Ficha Técnica do LED Infravermelho HIR323C de 5mm - Diâmetro 5mm - Tensão Direta 1.45V - Comprimento de Onda 850nm - Dissipação de Potência 150mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O HIR323C é um díodo emissor de infravermelhos de alta intensidade, encapsulado numa embalagem padrão T-1 (5mm) com uma lente de plástico transparente. Este dispositivo foi projetado para oferecer um desempenho fiável em sistemas de sensoriamento e comunicação por infravermelhos. A sua saída espectral está especificamente calibrada para ser compatível com fototransístores de silício, fotodíodos e módulos recetores de infravermelhos comuns, garantindo uma eficiência ótima do sistema. O principal domínio de aplicação deste componente situa-se nos sistemas que utilizam infravermelhos, os quais podem incluir comandos à distância, deteção de objetos, sensores de proximidade e interruptores ópticos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste LED infravermelho derivam do seu design e seleção de materiais. Utiliza um chip de GaAlAs (Arsenieto de Gálio e Alumínio), conhecido pela sua emissão eficiente de infravermelhos. O encapsulamento oferece uma elevada intensidade radiante, permitindo uma transmissão de sinal robusta. Uma característica significativa é a sua baixa tensão direta, que contribui para um menor consumo de energia na aplicação final. O produto foi concebido para cumprir as normas ambientais e de segurança modernas, sendo livre de chumbo, compatível com RoHS, compatível com o REACH da UE e livre de halogéneos. Isto torna-o adequado para um mercado global, particularmente em eletrónica de consumo, automação industrial e sistemas de segurança onde são necessárias fontes de infravermelhos fiáveis e de longa duração.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação objetiva e detalhada dos principais parâmetros técnicos listados na ficha técnica, explicando a sua importância para os engenheiros de projeto.

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 nestas condições.

• Corrente Direta Contínua (IF):100 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode passar através do LED indefinidamente sob condições especificadas.
• Corrente Direta de Pico (IFP):1.0 A. Esta corrente elevada é permitida apenas em condições de pulso (largura de pulso ≤ 100μs, ciclo de trabalho ≤ 1%). É útil para aplicações que requerem pulsos muito breves e de alta intensidade.
• Tensão Inversa (VR):5 V. Exceder esta tensão na direção de polarização inversa pode causar a ruptura da junção.
• Temperatura de Operação e Armazenamento:Varia de -40°C a +85°C (operação) e de -40°C a +100°C (armazenamento). Esta ampla gama garante fiabilidade em ambientes severos.
• Dissipação de Potência (Pd):150 mW a uma temperatura ambiente de 25°C ou inferior. Esta é a potência máxima que o encapsulamento pode dissipar na forma de calor. A corrente direta permitida real será reduzida a temperaturas ambientes mais elevadas.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos em condições de teste padrão (Ta=25°C) e definem o desempenho do dispositivo.

• Intensidade Radiante (Ie):Esta é a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido, medida em mW/sr. O valor típico é de 30 mW/sr a IF=20mA. Em operação pulsada a 100mA, pode atingir 130 mW/sr. Uma maior intensidade radiante traduz-se num alcance operacional mais longo ou numa melhor relação sinal-ruído.
• Comprimento de Onda de Pico (λp):850 nm (típico). Este é o comprimento de onda no qual a potência de saída óptica é máxima. Os 850nm situam-se no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano mas eficientemente detetado por sensores à base de silício.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):45 nm (típico). Esta define a gama de comprimentos de onda emitidos, centrada no comprimento de onda de pico. Uma largura de banda mais estreita pode ser benéfica para filtrar o ruído da luz ambiente.
• Tensão Direta (VF):1.45V (típico) a 20mA, com um máximo de 1.65V. A 100mA (pulsada), o máximo é de 2.40V. A baixa VF é um parâmetro chave de eficiência.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):15 graus (típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor máximo (no eixo). Um ângulo de visão estreito produz um feixe mais focado.

3. Explicação do Sistema de Binning

O HIR323C emprega um sistema de binning para categorizar os dispositivos com base na sua intensidade radiante medida na corrente de teste padrão de 20mA. Isto permite aos projetistas selecionar componentes que cumpram requisitos mínimos de saída específicos para a sua aplicação.

• Bin P:Gama de Intensidade Radiante de 15.0 mW/sr (mín.) a 24.0 mW/sr (máx.).
• Bin Q:Gama de Intensidade Radiante de 21.0 mW/sr (mín.) a 34.0 mW/sr (máx.).
• Bin R:Gama de Intensidade Radiante de 30.0 mW/sr (mín.) a 48.0 mW/sr (máx.).

A seleção de um bin superior (ex., R) garante uma saída mínima mais elevada, o que pode ser crucial para assegurar um desempenho consistente do sistema, especialmente ao longo de variações de temperatura e do ciclo de vida do produto.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui vários gráficos que ilustram o comportamento do dispositivo sob condições variáveis. Compreender estes gráficos é crucial para um projeto de circuito robusto.

4.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Esta curva mostra a redução da corrente direta contínua máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. À medida que a temperatura sobe, a capacidade do encapsulamento de dissipar calor diminui, pelo que a corrente deve ser reduzida para permanecer dentro da área de operação segura (SOA) definida pela dissipação de potência máxima. Os projetistas devem utilizar este gráfico para selecionar resistências limitadoras de corrente ou drivers apropriados para o seu ambiente operacional esperado.

4.2 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Este gráfico descreve a relação entre a corrente de acionamento (IF) e a saída óptica (Ie). É geralmente não linear. A saída aumenta com a corrente, mas pode saturar a correntes muito elevadas devido a efeitos térmicos e de eficiência. A curva ajuda a determinar a corrente de acionamento necessária para atingir um nível de saída desejado.

4.3 Distribuição Espectral

Este gráfico mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma o comprimento de onda de pico (λp ~850nm) e a largura de banda espectral (Δλ). A forma desta curva é importante para garantir a compatibilidade com a curva de sensibilidade espectral do sensor recetor (fototransístor/fotodíodo).

4.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Este gráfico polar ilustra o padrão de emissão do LED. A intensidade é mais elevada ao longo do eixo central (0°) e diminui à medida que o ângulo aumenta. O ângulo de visão de 15 graus é definido onde a intensidade cai para 50% do seu pico. Esta informação é vital para o design óptico, determinando a dispersão do feixe e as tolerâncias de alinhamento num sistema.

5. Informação Mecânica e de Embalamento

5.1 Desenho das Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo está conforme ao contorno padrão do encapsulamento redondo de LED T-1 (5mm). As dimensões-chave incluem o diâmetro total (5.0mm típico), a altura da lente e o espaçamento dos terminais (2.54mm ou 0.1 polegadas, que é um espaçamento padrão de furos em PCB). O desenho especifica os terminais do ânodo e do cátodo, sendo o terminal mais longo tipicamente o ânodo. Todas as tolerâncias não especificadas são de ±0.25mm. Os engenheiros devem consultar este desenho para o design da pegada na PCB e para verificações de folga mecânica.

5.2 Identificação da Polaridade

O componente utiliza a convenção de polaridade padrão dos LEDs: o terminal mais longo é o Ânodo (+), e o terminal mais curto é o Cátodo (-). O encapsulamento pode também ter um lado achatado na borda perto do terminal do cátodo. A polaridade correta é essencial para a operação; uma polarização inversa além de 5V pode danificar o dispositivo.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

Uma manipulação adequada é crítica para manter a fiabilidade e o desempenho do dispositivo.

6.1 Formação dos Terminais

• A dobragem deve ocorrer a pelo menos 3mm da base da cápsula de epóxi para evitar stress no chip interno e nas ligações dos fios.
• A formação deve ser sempre realizada antes do processo de soldadura.
• O stress mecânico no encapsulamento durante a formação deve ser minimizado para evitar fissuras ou danos internos.
• O alinhamento dos furos na PCB deve ser preciso para evitar stress de montagem.

6.2 Condições de Armazenamento

O ambiente de armazenamento recomendado é a 30°C ou menos e 70% de Humidade Relativa (HR). A vida útil nestas condições é de 3 meses a partir do envio. Para armazenamento mais longo (até um ano), os dispositivos devem ser mantidos num recipiente selado com atmosfera de azoto e dessecante para evitar a absorção de humidade, o que pode afetar a soldabilidade e a fiabilidade.

6.3 Parâmetros de Soldadura

Uma distância mínima de 3mm deve ser mantida entre a junta de solda e a cápsula de epóxi para evitar danos térmicos.

• Soldadura Manual:Temperatura máxima da ponta do ferro 300°C (para um ferro de 30W), tempo de soldadura máximo de 3 segundos por terminal.
• Soldadura por Onda/Imersão:Temperatura máxima de pré-aquecimento 100°C por até 60 segundos. Temperatura máxima do banho de solda 260°C, com tempo de imersão não superior a 5 segundos.

A ficha técnica fornece um perfil de temperatura de soldadura recomendado, enfatizando a importância de taxas controladas de aquecimento, temperatura de pico e arrefecimento para evitar choque térmico. A soldadura (por imersão ou manual) não deve ser realizada mais do que uma vez. Após a soldadura, o dispositivo deve ser protegido de vibrações até arrefecer à temperatura ambiente.

6.4 Limpeza

Se a limpeza for necessária, deve ser utilizado apenas álcool isopropílico à temperatura ambiente, por uma duração não superior a um minuto. A limpeza ultrassónica é fortemente desencorajada, pois as vibrações de alta frequência podem danificar a estrutura interna do LED. Se for absolutamente necessária, o processo deve ser cuidadosamente qualificado antecipadamente.

7. Embalamento e Informação de Encomenda

7.1 Especificação de Embalamento

Os dispositivos são tipicamente embalados em sacos anti-estáticos para prevenir danos por descarga eletrostática (ESD). Uma configuração de embalamento comum é: 200-500 peças por saco, 5 sacos colocados numa caixa interior, e 10 caixas interiores colocadas numa caixa mestra (exterior).

7.2 Especificação do Formulário de Etiqueta

A etiqueta na embalagem contém informação crítica para rastreabilidade e aplicação correta:

• P/N:Número do Produto (HIR323C).
• CAT:Classificação de Intensidade Luminosa (ou seja, o código do bin: P, Q ou R).
• LOT No:Número do Lote para rastreabilidade de fabrico.
• Outros códigos podem incluir o número de peça do cliente (CPN), quantidade (QTY) e códigos de data.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Comandos à Distância por Infravermelhos:Para TVs, sistemas de áudio e outros equipamentos de eletrónica de consumo.
• Deteção de Objetos/Proximidade:Em eletrodomésticos, máquinas de venda automática e equipamento industrial para detetar a presença ou ausência de um objeto.
• Interruptores e Codificadores Ópticos:Onde a interrupção ou reflexão de um feixe de infravermelhos indica posição ou movimento.
• Sistemas de Segurança:Como parte de feixes de deteção de intrusão por infravermelhos.
• Transmissão de Dados:Para ligações de dados série simplex de curto alcance (sistemas compatíveis com IrDA podem requerer dispositivos específicos).

8.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Um LED é um dispositivo controlado por corrente. Utilize sempre uma resistência em série ou um driver de corrente constante para definir a corrente direta (IF) ao valor desejado, calculado a partir da tensão de alimentação (Vcc), da tensão direta do LED (VF) e da corrente desejada: R = (Vcc - VF) / IF.
• Gestão Térmica:Para operação contínua a correntes mais elevadas ou em temperaturas ambientes elevadas, considere a curva de redução. Assegure uma área de cobre na PCB adequada ou outros meios para conduzir o calor para longe dos terminais do LED.
• Alinhamento Óptico:O estreito ângulo de visão de 15 graus requer um alinhamento mecânico cuidadoso entre o emissor e o detetor para uma força de sinal ótima.
• Imunidade à Luz Ambiente:Para sistemas que operam em ambientes com luz ambiente variável (ex., luz solar), considere modular o sinal de infravermelhos a uma frequência específica e utilizar um recetor sintonizado a essa frequência para rejeitar o ruído de fundo.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora existam muitos LEDs infravermelhos de 5mm, o HIR323C diferencia-se através de uma combinação de parâmetros. A sua elevada intensidade radiante típica (30 mW/sr a 20mA) coloca-o num nível de desempenho superior para o seu tamanho de encapsulamento. A tensão direta típica muito baixa (1.45V) melhora a eficiência energética, o que é particularmente valioso em aplicações alimentadas por baterias. A correspondência específica com fotodetetores de silício e o cumprimento de normas ambientais rigorosas (Livre de Halogéneos, REACH) tornam-no uma escolha adequada para projetos modernos e ecologicamente conscientes que requerem desempenho fiável e de longo prazo.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Posso acionar este LED diretamente a partir de um pino de um microcontrolador de 3.3V ou 5V?

R: Não. A corrente de um LED deve ser limitada. Ligá-lo diretamente a uma fonte de tensão de baixa impedância, como um pino de um MCU, faria com que uma corrente excessiva fluísse, potencialmente destruindo tanto o LED como a saída do MCU. Utilize sempre uma resistência limitadora de corrente ou um circuito driver.

P2: Qual é a diferença entre os bins P, Q e R?

R: Eles representam diferentes níveis mínimos garantidos de saída radiante. O Bin R tem a saída mínima mais elevada (30 mW/sr), seguido pelo Q (21 mW/sr), e depois pelo P (15 mW/sr). Escolha com base na força de sinal necessária e na margem de ligação na sua aplicação.

P3: A ficha técnica mostra uma Corrente Direta de Pico de 1A. Posso usar isto para aplicações pulsadas de alta potência?

R: Sim, mas apenas sob as condições estritas indicadas: a largura do pulso deve ser de 100 microssegundos ou menos, e o ciclo de trabalho deve ser de 1% ou menos (ex., um pulso de 100μs a cada 10ms). Isto permite que o LED suporte uma potência instantânea elevada sem sobreaquecer.

P4: Porque é que a condição de armazenamento e a vida útil são importantes?

R: Os componentes eletrónicos com encapsulamento plástico podem absorver humidade da atmosfera. Durante o processo de soldadura a alta temperatura, esta humidade retida pode expandir-se rapidamente, causando delaminação interna ou o efeito "pipoca", que racha o encapsulamento e destrói o dispositivo. Cumprir as diretrizes de armazenamento e, se necessário, cozer os componentes é crítico para uma fabricação com alto rendimento.

11. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar um Sensor Simples de Deteção de Objetos.

Um uso comum é um sensor de feixe interrompido. O HIR323C é colocado num lado de um caminho, e um fototransístor (compatível com 850nm) é colocado diretamente em frente. Um microcontrolador aciona o LED através de uma resistência de 100Ω a partir de uma alimentação de 5V, resultando numa corrente direta de aproximadamente (5V - 1.45V)/100Ω = 35.5mA. O LED é pulsado a 1kHz com um ciclo de trabalho de 50% para economizar energia e permitir a rejeição da luz ambiente através de deteção síncrona no microcontrolador. A saída do fototransístor é lida pelo ADC do MCU. Quando um objeto interrompe o feixe, a leitura do ADC cai, desencadeando uma ação. O estreito ângulo de visão de 15 graus do HIR323C ajuda a criar uma zona de sensoriamento bem definida, reduzindo falsos acionamentos por objetos que passam nas proximidades mas não através do feixe.

12. Introdução ao Princípio

Um Díodo Emissor de Luz Infravermelha (IR LED) é um díodo de junção p-n semicondutor que emite luz quando polarizado diretamente. Quando a corrente elétrica flui do ânodo (material tipo p) para o cátodo (material tipo n), os eletrões recombinam-se com as lacunas na região da junção, libertando energia na forma de fotões. O comprimento de onda da luz emitida é determinado pela banda proibida do material semicondutor. Para o HIR323C, o sistema de material GaAlAs tem uma banda proibida correspondente a fotões na região do infravermelho próximo, em torno de 850 nanómetros. A lente de epóxi transparente é transparente a este comprimento de onda e tem a forma para produzir o padrão de radiação desejado (ângulo de visão).

13. Tendências de Desenvolvimento

A tendência na tecnologia de emissores de infravermelhos continua a direcionar-se para uma maior eficiência (mais potência óptica de saída por watt de entrada elétrica), o que permite um alcance mais longo, um menor consumo de energia, ou ambos. Existe também uma tendência para a miniaturização, com os encapsulamentos de dispositivo de montagem em superfície (SMD) a tornarem-se mais prevalentes do que os tipos de orifício passante como o T-1 para montagem automatizada. A integração é outra tendência, com módulos combinados emissor-sensor e sensores inteligentes com processamento de sinal integrado a tornarem-se comuns. Além disso, a adesão e superação das regulamentações ambientais (como os requisitos Livres de Halogéneos) continua a ser um foco principal para os fabricantes de componentes que servem mercados globais. Embora o padrão de 850nm permaneça popular devido à boa resposta dos sensores de silício e ao baixo custo, outros comprimentos de onda como 940nm estão a ganhar tração para aplicações onde a visibilidade do fraco brilho vermelho (presente em alguns LEDs de 850nm) é indesejável.