Ficha Técnica do LED Infravermelho 5mm HIR333/H0 - Diâmetro 5mm - Tensão Direta 1,45V - Comprimento de Onda 850nm - Dissipação de Potência 150mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O HIR333/H0 é um diodo emissor de infravermelho de alta intensidade, encapsulado num pacote "through-hole" padrão T-1 3/4 (5mm) com lente plástica amarela. O dispositivo foi projetado para oferecer desempenho confiável em sistemas de sensoriamento e comunicação por infravermelho. A sua função principal é emitir luz infravermelha num comprimento de onda de pico de 850nm, otimizado espectralmente para compatibilidade com fotodetetores de silício comuns, como fototransistores, fotodiodos e módulos integrados de receção de infravermelho. O produto foi concebido com foco na alta fiabilidade e numa saída consistente.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste componente incluem a sua alta intensidade radiante, que permite uma transmissão de sinal forte, e a sua baixa tensão direta, contribuindo para uma operação energeticamente eficiente. É construído com materiais sem chumbo e está em conformidade com as principais diretivas ambientais e de segurança, incluindo RoHS, REACH da UE e normas livres de halogéneos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Estas características tornam-no adequado para uma vasta gama de aplicações comerciais e industriais de infravermelho onde a conformidade regulamentar e a fiabilidade a longo prazo são críticas. O mercado-alvo inclui fabricantes de sistemas de segurança, comandos à distância, interruptores ópticos, sensores de deteção de objetos e vários equipamentos eletrónicos de consumo que necessitem de fontes de luz não visível.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma descrição detalhada das especificações elétricas, ópticas e térmicas que definem os limites operacionais e o desempenho do LED.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os Valores Máximos Absolutos definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Estes valores nunca devem ser excedidos, nem mesmo momentaneamente. A operação deve ser mantida dentro das condições operacionais recomendadas para um desempenho fiável.

• Corrente Direta Contínua (I_F): 100 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode ser aplicada continuamente ao LED.
• Corrente Direta de Pico (I_FP): 1,0 A. Esta corrente elevada é permitida apenas em condições de pulso, com uma largura de pulso ≤ 100μs e um ciclo de trabalho ≤ 1%, para evitar sobreaquecimento.
• Tensão Inversa (V_R): 5 V. Exceder esta tensão de polarização inversa pode causar ruptura da junção.
• Dissipação de Potência (P_d): 150 mW a uma temperatura ambiente de 25°C ou inferior. Este valor diminui com o aumento da temperatura ambiente.
• Intervalos de Temperatura: Operação: -40°C a +85°C; Armazenamento: -40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura (T_sol): 260°C durante um máximo de 5 segundos, definindo os limites para processos de soldadura por onda ou "reflow".

2.2 Características Eletro-Ópticas

As Características Eletro-Ópticas são especificadas numa condição de teste padrão de temperatura ambiente (T_a) de 25°C. Estes parâmetros definem o desempenho típico do dispositivo.

• Intensidade Radiante (I_e): Este é o poder óptico emitido por unidade de ângulo sólido, medido em miliwatts por esterradiano (mW/sr). O valor típico é de 15 mW/sr a uma corrente direta (I_F) de 20mA. Sob uma corrente pulsada de 100mA, a intensidade radiante pode atingir 80 mW/sr.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p): 850 nm (típico). Este é o comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é máxima. Este comprimento de onda é invisível ao olho humano, mas é detetado eficientemente por sensores de silício.
• Largura de Banda Espectral (Δλ): 45 nm (típico). Isto indica o intervalo de comprimentos de onda que o LED emite, medido a metade da intensidade máxima (Largura Total a Meia Altura - FWHM).
• Tensão Direta (V_F): 1,45V (típico) a I_F=20mA, com um máximo de 1,65V. A I_F=100mA (pulsada), a V_Ftípica sobe para 1,80V com um máximo de 2,40V.
• Corrente Inversa (I_R): Máximo 10 μA a V_R=5V, indicando uma fuga muito baixa no estado desligado.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2): 30 graus (típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor no centro (0°). Um ângulo de 30° fornece um feixe moderadamente focado.

3. Explicação do Sistema de Binning

A intensidade radiante dos LEDs é classificada em diferentes "bins" ou categorias para garantir consistência para o utilizador final. O "binning" é realizado numa condição de teste padrão de I_F= 20mA. Os "bins" disponíveis são definidos por um código de letra (M, N, P, Q, R) com valores mínimos e máximos de intensidade radiante correspondentes. Isto permite aos projetistas selecionar um componente que atenda aos seus requisitos específicos de sensibilidade ou alcance. Por exemplo, selecionar um "bin" 'P' garante uma intensidade radiante mínima de 15,0 mW/sr e uma máxima de 24,0 mW/sr. A ficha técnica não indica "binning" separado para comprimento de onda (Matiz) ou tensão direta (REF) para este número de peça específico, mas a especificação da etiqueta sugere que estes parâmetros são monitorizados durante a fabricação.

4. Análise das Curvas de Desempenho

As curvas de desempenho típicas fornecem uma visão visual do comportamento do dispositivo em condições variáveis, o que é crucial para o projeto do circuito e gestão térmica.

4.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Esta curva de derating mostra como a corrente direta contínua máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C. Para garantir que a temperatura da junção permanece dentro de limites seguros e para manter a fiabilidade a longo prazo, a corrente operacional deve ser reduzida em ambientes de alta temperatura. Os projetistas devem consultar esta curva ao operar o LED em compartimentos fechados ou a temperaturas ambientes elevadas.

4.2 Distribuição Espectral

O gráfico de distribuição espectral traça a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma visualmente o comprimento de onda de pico em 850nm e a largura de banda espectral de aproximadamente 45nm. A curva é característica do material semicondutor GaAlAs (Arsenieto de Gálio e Alumínio). O pico estreito e bem definido garante sobreposição mínima com a luz visível e acoplamento ideal com detetores de silício, que têm sensibilidade de pico em torno de 800-900nm.

4.3 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Esta curva ilustra a relação entre a corrente de acionamento e a saída óptica. A intensidade radiante aumenta de forma super-linear com a corrente em níveis mais baixos e tende a tornar-se mais linear em correntes mais altas, eventualmente saturando à medida que a eficiência interna diminui devido a efeitos de aquecimento. A curva para a condição pulsada (100mA) mostra uma saída significativamente mais alta do que a condição DC, destacando o benefício da operação pulsada para alcançar alta intensidade de pico sem danos térmicos.

4.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar descreve o padrão de emissão espacial do LED. Mostra como a intensidade da luz diminui à medida que o ângulo de visão se afasta do eixo central (0°). O padrão é aproximadamente Lambertiano para este tipo de encapsulamento, com a intensidade nos pontos de meio-ângulo (aproximadamente ±15°) sendo 50% da intensidade no eixo, definindo o ângulo de visão de 30°.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

O dispositivo utiliza um pacote radial com terminais padrão de 5mm (T-1 3/4). Os terminais têm um espaçamento padrão de 2,54mm (0,1 polegada), compatível com placas de prototipagem perfuradas comuns e layouts de PCB. O desenho das dimensões do pacote fornece medidas críticas, incluindo o diâmetro total, altura da lente, comprimento e diâmetro dos terminais. O corpo é moldado em plástico amarelo, que é transparente à luz infravermelha de 850nm, mas aparece colorido para auxiliar na identificação visual e diferenciação de LEDs de luz visível. O cátodo é tipicamente identificado por um ponto plano na borda da lente e/ou por um terminal mais curto. Todas as dimensões têm uma tolerância padrão de ±0,25mm, salvo indicação em contrário.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A manipulação adequada durante a montagem é essencial para evitar danos mecânicos ou térmicos ao LED.

6.1 Formação dos Terminais

Se os terminais precisarem de ser dobrados, isso deve ser feito num ponto a pelo menos 3mm de distância da base do bulbo de epóxi. A formação deve ser sempre realizada antes da soldadura, à temperatura ambiente, e com cuidado para evitar aplicar tensão diretamente no corpo de epóxi, o que pode rachar o encapsulamento ou danificar as ligações internas dos fios. Os furos da PCB devem alinhar-se precisamente com os terminais do LED para evitar tensão de montagem.

6.2 Armazenamento

Os LEDs devem ser armazenados num ambiente fresco e seco (≤30°C, ≤70% de Humidade Relativa). A vida útil de armazenamento recomendada após o envio é de 3 meses. Para armazenamento mais longo (até um ano), os componentes devem ser mantidos num saco selado com barreira de humidade com dessecante, de preferência numa atmosfera de azoto, para evitar absorção de humidade e o potencial "efeito pipoca" durante a soldadura.

6.3 Processo de Soldadura

Uma distância mínima de 3mm deve ser mantida entre a junta de solda e o bulbo de epóxi. Os parâmetros de soldadura recomendados são:
Soldadura Manual: Temperatura da ponta do ferro ≤300°C (para um ferro de 30W máximo), tempo de soldadura ≤3 segundos por terminal.
Soldadura por Onda/Imersão: Temperatura de pré-aquecimento ≤100°C por ≤60 segundos; temperatura do banho de solda ≤260°C por ≤5 segundos.
O perfil de soldadura fornecido recomenda um aumento rápido de temperatura, uma zona de patamar ("soak"), um pico breve a 260°C e um arrefecimento controlado. Deve-se evitar arrefecimento rápido ou choque térmico. Não é recomendada a re-soldadura (mais de um ciclo de imersão ou soldadura manual).

6.4 Limpeza

Se for necessária limpeza após a soldadura, use álcool isopropílico à temperatura ambiente por não mais de um minuto. Não use limpeza ultrassónica, a menos que os seus efeitos (potência, frequência, duração) tenham sido pré-qualificados exaustivamente em montagens de amostra, pois a energia ultrassónica pode fraturar a delicada estrutura semicondutora interna.

5.5 Gestão Térmica

A gestão térmica eficaz é uma consideração crítica de projeto. A classificação de dissipação de potência de 150mW é especificada a 25°C. Em aplicações reais, a potência real dissipada (V_F* I_F) deve ser reduzida ("derated") à medida que a temperatura ambiente aumenta, como mostrado na curva de derating. Para operação contínua a correntes altas ou em temperaturas ambientes elevadas, considere usar um dissipador de calor, aumentar o fluxo de ar ou implementar acionamento pulsado para reduzir a temperatura média da junção e garantir fiabilidade a longo prazo.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

Os LEDs são embalados em sacos anti-estáticos para protegê-los de descargas eletrostáticas (ESD). Estes sacos são colocados dentro de caixas internas, que são depois embaladas em caixas externas maiores para envio. Uma quantidade típica de embalagem é de 200-500 peças por saco, com 5 sacos por caixa interna e 10 caixas internas por caixa externa principal. A etiqueta no saco contém informações-chave para rastreabilidade e identificação, incluindo o Número de Produto do Cliente (CPN), o Número de Produto do fabricante (P/N), Quantidade de Embalagem (QTY) e a Categoria de Intensidade Luminosa (CAT). Outros códigos podem indicar a Categoria de Comprimento de Onda Dominante (HUE), a Categoria de Tensão Direta (REF), o Número do Lote e o Código de Data.

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Comandos à Distância por Infravermelho: Usado como transmissor em comandos de TV, áudio e set-top boxes.
• Deteção de Proximidade e Objetos: Emparelhado com um fototransistor para detetar a presença, ausência ou posição de um objeto.
• Interruptores Ópticos: Usado em sensores de fenda (ex.: deteção de papel em impressoras) ou sensores reflexivos.
• Sistemas de Segurança: Para iluminação de visão noturna em câmaras de CCTV ou como parte de feixes de deteção de intrusão por infravermelho.
• Automação Industrial: Para sensoriamento sem contacto em aplicações de contagem, alinhamento e deteção de nível.

8.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente: Use sempre uma resistência em série ou um driver de corrente constante para limitar a corrente direta ao valor desejado, calculado com base na tensão de alimentação e na tensão direta do LED.
• Operação Pulsada: Para aplicações que requerem alta intensidade de pico (como sensoriamento de longo alcance), use acionamento pulsado com ciclo de trabalho apropriado para permanecer dentro das classificações de corrente de pico e potência média.
• Projeto Óptico: Considere o ângulo de visão de 30° ao projetar lentes, aberturas ou caminhos ópticos. Para alcances maiores, lentes externas podem ser usadas para colimar o feixe.
• Compatibilidade do Detetor: Certifique-se de que o fotodetetor selecionado (fototransistor, fotodiodo ou CI recetor) tem alta sensibilidade na região de 850nm.
• Imunidade à Luz Ambiente: Em ambientes com luz ambiente forte (especialmente luz solar contendo IR), use sinais IR modulados (pulsados) e deteção síncrona no recetor para distinguir o sinal do ruído de fundo.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs de luz visível padrão, este LED IR é otimizado para saída no espectro infravermelho com um material (GaAlAs) que fornece alta eficiência a 850nm. Os seus principais diferenciadores dentro da categoria de LEDs IR são a combinação de intensidade radiante relativamente alta (15 mW/sr típico) e baixa tensão direta (1,45V típico), o que pode levar a menor consumo de energia em dispositivos alimentados por bateria. O ângulo de visão de 30° oferece um bom equilíbrio entre concentração do feixe e área de cobertura. A conformidade com normas ambientais modernas (RoHS, REACH, Livre de Halogéneos) é uma vantagem significativa para produtos destinados a mercados globais, eliminando preocupações com conformidade de materiais.

10. Perguntas Frequentes Baseadas em Parâmetros Técnicos

P: Posso acionar este LED diretamente a partir de uma fonte de 5V?
R: Não. Deve usar uma resistência limitadora de corrente. Por exemplo, com uma fonte de 5V e uma corrente alvo de 20mA, e assumindo uma V_Ftípica de 1,45V, o valor da resistência seria R = (5V - 1,45V) / 0,02A = 177,5Ω. Uma resistência padrão de 180Ω seria adequada.

P: Qual é a diferença entre as classificações de intensidade radiante DC e pulsada?
R: A classificação DC (15 mW/sr a 20mA) é para operação contínua, onde os efeitos térmicos limitam a saída. A classificação pulsada (80 mW/sr a 100mA) é alcançável porque o pulso breve não permite que a junção aqueça significativamente, permitindo uma corrente instantânea muito mais alta e, portanto, uma saída de luz mais elevada.

P: Como identifico o cátodo?
R: Num pacote padrão de 5mm, o cátodo é tipicamente indicado por duas características: 1) Uma borda plana na borda redonda da lente plástica. 2) O terminal do cátodo é geralmente mais curto do que o terminal do ânodo. Verifique sempre a polaridade antes de soldar.

P: Este LED é sensível a ESD?
R: Como todos os dispositivos semicondutores, pode ser danificado por descarga eletrostática. É fornecido em embalagem anti-estática e deve ser manuseado com as devidas precauções ESD durante a montagem.

11. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar um Sensor Simples de Deteção de Objetos
Uma aplicação comum é um sensor de feixe interrompido. O LED IR HIR333/H0 é colocado num lado de um caminho, e um fototransistor é colocado diretamente em frente. Quando um objeto passa entre eles, interrompe o feixe infravermelho, causando uma alteração na saída do fototransistor. Para este projeto:
1. Acione o LED com uma corrente constante de 20mA usando um interruptor de transistor simples ou um pino GPIO de um microcontrolador (com resistência em série).
2. Para melhor imunidade ao ruído e alcance, pulse o LED a uma frequência (ex.: 38kHz) e use um módulo de fototransistor com um filtro de 38kHz incorporado.
3. Alinhe cuidadosamente o LED e o detetor, considerando o cone de emissão de 30°. Para lacunas mais longas, considere adicionar um tubo ou uma lente colimadora à frente do LED para estreitar o feixe.
4. Coloque o sensor longe da luz solar direta ou de outras fontes fortes de luz infravermelha para evitar ativações falsas.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um diodo de junção p-n semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, eletrões da região n e lacunas da região p são injetados através da junção. Quando estes portadores de carga se recombinam na região ativa, a energia é libertada na forma de fotões (luz). O comprimento de onda (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor. O HIR333/H0 usa Arsenieto de Gálio e Alumínio (GaAlAs), que tem uma banda proibida correspondente a fotões no espectro do infravermelho próximo, especificamente em torno de 850 nanómetros. O encapsulamento plástico amarelo é dopado para ser transparente a este comprimento de onda, bloqueando a luz visível, e também atua como uma lente primária para moldar o feixe de saída.

13. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

A tendência na tecnologia de LEDs infravermelhos continua em direção a maior eficiência (mais saída de luz por watt elétrico de entrada) e maiores densidades de potência. Isto permite fontes mais brilhantes ou projetos mais energeticamente eficientes. Há também desenvolvimento na variação dos comprimentos de onda de pico; enquanto 850nm e 940nm são comuns, outros comprimentos de onda estão a ser otimizados para aplicações específicas como deteção de gases ou diagnósticos médicos. O encapsulamento está a evoluir para suportar tecnologia de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada, embora pacotes "through-hole" como o de 5mm permaneçam populares para prototipagem, reparação e certas aplicações de alta fiabilidade. A integração é outra tendência, com LEDs IR a serem combinados com drivers, moduladores e até detetores em módulos únicos para simplificar o projeto do sistema para o utilizador final.