Ficha Técnica do LED IR 5.0mm IR533C - Pacote 5mm - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Corrente Direta 100mA - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O IR533C é um diodo emissor de infravermelho de alta intensidade, encapsulado num pacote plástico azul padrão de 5.0mm (T-1 3/4). Foi concebido para aplicações que exigem emissão infravermelha fiável e potente no espectro de 940nm. O dispositivo está espectralmente adaptado a fototransístores de silício comuns, fotodíodos e módulos recetores de infravermelho, tornando-o uma fonte ideal para sistemas óticos de malha fechada.

O posicionamento-chave deste componente está em aplicações de alto volume e custo-eficácia, onde a saída infravermelha consistente e a compatibilidade do pacote padrão são primordiais. As suas principais vantagens incluem alta fiabilidade, uma saída de intensidade radiante significativa e uma característica de tensão direta baixa, o que contribui para uma gestão eficiente da energia do sistema.

O mercado-alvo abrange a eletrónica de consumo, a deteção industrial e equipamentos de segurança. É particularmente adequado para os projetistas de unidades de controlo remoto por infravermelhos, ligações de dados óticos em espaço livre, sistemas de deteção de fumo e vários outros sistemas de aplicação baseados em infravermelhos.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é garantida a operação sob ou nestes limites.

• Corrente Direta Contínua (IF):100 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode passar pelo LED indefinidamente a uma temperatura ambiente de 25°C.
• Corrente Direta de Pico (IFP):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%. Esta classificação é crucial para aplicações que requerem rajadas breves e de alta intensidade de luz IR.
• Tensão Inversa (VR):5 V. Exceder esta tensão de polarização inversa pode causar rutura da junção.
• Dissipação de Potência (Pd):150 mW a ou abaixo de 25°C de temperatura do ar livre. Este parâmetro, combinado com a resistência térmica, dita a potência máxima permitida em operação contínua.
• Intervalos de Temperatura:O dispositivo é classificado para operação de -40°C a +85°C e pode ser armazenado de -40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura (Tsol):260°C por uma duração não superior a 5 segundos, em conformidade com os perfis típicos de reflow sem chumbo.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes parâmetros são medidos a uma temperatura ambiente padrão de 25°C e definem o desempenho do dispositivo sob condições especificadas.

• Intensidade Radiante (Ie):Esta é a medida primária da potência ótica de saída por ângulo sólido (esterradiano).
  • A uma corrente de acionamento padrão de 20mA DC, a intensidade radiante típica é de 7.8 mW/sr, com um mínimo de 4.0 mW/sr.
  • Em operação pulsada a 100mA (≤100μs, ≤1% de ciclo de trabalho), a saída aumenta significativamente.
  • Na corrente pulsada máxima de 1A, a intensidade radiante típica atinge 350 mW/sr, mostrando a sua capacidade para emissão de alta potência e curta duração.
• Comprimento de Onda de Pico (λp):940 nm (típico). Este comprimento de onda é ideal, pois situa-se numa janela de alta transmissão para muitos plásticos e vidros e está bem adaptado à sensibilidade de pico dos detetores de silício, sendo largamente invisível ao olho humano.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):Aproximadamente 45 nm (típico). Isto define a largura espectral da luz emitida a metade da sua intensidade máxima (FWHM).
• Tensão Direta (VF):Um parâmetro chave para o desenho do circuito.
  • A 20mA, VF é tipicamente 1.5V com um máximo de 1.5V.
  • A 100mA pulsada, sobe para um típico 1.4V (máx. 1.85V).
  • A 1A pulsada, o VF típico é 2.6V (máx. 4.0V), indicando um aumento da queda de tensão na junção a correntes muito elevadas.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):25 graus (típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor a 0 graus (no eixo). Um ângulo de 25 graus fornece um feixe moderadamente focado.
• Corrente Inversa (IR):Máximo de 10 μA a VR=5V, indicando boa qualidade da junção.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica inclui uma tabela de binning para Intensidade Radiante a IF=20mA. O binning é um processo de controlo de qualidade onde os LEDs são classificados ("binned") com base em parâmetros de desempenho medidos após a fabricação.

Binning de Intensidade Radiante:Os LEDs são categorizados em bins (K, L, M, N, P) com base na sua intensidade radiante medida. Por exemplo, o bin 'K' inclui LEDs com intensidade entre 4.0 e 6.4 mW/sr, enquanto o bin 'P' inclui aqueles entre 15.0 e 24.0 mW/sr. Isto permite aos projetistas selecionar componentes com níveis de saída mínimos (e máximos) garantidos para a sua aplicação, assegurando consistência no desempenho do sistema, especialmente em matrizes multi-LED ou sistemas recetores sensíveis. O bin específico para um determinado lote é indicado no rótulo da embalagem.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que ilustram tendências de desempenho para além dos dados de ponto único nas tabelas.

• Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig.1):Esta curva mostra como a corrente direta contínua máxima permitida é reduzida ("derated") à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C. Para evitar sobreaquecimento, a corrente de acionamento deve ser reduzida a temperaturas mais elevadas.
• Distribuição Espectral (Fig.2):Um gráfico que traça a intensidade relativa em função do comprimento de onda, confirmando visualmente o pico de 940nm e a largura de banda de ~45nm.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico vs. Temperatura Ambiente (Fig.3):Ilustra a mudança no comprimento de onda de pico (tipicamente um ligeiro aumento) à medida que a temperatura da junção muda. Isto é importante para aplicações com filtragem espectral apertada.
• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva IV) (Fig.4):Mostra a relação não linear entre corrente e tensão. A curva torna-se mais íngreme a correntes mais elevadas devido à resistência em série no semicondutor e no pacote.
• Intensidade Relativa vs. Corrente Direta (Fig.5):Demonstra a relação sublinear entre a corrente de acionamento e a saída de luz. A eficiência (saída de luz por unidade de corrente) frequentemente diminui a correntes muito elevadas.
• Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular (Fig.6):Este é o padrão de radiação espacial, definindo graficamente o ângulo de visão de 25 graus. Mostra como a intensidade diminui à medida que se afasta do eixo central.
• Intensidade Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.7):Mostra a diminuição da saída de luz à medida que a temperatura ambiente (e, portanto, da junção) aumenta, um fenómeno conhecido como extinção térmica ("thermal quenching").
• Tensão Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig.8):Indica como a queda de tensão direta diminui com o aumento da temperatura, o que é uma característica da junção semicondutora.

5. Informação Mecânica e do Pacote

5.1 Dimensões do Pacote

O IR533C utiliza o pacote radial com terminais padrão da indústria de 5.0mm (T-1 3/4). As especificações dimensionais chave do desenho incluem:

• Diâmetro total: 5.0mm (nominal).
• Espaçamento dos terminais: 2.54mm (0.1 polegadas), compatível com placas perfuradas e soquetes padrão.
• O corpo do pacote é moldado em plástico de tonalidade azul, o que é típico para LEDs infravermelhos para indicar a função e pode oferecer alguma filtragem.
• A lente é transparente como água.
• O material do chip é Arsenieto de Gálio e Alumínio (GaAlAs).
• Todas as tolerâncias dimensionais são ±0.25mm salvo indicação em contrário.

5.2 Identificação da Polaridade

Como a maioria dos LEDs radiais, um terminal é mais longo que o outro. O terminal mais longo é o ânodo (positivo, A+), e o terminal mais curto é o cátodo (negativo, K-). O pacote também pode ter um ponto plano na borda perto do terminal do cátodo. A polaridade correta é essencial para o funcionamento.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

• Soldadura Manual:Utilize um ferro de soldar com controlo de temperatura. Limite o tempo de soldadura por terminal a um máximo de 3-5 segundos a uma temperatura não superior a 350°C para evitar danos térmicos no pacote plástico e nas ligações internas do fio.
• Soldadura por Onda:É possível, mas requer um controlo cuidadoso dos perfis de temperatura de pré-aquecimento e da onda de solda para se manter dentro do limite de 260°C por 5 segundos no máximo.
• Limpeza:Se for necessária limpeza após a soldadura, utilize solventes apropriados compatíveis com o material do pacote plástico azul. Evite a limpeza ultrassónica, que pode danificar a estrutura interna do chip.
• Dobragem dos Terminais:Se for necessária a formação dos terminais, dobre-os num ponto não mais próximo que 3mm do corpo do pacote para evitar tensão na vedação. Utilize ferramentas adequadas para evitar cortes ou danos nos terminais.
• Condições de Armazenamento:Armazene num ambiente seco e antiestático a temperaturas entre -40°C e +100°C. O Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL) não é explicitamente declarado, mas tratá-lo como MSL 2A ou melhor (vida útil no chão >1 ano) é típico para este tipo de pacote.

7. Informação de Embalagem e Encomenda

• Especificação de Embalagem:Os LEDs são tipicamente embalados em sacos contendo 200 a 500 peças. Cinco sacos são colocados numa caixa, e dez caixas constituem um cartão de expedição.
• Informação do Rótulo:O rótulo da embalagem inclui informação crítica para rastreabilidade e identificação:
  • CPN (Número de Peça do Cliente): Atribuído pelo comprador.
  • P/N (Número de Produção): O número de peça do fabricante (IR533C).
  • QTY (Quantidade de Embalagem): Número de peças no saco/caixa.
  • CAT (Classificação): O código do bin de desempenho (ex., M para intensidade radiante).
  • HUE: O bin do comprimento de onda de pico.
  • LOT No: O número de lote de fabrico único para rastreabilidade.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Circuito de Acionamento Básico:O circuito mais simples envolve uma resistência limitadora de corrente em série ligada a uma fonte de tensão. O valor da resistência (R) é calculado usando a Lei de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF, onde Vcc é a tensão de alimentação, VF é a tensão direta do LED à corrente desejada IF, e IF é a corrente direta alvo (ex., 20mA). Garanta sempre que a potência nominal da resistência é adequada (P = IF² * R).

Operação Pulsada para Alta Intensidade:Para aplicações como controlos remotos de longo alcance, utilize as classificações pulsadas. Um transístor (BJT ou MOSFET) pode ser usado para comutar a alta corrente pulsada (até 1A) a partir de um condensador ou de uma fonte de tensão mais elevada. A resistência em série deve ser calculada com base no VF pulsado e na corrente de pulso desejada. Garanta que as restrições de largura de pulso e ciclo de trabalho (≤100μs, ≤1%) são rigorosamente respeitadas.

8.2 Considerações de Projeto

• Dissipação de Calor:Embora o pacote tenha capacidade limitada de dissipação térmica, para operação contínua perto da corrente máxima (100mA), considere a temperatura ambiente e forneça ventilação adequada. A curva de redução (Fig.1) deve ser seguida.
• Projeto Ótico:O ângulo de visão de 25 graus fornece focagem natural. Para feixes mais estreitos, podem ser usadas lentes ou refletores externos. Para cobertura mais ampla, podem ser necessários múltiplos LEDs ou difusores.
• Adaptação do Recetor:Garanta que o recetor (fototransístor, fotodíodo ou CI) é sensível na região de 940nm. Usar um filtro IR correspondente no recetor pode melhorar muito a relação sinal-ruído ao bloquear a luz visível ambiente.
• Ruído Elétrico:Em aplicações de deteção analógica sensível, acione o LED com uma fonte de corrente constante em vez de uma simples resistência para uma saída mais estável. Para sistemas digitais pulsados, garanta tempos de subida/descida rápidos do sinal de acionamento.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O IR533C posiciona-se no amplo mercado de LEDs IR de 5mm através de características específicas:

• Alta Intensidade Radiante:A sua intensidade típica de 7.8 mW/sr a 20mA e a capacidade para saída pulsada muito elevada (350 mW/sr a 1A) tornam-no adequado para aplicações que requerem maior alcance ou maior força de sinal em comparação com LEDs IR de baixa potência padrão.
• Comprimento de Onda de 940nm:Este é o comprimento de onda IR mais comum e versátil. Oferece um bom equilíbrio entre a sensibilidade do detetor de silício, a disponibilidade de filtros correspondentes e a segurança ocular relativa em comparação com comprimentos de onda de infravermelho próximo mais curtos.
• Pacote Padrão:O formato ubíquo de 5mm garante fácil integração em projetos existentes, placas de prototipagem e recortes padrão de painel.
• Baixa Tensão Direta:Um VF típico de 1.5V a 20mA permite operação eficiente a partir de fontes de alimentação lógica de baixa tensão (3.3V, 5V) com queda de tensão mínima na resistência limitadora de corrente, deixando mais margem para operação estável.
• Conformidade:A conformidade declarada com as normas RoHS (Sem Chumbo), REACH da UE e Sem Halogéneos aborda os requisitos ambientais e regulamentares modernos para componentes eletrónicos.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Posso acionar este LED continuamente a 100mA?

R1: O Valor Máximo Absoluto para corrente direta contínua é 100mA a Ta=25°C. No entanto, deve consultar a curva de redução (Fig.1). A temperaturas ambientes elevadas, a corrente contínua máxima permitida diminui significativamente para evitar exceder a temperatura máxima da junção e o limite de dissipação de potência de 150mW. Para operação de longo prazo fiável, é frequentemente aconselhável projetar para uma corrente mais baixa (ex., 50-75mA).

P2: Qual é a diferença entre Intensidade Radiante (mW/sr) e Potência Radiante (mW)?

R2: A Intensidade Radiante é a potência ótica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano). A Potência Radiante (ou Fluxo) é a potência ótica total emitida em todas as direções. Para estimar a potência total, seria necessário integrar a intensidade em todo o padrão de emissão espacial (Fig.6). Para um LED com ângulo de visão de 25 graus, a potência total é significativamente menor que o valor da intensidade no eixo multiplicado por 4π esterradianos.

P3: Como seleciono a resistência limitadora de corrente correta?

R3: Use a fórmula R = (Vs - VF) / IF. Use o VF *máximo* da ficha técnica para o seu IF escolhido para garantir queda de tensão suficiente na resistência em todas as condições, prevenindo sobrecorrente. Por exemplo, para uma alimentação de 5V e alvo de 20mA: R = (5V - 1.5V) / 0.02A = 175 Ohms. Use o próximo valor padrão (180 Ohms). Potência na resistência: P = (0.02A)² * 180Ω = 0.072W, portanto uma resistência de 1/8W ou 1/4W é segura.

P4: Por que é que a tensão direta é mais baixa a 100mA pulsada do que a 20mA DC na tabela?

R4: Isto parece ser uma discrepância nos dados fornecidos (Típ. 1.4V a 100mA pulsada vs. 1.5V a 20mA). Na realidade, o VF deve aumentar com a corrente devido à resistência em série. A medição pulsada a 100mA pode ter um aumento de temperatura da junção menor do que uma medição DC a 20mA, o que poderia afetar ligeiramente o VF. Projete sempre usando o VF *máximo* especificado para a sua condição operacional para estar seguro.

11. Exemplos Práticos de Projeto e Utilização

Exemplo 1: Transmissor de Controlo Remoto por Infravermelhos de Longo Alcance.

Objetivo: Alcançar um alcance de 30 metros em condições interiores.

Projeto: Use operação pulsada na classificação máxima. Acione o IR533C com pulsos de 1A de largura de 50μs a um ciclo de trabalho de 1/40 (ex., 50μs ligado, 1950μs desligado, cumprindo a especificação ≤100μs, ≤1%). Um circuito simples usa um pino GPIO de um microcontrolador para acionar a base de um transístor NPN (ex., 2N2222) através de uma pequena resistência de base. O coletor do transístor está ligado ao ânodo do LED, e o cátodo do LED está ligado ao terra através de uma resistência de definição de corrente de baixo valor calculada para 1A. O ânodo do LED também está ligado a um condensador carregado (ex., 100μF) próximo do LED para fornecer a alta corrente de pico. Esta configuração aproveita a alta intensidade radiante pulsada (350 mW/sr típ.) para alcance máximo.

Exemplo 2: Sensor de Proximidade ou Deteção de Objetos.

Objetivo: Detetar um objeto dentro de 10cm.

Projeto: Use operação contínua a uma corrente moderada (ex., 50mA) para saída estável. Emparelhe o IR533C com um fototransístor de silício correspondente colocado a alguns centímetros de distância. Module a corrente de acionamento do LED a uma frequência específica (ex., 38kHz) usando o microcontrolador. O circuito recetor inclui um filtro passa-banda sintonizado para 38kHz. Esta técnica torna o sistema imune a mudanças de luz ambiente (luz solar, luzes da sala). O comprimento de onda de 940nm minimiza a interferência da luz visível. O baixo VF permite que o sistema funcione a partir de uma alimentação de 3.3V do microcontrolador.

12. Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um díodo semicondutor de junção p-n. Quando polarizado diretamente (tensão positiva aplicada ao lado p em relação ao lado n), os eletrões da região n são injetados através da junção para a região p, e as lacunas da região p são injetadas na região n. Estes portadores minoritários injetados (eletrões na região p, lacunas na região n) recombinam-se com os portadores majoritários. Num semicondutor de banda proibida direta como o Arsenieto de Gálio e Alumínio (GaAlAs), uma parte significativa deste evento de recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). O comprimento de onda (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida (Eg) do material semicondutor, de acordo com a equação λ ≈ 1240 / Eg (com Eg em eletrão-volts e λ em nanómetros). Para o GaAlAs ajustado para emissão de 940nm, a banda proibida é aproximadamente 1.32 eV. A dopagem específica e a estrutura em camadas do chip são projetadas para maximizar a eficiência deste processo de recombinação radiativa dentro do espectro infravermelho.

13. Tendências Tecnológicas

A tecnologia fundamental por trás de dispositivos como o IR533C é madura. No entanto, as tendências no mercado mais amplo de LEDs IR influenciam o seu contexto de aplicação e desenvolvimento:

• Aumento da Potência e Eficiência:A investigação contínua em ciência de materiais visa melhorar a eficiência "wall-plug" (potência ótica de saída / potência elétrica de entrada) dos LEDs IR, permitindo uma saída mais brilhante ou menor consumo de energia. Isto é impulsionado por aplicações em sensores de tempo de voo (ToF), LiDAR e reconhecimento facial.
• Miniaturização:Embora o formato de 5mm permaneça popular para projetos de montagem através de orifício, os pacotes de dispositivo de montagem em superfície (SMD) (ex., 0805, 1206 e pacotes de escala de chip) estão a tornar-se dominantes para montagem automatizada e projetos com restrições de espaço como smartphones e wearables.
• Soluções Integradas:Existe uma tendência para combinar o LED IR com um CI de acionamento, um fotodetector e, por vezes, até um microcontrolador num único módulo. Estes módulos de "fusão de sensores" simplificam o projeto para utilizadores finais em aplicações como controlo por gestos ou deteção de presença.
• Diversificação do Comprimento de Onda:Embora os 940nm sejam padrão, outros comprimentos de onda como 850nm (frequentemente visíveis como um brilho vermelho fraco) são usados onde alguma visibilidade é aceitável e a sensibilidade do detetor de silício é ligeiramente maior. Comprimentos de onda mais longos (1050nm, 1300nm, 1550nm) são usados para aplicações especializadas como LiDAR seguro para os olhos e comunicações óticas.
• Expansão da Aplicação:O crescimento da Internet das Coisas (IoT), automação residencial inteligente, monitorização do condutor automóvel e segurança biométrica está a criar continuamente novas aplicações para emissores de infravermelhos fiáveis e de baixo custo como o IR533C.