Ficha Técnica do LED Infravermelho IR204/H16/L10 de 3mm - Dimensões 3mm - Tensão 1.5V - Comprimento de Onda 940nm - 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 é encapsulado em uma embalagem plástica transparente azul e foi projetado para uma correspondência espectral ideal com fotodetectores de silício, fototransistores e módulos receptores infravermelhos. Sua função principal é emitir luz infravermelha em um comprimento de onda de pico de 940 nanômetros, tornando-a invisível ao olho humano, mas altamente detectável por sensores eletrônicos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O LED oferece várias vantagens-chave, incluindo alta confiabilidade, baixa tensão direta e alta intensidade radiante. Foi projetado com um espaçamento padrão de terminais de 2.54mm para fácil integração em PCB. O produto está em conformidade com as normas RoHS, REACH da UE e livre de halogênios (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), tornando-o adequado para mercados regulamentados e com consciência ambiental. Suas principais aplicações-alvo estão em sistemas baseados em infravermelho, como controles remotos, sensores de proximidade, detecção de objetos e interruptores ópticos.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

O dispositivo foi projetado para operar dentro de limites estritos para garantir longevidade e confiabilidade. A corrente direta contínua (IF) não deve exceder 100 mA. Para operação pulsada com largura de pulso ≤100μs e ciclo de trabalho ≤1%, é permitida uma corrente direta de pico (IFP) de até 1.0 A. A tensão reversa máxima (VR) é de 5 V. A faixa de temperatura de operação (Topr) é de -40°C a +85°C, enquanto a temperatura de armazenamento (Tstg) vai de -40°C a +100°C. A temperatura de soldagem (Tsol) deve ser mantida em ou abaixo de 260°C por uma duração não superior a 5 segundos. A dissipação máxima de potência (Pd) a 25°C em ar livre é de 150 mW.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Todas as características eletro-ópticas são especificadas a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C e uma corrente direta (IF) de 20mA, salvo indicação em contrário. A intensidade radiante (IE) é classificada em bins, com valores mínimos variando de 4.0 a 11.0 mW/sr dependendo da classificação. O comprimento de onda de pico (λp) é tipicamente 940 nm, com uma largura de banda espectral (Δλ) de 45 nm. A tensão direta (VF) é tipicamente 1.2 V com um máximo de 1.5 V. A corrente reversa (IR) é no máximo 10 μA a uma tensão reversa de 5V. O ângulo de visão (2θ1/2), definido como o ângulo total na metade da intensidade, é tipicamente de 50 graus.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

A saída radiante do LED é categorizada em bins para garantir consistência no projeto da aplicação. A classificação é baseada na intensidade radiante medida em IF=20mA. Os bins disponíveis são K, L, M e N, com os valores mínimos e máximos de intensidade radiante correspondentes da seguinte forma: 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. Isto permite que os projetistas selecionem um componente que atenda aos requisitos específicos de sensibilidade do seu circuito fotodetector.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

A curva de derating mostra a relação entre a corrente direta contínua máxima permitida e a temperatura ambiente. À medida que a temperatura ambiente aumenta, a corrente direta máxima permitida diminui linearmente. Esta é uma consideração de projeto crítica para evitar fuga térmica e garantir que a temperatura da junção permaneça dentro dos limites operacionais seguros, mantendo assim a confiabilidade do dispositivo.

4.2 Distribuição Espectral

O gráfico de distribuição espectral ilustra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. A emissão está centrada em torno do comprimento de onda de pico típico de 940 nm com uma largura de banda definida. Esta característica é crucial para garantir a compatibilidade com o sensor receptor, que normalmente possui sua própria curva de sensibilidade espectral. Uma boa correspondência maximiza a eficiência do sistema e a relação sinal-ruído.

4.3 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Este gráfico descreve a relação não linear entre a saída radiante (Ie) e a corrente direta (IF). A intensidade radiante aumenta com a corrente, mas não de forma perfeitamente linear, especialmente em níveis de corrente mais altos. Compreender esta curva é essencial para acionar o LED corretamente e alcançar a saída óptica desejada sem exceder as especificações máximas absolutas.

4.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

O diagrama de radiação mostra como a intensidade da luz emitida varia com o ângulo em relação ao eixo central (0°). O padrão é tipicamente Lambertiano ou quase Lambertiano para este tipo de encapsulamento, com a intensidade caindo para 50% do seu valor no eixo em aproximadamente ±25 graus (resultando no ângulo de visão de 50°). Esta informação é vital para o projeto óptico, determinando a área de cobertura e os requisitos de alinhamento em um sistema.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

O LED é encapsulado em um pacote radial com terminais padrão T-1 (3mm). O corpo é feito de plástico transparente azul. Os terminais têm um espaçamento padrão de 2.54mm (0.1 polegadas). O desenho dimensional (implícito no PDF) forneceria as medidas exatas para o diâmetro do corpo, comprimento dos terminais e outras dimensões críticas, tipicamente com uma tolerância de ±0.25mm, salvo especificação em contrário. O cátodo é tipicamente identificado por um chanfro na borda da lente ou por um terminal mais curto, embora a marcação específica deva ser verificada no desenho mecânico.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

Podem ser utilizados processos de soldagem manual ou por onda. A temperatura máxima absoluta de soldagem é de 260°C, e o tempo de soldagem não deve exceder 5 segundos. Recomenda-se seguir as diretrizes padrão IPC para soldagem de componentes de orifício passante. A exposição prolongada a altas temperaturas pode danificar o encapsulamento plástico e o chip semicondutor interno. O dispositivo deve ser armazenado em ambiente seco para evitar absorção de umidade, o que poderia causar o efeito "popcorn" durante o reflow, se aplicável, embora este seja principalmente um componente de orifício passante.

7. Informações de Embalagem e Pedido

A especificação de embalagem padrão é de 200 a 1000 peças por saco, 4 sacos por caixa e 10 caixas por cartão. O rótulo na embalagem inclui informações críticas para rastreabilidade e identificação: Número de Produção do Cliente (CPN), Número da Peça (P/N), Quantidade da Embalagem (QTY), Classificações (CAT), Comprimento de Onda de Pico (HUE), Referência (REF), Número do Lote (LOT No) e Local de Produção. Materiais de embalagem resistentes à umidade são usados para proteger os componentes durante o armazenamento e transporte.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este LED infravermelho é idealmente adequado para uma ampla gama de aplicações de sinalização e sensoriamento sem contato. Usos comuns incluem controles remotos infravermelhos para eletrônicos de consumo (TVs, sistemas de áudio), detecção de proximidade e objetos em eletrodomésticos e equipamentos industriais, codificadores ópticos, sensores de interrupção de feixe e como fonte de luz em módulos pareados emissor-detector para contagem ou sensoriamento de nível.

8.2 Considerações de Projeto

Ao projetar um circuito, inclua sempre um resistor limitador de corrente em série com o LED para controlar a corrente direta e evitar danos. O valor pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R = (Vfonte - VF) / IF. Escolha o bin de intensidade radiante apropriado com base na distância de sensoriamento necessária e na sensibilidade do detector. Considere o ângulo de visão ao alinhar o LED com o receptor. Para operação pulsada para obter uma saída instantânea mais alta (ex.: para maior alcance), certifique-se de que a largura do pulso e o ciclo de trabalho permaneçam dentro dos limites especificados para IFP. Forneça um layout de PCB adequado para dissipar calor, especialmente ao operar próximo das especificações máximas.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a LEDs infravermelhos genéricos, este dispositivo oferece uma saída espectral bem definida e consistente centrada em 940nm, que é um comprimento de onda de sensibilidade de pico comum para fotodiodos e fototransistores de silício, garantindo um acoplamento eficiente. A disponibilidade de bins de intensidade radiante permite um desempenho previsível na produção em volume. A combinação de baixa tensão direta (tipicamente 1.2V) e alta intensidade radiante pode levar a projetos mais eficientes em termos de energia. A conformidade com os padrões ambientais modernos (RoHS, REACH, Livre de Halogênio) é uma vantagem significativa para produtos destinados a mercados globais com regulamentações rigorosas.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Qual é a diferença entre os bins K, L, M e N?

R: Os bins representam diferentes faixas de intensidade radiante mínima. O Bin N tem a maior saída (11.0-17.6 mW/sr), enquanto o Bin K tem a menor (4.0-6.4 mW/sr). Selecione um bin com base na força do sinal necessária para sua aplicação.

P: Posso alimentar este LED diretamente com uma fonte de 5V?

R: Não. A tensão direta é de apenas cerca de 1.2-1.5V. Conectá-lo diretamente a 5V causaria um fluxo de corrente excessivo e destruiria o LED. Você deve sempre usar um resistor limitador de corrente em série.

P: Como identifico o cátodo?

R: Para um pacote T-1 padrão, o cátodo é geralmente indicado por uma borda chanfrada na borda da lente plástica. Alternativamente, ao visualizar o LED por baixo, o terminal correspondente ao lado chanfrado é o cátodo. O cátodo também pode ser o terminal mais curto.

P: Qual é a vida útil operacional típica?

R: Embora não seja explicitamente declarado nesta ficha técnica, LEDs infravermelhos como este normalmente têm uma vida operacional muito longa (dezenas de milhares de horas) quando operados dentro de suas especificações máximas absolutas, particularmente os limites de corrente e temperatura.

11. Exemplo Prático de Caso de Uso

Cenário: Projetando um Sensor Simples de Detecção de Objetos.

Um engenheiro precisa detectar a presença de um objeto passando por uma abertura. Ele emparelha este LED IR204 com um fototransistor colocado no lado oposto da abertura (configuração de feixe atravessado). Ele seleciona um LED do Bin M para intensidade suficiente. O LED é acionado com uma corrente constante de 20mA de um pino de microcontrolador de 3.3V através de um resistor de 100Ω (R = (3.3V - 1.2V) / 0.02A ≈ 105Ω). O coletor do fototransistor é pull-up para 3.3V através de um resistor, e a tensão no coletor é lida pelo ADC do microcontrolador. Quando o feixe está desobstruído, o fototransistor conduz, puxando a tensão para baixo. Quando um objeto bloqueia o feixe, o fototransistor para de conduzir e a tensão sobe, sinalizando a presença do objeto. O ângulo de visão de 50° garante um feixe suficientemente amplo para detecção confiável mesmo com um leve desalinhamento.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um LED infravermelho é um diodo semicondutor de junção p-n. Quando uma tensão direta que excede sua energia de bandgap é aplicada, elétrons da região n se recombinam com lacunas da região p na região ativa (feita de GaAlAs neste caso). Este processo de recombinação libera energia na forma de fótons (luz). A composição específica do material (Arseneto de Gálio e Alumínio) determina o comprimento de onda dos fótons emitidos, que neste dispositivo está no espectro infravermelho em torno de 940 nm. A embalagem plástica transparente azul não é um filtro, mas atua como uma lente para moldar o feixe de saída e proteger o chip semicondutor.

13. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de LED infravermelho continua a evoluir em direção a maior eficiência (mais saída radiante por watt elétrico de entrada), maiores densidades de potência para aplicações de longo alcance como LiDAR e sensoriamento de tempo de voo, e tamanhos de embalagem menores para integração em dispositivos de consumo compactos. Há também uma tendência para um controle de comprimento de onda mais preciso e larguras de banda espectral mais estreitas para aplicações de sensoriamento específicas, como detecção de gases ou monitoramento fisiológico. A integração de drivers e lógica de controle diretamente com o chip do LED (LEDs inteligentes) é outra área de desenvolvimento. Os princípios fundamentais de dispositivos como o descrito aqui permanecem críticos para uma vasta gama de sistemas optoeletrônicos estabelecidos e emergentes.