Ficha Técnica do LED Infravermelho 3mm 850nm HIR204C - Pacote T-1 - Tensão Direta 1.45V - Potência 150mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um diodo emissor de luz (LED) infravermelho de alta intensidade de 3mm (T-1). O dispositivo foi projetado para emitir luz com um comprimento de onda de pico de 850 nanómetros (nm), tornando-o adequado para uma variedade de aplicações de sensoriamento e transmissão infravermelha. As suas principais vantagens incluem alta confiabilidade, saída radiante significativa e um requisito de tensão direta baixa.

O LED é construído com material de chip de Arseneto de Gálio e Alumínio (GaAlAs) e é encapsulado em um pacote plástico transparente. Esta saída espectral é intencionalmente compatível com receptores infravermelhos comuns, como fototransistores, fotodiodos e módulos receptores integrados. O produto está em conformidade com as diretivas RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas).

1.1 Aplicações Alvo

O dispositivo é projetado para sistemas que requerem sinalização infravermelha robusta. As principais áreas de aplicação incluem:

• Sistemas de transmissão de dados ópticos em ar livre.
• Unidades de controle remoto infravermelho, particularmente aquelas que exigem maior potência de saída.
• Sistemas de detecção de fumaça e alarme de incêndio que utilizam princípios de sensoriamento óptico.
• Sistemas de aplicação de propósito geral baseados em infravermelho para uso industrial ou de consumo.

2. Análise de Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob estas condições não é garantida.

• Corrente Direta Contínua (I_F): 100 mA
• Corrente Direta de Pico (I_FP): 1,0 A (Largura de Pulso ≤ 100μs, Ciclo de Trabalho ≤ 1%)
• Tensão Reversa (V_R): 5 V
• Temperatura de Operação (T_opr): -40°C a +85°C
• Temperatura de Armazenamento (T_stg): -40°C a +100°C
• Temperatura de Soldagem (T_sol): 260°C (por ≤ 5 segundos)
• Dissipação de Potência (P_d): 150 mW (a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente)

2.2 Características Eletro-Ópticas (T_a= 25°C)

Estes parâmetros definem o desempenho típico do dispositivo sob condições de teste especificadas.

• Intensidade Radiante (I_e):
  • Típico: 17,6 mW/sr a I_F= 20 mA.
  • Típico: 90 mW/sr a I_F= 100 mA (pulsado).
  • Típico: 900 mW/sr a I_F= 1 A (pulsado).
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p): Típico 850 nm a I_F= 20 mA.
• Largura de Banda Espectral (Δλ): Típico 45 nm a I_F= 20 mA.
• Tensão Direta (V_F):
  • Típico: 1,45 V, Máximo: 1,65 V a I_F= 20 mA.
  • Típico: 1,80 V, Máximo: 2,40 V a I_F= 100 mA (pulsado).
  • Típico: 4,10 V, Máximo: 5,25 V a I_F= 1 A (pulsado).
• Corrente Reversa (I_R): Máximo 10 μA a V_R= 5 V.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2): Típico 25 graus a I_F= 20 mA.

Nota: As incertezas de medição são especificadas para tensão direta (±0,1V), intensidade radiante (±10%) e comprimento de onda dominante (±1,0nm).

3. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que ilustram o comportamento do dispositivo sob condições variáveis. Estas são críticas para que os engenheiros de projeto prevejam o desempenho em aplicações do mundo real.

3.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Esta curva mostra a redução da corrente direta máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. A capacidade de dissipação de potência do dispositivo diminui com o aumento da temperatura, o que deve ser considerado no projeto térmico para evitar superaquecimento.

3.2 Distribuição Espectral

O gráfico de saída espectral confirma a emissão de pico em 850nm com uma largura de banda definida. Isto é essencial para garantir a compatibilidade com a sensibilidade espectral do receptor pretendido (por exemplo, um fotodetector de silício, que é mais sensível em torno de 800-900nm).

3.3 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Este gráfico demonstra a relação entre a corrente de acionamento e a saída óptica. Normalmente mostra um aumento sublinear, o que significa que a eficiência pode cair em correntes muito altas. Os projetistas usam isto para selecionar um ponto de operação que equilibre potência de saída com eficiência e longevidade do dispositivo.

3.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar define o padrão de emissão espacial (ângulo de visão). O meio-ângulo típico de 25 graus indica um feixe moderadamente focado, o que é útil para direcionar a energia infravermelha para um alvo ou sensor específico.

3.5 Comprimento de Onda de Emissão de Pico vs. Temperatura Ambiente

LEDs infravermelhos exibem uma mudança no comprimento de onda de pico com a temperatura, tipicamente em torno de 0,2-0,3 nm/°C. Esta curva quantifica essa mudança para o HIR204C, o que é importante para aplicações onde o casamento preciso do comprimento de onda é crítico.

3.6 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

A característica elétrica fundamental de um diodo. Esta curva é usada para determinar a queda de tensão no LED em uma determinada corrente de operação, o que é necessário para projetar o circuito de acionamento (por exemplo, selecionar um resistor limitador de corrente ou projetar um driver de corrente constante).

4. Informações Mecânicas e de Pacote

4.1 Dimensões do Pacote (T-1, 3mm)

O dispositivo está em conformidade com as dimensões padrão do pacote radial com terminais T-1 (3mm). As especificações mecânicas principais incluem:

• O diâmetro total do pacote é de aproximadamente 3,0mm.
• O espaçamento padrão entre terminais (entre centros) é de 2,54mm (0,1 polegadas).
• Um desenho dimensionado detalhado é fornecido na ficha técnica, especificando comprimentos, diâmetros e bitolas dos fios terminais com uma tolerância geral de ±0,25mm, salvo indicação em contrário.

4.2 Identificação de Polaridade

O LED possui um lado plano na lente ou um terminal mais curto para indicar o cátodo (terminal negativo). A polaridade correta deve ser observada durante a montagem do circuito.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseio adequado é crucial para manter a confiabilidade e o desempenho do dispositivo.

5.1 Formação dos Terminais

• A dobra deve ocorrer a pelo menos 3mm da base da lente de epóxi para evitar tensão no chip interno e nas ligações dos fios.
• Forme os terminais antes de soldar.
• Evite aplicar tensão no pacote. Os furos da PCB devem estar perfeitamente alinhados com os terminais do LED para evitar tensão de montagem.
• Corte os terminais à temperatura ambiente.

5.2 Condições de Armazenamento

• Armazenamento recomendado: ≤ 30°C e ≤ 70% de Umidade Relativa (UR).
• A vida útil na prateleira após o envio é de 3 meses sob estas condições.
• Para armazenamento mais longo (até 1 ano), use um recipiente selado com atmosfera de nitrogênio e dessecante.
• Evite mudanças rápidas de temperatura em ambientes úmidos para evitar condensação.

5.3 Recomendações de Soldagem

Mantenha uma distância mínima de 3mm da junta de solda até o bulbo de epóxi.

• Soldagem Manual: Temperatura da ponta do ferro ≤ 300°C (máx. 30W), tempo de soldagem ≤ 3 segundos.
• Soldagem por Onda/Imersão: Pré-aquecimento ≤ 100°C (máx. 60 seg), banho de solda ≤ 260°C, tempo de permanência ≤ 5 segundos.
• Evite tensão nos terminais durante operações de alta temperatura.
• Não execute soldagem por imersão/manual mais de uma vez.
• Permita que o dispositivo esfrie gradualmente até a temperatura ambiente após a soldagem, protegendo-o de choque ou vibração durante o resfriamento.

5.4 Limpeza

• Se necessário, limpe apenas com álcool isopropílico à temperatura ambiente por ≤ 1 minuto. Seque ao ar.
• A limpeza ultrassônica não é recomendada. Se for inevitável, o seu potencial impacto deve ser cuidadosamente avaliado.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Materiais e Especificação de Embalagem

Os dispositivos são embalados com materiais resistentes à umidade para evitar danos durante o armazenamento e transporte. A hierarquia de embalagem é:

1. Os dispositivos são colocados em sacos antiestáticos.
2. Os sacos são colocados em caixas internas.
3. As caixas internas são embaladas em caixas de envio mestras.

6.2 Quantidades de Embalagem

• Mínimo de 200 a 1000 peças por saco antiestático.
• 5 sacos por caixa interna.
• 10 caixas por caixa de envio mestra.

6.3 Explicação dos Rótulos

Os rótulos na embalagem contêm identificadores-chave:

• CPN: Número de Produção do Cliente
• P/N: Número de Produção (Número da Peça)
• QTY: Quantidade de Embalagem
• CAT: Classificações (bins de desempenho)
• HUE: Comprimento de Onda Dominante
• REF: Referência
• LOT No: Número do Lote para rastreabilidade

7. Considerações de Projeto de Aplicação

7.1 Projeto do Circuito de Acionamento

Devido à característica exponencial I-V do diodo, um driver de corrente constante ou um resistor limitador de corrente é obrigatório. O valor do resistor (R_limit) pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Sempre use o V_Fmáximo da ficha técnica para um determinado I_Fpara garantir corrente suficiente em todas as condições. Para operação pulsada (por exemplo, controles remotos), certifique-se de que o driver possa fornecer a alta corrente de pico (até 1A) com o ciclo de trabalho correto.

7.2 Gerenciamento Térmico

Embora o pacote possa dissipar 150mW a 25°C, esta classificação é reduzida com a temperatura ambiente. Em espaços fechados ou altas temperaturas ambientes, certifique-se de que a dissipação de potência real (I_F* V_F) permaneça abaixo do limite reduzido. Área adequada de cobre na PCB ou outro dissipador de calor pode ser necessária para operação contínua de alta corrente.

7.3 Projeto Óptico

O ângulo de visão de 25 graus fornece um equilíbrio entre concentração do feixe e cobertura. Para aplicações de longo alcance, ópticas secundárias (lentes) podem ser usadas para colimar o feixe. Para cobertura de área ampla, um difusor pode ser necessário. Certifique-se de que o campo de visão e a sensibilidade espectral do receptor estejam alinhados com a saída do LED.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais diferenciadores do HIR204C em sua classe (LEDs IR 3mm) são a sua combinação dealta intensidade radiante(até 900 mW/sr pulsado) etensão direta relativamente baixa(típico 1,45V a 20mA). Isto o torna eficiente, reduzindo o consumo de energia e a geração de calor para uma determinada saída de luz em comparação com dispositivos com V_Fmais alta. O comprimento de onda de 850nm é um padrão para receptores baseados em silício, oferecendo um bom equilíbrio entre sensibilidade do receptor e relativa invisibilidade. A sua construção robusta e material de pacote transparente contribuem para a sua alta confiabilidade declarada.

9. Perguntas Frequentes (FAQs)

9.1 Qual é a diferença entre as classificações de corrente contínua e pulsada?

A classificação de corrente contínua (100mA) é a corrente DC máxima que o LED pode suportar indefinidamente sem risco de dano. A classificação de corrente pulsada (1A) é muito maior, mas só pode ser aplicada por pulsos muito curtos (≤100μs) com um ciclo de trabalho muito baixo (≤1%). Isto permite rajadas breves de brilho muito alto, comum em sinais de controle remoto, sem superaquecer o dispositivo.

9.2 Por que a tensão direta é maior a 1A em comparação com 20mA?

Isto se deve à resistência série inerente dentro do chip e do pacote do LED. À medida que a corrente aumenta, a queda de tensão através desta resistência interna (V = I * R) aumenta, levando a uma tensão direta total mais alta. A ficha técnica fornece estes dados para que os drivers possam ser projetados para fornecer a tensão necessária na corrente de operação alvo.

9.3 Este LED pode ser usado para transmissão de dados?

Sim, a sua capacidade de comutação rápida (implícita pelo seu uso em controles remotos) torna-o adequado para transmissão de dados modulada em sistemas de ar livre. A taxa de dados alcançável dependerá da capacidade do circuito driver de comutar a corrente rapidamente e da largura de banda do receptor.

10. Exemplo de Caso de Uso Prático

10.1 Projetando um Sinalizador IR Simples

Objetivo: Criar um sinalizador IR continuamente ligado para sensoriamento de proximidade com alcance de alguns metros.

Passos de Projeto:

1. Escolha do Ponto de Operação: Selecione I_F= 50mA para um equilíbrio entre boa saída e potência moderada. A partir da curva I-V, estime V_F≈ 1,6V.
2. Cálculo do Driver: Usando uma fonte de 5V e um resistor em série: R = (5V - 1,6V) / 0,05A = 68Ω. Potência no resistor: P = I²R = (0,05)² * 68 = 0,17W. Use um resistor de 68Ω, 0,25W.
3. Verificação Térmica: Dissipação de potência do LED: P_LED= V_F* I_F= 1,6V * 0,05A = 80mW. Isto está bem abaixo da classificação de 150mW a 25°C. Se a temperatura ambiente for esperada em 50°C, consulte a curva de redução para garantir que 80mW ainda seja seguro.
4. Montagem: Coloque na PCB com furos alinhados aos terminais. Solde, mantendo as juntas a >3mm do corpo da lente.
5. Emparelhamento: Use um fototransistor ou módulo receptor sensível à luz de 850nm, colocado dentro do cone de feixe de 25 graus do LED.

11. Princípio de Operação

Um LED infravermelho é um diodo de junção p-n semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons da região tipo n e lacunas da região tipo p são injetados na região da junção. Quando estes portadores de carga se recombinam, eles liberam energia na forma de fótons (luz). O material semicondutor específico usado (GaAlAs neste caso) determina a energia da banda proibida, que define diretamente o comprimento de onda dos fótons emitidos — neste caso, na região do infravermelho próximo em torno de 850nm. O pacote de epóxi transparente atua como uma lente, moldando o feixe de saída, e protege o delicado chip semicondutor.

12. Tendências Tecnológicas

O desenvolvimento de LEDs infravermelhos continua a focar em várias áreas-chave:Maior Eficiência(mais potência óptica de saída por watt elétrico de entrada),Maior Densidade de Potência(pacotes menores capazes de lidar com mais corrente), eConfiabilidade Aprimoradasob condições ambientais adversas. Há também trabalho contínuo para desenvolver dispositivos em outros comprimentos de onda específicos (por exemplo, 940nm para melhor discrição, ou comprimentos de onda específicos para sensoriamento de gases). A integração com circuitos driver e receptores em módulos compactos é outra tendência significativa, simplificando o projeto do sistema para os usuários finais. O HIR204C representa uma tecnologia madura e confiável, bem adequada para as suas aplicações pretendidas.