW/sr, angolo di visione tipico 20-29 gradi).

9. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

9.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo LED IR ad alta potenza da 850nm è adatto per un'ampia gamma di applicazioni, tra cui, ma non limitate a:

• Illuminazione Infrarossa:Per telecamere di sicurezza, sistemi di visione notturna e visione artificiale in condizioni di scarsa illuminazione.
• Sensori Ottici:Sensori di prossimità, rilevamento oggetti e robot inseguitori di linea.
• Trasmissione Dati:Collegamenti dati a infrarossi (IrDA), telecomandi (dove l'alta potenza estende la portata) e encoder ottici.
• Automazione Industriale:Sensori di posizione, conteggio e interruzione di fascio.

9.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione del Calore:Sebbene il dispositivo possa gestire 120mW, operare alla corrente continua massima (60mA) o vicino ad essa genererà calore. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o un dissipatore se utilizzato in ambienti ad alta temperatura per prevenire il degrado delle prestazioni e prolungare la durata.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione tipico di 25 gradi fornisce un fascio relativamente focalizzato. Per una copertura più ampia, potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (diffusori). Per una portata maggiore, è possibile utilizzare una lente per collimare il fascio.
• Circuito di Pilotaggio:Utilizzare sempre un driver a corrente costante o una resistenza in serie. Calcolare il valore della resistenza in base alla tensione di alimentazione (Vs), alla tensione diretta tipica del LED (Vf) e alla corrente operativa desiderata (If): R = (Vs - Vf) / If. Considerare la tolleranza di Vf e le variazioni della tensione di alimentazione.
• Protezione ESD nel Circuito:In ambienti soggetti a ESD, considerare l'aggiunta di diodi di soppressione di tensione transitoria (TVS) o altri componenti di protezione sulle linee collegate al LED.

10. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED visibili standard o ai LED IR a bassa potenza, questo dispositivo offre vantaggi distinti:

• Alta Intensità Radiante:Un minimo di 20 mW/sr fornisce un forte segnale per il rilevamento e l'illuminazione, consentendo distanze operative maggiori o requisiti di sensibilità del ricevitore inferiori.
• Capacità ad Alta Velocità:La capacità di gestire una corrente di picco di 1A in impulsi brevi (10μs) lo rende adatto per applicazioni di trasmissione dati modulata.
• Conformità RoHS:Soddisfa le moderne normative ambientali per la produzione senza piombo.
• Affidabilità del Through-Hole:Il package through-hole offre un attacco meccanico robusto e un'ottima conduzione termica verso il PCB rispetto ad alcune alternative surface-mount, il che è vantaggioso per il funzionamento ad alta potenza.

11. Domande Frequenti (FAQ)

11.1 Qual è la differenza tra intensità radiante (mW/sr) e intensità luminosa (mcd)?

L'intensità radiante misura la potenza ottica effettiva emessa per angolo solido (steradiante), indipendentemente dalla sensibilità dell'occhio umano. Viene utilizzata per dispositivi infrarossi e ultravioletti. L'intensità luminosa è ponderata dalla risposta fotopica (adattata alla luce diurna) dell'occhio umano ed è misurata in candele (cd) o millicandele (mcd). Ha significato solo per la luce visibile. Questo LED IR è correttamente specificato in mW/sr.

11.2 Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 3,3V o 5V?

No.I pin dei microcontrollori hanno una capacità limitata di erogazione/assorbimento di corrente (tipicamente 20-50mA max) e non sono progettati per il pilotaggio a corrente costante. Collegare il LED direttamente probabilmente sovraccaricherebbe il pin, danneggerebbe il microcontrollore e fornirebbe una corrente non controllata al LED. Utilizzare sempre un circuito di pilotaggio con una resistenza in serie o un IC driver LED dedicato.

11.3 Perché c'è una tolleranza di ±15% sull'intensità radiante?

Questa è una variazione normale intrinseca nei processi di produzione dei semiconduttori. I LED vengono binnati (ordinati) in base all'intensità misurata. Il "codice di classificazione" specifico sulla busta di imballaggio indica a quale bin di intensità appartengono i LED, consentendo ai progettisti di selezionare componenti con prestazioni coerenti per la loro applicazione.

11.4 È necessario un filtro IR per il ricevitore?

In molte applicazioni, sì. Utilizzare un filtro passa-banda da 850nm sul ricevitore (fotodiodo o sensore) può migliorare drasticamente il rapporto segnale-rumore bloccando la luce visibile ambientale e altre sorgenti IR indesiderate (come la luce solare o le lampadine a incandescenza), rendendo il sistema più affidabile, specialmente in condizioni di luce diurna.

12. Esempio di Applicazione Pratica

Caso di Progettazione: Sensore di Prossimità IR Semplice

Obiettivo:Rilevare un oggetto entro 10cm.

Progettazione: 1. Circuito Emettitore:Pilotare il LED LTL-E7939Q2K con una corrente costante di 20mA. Utilizzando un'alimentazione di 5V e una Vf tipica di 1,3V, calcolare la resistenza in serie: R = (5V - 1,3V) / 0,020A = 185 Ohm. Utilizzare una resistenza standard da 180 o 200 Ohm. 2.Circuito Ricevitore:Posizionare un fototransistor al silicio o un fotodiodo sensibile alla luce a 850nm a pochi centimetri dal LED, allineati sullo stesso asse. Utilizzare un fotodiodo polarizzato inversamente con un amplificatore transimpedenza o un fototransistor in una configurazione di interruttore semplice. 3.Funzionamento:Il LED emette continuamente luce IR. Quando un oggetto entra nella zona di rilevamento, riflette parte di questa luce verso il ricevitore. Il segnale di uscita del ricevitore aumenta, che può essere letto da un comparatore o dall'ADC di un microcontrollore per attivare un'azione. 4.Considerazioni:Schermare il ricevitore dall'esposizione diretta all'emettitore per prevenire la saturazione. Utilizzare luce modulata (impulsi del LED) e un circuito di rilevamento sincrono nel ricevitore per rendere il sistema immune alle fluttuazioni della luce ambientale.

13. Principio di Funzionamento

Questo dispositivo è un diodo emettitore di luce basato su una giunzione semiconduttrice AlGaAs. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia della giunzione (circa 1,3V), elettroni e lacune vengono iniettati attraverso la giunzione. La loro ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica del materiale semiconduttore Arseniuro di Gallio e Alluminio (AlGaAs) determina l'energia del bandgap, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda dei fotoni emessi - in questo caso, circa 850nm, che si trova nella regione del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico, invisibile all'occhio umano.

14. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia dei LED infrarossi continua a evolversi. Le tendenze generali del settore includono:

• Efficienza Aumentata:Sviluppo di nuovi materiali semiconduttori e strutture epitassiali (come pozzi quantici multipli) per ottenere una maggiore efficienza wall-plug (più luce in uscita per watt elettrico in ingresso), riducendo la generazione di calore e il consumo energetico.
• Maggiore Densità di Potenza:Progressi nell'incapsulamento e nella gestione termica consentono a dispositivi più piccoli di gestire correnti di pilotaggio più elevate, abilitando sistemi di illuminazione IR più compatti e potenti.
• Diversificazione della Lunghezza d'Onda:Sebbene 850nm e 940nm siano comuni, c'è sviluppo per applicazioni specifiche, come 810nm per la terapia medica o lunghezze d'onda specifiche ottimizzate per particolari sensibilità dei sensori.
• Integrazione:Tendenze verso l'integrazione del circuito di pilotaggio del LED, dei componenti di protezione e talvolta anche del sensore in moduli più compatti o soluzioni system-in-package (SiP) per semplificare la progettazione dell'utente finale.

Queste tendenze mirano a fornire soluzioni più affidabili, efficienti e specifiche per l'applicazione per i mercati in crescita della visione artificiale, del sensing biometrico, del LiDAR e della comunicazione ottica.