Ficha Técnica do LED Emissor de Infravermelhos LTE-7377LM1-TA - Alta Velocidade, Alta Potência, Embalagem Azul - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um componente emissor de infravermelhos (IR) de alto desempenho. O dispositivo foi concebido para aplicações que exigem tempos de resposta rápidos e potência óptica de saída significativa. A sua filosofia de design central baseia-se na fiabilidade e eficiência em ambientes de operação pulsada, tornando-o adequado para uma gama de sistemas de sensoriamento e comunicação. O componente está alojado numa embalagem transparente azul distintiva, que pode auxiliar na identificação visual durante a montagem e pode oferecer propriedades de filtragem ou transmissão específicas para o comprimento de onda emitido.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Classificações Absolutas Máximas

As classificações absolutas máximas definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Estes valores não são para operação contínua, mas representam limiares que não devem ser excedidos em nenhuma condição.

• Dissipação de Potência (P_D):200 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar como calor. Exceder este limite arrisca fuga térmica e falha.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):2 A. Esta classificação aplica-se sob condições pulsadas específicas (100 pulsos por segundo, largura de pulso de 10 µs). Indica a capacidade do dispositivo de lidar com correntes instantâneas muito altas por curtos períodos, o que é crítico para gerar pulsos ópticos de alta intensidade.
• Corrente Direta Contínua (I_F):100 mA. A corrente DC máxima que pode passar pelo dispositivo continuamente sem degradar o seu desempenho ou vida útil.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. A tensão máxima que pode ser aplicada na direção de polarização reversa. Exceder isto pode causar ruptura da junção.
• Gama de Temperatura de Operação (T_A):-40°C a +85°C. A gama de temperatura ambiente na qual o dispositivo tem garantia de cumprir as suas especificações publicadas.
• Gama de Temperatura de Armazenamento (T_stg):-55°C a +100°C. A gama de temperatura para armazenamento não operacional sem degradação.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais:260°C durante 5 segundos, medido a 1,6mm do corpo da embalagem. Isto define a tolerância do perfil térmico para processos de soldagem por onda ou manual.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são medidos a uma temperatura ambiente padrão de 25°C e definem o desempenho típico do dispositivo sob condições de teste especificadas.

• Intensidade Radiante (I_E):35 mW/sr (Mínimo). Medido com uma corrente direta (I_F) de 50mA. A intensidade radiante descreve a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano), indicando o brilho da fonte a partir de uma direção específica.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_P):880 nm (Típico). Este é o comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é máxima. 880nm está no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano mas detetável por fotodíodos de silício e muitos sensores.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):50 nm (Máximo). Este parâmetro, também conhecido como Largura Total a Meia Altura (FWHM), indica a largura de banda espectral da luz emitida. Um valor de 50nm mostra que não é uma fonte monocromática, mas emite numa gama de comprimentos de onda centrada em torno de 880nm.
• Tensão Direta (V_F):1,5V (Mín), 1,75V (Típ), 2,1V (Máx). Medido a uma alta corrente pulsada de 350mA (100pps, pulso de 10µs). Esta é a queda de tensão através do díodo quando polarizado diretamente e a conduzir. É crucial para projetar o circuito de acionamento e calcular a dissipação de potência.
• Corrente Reversa (I_R):100 µA (Máximo). A corrente de fuga quando uma polarização reversa de 5V é aplicada. Um valor baixo é desejável.
• Tempo de Subida/Descida (T_r/T_f):40 nS (Máximo). Isto define a velocidade de comutação do dispositivo, medida como o tempo para a saída óptica transitar de 10% para 90% do seu valor final (subida) e vice-versa (descida). A especificação de 40ns confirma a sua adequação para modulação de alta velocidade e aplicações pulsadas.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):16 graus (Típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor máximo (no eixo). Um ângulo de 16° indica um feixe relativamente estreito, útil para iluminação direcionada ou sensoriamento num caminho específico.

3. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas características típicas que são essenciais para uma análise de projeto detalhada. Embora os gráficos específicos não sejam reproduzidos no texto fornecido, o seu conteúdo típico e significado são explicados abaixo.

3.1 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Este gráfico mostra a relação entre a corrente que flui através do díodo e a tensão através dele. É não linear, exibindo uma tensão de limiar/ligação (cerca de 1,2-1,4V para LEDs IR de GaAs) após a qual a corrente aumenta rapidamente com um pequeno aumento de tensão. Os projetistas usam esta curva para selecionar resistências limitadoras de corrente apropriadas ou projetar drivers de corrente constante.

3.2 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Este gráfico ilustra como a potência óptica de saída aumenta com a corrente de acionamento. É tipicamente linear numa ampla gama, mas pode saturar a correntes muito altas devido a efeitos térmicos e queda de eficiência interna. A inclinação desta linha está relacionada com a eficiência quântica externa do dispositivo.

3.3 Intensidade Radiante vs. Temperatura Ambiente

Esta curva demonstra a dependência da temperatura da saída óptica. Para LEDs, a intensidade radiante geralmente diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Este fator de derating é crítico para projetar sistemas que operam em toda a gama de temperatura (-40°C a +85°C) para garantir desempenho consistente.

3.4 Distribuição Espectral

Um gráfico que mostra a potência óptica relativa emitida em função do comprimento de onda. Terá um pico nos típicos 880nm e terá uma largura definida pela especificação FWHM de 50nm. Isto é importante para combinar o emissor com a sensibilidade espectral do detetor que está a ser utilizado.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões da Embalagem

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

• Todas as dimensões estão em milímetros, com polegadas entre parênteses.
• Aplica-se uma tolerância geral de ±0,25mm (±0,010") a menos que uma característica específica tenha uma indicação diferente.
• A resina sob a flange pode sobressair no máximo 1,5mm (0,059").
• O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais saem do corpo da embalagem, o que é crítico para o design da impressão digital da PCB.

O desenho dimensional específico forneceria valores exatos para comprimento, largura, altura do corpo, diâmetro e espaçamento dos terminais.

4.2 Identificação da Polaridade

Os LEDs de infravermelhos são componentes polarizados. A embalagem tem tipicamente um lado plano ou um entalhe na borda para indicar o terminal do cátodo (negativo). O terminal mais longo também pode indicar o ânodo (positivo), mas a marcação da embalagem é a referência definitiva. A polaridade correta é essencial para a operação.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A adesão às especificações de soldagem é vital para evitar danos mecânicos ou térmicos.

• Temperatura de Soldagem:Os terminais podem suportar 260°C até 5 segundos, desde que o calor seja aplicado a pelo menos 1,6mm (0,063") de distância do corpo da embalagem de plástico. Isto evita que a resina derreta ou seja tensionada termicamente.
• Recomendação de Processo:Para soldagem por refluxo, um perfil padrão sem chumbo com uma temperatura de pico não excedendo 260°C é adequado. O tempo acima do líquido deve ser controlado para minimizar o total de entrada térmica.
• Limpeza:Se for necessária limpeza, utilize processos compatíveis com a resina epóxi transparente azul. Devem ser evitados solventes agressivos.
• Condições de Armazenamento:Armazene num ambiente seco e antiestático dentro da gama de temperatura de armazenamento especificada (-55°C a +100°C). Informações sobre o Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL), se aplicável, seriam encontradas numa especificação de embalagem separada.

6. Informações de Embalagem e Encomenda

A página final da ficha técnica é dedicada aos detalhes de embalagem. Isto tipicamente inclui:

• Formato de Embalagem:É provável que os dispositivos sejam fornecidos em fita e carretel para colocação automatizada, padrão para componentes de montagem em superfície. O tamanho do carretel, largura da fita, dimensões dos compartimentos e orientação são aqui definidos.
• Quantidade por Carretel:O número padrão de peças por carretel (ex., 1000, 2000, 4000).
• Número do Modelo:O número da peçaLTE-7377LM1-TAé o código de encomenda completo. Sufixos como "-TA" podem indicar embalagem em fita e carretel ou opções específicas de binning.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Sensoriamento por Infravermelhos:Sensores de proximidade, deteção de objetos, robôs seguidores de linha e interruptores ópticos interruptivos (ex., deteção de papel em impressoras). O ângulo de visão estreito e a alta velocidade são benéficos.
• Comunicação Óptica:Ligações de dados de curto alcance, transmissores de controlo remoto (para TVs, etc.) e transmissão de dados IR industrial onde é necessária imunidade a EMI. O tempo de subida/descida de 40ns suporta taxas de dados moderadas.
• Visão por Computador e Iluminação:Fornecendo iluminação invisível para câmaras de CCTV com capacidade de visão noturna ou para sistemas especializados de visão por computador.

7.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:Devido à alta corrente pulsada permitida (2A), um transistor driver dedicado (BJT ou MOSFET) é quase sempre necessário. Uma simples resistência em série é insuficiente para tais pulsos de alta corrente e desperdiçaria potência excessiva.
• Limitação de Corrente:Para operação DC ou pulsada, a corrente deve ser ativamente limitada para evitar exceder as Classificações Absolutas Máximas. Utilize um driver de corrente constante para uma saída óptica estável.
• Gestão Térmica:Embora a embalagem tenha uma flange, para operação contínua a altas correntes (aproximando-se de 100mA), deve ser dada consideração ao layout da PCB para atuar como dissipador de calor, especialmente se operar a altas temperaturas ambientes.
• Design Óptico:O ângulo de visão de 16 graus pode exigir lentes ou difusores se for necessário um padrão de feixe diferente. O comprimento de onda de 880nm requer um detetor sensível nessa gama (ex., fotodíodo de silício, fototransístor).
• Proteção Elétrica:Uma pequena resistência em série ou um supressor de tensão transitória (TVS) pode ser aconselhável para proteção contra picos de tensão, especialmente em ambientes industriais, apesar da classificação de tensão reversa de 5V.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Com base nas suas especificações, este emissor IR diferencia-se no mercado através de uma combinação de atributos chave:

• Combinação de Alta Velocidade e Alta Potência:A velocidade de comutação de 40ns combinada com uma alta intensidade radiante (35 mW/sr mín) e uma capacidade de corrente pulsada muito alta (2A) é uma vantagem significativa para aplicações que requerem tanto pulsos brilhantes como taxas de dados rápidas ou temporização precisa.
• Otimizado para Operação Pulsada:As classificações explícitas para corrente de pico pulsada e a tensão direta especificada sob condições de pulso indicam que o dispositivo foi concebido para este modo exigente, oferecendo melhor desempenho e fiabilidade do que LEDs simplesmente classificados para DC.
• Ângulo de Visão Estreito:O feixe de 16 graus é mais estreito do que muitos LEDs IR padrão (que podem ser de 30-60 graus), fornecendo luz mais direcionada e maior intensidade no eixo, o que melhora a relação sinal-ruído em aplicações de sensoriamento direcionado.

9. Perguntas Frequentes (FAQs)

Q1: Posso acionar este LED com um pino de microcontrolador de 5V usando apenas uma resistência em série?

R: Para pulsos breves a baixa corrente (ex., 20-50mA), um cálculo de resistência em série é possível (R = (V_CC- V_F) / I_F). No entanto, para a operação pulsada de alta corrente (350mA ou 2A) para a qual o dispositivo foi projetado, um pino de microcontrolador não pode fornecer corrente suficiente. Um interruptor de transístor (como um MOSFET) controlado pelo MCU é obrigatório para fornecer a corrente necessária a partir de uma fonte de alimentação separada.

Q2: Qual é o propósito da embalagem azul? É apenas pela cor?

R: A resina epóxi transparente azul atua como um filtro passa-banda de ondas curtas. É transparente à luz infravermelha emitida de 880nm, mas bloqueia ou atenua a luz visível. Isto pode ajudar a reduzir a interferência da luz visível ambiente no detetor, melhorando a relação sinal-ruído do sistema IR. Também serve como identificador visual.

Q3: Como interpreto o valor de "Intensidade Radiante" para o meu projeto?

R: A Intensidade Radiante (mW/sr) é uma medida de quanta potência óptica é emitida num determinado ângulo sólido. Para estimar a irradiância (potência por unidade de área) a uma distância (d) no eixo óptico, pode usar a aproximação: E ≈ I_E/ d²para ângulos pequenos, onde E está em mW/cm² se d estiver em cm. Isto ajuda a determinar se luz suficiente chegará ao seu detetor.

Q4: A temperatura máxima de armazenamento é 100°C, mas a temperatura de soldagem é 260°C. Isto não é contraditório?

R: Não. A temperatura de armazenamento é para condições de longo prazo, não operacionais, onde toda a embalagem está uniformemente a essa temperatura. A classificação de soldagem é para uma exposição térmica muito curta e localizada (5 segundos) aplicada apenas aos terminais metálicos, que conduzem o calor para longe da junção semicondutora sensível e do corpo da embalagem.

10. Estudo de Caso de Projeto Prático

Cenário: Projetar um Codificador Óptico de Alta Velocidade.

Um codificador rotativo óptico requer uma fonte de luz para passar através de um disco codificado para um conjunto de fotodetetores. O codificador deve operar a altas velocidades de rotação, exigindo comutação rápida da fonte de luz para evitar desfoque e permitir deteção precisa de bordas.

• Racional de Seleção de Componentes:O LTE-7377LM1-TA é escolhido porque o seu tempo de subida/descida de 40ns permite pulsos ópticos muito nítidos, permitindo ao sistema resolver mudanças de posição finas a alta velocidade. O ângulo de visão estreito de 16 graus ajuda a concentrar a luz através das ranhuras estreitas do disco do codificador, melhorando o contraste.
• Design do Circuito:É implementado um circuito driver de corrente constante usando um MOSFET de alta velocidade. O MOSFET é comutado por um temporizador ou saída de FPGA. A corrente é definida para 100mA (máx. contínuo) ou um valor pulsado como 350mA para pulsos de maior intensidade, mantendo-se dentro dos limites da ficha técnica. A tensão direta a esta corrente é usada para calcular a dissipação de potência no driver.
• Layout e Térmica:A impressão digital da PCB corresponde ao espaçamento dos terminais do desenho da embalagem. Uma pequena almofada de alívio térmico ligada a um plano de terra é colocada sob a flange para auxiliar na dissipação de calor durante a operação contínua.
• Alinhamento Óptico:O emissor e o detetor estão alinhados em lados opostos do disco do codificador. O feixe estreito garante interferência mínima entre pistas adjacentes no disco.

11. Princípio de Funcionamento

Este dispositivo é um díodo emissor de luz (LED) baseado numa junção p-n semicondutora, tipicamente usando materiais como Arsenieto de Gálio (GaAs) ou Arsenieto de Gálio e Alumínio (AlGaAs) para produzir luz infravermelha. Quando uma tensão direta que excede a tensão de limiar da junção é aplicada, eletrões e lacunas são injetados através da junção. À medida que estes portadores de carga se recombinam, a energia é libertada na forma de fotões. A energia específica da banda proibida do material semicondutor determina o comprimento de onda dos fotões emitidos, que neste caso está centrado em torno de 880 nanómetros. A embalagem de epóxi azul encapsula o chip semicondutor, fornece proteção mecânica e atua como uma lente primária moldando o feixe de saída enquanto filtra comprimentos de onda mais curtos.

12. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de emissor de infravermelhos continua a evoluir juntamente com as tendências mais amplas da optoelectrónica. Existe uma constante procura por maior eficiência (mais luz de saída por watt elétrico de entrada) para reduzir o consumo de energia e a geração de calor. Isto permite fontes mais brilhantes ou maior duração da bateria em dispositivos portáteis. Outra tendência é a integração de emissores com drivers e lógica de controlo em módulos inteligentes, simplificando o design do sistema. Além disso, há desenvolvimento em direção a velocidades de comutação ainda mais rápidas para suportar taxas de dados mais altas na comunicação óptica (ex., para Li-Fi) e sensoriamento de tempo de voo (ToF) mais preciso para aplicações de imagem 3D e LiDAR. A pressão para a miniaturização também continua, levando a pegadas de embalagem menores enquanto mantém ou melhora as características de desempenho.