Ficha Técnica do Emissor de LED Infravermelho LTE-3271T-A - Comprimento de Onda 940nm - Alta Corrente e Baixa Tensão Direta - Embalagem Transparente - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTE-3271T-A é um díodo emissor de luz (LED) infravermelho (IR) de alto desempenho, projetado para aplicações que exigem uma saída óptica robusta e operação confiável sob condições elétricas exigentes. A sua filosofia de projeto central é fornecer alta potência radiante mantendo uma tensão direta relativamente baixa, tornando-o eficiente para sistemas onde o consumo de energia é uma preocupação. O dispositivo é encapsulado em uma resina transparente, que minimiza a absorção da luz infravermelha emitida, maximizando assim a eficiência radiante externa. Foi projetado para suportar modos de acionamento contínuo e pulsado, oferecendo flexibilidade para várias aplicações de sensoriamento, comunicação e iluminação no espectro do infravermelho próximo.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida.

• Dissipação de Potência (P_D):150 mW. Esta é a perda de potência máxima permitida dentro do dispositivo, principalmente na forma de calor, calculada como o produto da corrente direta pela tensão direta.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):2 A. Esta classificação de corrente excepcionalmente alta é permitida apenas sob condições pulsadas específicas: uma largura de pulso de 10 microssegundos e uma taxa de repetição de pulso não superior a 300 pulsos por segundo (pps). Isto permite uma saída óptica instantânea muito alta para medição de distância de curto alcance ou transmissão de dados de alta velocidade.
• Corrente Direta Contínua (I_F):100 mA. A corrente DC máxima que pode ser aplicada continuamente sem exceder os limites de dissipação de potência ou térmicos.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. Exceder esta tensão na direção de polarização reversa pode causar ruptura da junção.
• Temperatura de Operação e Armazenamento:O dispositivo é classificado para uma faixa de temperatura ambiente de operação (T_A) de -40°C a +85°C e pode ser armazenado em ambientes de -55°C a +100°C.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais:320°C por 3 segundos, medida a uma distância de 4,0mm do corpo do encapsulamento. Esta diretriz é crítica para prevenir danos térmicos durante a montagem da PCB.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são especificados a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Intensidade Radiante (I_E):Uma métrica chave de saída óptica. A uma corrente direta (I_F) de 100 mA, a intensidade radiante típica é de 30 mW/sr. Na corrente de teste mais baixa de 20 mA, varia de 6 mW/sr (Mín.) a 10,5 mW/sr (Típ.). A intensidade radiante descreve a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido.
• Irradiância na Abertura (E_e):0,80 a 1,4 mW/cm² em I_F=20mA. Este parâmetro, às vezes chamado de irradiância, é útil para calcular a densidade de potência óptica incidente em uma superfície a uma distância específica do emissor.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_P):940 nm. Este é o comprimento de onda nominal no qual a potência de saída óptica é máxima. Ele está dentro do espectro do infravermelho próximo (NIR), que é invisível ao olho humano, mas detectável por fotodiodos de silício e muitos sensores CMOS/CCD.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):50 nm (Típ.). Isto indica a largura de banda espectral onde a intensidade radiante é pelo menos metade do seu valor de pico. Um valor de 50 nm é característico do material padrão de LED infravermelho GaAlAs.
• Tensão Direta (V_F):Este é um parâmetro elétrico crítico que varia com a corrente.
  • Em I_F= 50 mA: V_F(Típ.) = 1,25V, (Máx.) = 1,6V.
  • Em I_F= 250 mA: V_F(Típ.) = 1,65V, (Máx.) = 2,1V.
  • Em I_F= 450 mA: V_F(Típ.) = 2,0V, (Máx.) = 2,4V.
  • Em I_F= 1 A: V_F(Típ.) = 2,4V, (Máx.) = 3,0V. A ficha técnica destaca "baixa tensão direta" como uma característica, o que é evidente a partir destes valores, especialmente em correntes médias, contribuindo para uma maior eficiência elétrica-óptica.
• Corrente Reversa (I_R):100 µA (Máx.) a uma tensão reversa (V_R) de 5V. Esta é a corrente de fuga quando o dispositivo está em polarização reversa.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):50° (Típ.). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor a 0° (no eixo). Um ângulo de 50° fornece um padrão de radiação amplo, útil para iluminação de área ou sensoriamento onde o alinhamento é menos crítico.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece vários gráficos característicos essenciais para o projeto de circuitos e a compreensão do desempenho em condições não padronizadas.

3.1 Distribuição Espectral (Fig. 1)

A curva mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Ela confirma o comprimento de onda de pico em aproximadamente 940 nm com uma largura a meia altura espectral ampla. A forma é típica para um LED infravermelho, com a saída diminuindo em ambos os lados do pico. Os projetistas de sistemas ópticos devem considerar este espectro para garantir a compatibilidade com a sensibilidade espectral do detector pretendido (por exemplo, um fototransistor ou um fotodiodo de silício com um filtro).

3.2 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig. 2)

Este gráfico ilustra a derating da corrente direta contínua máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. A 25°C, os 100 mA completos são permitidos. À medida que a temperatura sobe, a corrente máxima deve ser reduzida linearmente para evitar exceder o limite de dissipação de potência de 150 mW e para gerenciar a temperatura da junção. Este é um gráfico crucial para garantir a confiabilidade a longo prazo em ambientes de alta temperatura.

3.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Fig. 3)

Esta é a curva característica corrente-tensão (I-V). Ela mostra a relação exponencial típica de um díodo. A curva é essencial para projetar o circuito de acionamento limitador de corrente. A inclinação da curva na região de operação ajuda a determinar a resistência dinâmica do LED. O gráfico confirma visualmente a característica de baixa V_Fem uma ampla faixa de corrente.

3.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta (Fig. 4)

Este gráfico mostra como a saída óptica (normalizada para o seu valor a 20 mA) aumenta com a corrente direta. A relação é geralmente linear em correntes mais baixas, mas pode mostrar sinais de saturação ou eficiência reduzida em correntes muito altas devido ao aumento dos efeitos térmicos e à queda da eficiência quântica interna. Esta curva ajuda os projetistas a escolher um ponto de operação que equilibre a potência de saída com a eficiência e o estresse do dispositivo.

3.5 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig. 5)

Este gráfico descreve a dependência da temperatura na saída óptica. Tipicamente, a intensidade radiante de um LED diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta curva quantifica essa queda, mostrando a potência de saída normalizada em relação ao seu valor a 20 mA em uma faixa de temperatura de -20°C a 80°C. Esta informação é vital para aplicações que requerem saída óptica estável em condições ambientais variáveis.

3.6 Diagrama de Radiação (Fig. 6)

Este gráfico polar fornece uma visualização detalhada do padrão de emissão espacial. Os círculos concêntricos representam níveis de intensidade radiante relativa (por exemplo, 1,0, 0,9, 0,7). O gráfico confirma o amplo ângulo de visão, mostrando como a intensidade se distribui em diferentes ângulos de 0° a 90°. Este diagrama é indispensável para o projeto óptico, permitindo que os engenheiros modelem o perfil de iluminação em uma superfície alvo.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões da Embalagem

O dispositivo utiliza um formato de embalagem de LED padrão com um flange para estabilidade mecânica e dissipação de calor. Notas dimensionais importantes da ficha técnica incluem:

• Todas as dimensões são fornecidas em milímetros, com tolerâncias tipicamente de ±0,25mm, salvo indicação em contrário.
• É permitida uma pequena protuberância de resina sob o flange, com uma altura máxima de 1,5mm.
• O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais saem do corpo do encapsulamento, o que é crítico para o projeto do footprint da PCB.
• Os terminais são revestidos com solda para garantir boa soldabilidade.

O material da embalagem transparente é especificamente escolhido para emissores infravermelhos porque tem absorção mínima na região de 940 nm, ao contrário das embalagens de epóxi coloridas usadas para LEDs visíveis que bloqueariam a luz IR.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

Para garantir a integridade do dispositivo durante a montagem da PCB, as seguintes diretrizes devem ser observadas:

• Soldagem Manual:Se a soldagem manual for necessária, deve ser realizada rapidamente, aplicando calor no terminal e não no corpo do encapsulamento.
• Soldagem por Onda:Perfis padrão de soldagem por onda podem ser usados, mas o tempo total de exposição ao calor da solda deve ser minimizado.
• Soldagem por Refluxo:O dispositivo pode suportar uma temperatura no terminal de 320°C por no máximo 3 segundos, conforme especificado. Perfis padrão de refluxo por infravermelho ou convecção com temperatura de pico abaixo deste limite são adequados. A especificação de distância de 4,0mm garante que a massa térmica do terminal proteja a sensível junção semicondutora dentro do encapsulamento.
• Limpeza:Após a soldagem, processos padrão de limpeza de PCB podem ser usados, mas a compatibilidade com a resina transparente deve ser verificada.
• Armazenamento:Os dispositivos devem ser armazenados em suas embalagens originais à prova de umidade, em um ambiente dentro da faixa de temperatura de armazenamento especificada (-55°C a +100°C) e com baixa umidade para evitar a oxidação dos terminais.

6. Sugestões de Aplicação

6.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Iluminação Infravermelha:Para câmeras de segurança, sistemas de visão noturna e iluminação para visão computacional onde é necessária iluminação invisível.
• Sensoriamento de Proximidade e Presença:Em torneiras automáticas, dispensadores de sabão, secadores de mãos e interruptores sem contato. O amplo ângulo de visão é benéfico aqui.
• Interruptores e Codificadores Ópticos:Para detectar posição, rotação ou movimento interrompendo ou refletindo o feixe de IR.
• Comunicação de Dados de Curto Alcance:Em dispositivos compatíveis com IrDA ou links de dados seriais simples (por exemplo, controles remotos, comunicação entre dispositivos). A alta capacidade de corrente de pulso suporta a transmissão de dados modulada.
• Sensoriamento Industrial:Contagem de objetos, detecção de nível e sensores de feixe interrompido.

6.2 Considerações de Projeto

• Acionamento por Corrente:Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Sempre use um resistor limitador de corrente em série ou um circuito de acionamento de corrente constante. O valor do resistor é calculado usando R = (V_fonte- V_F) / I_F, usando o V_Fmáximo da ficha técnica para garantir que a corrente não exceda o valor desejado.
• Gerenciamento Térmico:Para operação contínua em altas correntes (por exemplo, próximo a 100 mA), considere a dissipação de potência (P_D= V_F* I_F). Garanta área de cobre adequada na PCB ou dissipação de calor para manter a temperatura da junção dentro dos limites seguros, especialmente em altas temperaturas ambientes.
• Operação Pulsada:Para atingir uma potência óptica de pico muito alta, use a especificação do modo pulsado (2A, 10µs, 300pps). Isto requer um circuito de acionamento capaz de fornecer pulsos de alta corrente, como um MOSFET comutado por um gerador de pulsos.
• Projeto Óptico:Considere o padrão de radiação (Fig. 6) ao projetar lentes, refletores ou aberturas para moldar o feixe para a aplicação específica. A lente transparente é hemisférica, afetando a divergência inicial.
• Compatibilidade com o Detector:Emparelhe o emissor com um fotodetector (fotodiodo, fototransistor) que tenha sensibilidade de pico em torno de 940 nm. Usar um filtro IR no detector pode ajudar a rejeitar a luz visível ambiente.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora a ficha técnica não compare peças específicas da concorrência, as principais características diferenciadoras do LTE-3271T-A podem ser inferidas:

• Alta Capacidade de Corrente:A combinação de uma classificação de pulso de 2A e uma classificação contínua de 100mA é notável para uma embalagem de LED padrão, oferecendo alta flexibilidade de saída.
• Baixa Tensão Direta:Uma V_Fde cerca de 1,25V a 50mA é relativamente baixa para um emissor IR de alta potência, levando a uma melhor eficiência energética e redução da geração de calor em comparação com dispositivos com V_F.
• mais alta.Embalagem Transparente:
• Ao contrário das embalagens tingidas que atenuam a saída, esta maximiza a eficiência quântica externa para a luz IR.Ângulo de Visão Amplo:

O ângulo de meia potência de 50° fornece uma cobertura ampla, o que é uma vantagem para iluminação de área em comparação com alternativas de feixe mais estreito.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

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

R: Não. Um pino GPIO de microcontrolador normalmente não pode fornecer mais de 20-50mA e tem uma tensão fixa próxima de 5V ou 3,3V. Você deve usar um resistor limitador de corrente e provavelmente um transistor (BJT ou MOSFET) como chave para acionar o LED, especialmente em correntes acima de 20mA.

P2: Qual é a diferença entre Intensidade Radiante (mW/sr) e Irradiância na Abertura (mW/cm²)?R: A Intensidade Radiante é uma medida de quanta potência a fonte emitepor unidade de ângulo sólido(esterradiano). Ela descreve a direcionalidade da fonte. A Irradiância na Abertura (ou simplesmente Irradiância) é a potênciapor unidade de área

incidente em uma superfície a uma distância específica. Elas estão relacionadas através da lei do inverso do quadrado da distância (para uma fonte pontual) e do ângulo de visão.

P3: Por que o comprimento de onda de pico de 940nm é significativo?

R: 940nm é um comprimento de onda muito comum para sistemas IR porque está fora do espectro visível (invisível), e os detectores baseados em silício (fotodiodos, sensores de câmera) ainda têm uma sensibilidade razoavelmente boa neste comprimento de onda. Também evita o comprimento de onda de 850nm, que tem um brilho vermelho fraco que pode ser visível no escuro.

P4: Como interpreto os gráficos de "Intensidade Radiante Relativa"?R: Estes gráficos mostram como a saída de luzmuda_Fem relação a uma condição de referência (geralmente em I_A=20mA e T

=25°C). Eles não fornecem valores absolutos de saída. Para encontrar a saída absoluta em uma corrente diferente, você multiplicaria o fator relativo da Fig. 4 pelo valor de intensidade radiante absoluta fornecido na tabela para 20mA.

9. Estudo de Caso Prático de Projeto

1. Cenário: Projetando um Sensor de Proximidade para um Interruptor Sem Contato.Objetivo:
2. Detectar uma mão a até 10cm do sensor.
   • Escolhas de Projeto:_FOperar o LTE-3271T-A em modo contínuo em I_F= 50mA para iluminação consistente. Da ficha técnica, V
   • ≈ 1,4V (típico).
   • A fonte de alimentação é 5V. Resistor em série R = (5V - 1,4V) / 0,05A = 72Ω. Use um resistor padrão de 75Ω.
   • Coloque um fototransistor de silício compatível oposto ao emissor, com uma pequena lacuna entre eles (configuração "break-beam"). Quando uma mão interrompe o feixe, o sinal do detector cai.
   • Alternativamente, use uma configuração refletiva onde tanto o emissor quanto o detector estão voltados para a mesma direção. O amplo ângulo de visão de 50° do LTE-3271T-A ajuda a cobrir uma área de detecção maior. O sinal no detector aumentará quando uma mão refletir a luz de volta.
   • Use um circuito de amplificador operacional para amplificar a pequena fotocorrente do detector e compare-a com um limiar definido por um potenciômetro para compensar as variações de luz ambiente._DConsideração térmica: Dissipação de potência P

= 1,4V * 0,05A = 70mW, que está bem abaixo do máximo de 150mW. Nenhum dissipador de calor especial é necessário.

10. Introdução ao Princípio Técnico

LEDs infravermelhos como o LTE-3271T-A são dispositivos semicondutores baseados em materiais como Arseneto de Gálio e Alumínio (GaAlAs). Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons e lacunas se recombinam na região ativa da junção semicondutora. A energia liberada durante esta recombinação é emitida como fótons (luz). O comprimento de onda específico de 940 nm é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor, que é projetada durante o processo de crescimento do cristal. A embalagem de epóxi transparente atua como uma lente, moldando o padrão de radiação da luz emitida e fornecendo proteção ambiental. A característica de "baixa tensão direta" é alcançada através de perfis de dopagem otimizados e qualidade do material, reduzindo a queda de tensão na junção para uma determinada corrente, o que melhora diretamente a eficiência de conversão elétrica-óptica.

11. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

• O campo da optoeletrônica infravermelha continua a evoluir. Tendências relevantes para dispositivos como o LTE-3271T-A incluem:Aumento da Densidade de Potência:
• Pesquisas em andamento visam compactar mais potência óptica no mesmo tamanho ou em embalagens menores enquanto gerenciam a dissipação de calor, impulsionadas pela demanda por sensoriamento e iluminação de longo alcance.Melhoria da Eficiência:
• O desenvolvimento de novos materiais e estruturas semicondutoras (por exemplo, poços quânticos múltiplos) busca aumentar a Eficiência Wall-Plug (WPE), que é a relação entre a potência óptica de saída e a potência elétrica de entrada.Integração:
• Há uma tendência de integrar o emissor IR com um CI driver ou mesmo com um fotodetector em um único módulo, simplificando o projeto do sistema para os usuários finais.Especificidade do Comprimento de Onda:
• Embora 940nm permaneça dominante, há um uso crescente de outros comprimentos de onda IR (por exemplo, 850nm, 1050nm) para aplicações específicas como LiDAR seguro para os olhos ou compatibilidade com diferentes tipos de sensores.Inovações em Embalagens: