Ficha Técnica do LED Infravermelho IR323 de 5mm - Embalagem de 5.0mm - Comprimento de Onda 940nm - Tensão Direta 1.5V - Dissipação de Potência 150mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas completas para um diodo emissor de luz (LED) infravermelho de alta intensidade de 5mm. O dispositivo é encapsulado em uma embalagem plástica azul transparente e foi projetado para emitir luz em um comprimento de onda de pico de 940 nanômetros (nm), posicionando-o firmemente dentro do espectro do infravermelho próximo. Este comprimento de onda é estrategicamente escolhido para desempenho ideal em aplicações de sensoriamento e controle remoto, pois está bem alinhado com a sensibilidade espectral dos fototransistores de silício, fotodiodos e módulos receptores de infravermelho comuns. Os principais objetivos de design para este componente são alta confiabilidade, alta potência radiante de saída e operação com baixa tensão direta, tornando-o adequado para uma variedade de sistemas eletrônicos baseados em infravermelho.

1.1 Características e Vantagens Principais

O LED oferece várias vantagens principais que contribuem para seu desempenho e facilidade de integração:

• Alta Intensidade Radiante:Fornece uma intensidade radiante típica de 6,4 mW/sr a uma corrente de acionamento padrão de 20mA, garantindo uma transmissão de sinal forte.
• Baixa Tensão Direta:Apresenta uma tensão direta típica (Vf) de 1,2V a 20mA, contribuindo para um menor consumo de energia no sistema geral.
• Embalagem Padronizada:Utiliza uma embalagem radial com terminais de 5mm comum, com espaçamento de 2,54mm (0,1 polegada) entre os terminais, compatível com layouts padrão de PCB e protoboards.
• Conformidade Ambiental:O produto é fabricado sem chumbo, em conformidade com os regulamentos RoHS e REACH da UE, e atende aos padrões livres de halogênio (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm).
• Ângulo de Visão Definido:Oferece um ângulo de visão típico de meia intensidade (2θ1/2) de 30 graus, proporcionando um feixe focalizado adequado para aplicações direcionadas.

2. Análise dos Parâmetros Técnicos

Esta seção fornece uma interpretação objetiva e detalhada dos limites e características elétricas, ópticas e térmicas do dispositivo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação nestes limites não é garantida.

• Corrente Direta Contínua (I_F):100 mA. A corrente DC máxima que pode passar pelo LED indefinidamente a uma temperatura ambiente de 25°C.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):1,0 A. Esta alta corrente de pulso é permitida apenas sob condições rigorosas: largura de pulso ≤ 100μs e ciclo de trabalho ≤ 1%. É útil para sinalização breve e de alta intensidade.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. A tensão máxima que pode ser aplicada na direção de polarização reversa. Exceder este valor pode causar ruptura da junção.
• Dissipação de Potência (P_d):150 mW a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente livre. Esta é a potência máxima que a embalagem pode dissipar como calor. A especificação é reduzida com o aumento da temperatura ambiente.
• Faixas de Temperatura:Operação (T_opr): -40°C a +85°C; Armazenamento (T_stg): -40°C a +100°C.
• Temperatura de Soldagem (T_sol):260°C no máximo por uma duração não superior a 5 segundos, definindo a janela de processo para soldagem por onda ou manual.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros, medidos a Ta=25°C, definem o desempenho típico do dispositivo em condições normais de operação.

• Intensidade Radiante (I_e):A principal medida da saída óptica. Mínimo 4,0 mW/sr, Típico 6,4 mW/sr a I_F=20mA. Na corrente contínua máxima de 100mA, a intensidade típica sobe para 30 mW/sr.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):940 nm (típico). Este é o comprimento de onda no qual a potência óptica emitida está no seu máximo.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Define a faixa de comprimentos de onda emitidos, tipicamente medida na metade da potência de pico (Largura Total à Meia Altura - FWHM).
• Tensão Direta (V_F):1,2V (típico), 1,5V (máximo) a 20mA. Aumenta para 1,4V (típico), 1,8V (máximo) a 100mA devido à resistência série do diodo.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo 10 μA quando uma polarização reversa de 5V é aplicada.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):30 graus (típico). A dispersão angular entre os pontos onde a intensidade radiante é metade do valor a 0 graus (no eixo).

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

Os dispositivos são classificados ("binned") com base na sua intensidade radiante medida na condição de teste padrão de I_F= 20mA. Isso permite que os projetistas selecionem componentes com níveis de saída mínimos e máximos garantidos para um desempenho consistente do sistema.

Por exemplo, um componente marcado com a classificação "L" tem garantia de ter uma intensidade radiante entre 5,6 e 8,9 mW/sr. Letras de classificação mais altas (ex.: P) correspondem a dispositivos de maior saída. A ficha técnica não indica classificação para outros parâmetros como tensão direta ou comprimento de onda de pico para este produto específico, sugerindo um controle de fabricação rigoroso nessas características.

4. Análise das Curvas de Desempenho

As curvas características fornecidas oferecem insights valiosos sobre o comportamento do dispositivo em condições variáveis.

4.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Este gráfico mostra a redução da corrente direta contínua máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. A 25°C, os 100mA completos são permitidos. Conforme a temperatura sobe, a corrente máxima deve ser reduzida para evitar exceder o limite de dissipação de potência de 150mW e garantir a confiabilidade de longo prazo. Esta curva é crítica para projetar sistemas que operam em ambientes de temperatura elevada.

4.2 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Este gráfico ilustra a relação entre a corrente de acionamento (I_F) e a saída óptica (I_e). A intensidade radiante aumenta de forma super-linear com a corrente em níveis mais baixos e tende a se tornar mais linear em correntes mais altas, embora eventualmente sature. A curva confirma os valores típicos declarados na tabela (ex.: ~6,4 mW/sr a 20mA, ~30 mW/sr a 100mA).

4.3 Distribuição Espectral

O gráfico espectral plota a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Ele confirma visualmente o comprimento de onda de pico (λ_p) de 940nm e a largura de banda espectral (Δλ) de aproximadamente 45nm nos pontos FWHM. A curva é característica do sistema de material semicondutor GaAlAs (Arseneto de Gálio e Alumínio).

4.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar descreve o padrão de radiação do LED. Ele mostra como a intensidade diminui à medida que o ângulo do eixo central (0°) aumenta. O ângulo onde a intensidade cai para 50% do seu valor no eixo define o ângulo de visão de meia intensidade, mostrado aqui como aproximadamente 30 graus, resultando em um feixe moderadamente focalizado.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões da Embalagem

O dispositivo utiliza uma embalagem radial com terminais padrão de 5mm. O desenho dimensional especifica as medidas principais: diâmetro total (5,0mm típico), diâmetro do fio terminal, a distância da base da lente até a dobra nos terminais e o espaçamento dos terminais (2,54mm). O desenho inclui uma nota de que as tolerâncias são de ±0,25mm, salvo indicação em contrário. O terminal mais longo normalmente indica a conexão do ânodo (positivo).

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseio adequado é essencial para manter a integridade e o desempenho do dispositivo.

6.1 Formação dos Terminais

• A dobra deve ocorrer em um ponto a pelo menos 3mm da base da lente de epóxi para evitar tensão na vedação.
• A formação deve ser concluída antes de qualquer operação de soldagem.
• O corte dos terminais deve ser feito à temperatura ambiente para evitar choque térmico.
• Os furos da PCB devem estar perfeitamente alinhados com os terminais do LED para evitar tensão na montagem.

6.2 Armazenamento

• As condições de armazenamento recomendadas são ≤30°C e ≤70% de Umidade Relativa (UR) por até 3 meses a partir do envio.
• Para armazenamento mais longo (até um ano), use um recipiente selado com atmosfera de nitrogênio e dessecante.
• Evite mudanças rápidas de temperatura em ambientes úmidos para prevenir condensação.

6.3 Processo de Soldagem

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

• Soldagem Manual:Temperatura da ponta do ferro ≤300°C (para um ferro de no máximo 30W), tempo de soldagem ≤3 segundos por terminal.
• Soldagem por Onda/Imersão:Pré-aquecimento ≤100°C por ≤60 segundos. Temperatura do banho de solda ≤260°C por ≤5 segundos de tempo de imersão.
• Evite tensão nos terminais durante as fases de alta temperatura.
• A soldagem por imersão ou manual não deve ser realizada mais de uma vez.
• Permita que o LED esfrie gradualmente até a temperatura ambiente após a soldagem; evite resfriamento rápido.

6.4 Limpeza

• Se necessário, limpe apenas com álcool isopropílico à temperatura ambiente por não mais de um minuto.
• Não use limpeza ultrassônica a menos que seja absolutamente necessário e apenas após testes de pré-qualificação completos, pois pode causar danos mecânicos.

7. Embalagem e Informações de Pedido

7.1 Especificação do Rótulo

O rótulo na embalagem contém vários códigos: Número do Produto do Cliente (CPN), Número do Produto do Fabricante (P/N), Quantidade da Embalagem (QTY) e classificações de desempenho para Intensidade Luminosa (CAT), Comprimento de Onda Dominante (HUE) e Tensão Direta (REF). Também inclui o Número do Lote e um código de data (Mês).

7.2 Especificação da Embalagem

• Os LEDs são embalados em sacos antiestáticos.
• Embalagem típica: 200-500 peças por saco, 5 sacos por caixa interna, 10 caixas internas por caixa mestra (externa).

8. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Controles Remotos por Infravermelho:Para TVs, sistemas de áudio e outros eletrônicos de consumo. O comprimento de onda de 940nm é ideal por ser invisível ao olho humano, mas eficientemente detectado por receptores de silício.
• Sensores de Proximidade e Detecção de Objetos:Usados em torneiras automáticas, secadores de mãos, sistemas de segurança e equipamentos de contagem industrial. Um LED IR emparelhado com um fotodetector pode detectar a interrupção ou reflexão do seu feixe.
• Chaves e Codificadores Ópticos:Para detectar movimento ou posição em impressoras, controles de motor e codificadores rotativos.
• Iluminação para Visão Noturna:Fornecendo iluminação discreta para câmeras de segurança equipadas com sensores sensíveis ao infravermelho.
• Transmissão de Dados:Em enlaces ópticos de dados de curto alcance e linha de visada (ex.: sistemas legados IrDA).

8.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Sempre use um resistor limitador de corrente em série ao acionar o LED a partir de uma fonte de tensão. Calcule o valor do resistor usando R = (V_fonte- V_F) / I_F. Não conecte diretamente a uma fonte de tensão.
• Gerenciamento de Calor:Ao operar próximo da corrente máxima ou em altas temperaturas ambientes, considere a curva de redução de potência. Garanta ventilação adequada ou dissipação de calor, se necessário, especialmente para matrizes densamente compactadas.
• Projeto Óptico:O ângulo de visão de 30 graus fornece um feixe focalizado. Para cobertura mais ampla, use múltiplos LEDs ou ópticas secundárias como difusores. Para alcance maior, lentes podem ser usadas para colimar ainda mais o feixe.
• Imunidade a Ruído Elétrico:Em aplicações de sensoriamento, module o sinal IR (ex.: com uma portadora de 38kHz) para distingui-lo da luz infravermelha ambiente (luz solar, lâmpadas incandescentes). Isso melhora muito a relação sinal-ruído.
• Compatibilidade do Receptor:Certifique-se de que o fotodetector ou módulo receptor selecionado (ex.: um receptor integrado de 38kHz) seja espectralmente sensível em torno de 940nm para desempenho ideal.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora existam muitos LEDs IR de 5mm, a combinação de parâmetros deste dispositivo oferece vantagens específicas:

• vs. LEDs IR de Maior Comprimento de Onda (ex.: 850nm):A emissão de 940nm é menos visível como um brilho vermelho fraco, tornando-a mais adequada para aplicações discretas. No entanto, os fotodetectores de silício são ligeiramente menos sensíveis a 940nm do que a 850nm, o que é compensado pela alta intensidade radiante deste LED.
• vs. LEDs IR de Brilho Padrão:A disponibilidade de classificações de saída mais altas (ex.: Classificação N, P) permite projetos que exigem maior alcance ou correntes de acionamento mais baixas para a mesma força de sinal, melhorando a eficiência energética.
• vs. LEDs IR de Montagem em Superfície (SMD):A embalagem de orifício passante é mais fácil para prototipagem, uso por hobbyistas e aplicações onde a robustez mecânica da conexão é priorizada em relação ao espaço na placa.
• Diferenciais Principais:A estrutura de classificação claramente definida e relativamente rigorosa para intensidade, combinada com a conformidade ambiental abrangente (RoHS, REACH, Livre de Halogênio), torna este componente adequado para produtos eletrônicos modernos e regulamentados.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

10.1 Qual é a diferença entre "intensidade radiante" e "intensidade luminosa"?

Intensidade radiante (medida em mW/sr) é a potência óptica emitida por ângulo sólido, relevante para todos os comprimentos de onda. Intensidade luminosa (medida em candela, mcd) pondera a potência óptica pela sensibilidade do olho humano (curva fotópica). Como o olho humano é quase insensível à luz infravermelha de 940nm, a intensidade luminosa é essencialmente zero para este LED. A intensidade radiante é a métrica correta para componentes IR usados com sensores eletrônicos.

10.2 Posso acionar este LED a 100mA continuamente?

Sim, mas apenas se a temperatura ambiente (Ta) estiver em ou abaixo de 25°C, conforme as Especificações Máximas Absolutas. Se a temperatura ambiente for mais alta, você deve consultar a curva de redução de potência "Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente" para encontrar a nova corrente contínua máxima permitida. Por exemplo, a 85°C, a corrente contínua máxima será significativamente menor que 100mA.

10.3 Por que a corrente direta de pico (1A) é tão maior que a corrente contínua (100mA)?

A especificação de 1A é para pulsos muito curtos (≤100μs) com um baixo ciclo de trabalho (≤1%). Durante um pulso tão breve, a junção semicondutora não tem tempo para aquecer significativamente. A especificação de 100mA contínua é limitada pela capacidade de dissipação térmica em estado estacionário da embalagem. A alta corrente de pulso permite aplicações como sinalização de longa distância com rajadas curtas.

10.4 Como identifico o ânodo e o cátodo?

Em uma embalagem radial padrão de LED, o terminal mais longo é tipicamente o ânodo (positivo). Além disso, ao visualizar o LED por baixo, o terminal do lado com um ponto plano na borda da lente plástica é geralmente o cátodo (negativo). Sempre verifique com um multímetro no modo de teste de diodo se não tiver certeza.

11. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

11.1 Circuito Simples de Sensor de Proximidade

Um sensor refletivo básico pode ser construído colocando este LED IR e um fototransistor lado a lado, apontando na mesma direção. O LED é acionado por um pino de um microcontrolador através de um resistor de 20-30Ω (para ~50mA de uma fonte de 3,3V: R = (3,3V - 1,2V)/0,05A ≈ 42Ω). O coletor do fototransistor é conectado à fonte via um resistor de pull-up (ex.: 10kΩ), e o emissor é aterrado. O nó do coletor conecta-se a uma entrada ADC ou digital do microcontrolador. Quando um objeto se aproxima, ele reflete a luz IR para o fototransistor, fazendo sua tensão de coletor cair, o que é detectado pelo microcontrolador.

11.2 Acionando um Módulo Receptor IR

Para aplicações de controle remoto, emparelhe este LED com um módulo receptor IR de 3 pinos (ex.: sintonizado em 38kHz). O LED é conectado em série com um resistor limitador de corrente e um transistor NPN. A base do transistor é acionada por um sinal modulado de um microcontrolador, que codifica o comando do controle remoto usando um protocolo como NEC ou RC5. A frequência portadora de 38kHz está dentro da largura de banda do tempo de subida/descida do LED. O módulo receptor demodula este sinal e gera um fluxo de dados digital limpo para o microcontrolador.

12. Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um diodo de junção p-n semicondutor. Quando polarizado diretamente (tensão positiva aplicada ao ânodo em relação ao cátodo), elétrons da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados através da junção. Quando esses portadores de carga se recombinam na região ativa da junção, eles liberam energia. Neste dispositivo específico, o material semicondutor é Arseneto de Gálio e Alumínio (GaAlAs). A banda proibida de energia deste material determina o comprimento de onda dos fótons emitidos. Para GaAlAs ajustado para emitir a 940nm, a energia de recombinação corresponde a fótons na parte do infravermelho próximo do espectro eletromagnético. A embalagem de epóxi azul transparente atua como uma lente, moldando a luz emitida no ângulo de visão especificado, e é transparente ao comprimento de onda infravermelho.

13. Tendências Tecnológicas

Embora componentes de orifício passante como este LED de 5mm permaneçam populares para prototipagem, educação e certas aplicações industriais, a tendência mais ampla da indústria é em direção a embalagens de dispositivos de montagem em superfície (SMD) (ex.: 0805, 1206 ou embalagens em escala de chip). Os SMDs oferecem tamanho menor, melhor adequação para montagem automatizada pick-and-place e, frequentemente, desempenho térmico aprimorado devido a uma maior conexão de almofada térmica com a PCB. Para LEDs infravermelhos especificamente, as tendências incluem o desenvolvimento de dispositivos com maior eficiência wall-plug (mais saída de luz por watt elétrico de entrada), tolerâncias de comprimento de onda mais rigorosas para aplicações de sensoriamento específicas (como detecção de gases) e integração com drivers ou sensores em módulos multi-chip. A física fundamental e a ciência dos materiais por trás dos emissores IR de semicondutores GaAlAs e III-V similares continuam sendo refinadas para desempenho e custo.