Ficha Técnica do LED Infravermelho HIR234C 3mm - Pacote T-1 - Comprimento de Onda de Pico 850nm - Tensão Direta 1,65V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O HIR234C é um díodo emissor de infravermelhos de alta intensidade, alojado num pacote plástico transparente padrão de 3mm (T-1). Foi concebido para emitir luz num comprimento de onda de pico de 850nm, tornando-o espectralmente compatível com fototransístores de silício comuns, fotodíodos e módulos recetores de infravermelhos. Este dispositivo foi projetado para aplicações que requerem transmissão de infravermelhos fiável e eficiente.

1.1 Vantagens Principais

• Alta Intensidade Radiante:Fornece uma saída óptica forte, adequada para sistemas recetores de longo alcance ou de baixa sensibilidade.
• Alta Fiabilidade:Concebido para desempenho consistente e longa vida operacional.
• Baixa Tensão Direta:Tipicamente 1,65V a 20mA, contribuindo para um menor consumo de energia nos projetos.
• Conformidade Ambiental:O produto adere às normas RoHS, UE REACH e sem halogéneos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Pacote Padrão:O conhecido formato T-1 (3mm) com espaçamento de terminais de 2,54mm garante uma fácil integração em projetos e layouts de PCB existentes.

1.2 Aplicações Alvo

Este LED infravermelho é adequado para uma variedade de sistemas que requerem comunicação ou deteção por luz não visível.

• Unidades de comando à distância por infravermelhos, especialmente aquelas com requisitos de potência mais elevados.
• Ligações de transmissão de dados ópticos em espaço livre.
• Sistemas de deteção de fumo.
• Sistemas aplicados de infravermelhos de uso geral, incluindo sensores de proximidade e contadores de objetos.

2. Análise de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. O funcionamento nestas condições não é garantido.

• 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
• Dissipação de Potência (P_d):150 mW (a 25°C ambiente ou abaixo)
• Temperatura de Soldagem (T_sol):260°C durante ≤ 5 segundos

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos a uma temperatura ambiente (T_a) de 25°C e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Intensidade Radiante (I_e):
  • 7,8 mW/sr (Mín) / 15 mW/sr (Tip) a I_F= 20mA (CC).
  • 50 mW/sr (Tip) a I_F= 100mA (pulsado).
  • 300 mW/sr (Tip) a I_F= 1A (pulsado).
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):850 nm (Típico) a I_F= 20mA.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):45 nm (Típico) a I_F= 20mA.
• Tensão Direta (V_F):
  • 1,45V (Mín) / 1,65V (Tip) / 1,65V (Máx) a I_F= 20mA.
  • 1,80V (Tip) / 2,40V (Máx) a I_F= 100mA (pulsado).
  • 4,10V (Tip) / 5,25V (Máx) a I_F= 1A (pulsado).
• Corrente Reversa (I_R):10 μA (Máx) a V_R= 5V.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):30 graus (Típico) a I_F= 20mA.

Tolerâncias de Medição:Tensão Direta ±0,1V, Intensidade Radiante ±10%, Comprimento de Onda de Pico ±1,0nm.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que são cruciais para compreender o comportamento do dispositivo em diferentes condições de funcionamento.

3.1 Dependências Térmicas e de Corrente

Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig.1):Esta curva mostra a redução da corrente direta máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. Para garantir fiabilidade e permanecer dentro do limite de dissipação de potência, a corrente de acionamento deve ser reduzida a temperaturas mais elevadas.

Comprimento de Onda de Emissão de Pico vs. Temperatura Ambiente (Fig.3):O comprimento de onda de pico de um LED tem um coeficiente de temperatura, deslocando-se ligeiramente com a temperatura. Esta curva quantifica esse deslocamento para o HIR234C, o que é importante para aplicações onde o ajuste espectral preciso é crítico.

Corrente Direta vs. Tensão Direta (Fig.4):Esta é a curva I-V fundamental do díodo. Mostra a relação exponencial entre corrente e tensão. A curva ajuda a projetar o circuito limitador de corrente e a compreender a queda de tensão no LED sob diferentes condições de acionamento.

3.2 Características de Saída Óptica

Distribuição Espectral (Fig.2):Este gráfico traça a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma visualmente o pico de 850nm e a largura de banda espectral de aproximadamente 45nm, mostrando a gama de comprimentos de onda emitidos.

Intensidade Radiante vs. Corrente Direta (Fig.5):Esta curva demonstra a relação entre a potência óptica de saída (em mW/sr) e a corrente elétrica de entrada. Geralmente é linear na gama média, mas pode saturar a correntes muito altas devido a efeitos térmicos e de eficiência.

Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular (Fig.6):Este gráfico polar define o padrão de radiação do LED. Mostra como a intensidade diminui à medida que se afasta do eixo central (0°), definindo finalmente o ângulo de visão de 30 graus, onde a intensidade cai para metade do seu valor de pico.

Intensidade Radiante vs. Temperatura Ambiente (Fig.7):A saída óptica diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta curva quantifica a redução típica na intensidade radiante à medida que a temperatura ambiente (e consequentemente da junção) aumenta, o que é vital para projetar sistemas que operam numa ampla gama de temperaturas.

Tensão Direta Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.8):A tensão direta de um díodo tem um coeficiente de temperatura negativo. Esta curva mostra como V_Ftipicamente diminui à medida que a temperatura aumenta, o que pode ser um fator em esquemas de acionamento a tensão constante ou para usar o LED como sensor de temperatura.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Seleção e Construção do Dispositivo

• Material do Chip:GaAlAs (Arsenieto de Gálio e Alumínio).
• Lente/Cor:Plástico transparente.

4.2 Dimensões do Pacote (T-1, 3mm)

O dispositivo está em conformidade com as dimensões padrão do pacote redondo de LED T-1 (3mm). As notas mecânicas principais da ficha técnica incluem:

• Todas as dimensões estão em milímetros (mm).
• As tolerâncias dimensionais padrão são ±0,25mm, salvo indicação em contrário.
• O desenho mostra tipicamente o diâmetro do corpo (3,0mm), o espaçamento dos terminais (2,54mm) e as dimensões gerais, incluindo a forma da lente e o comprimento/diâmetro dos terminais.

Identificação da Polaridade:O cátodo é tipicamente identificado por um ponto plano na borda da lente de plástico e/ou por um terminal mais curto. Consulte sempre o desenho do pacote para uma identificação definitiva.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

• Soldagem Manual:Utilize um ferro de soldar com controlo de temperatura. Limite o tempo de soldagem por terminal a um máximo de 3 segundos a uma temperatura não superior a 350°C.
• Soldagem por Onda:Pode ser utilizada, mas o tempo de pré-aquecimento e exposição deve ser controlado para minimizar o stress térmico no pacote de plástico.
• Soldagem por Refluxo:O dispositivo pode suportar uma temperatura de soldagem de pico de 260°C durante um máximo de 5 segundos, de acordo com as Especificações Máximas Absolutas. Isto é compatível com perfis de refluxo padrão sem chumbo (Pb-free) (ex: IPC/JEDEC J-STD-020).
• Precauções Gerais:
  • Evite aplicar stress mecânico aos terminais ou à lente durante a manipulação.
  • Não exceda a gama de temperatura de armazenamento especificada.
  • Utilize as devidas precauções contra descargas eletrostáticas (ESD) durante a manipulação e montagem.

6. Informações de Embalagem e Encomenda

6.1 Especificação de Embalagem

• Embalagem padrão: 200 a 1000 peças por saco.
• 5 sacos são embalados numa caixa.
• 10 caixas são embaladas num cartão.

6.2 Informações de Etiqueta

A etiqueta do produto inclui identificadores-chave para rastreabilidade e verificação:

• CPN:Número de Peça do Cliente
• P/N:Número de Produção (HIR234C)
• QTY:Quantidade na embalagem
• CAT:Classificações/Categorias (ex: binário de brilho)
• HUE:Informação do Comprimento de Onda de Pico
• REF:Referência
• LOT No:Número de Lote de Fabrico para rastreabilidade

7. Considerações de Projeto para Aplicação

7.1 Acionamento do LED

Acionamento por Corrente Constante:Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. Para uma saída óptica estável e previsível, utilize uma fonte de corrente constante ou uma resistência limitadora de corrente em série com uma fonte de tensão. O valor da resistência pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Utilize sempre o V_Fmáximo da ficha técnica para um projeto conservador.

Operação Pulsada:Para aplicações que requerem intensidade instantânea muito alta (como comandos à distância de longo alcance), o LED pode ser acionado com pulsos curtos de alta corrente (até 1A), conforme especificado. Isto deve ser feito com estrita adesão aos limites de largura de pulso (≤100μs) e ciclo de trabalho (≤1%) para evitar sobreaquecimento.

7.2 Projeto Óptico

Seleção da Lente:A lente transparente emite um feixe de 30 graus. Para feixes mais estreitos ou com formas diferentes, podem ser utilizadas óticas secundárias (lentes de plástico, refletores).

Compatibilidade com o Recetor:O comprimento de onda de pico de 850nm é detetado de forma ideal por sensores baseados em silício. Certifique-se de que o fototransístor, fotodíodo ou módulo recetor de IR selecionado tem sensibilidade de pico na gama de 800-900nm.

Imunidade à Luz Ambiente:Em ambientes com luz ambiente forte (especialmente luz solar contendo IR), considere modular o sinal de acionamento do LED a uma frequência específica e utilizar um recetor sintonizado nessa frequência para rejeitar ruído de fundo.

8. Comparação e Posicionamento Técnico

O HIR234C posiciona-se como um emissor de infravermelhos de uso geral e alta fiabilidade no ubíquo pacote de 3mm.

• vs. LEDs IR padrão de 5mm:O pacote de 3mm oferece uma pegada mais pequena, o que pode ser vantajoso em projetos miniaturizados, enquanto ainda fornece intensidade radiante substancial.
• vs. LEDs IR SMD:O pacote T-1 de montagem através do orifício é frequentemente preferido para prototipagem, montagem manual ou aplicações onde se deseja maior robustez mecânica ou dissipação de calor mais fácil através dos terminais, em comparação com dispositivos de montagem em superfície.
• Diferencial Principal:A sua combinação dealta intensidade radiante pulsada (300 mW/sr)epacote padrãotorna-o adequado para aplicações que necessitam de rajadas fortes de luz IR a partir de um formato comumente disponível.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

Q1: Qual é a diferença entre intensidade radiante (mW/sr) e potência de saída (mW)?

A1: A intensidade radiante mede a potência óptica por ângulo sólido (esterradiano). Indica quão concentrado está o feixe. O fluxo radiante total (mW) exigiria integrar a intensidade em todo o padrão de emissão. Para um LED de 30 graus, a potência total é significativamente menor do que o valor de intensidade de pico.

Q2: Posso acionar este LED continuamente a 100mA?

A2: A Especificação Máxima Absoluta para corrente direta contínua é de 100mA. No entanto, a operação contínua nesta corrente máxima gerará calor significativo, aumentando a temperatura da junção. Para uma operação de longo prazo fiável, é aconselhável operar a uma corrente mais baixa (ex: 20-50mA) ou implementar uma dissipação de calor adequada, especialmente em temperaturas ambientes elevadas.

Q3: Por que é que a tensão direta é tão mais alta a 1A pulsado (5,25V máx) em comparação com 20mA CC (1,65V máx)?

A3: Isto deve-se à resistência em série dentro do chip e do pacote do LED. A correntes muito altas, a queda de tensão através desta resistência interna torna-se significativa, levando a um V_Ftotal mais elevado. Esta é uma característica comum de todos os LEDs.

Q4: Um LED de 850nm é visível?

A4: 850nm está no espectro do infravermelho próximo (NIR). Geralmente é invisível ao olho humano. No entanto, algumas pessoas podem perceber um brilho vermelho muito fraco de LEDs de 850nm de alta potência, uma vez que o espectro de emissão tem uma pequena "cauda" que se estende para a região vermelha visível. Para operação completamente discreta, são tipicamente utilizados LEDs de 940nm.

10. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Caso: Transmissor de Comando à Distância por Infravermelhos de Longo Alcance

Objetivo:Projetar um comando à distância que deve operar de forma fiável a uma distância de 15 metros num ambiente típico de sala de estar.

Escolhas de Projeto:

1. Seleção do LED:O HIR234C é escolhido pela sua alta intensidade radiante pulsada (300 mW/sr tip a 1A).
2. Circuito de Acionamento:É utilizado um simples interruptor de transístor para pulsar o LED a partir de uma fonte de bateria de 3V. Uma resistência em série é calculada para limitar a corrente de pulso para aproximadamente 800mA (seguramente abaixo do máximo de 1A), considerando a queda de tensão da bateria e o V_Fdo LED a alta corrente.
3. Modulação do Sinal:Os pulsos de acionamento são codificados com uma frequência portadora de 38kHz, um padrão comum para comandos IR.
4. Ótica:Uma lente colimadora de plástico simples é colocada à frente do LED para estreitar o feixe de 30 graus para cerca de 10 graus, concentrando mais da energia emitida para o recetor distante.

Resultado:A combinação do acionamento pulsado de alta intensidade e da colimação do feixe garante que um sinal forte e detetável atinja o módulo recetor de IR à distância alvo, mesmo na presença de ruído IR ambiente moderado.

11. Princípio de Funcionamento

Um Díodo Emissor de Luz Infravermelha (IR LED) é um díodo de junção p-n semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões da região n e as lacunas da região p são injetados na região da junção. Quando estes portadores de carga se recombinam, a energia é libertada. No caso do material GaAlAs do HIR234C, esta energia corresponde a fotões com um comprimento de onda centrado em torno de 850 nanómetros, que está na porção infravermelha do espectro eletromagnético. O comprimento de onda específico é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor. O pacote de epóxi transparente atua como uma lente, moldando a luz emitida no ângulo de visão especificado.

12. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de LED infravermelho continua a evoluir juntamente com a tecnologia de LED visível. As tendências gerais relevantes para dispositivos como o HIR234C incluem:

• Aumento da Eficiência:Melhorias contínuas nos materiais e no crescimento epitaxial levam a uma maior eficiência de conversão elétrica-luminosa (mais saída de luz por watt elétrico de entrada), reduzindo o consumo de energia e a geração de calor.
• Modulação de Velocidade Mais Alta:O desenvolvimento de LEDs capazes de comutação mais rápida é impulsionado por aplicações em comunicações de dados ópticos (IrDA, Li-Fi) e sensoriamento avançado como tempo de voo (ToF).
• Miniaturização:Embora os pacotes de montagem através do orifício permaneçam populares, há uma forte mudança de mercado para pacotes de dispositivos de montagem em superfície (SMD) (ex: 0805, 0603, chip-scale) para montagem automatizada e projetos com restrições de espaço.
• Multi-Comprimento de Onda e VCSELs:Para sensoriamento especializado (ex: análise de gases, biométrica), estão a emergir fontes de IR multi-comprimento de onda. Os Lasers de Emissão Superficial de Cavidade Vertical (VCSELs) também estão a ganhar tração em aplicações de sensoriamento 3D de alto desempenho e luz estruturada devido às suas características de feixe precisas.

O HIR234C representa uma solução madura, fiável e económica neste cenário em evolução, perfeitamente adequada para as suas aplicações alvo em eletrónica de consumo e sensoriamento industrial.