Ficha Técnica do LED Infravermelho HIR7393C de 5mm - Diâmetro 5.0mm - Tensão Direta 1.45V - Comprimento de Onda 850nm - Dissipação de Potência 150mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O dispositivo é um diodo emissor de infravermelho (IRED) de alta intensidade, encapsulado em um pacote padrão T-1 3/4 (5.0mm) com uma lente plástica transparente. Foi projetado para emitir luz em um comprimento de onda de pico de 850nm, sendo espectralmente compatível com fototransistores de silício, fotodiodos e módulos receptores de infravermelho comuns, garantindo operação confiável em sistemas de sensoriamento e comunicação.

1.1 Características Principais e Vantagens

• Alta Intensidade Radiante:Fornece uma intensidade radiante típica de 15 mW/sr a uma corrente direta de 20mA, permitindo uma transmissão de sinal robusta.
• Baixa Tensão Direta:Apresenta uma tensão direta típica (V_F) de 1.45V a 20mA, contribuindo para um menor consumo de energia nos circuitos.
• Alta Confiabilidade:Construído com materiais e processos robustos adequados para aplicações industriais.
• Sem Chumbo e em Conformidade com RoHS:Fabricado para atender às regulamentações ambientais.
• Espaçamento Padrão dos Terminais:Espaçamento de 2.54mm (0.1 polegada) entre os pinos, compatível com protoboards e PCBs padrão.

1.2 Mercado-Alvo e Aplicações

Este LED infravermelho é direcionado principalmente a projetistas e engenheiros que trabalham em sistemas eletrônicos que requerem fontes de luz não visíveis. Sua principal aplicação está emsistemas aplicados de infravermelho, o que inclui amplamente:

• Detecção de objetos e sensoriamento de proximidade
• Transmissão de dados por infravermelho (ex.: controles remotos, comunicação de curto alcance)
• Codificadores ópticos e sensoriamento de posição
• Sistemas de barreira e sensores de segurança
• Automação industrial e iluminação para visão computacional

2. Análise Aprofundada dos 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
• Dissipação de Potência (P_d):150 mW (a uma temperatura ambiente de 25°C ou inferior)
• Temperatura de Soldagem (T_sol):260°C por ≤5 segundos

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

Estes são os parâmetros de desempenho típicos sob condições de teste especificadas.

• Intensidade Radiante (I_e):Mín. 7.8, Típ. 15 mW/sr @ I_F=20mA. Pode atingir ~50 mW/sr @ I_F=100mA em condições pulsadas.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):850 nm (Típico) @ I_F=20mA. Este valor está próximo da sensibilidade de pico dos detectores de silício.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):45 nm (Típico) @ I_F=20mA. Define a largura espectral na metade da intensidade máxima.
• Tensão Direta (V_F):Típ. 1.45V, Máx. 1.65V @ I_F=20mA. Típ. 1.80V, Máx. 2.40V @ I_F=100mA (pulsado).
• Corrente Reversa (I_R):Máx. 10 μA @ V_R=5V.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):45 graus (Típico) @ I_F=20mA. Este é o ângulo total na metade da intensidade.

2.3 Características Térmicas

A classificação de dissipação de potência de 150mW é especificada a uma temperatura ambiente de 25°C ou inferior. À medida que a temperatura ambiente aumenta, a dissipação de potência máxima permitida diminui. Os projetistas devem consultar a curva de derating (implícita na ficha técnica) para garantir que a temperatura de junção não exceda os limites seguros, o que é crítico para a confiabilidade de longo prazo. A faixa de temperatura de operação de -40°C a +85°C o torna adequado para ambientes severos.

3. Explicação do Sistema de Binning

O HIR7393C está disponível em diferentes graus de desempenho, ou "bins", baseados na intensidade radiante medida em I_F= 20mA. Isso permite a seleção de um dispositivo que atenda a requisitos específicos de brilho.

Binning de Intensidade Radiante (Unidade: mW/sr):

• Bin M:Mín 7.8, Máx 12.5
• Bin N:Mín 11.0, Máx 17.6
• Bin P:Mín 15.0, Máx 24.0
• Bin Q:Mín 21.0, Máx 34.0

A seleção de um bin superior (ex.: Q) garante uma intensidade radiante mínima mais alta, o que pode ser importante para maximizar a relação sinal-ruído em aplicações de sensoriamento ou aumentar o alcance da transmissão IR.

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 sobe, a corrente máxima deve ser reduzida para evitar superaquecimento e garantir que a temperatura de junção permaneça dentro dos limites seguros. Esta curva é essencial para projetar circuitos confiáveis, especialmente em ambientes de alta temperatura.

4.2 Distribuição Espectral

A curva de distribuição espectral plota a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Ela confirma a emissão de pico em 850nm e a largura de banda espectral de aproximadamente 45nm. A curva é relativamente simétrica e centrada em 850nm, o que é ideal para compatibilidade com detectores de silício que possuem sensibilidade de pico em torno de 800-900nm.

4.3 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Esta curva demonstra que a intensidade radiante aumenta com a corrente direta, mas a relação não é perfeitamente linear, especialmente em correntes mais altas devido ao aquecimento e à queda de eficiência. Operar em modo pulsado (como especificado para o teste de 100mA) permite uma intensidade de pico mais alta sem o acúmulo térmico associado à operação contínua.

4.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar ilustra o padrão de emissão espacial do LED. O ângulo de visão de 45 graus (largura total à meia altura) indica um feixe moderadamente amplo. A intensidade é mais alta a 0 graus (no eixo) e diminui suavemente em direção às bordas. Este padrão é importante para projetar sistemas ópticos a fim de garantir cobertura ou foco adequados.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O dispositivo utiliza um pacote redondo padrão T-1 3/4 (diâmetro de 5.0mm). As dimensões principais incluem:

• Diâmetro total: 5.0mm.
• Espaçamento dos terminais: 2.54mm (padrão).
• Diâmetro dos terminais: Tipicamente 0.45mm.
• Altura do pacote: Aproximadamente 8.6mm do plano de assentamento até o topo da cúpula.
• Tolerâncias: ±0.25mm, salvo indicação em contrário no desenho dimensional detalhado.

O desenho mecânico exato deve ser consultado para o posicionamento crítico e projeto da área de contato na PCB.

5.2 Identificação da Polaridade

O LED possui um ponto plano ou um entalhe na borda da lente plástica, que tipicamente indica o lado do cátodo (negativo). O terminal do cátodo também costuma ser o terminal mais curto, embora isso possa ser aparado durante a montagem. Sempre verifique a polaridade antes de soldar para evitar danos por polarização reversa.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Formação dos Terminais

• Dobre os terminais em um ponto a pelo menos 3mm da base do bulbo de epóxi.
• Realize a formação dos terminaisantes soldering.
• Evite aplicar tensão no pacote do LED durante a dobra.
• Corte os terminais à temperatura ambiente.
• Certifique-se de que os furos na PCB estejam perfeitamente alinhados com os terminais do LED para evitar tensão de montagem.

6.2 Armazenamento

• Armazenamento recomendado: ≤30°C e ≤70% de Umidade Relativa (UR).
• Vida útil nestas condições: 3 meses a partir do envio.
• Para armazenamento mais longo (até 1 ano): Use um recipiente selado com atmosfera de nitrogênio e absorvente de umidade.
• Evite transições rápidas de temperatura em ambientes úmidos para prevenir condensação.

6.3 Processo de Soldagem

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

Soldagem Manual:

• Temperatura da ponta do ferro: Máx. 300°C (para ferro de até 30W).
• Tempo de soldagem por terminal: Máx. 3 segundos.

Soldagem por Imersão/Onda:

• Temperatura de pré-aquecimento: Máx. 100°C (por até 60 segundos).
• Temperatura do banho de solda: Máx. 260°C.
• Tempo de permanência na solda: Máx. 5 segundos.

Notas Críticas:

• Evite tensão nos terminais durante as fases de alta temperatura.
• Não realize soldagem por imersão/manual mais de uma vez.
• Proteja o LED de choques/vibrações mecânicas até que ele esfrie à temperatura ambiente após a soldagem.
• Evite processos de resfriamento rápido.
• Use a temperatura mais baixa possível que garanta uma junta de solda confiável.

6.4 Limpeza

• Se necessário, limpe apenas com álcool isopropílico à temperatura ambiente por ≤1 minuto.
• Seque à temperatura ambiente antes do uso.
• Evite limpeza ultrassônicaa menos que seja absolutamente necessário e pré-qualificado, pois pode causar danos mecânicos.

6.5 Gerenciamento Térmico

O gerenciamento térmico deve ser considerado durante a fase de projeto do circuito. A corrente deve ser adequadamente reduzida com base na temperatura ambiente, conforme mostrado na curva de derating. Uma área adequada de cobre na PCB (alívio térmico) ao redor dos terminais do LED pode ajudar a dissipar o calor. Para operação pulsada de alta corrente ou alto ciclo de trabalho, podem ser necessárias medidas adicionais de resfriamento.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificação de Embalagem

• Embalagem Primária:500 unidades por saco antiestático.
• Caixa Interna:5 sacos (2500 unidades) por caixa interna.
• Caixa Mestra/Externa:10 caixas internas (25.000 unidades) por caixa externa.

7.2 Informações da Etiqueta

A etiqueta do produto contém vários identificadores-chave:

• CPN:Número do Produto do Cliente.
• P/N:Número do Produto do Fabricante (ex.: HIR7393C).
• QTQ:Quantidade de Embalagem no saco.
• CAT:Classificação de Intensidade Luminosa (Código do bin, ex.: M, N, P, Q).
• HUE:Classificação do Comprimento de Onda Dominante.
• REF:Classificação da Tensão Direta.
• LOT No:Número do Lote de Fabricação para rastreabilidade.

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O circuito mais comum é uma simples conexão em série com um resistor limitador de corrente. O valor do resistor é calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Por exemplo, com uma fonte de 5V, V_F=1.45V, e I_Fdesejada =20mA: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω. Um resistor padrão de 180Ω seria adequado. Para operação pulsada para maior intensidade, um transistor ou MOSFET controlado por um microcontrolador é típico.

8.2 Considerações de Projeto

• Acionamento de Corrente:Sempre acione LEDs com uma fonte de corrente constante ou uma fonte de tensão com limitação de corrente para evitar fuga térmica.
• Proteção contra Tensão Reversa:A tensão reversa máxima é de apenas 5V. Em circuitos onde a polarização reversa é possível (ex.: acoplamento AC, cargas indutivas), inclua um diodo de proteção em paralelo com o LED (cátodo para ânodo).
• Projeto Óptico:Considere o ângulo de visão de 45 graus ao projetar lentes, refletores ou aberturas para o seu sistema. A lente transparente é adequada para uso com elementos ópticos externos.
• Compatibilidade do Detector:Certifique-se de que o fotodetector emparelhado (fototransistor, fotodiodo, CI receptor) seja sensível na região de 850nm para um desempenho ideal.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a LEDs visíveis padrão ou outros LEDs infravermelhos, o HIR7393C oferece vantagens específicas:

• vs. LEDs Visíveis:Emite no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano, sendo ideal para sensoriamento discreto e comunicação.
• vs. LEDs IR de 940nm:A luz de 850nm é mais facilmente detectada por detectores de silício padrão (que são mais sensíveis em torno de 800-900nm) e muitas vezes é visível como um brilho vermelho fraco com algumas câmeras digitais, auxiliando no alinhamento durante a prototipagem.
• vs. LEDs IR de Baixa Potência:Seus bins de maior intensidade radiante (P, Q) fornecem uma saída mais forte, permitindo maior alcance ou melhor integridade de sinal em ambientes ruidosos.
• vs. Embalagens Não Padrão:O pacote T-1 3/4 é ubíquo, facilitando a aquisição, prototipagem e substituição.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P1: Posso acionar este LED diretamente a partir de um pino de um microcontrolador?

R: Depende da capacidade de fornecimento de corrente do pino do microcontrolador. Muitos pinos de MCU podem fornecer 20mA, mas muitas vezes está no limite superior. Geralmente é mais seguro e recomendado usar um transistor simples (ex.: NPN como 2N3904) como chave para acionar o LED, controlado pelo pino do MCU.

P2: Por que a corrente de pico pulsada (1A) é tão maior que a corrente contínua (100mA)?

A: A geração de calor é proporcional ao quadrado da corrente (I²R). Um pulso muito curto (≤100μs) com um ciclo de trabalho baixo (≤1%) não permite tempo suficiente para que calor significativo se acumule no chip do LED, prevenindo danos térmicos. A operação contínua em alta corrente causaria superaquecimento.

P3: O que significa "espectralmente compatível"?

R: Significa que o comprimento de onda de emissão de pico deste LED (850nm) se alinha bem com a sensibilidade espectral de pico dos fotodetectores de silício comuns. Essa compatibilidade maximiza o sinal elétrico gerado no detector para uma determinada quantidade de luz IR, melhorando a eficiência do sistema e a relação sinal-ruído.

P4: Como escolho o bin correto (M, N, P, Q)?

R: Escolha com base nos requisitos de sensibilidade do seu sistema. Se você precisa de uma saída alta e consistente (ex.: para maior alcance ou através de materiais atenuantes), especifique o Bin P ou Q. Para aplicações sensíveis ao custo onde o brilho mínimo é menos crítico, o Bin M ou N pode ser suficiente. Consulte a tabela de binning para os valores exatos mín/máx.

11. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

11.1 Sensor de Proximidade de Objeto Simples

Uma aplicação clássica é um sensor de objeto reflexivo. O HIR7393C é colocado adjacente a um fototransistor. O LED ilumina a área à frente do sensor. Quando um objeto se aproxima, ele reflete a luz IR de volta para o fototransistor, fazendo com que sua corrente de coletor aumente. Essa mudança pode ser detectada por um comparador ou ADC de um microcontrolador para acionar uma ação. O feixe de 45 graus do LED fornece um bom equilíbrio entre tamanho do ponto e intensidade para esse tipo de sensoriamento.

11.2 Link de Dados por Infravermelho

Para transmissão de dados seriais simples (como um controle remoto de TV), o LED pode ser pulsado em alta corrente (ex.: pulsos de 100mA) de acordo com um sinal digital modulado (ex.: portadora de 38kHz). A alta intensidade radiante no modo pulsado permite um alcance razoável. Um módulo receptor IR compatível (com demodulador embutido) sintonizado na mesma frequência seria usado no lado receptor.

12. Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (IRED) é um diodo semicondutor de junção p-n. Quando polarizado diretamente, elétrons da região n e lacunas da região p são injetados na região ativa. Quando esses portadores de carga se recombinam, eles liberam energia. Em um IRED feito de Arseneto de Gálio e Alumínio (GaAlAs), essa energia é liberada principalmente como fótons no espectro infravermelho (em torno de 850nm neste caso). O pacote de epóxi transparente atua como uma lente, moldando a luz emitida no padrão de feixe característico. A eficiência desse processo de eletroluminescência determina a intensidade radiante para uma determinada corrente de acionamento.

13. Tendências Tecnológicas

Embora o pacote T-1 3/4 fundamental e a tecnologia de 850nm sejam maduras, as tendências em LEDs IR incluem:

• Maior Eficiência:Melhorias contínuas na ciência dos materiais visam produzir mais potência óptica (intensidade radiante) por unidade de potência elétrica de entrada, reduzindo a geração de calor e o consumo de energia.
• Espectros Mais Estreitos:Algumas aplicações, como sensoriamento de gases ou comunicação de alta velocidade, se beneficiam de LEDs com comprimentos de onda de emissão muito específicos e estreitos.
• Dispositivos Integrados:As tendências incluem combinar o LED IR e o fotodetector em um único pacote (estilo acoplador óptico) ou com circuitos de acionamento para uma integração de sistema mais simples.
• Miniaturização:Embora o de 5mm permaneça popular, os pacotes de dispositivo de montagem em superfície (SMD) são cada vez mais comuns para montagem automatizada e projetos compactos.
• Segurança Ocular:Maior foco em garantir que as emissões IR, especialmente de dispositivos de alta potência, estejam em conformidade com os padrões internacionais de segurança ocular (IEC 62471).

O HIR7393C representa um componente confiável e bem compreendido que continua a servir como um bloco de construção fundamental em uma ampla gama de sistemas eletrônicos de sensoriamento e controle.