Ficha Técnica do LED Infravermelho IR333C 5mm - Pacote T-1 5mm - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Tensão Direta 1.5V - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O IR333C é um díodo emissor de infravermelhos de alta intensidade, encapsulado num pacote plástico transparente padrão de 5mm (T-1). Foi concebido para emitir luz com um comprimento de onda de pico de 940nm, ideal para aplicações que requerem fontes de luz não visíveis. O dispositivo está espectralmente adaptado aos fototransístores de silício, fotodíodos e módulos recetores de infravermelhos comuns, garantindo um desempenho ótimo em sistemas de transmissão de sinal.

As principais vantagens deste componente incluem a sua elevada fiabilidade, elevada intensidade radiante de saída e baixo requisito de tensão direta. O espaçamento dos terminais de 2.54mm torna-o compatível com placas de ensaio e PCBs padrão. É também fabricado como um produto sem chumbo e em conformidade com a RoHS, aderindo aos padrões ambientais modernos.

1.1 Características Principais e Mercado-Alvo

As características primárias que definem o IR333C são as suas características óticas e elétricas adaptadas para aplicações de infravermelhos. A sua elevada intensidade radiante, com pico a 940nm, torna-o altamente eficiente para comunicação ótica em espaço livre. A baixa tensão direta reduz o consumo de energia, o que é crucial para dispositivos alimentados por bateria.

As aplicações-alvo são diversas e incluem:

• Sistemas de Transmissão em Ar Livre:Utilizados para ligações de dados sem fios de curto alcance.
• Unidades de Comando à Distância por Infravermelhos:Particularmente aquelas com requisitos de alta potência para maior alcance ou operação através de obstáculos.
• Detetores de Fumo:Empregues em desenhos de câmaras óticas para detetar partículas de fumo.
• Sistemas Gerais Aplicados de Infravermelhos:Isto inclui deteção de objetos, deteção de proximidade e automação industrial.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Uma compreensão completa das especificações do dispositivo é crucial para um desenho de circuito fiável e integração do sistema.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Nunca devem ser excedidos, mesmo momentaneamente.

• Corrente Direta Contínua (I_F):100 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode passar pelo LED indefinidamente sob condições especificadas.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):1.0 A. Esta corrente elevada é permitida apenas em condições de pulso (Largura do Pulso ≤ 100μs, Ciclo de Trabalho ≤ 1%). É útil para alcançar uma saída radiante instantânea muito alta.
• Tensão Inversa (V_R):5 V. A tensão máxima que pode ser aplicada no sentido inverso. Exceder este valor pode causar rutura da junção.
• Dissipação de Potência (P_d):150 mW a 25°C ou menos. Este valor considera tanto a queda de tensão direta como a corrente. Operar acima deste limite causará aquecimento excessivo e degradação do desempenho ou falha.
• Intervalos de Temperatura:As temperaturas de operação e armazenamento são especificadas de -40°C a +85°C, indicando adequação para ambientes industriais e automóveis.
• Temperatura de Soldadura (T_sol):260°C durante um máximo de 5 segundos. Isto é crítico para processos de soldadura por onda ou por refluxo para evitar danos no pacote.

2.2 Características Eletro-Óticas

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

• Intensidade Radiante (E_e):Esta é a potência ótica emitida por unidade de ângulo sólido (mW/sr). O valor típico é 15 mW/sr a I_F=20mA. Sob condições de pulso de I_F=100mA, sobe para 60 mW/sr, e a I_F=1A, atinge 450 mW/sr. Isto demonstra o ganho significativo na saída quando se utiliza acionamento por pulso.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):940 nm (típico). Isto está 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). Isto define o intervalo de comprimentos de onda emitidos, centrados no pico. Uma largura de banda mais estreita pode ser benéfica para filtrar o ruído da luz ambiente.
• Tensão Direta (V_F):Tipicamente 1.5V a I_F=20mA, com um máximo de 1.85V a I_F=100mA (pulso). A baixa V_Fé uma vantagem chave para o desenho de circuitos de baixa tensão.
• Corrente Inversa (I_R):Máximo 10 μA a V_R=5V. Esta corrente de fuga é muito baixa.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):20 graus (típico). Este feixe estreito concentra a intensidade radiante num feixe direcionado, aumentando o alcance efetivo para aplicações como comandos à distância.

3. Explicação do Sistema de Binning

O IR333C é classificado em diferentes bins com base na sua intensidade radiante a uma corrente de teste padrão de 20mA. Isto permite aos projetistas selecionar componentes com níveis de desempenho mínimo garantido para a sua aplicação.

A estrutura de binning é a seguinte:

• Bin M:Intensidade Radiante entre 7.8 mW/sr (Mín) e 12.5 mW/sr (Máx).
• Bin N:Intensidade Radiante entre 11.0 mW/sr (Mín) e 17.6 mW/sr (Máx).
• Bin P:Intensidade Radiante entre 15.0 mW/sr (Mín) e 24.0 mW/sr (Máx).
• Bin Q:Intensidade Radiante entre 21.0 mW/sr (Mín) e 34.0 mW/sr (Máx).

Para aplicações que requerem brilho consistente ou maior alcance, recomenda-se especificar um bin superior (ex., P ou Q). A etiqueta do produto inclui um campo \"CAT\" para indicar a classificação.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que ilustram como os parâmetros mudam com as condições de operação.

4.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig. 1 & 8)

Estas curvas mostram a relação entre a corrente direta máxima permitida e a temperatura ambiente. À medida que a temperatura aumenta, a corrente contínua máxima permitida diminui linearmente. Isto deve-se à capacidade reduzida de dissipação de potência a temperaturas mais elevadas. Os projetistas devem reduzir a corrente de operação com base na temperatura ambiente máxima esperada para garantir fiabilidade.

4.2 Distribuição Espectral (Fig. 2)

Este gráfico traça a intensidade relativa em função do comprimento de onda. Confirma a emissão de pico a 940nm e mostra a forma e largura (aproximadamente 45nm) do espectro de emissão. Isto é importante para selecionar filtros óticos apropriados no recetor.

4.3 Comprimento de Onda de Pico vs. Temperatura (Fig. 3)

O comprimento de onda de emissão de pico tem um ligeiro coeficiente de temperatura, tipicamente deslocando-se para comprimentos de onda mais longos (desvio para o vermelho) à medida que a temperatura da junção aumenta. Este desvio é geralmente pequeno para LEDs infravermelhos, mas deve ser considerado em aplicações de sensoriamento de precisão.

4.4 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Fig. 4)

Esta é a curva I-V padrão para um díodo. Mostra a relação exponencial. A curva permite aos projetistas determinar a queda de tensão para uma determinada corrente de acionamento, o que é essencial para calcular os valores da resistência em série ou os requisitos do circuito de acionamento.

4.5 Intensidade Relativa vs. Corrente Direta (Fig. 5)

Esta curva demonstra que a saída radiante é aproximadamente linear com a corrente direta no intervalo de operação típico. No entanto, a correntes muito elevadas, a eficiência pode diminuir devido ao aquecimento e outros efeitos.

4.6 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular (Fig. 6)

Este gráfico polar define visualmente o ângulo de visão. A intensidade é mais alta a 0 graus (no eixo) e diminui à medida que o ângulo aumenta, atingindo metade do seu valor máximo aproximadamente a ±10 graus (daí o ângulo de visão total de 20 graus).

5. Informação Mecânica e do Pacote

O dispositivo utiliza o pacote padrão da indústria 5mm T-1. O espaçamento dos terminais é de 2.54mm (0.1 polegadas), que é o passo padrão para muitas placas de prototipagem e layouts de PCB. O pacote é moldado em plástico transparente, que é transparente à luz infravermelha de 940nm, minimizando as perdas óticas. O cátodo é tipicamente identificado por um ponto plano na borda da lente plástica e/ou por um terminal mais curto. O desenho mecânico detalhado na ficha técnica fornece todas as dimensões críticas com tolerâncias, essenciais para o desenho da pegada do PCB e para garantir o encaixe adequado em alojamentos ou lentes.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

Para evitar danos durante a montagem, devem ser seguidas condições específicas de soldadura. O valor máximo absoluto para a temperatura de soldadura é 260°C, e o tempo de soldadura não deve exceder 5 segundos. Isto aplica-se tanto a processos de soldadura manual como por onda. Para soldadura por refluxo, é necessário um perfil que atinja o pico a 260°C ou menos. A exposição prolongada a alta temperatura pode rachar o pacote de epóxi ou danificar as ligações internas dos fios. Recomenda-se também armazenar os componentes num ambiente seco para evitar a absorção de humidade, que pode causar \"pipocagem\" durante o refluxo.

7. Informação de Embalagem e Encomenda

A embalagem padrão para o IR333C é a seguinte: 500 peças são embaladas num saco, 5 sacos são colocados numa caixa, e 10 caixas constituem um cartão. Isto totaliza 25.000 peças por cartão. A etiqueta do produto contém vários campos chave para rastreabilidade e identificação: CPN (Número de Peça do Cliente), P/N (Número de Peça do Fabricante), QTY (Quantidade), CAT (Classificação/Intensidade do Bin), HUE (Comprimento de Onda de Pico), REF (Referência) e LOT No (Número do Lote).

8. Sugestões de Desenho de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O circuito de acionamento mais comum é uma simples resistência em série. O valor da resistência (R_s) é calculado usando a Lei de Ohm: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. Por exemplo, para acionar o LED a 20mA a partir de uma fonte de 5V com uma V_Ftípica de 1.5V: R_s= (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω. Uma resistência padrão de 180Ω seria adequada. Para operação em pulso a correntes elevadas (ex., 1A), é necessário um interruptor de transístor ou MOSFET, frequentemente acionado por um microcontrolador.

8.2 Considerações de Desenho

• Gestão de Calor:Embora o pacote seja pequeno, a correntes contínuas elevadas, a dissipação de potência (P_d= V_F* I_F) pode aproximar-se do limite de 150mW. Garanta ventilação adequada ou considere usar um acionamento por pulso para reduzir a potência média.
• Desenho Ótico:O ângulo de visão de 20 graus fornece um feixe focado. Para uma cobertura mais ampla, pode ser necessária uma lente difusora. Inversamente, para aplicações de muito longo alcance, pode ser usada uma lente colimadora secundária para estreitar ainda mais o feixe.
• Adaptação do Recetor:Emparelhe sempre o IR333C com um recetor (fototransístor, fotodíodo ou CI) que seja sensível na região de 940nm. Usar um filtro ótico que bloqueie a luz visível pode melhorar significativamente a relação sinal-ruído na luz ambiente.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs visíveis padrão ou outros LEDs infravermelhos, os principais diferenciadores do IR333C são a sua combinação de capacidade de saída de pulso elevada (450 mW/sr a 1A), baixa tensão direta e ângulo de feixe estreito de 20 graus. Alguns dispositivos concorrentes podem oferecer ângulos de visão mais amplos para maior cobertura, mas à custa da intensidade no eixo. O comprimento de onda de 940nm é um dos mais comuns e rentáveis, com boa transmissão atmosférica e abundantes opções de recetor, comparado, por exemplo, com LEDs de 850nm que têm algum brilho vermelho visível.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

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

R: Para operação contínua a 20mA, verifique se o pino GPIO do seu microcontrolador pode fornecer ou absorver essa corrente. Muitos só conseguem lidar com 10-25mA. É frequentemente mais seguro usar um transístor como interruptor.

P: Por que é que a intensidade radiante é tão mais elevada em condições de pulso?

R: Pulsar a corrente permite acionar o LED a correntes muito acima da sua classificação DC sem sobreaquecer a junção. A saída de luz é principalmente uma função da corrente instantânea, portanto, pulsos curtos e de alta corrente produzem flashes muito brilhantes.

P: Como identifico o cátodo?

R: Procure a borda plana na lente plástica redonda. O terminal adjacente a esta borda plana é o cátodo. Além disso, o terminal do cátodo é geralmente mais curto que o terminal do ânodo.

P: Um LED infravermelho como este é seguro para os olhos?

R: Embora invisível, a radiação infravermelha ainda pode ser focada pela lente do olho na retina. Para aplicações de alta potência, especialmente com lentes, é prudente evitar a visualização direta. A maioria dos comandos à distância de consumo usa uma potência média muito baixa e são considerados seguros para os olhos.

11. Exemplo Prático de Caso de Utilização

Cenário: Comando à Distância por Infravermelhos de Longo Alcance para um Abridor de Portão.

Um projetista precisa de um comando com um alcance de 50 metros à luz do dia. Seleciona o IR333C no Bin Q para máxima intensidade. O circuito usa um microcontrolador para gerar um sinal de portadora de 38kHz, que é modulado em amplitude com o código de dados. Um transístor NPN é usado para pulsar o LED a 1A com um ciclo de trabalho muito baixo (ex., 1%). Uma lente plástica simples é adicionada à frente do LED para colimar ligeiramente o feixe. No lado do recetor, é usado um módulo recetor de infravermelhos padrão de 38kHz com um filtro de 940nm. Este desenho aproveita a alta saída de pulso do LED e o feixe estreito para alcançar o alcance necessário, mantendo um baixo consumo médio de energia para uma longa vida útil da bateria.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um Díodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um díodo 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, libertam energia. Num LED IR, o material semicondutor (GaAlAs para o IR333C) é escolhido para que esta energia seja libertada principalmente como fotões na porção infravermelha do espectro eletromagnético (cerca de 940nm). O pacote de epóxi transparente atua como uma lente, moldando a luz emitida no seu padrão de feixe característico.

13. Tendências Tecnológicas

A tendência nos LEDs infravermelhos continua em direção a maior eficiência (mais saída radiante por watt elétrico de entrada) e maiores densidades de potência. Isto permite maior duração da bateria e maiores alcances operacionais em dispositivos portáteis. Há também desenvolvimento em fontes de IR multi-comprimento de onda e sintonizáveis para aplicações avançadas de sensoriamento como análise de gases e medição espectroscópica. A integração do circuito de acionamento do LED e até do sensor em módulos compactos é outra tendência comum, simplificando o desenho para os utilizadores finais. A motivação subjacente para as normas RoHS e de fabrico ecológico permanece forte em toda a indústria.