Folha de Dados do Emissor Infravermelho LTE-3276 - Comprimento de Onda 850nm - Corrente Direta 50mA - Tensão Direta 1.8V - Alta Potência e Velocidade - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTE-3276 é um emissor infravermelho (IR) de alto desempenho projetado para aplicações que exigem tempos de resposta rápidos e uma saída radiante significativa. As suas principais vantagens residem na combinação de capacidades de alta velocidade e alta potência, tornando-o adequado para operação em pulso em ambientes exigentes. O dispositivo é alojado numa embalagem transparente, típica para emissores IR, para permitir a transmissão máxima da luz infravermelha. O mercado-alvo inclui automação industrial, sistemas de comunicação (como IrDA), controlos remotos, interruptores ópticos e sistemas de sensores onde é necessária sinalização infravermelha confiável e de alta intensidade.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Absolutas Máximas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Não é recomendada a operação nestes limites ou próximo deles por períodos prolongados.

• Dissipação de Potência (P_D):200 mW. Esta é a potência total máxima que o dispositivo pode dissipar como calor em qualquer condição de operação.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):1 A. Esta corrente elevada é permitida apenas em condições de pulso (300 pulsos por segundo, largura de pulso de 10 μs). Destaca a capacidade do dispositivo para rajadas curtas e intensas de luz.
• Corrente Direta Contínua (I_F):100 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode ser aplicada continuamente.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode danificar a junção semicondutora.
• Intervalo de Temperatura de Operação e Armazenamento:-40°C a +85°C. Esta ampla gama garante fiabilidade em condições ambientais severas.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais:260°C durante 6 segundos a 1,6mm do corpo. Isto é crítico para processos de soldagem por onda ou *reflow* para evitar danos térmicos.

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 medida chave da potência óptica de saída por ângulo sólido. Com I_F= 20mA, é de 12,75 mW/sr (típico). Com I_F= 50mA, aumenta significativamente para 32 mW/sr (típico), demonstrando um aumento não linear e eficiente com a corrente.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_P):850 nm (típico). Isto está no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano mas facilmente detetado por fotodíodos de silício e câmaras com sensibilidade IR.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):40 nm (típico). Isto indica a largura de banda espectral; uma largura mais estreita indicaria uma fonte mais monocromática.
• Tensão Direta (V_F):Com I_F= 50mA, V_Fé 1,49V (típico), com um máximo de 1,80V. Com I_F= 200mA, V_Fsobe para 1,83V (típico), máx. 2,3V. Este coeficiente de temperatura positivo deve ser considerado no projeto do *driver*.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):50 graus (típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor de pico. Um ângulo de 50° proporciona um bom equilíbrio entre concentração do feixe e cobertura.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados fornece várias curvas características típicas que são essenciais para o projeto do circuito e para compreender o comportamento do dispositivo em condições variáveis.

3.1 Distribuição Espectral (Fig. 1)

Esta curva traça a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma o comprimento de onda de pico em torno de 850 nm e mostra a forma e largura (largura a meia altura de 40 nm) do espectro de emissão. Isto é crucial para combinar o emissor com a sensibilidade espectral de um detetor.

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

Esta curva IV mostra a relação exponencial típica de um díodo. A curva permite aos projetistas determinar a tensão de acionamento necessária para uma corrente de operação desejada, o que é crítico para projetar *drivers* de corrente constante.

3.3 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta (Fig. 5)

Este gráfico mostra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. Geralmente é linear em correntes mais baixas, mas pode mostrar efeitos de saturação em correntes muito altas devido a limitações térmicas e de eficiência. Estes dados são vitais para definir o ponto de operação para alcançar a potência óptica necessária.

3.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig. 4)

Esta curva demonstra o coeficiente de temperatura negativo da saída do LED. À medida que a temperatura ambiente aumenta, a intensidade radiante diminui. Esta redução térmica deve ser considerada em projetos destinados a ambientes de alta temperatura para garantir uma margem de sinal suficiente.

3.5 Diagrama de Radiação (Fig. 6)

Este gráfico polar representa visualmente a distribuição espacial da luz emitida, ilustrando claramente o ângulo de visão de 50 graus. Ajuda no projeto de sistemas ópticos para focar ou colimar o feixe IR.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões da Embalagem

O dispositivo utiliza uma embalagem de orifício passante padrão, provavelmente do estilo T-1 3/4 (5mm) comum para emissores IR. Notas dimensionais chave da folha de dados incluem:

• Todas as dimensões estão em milímetros (polegadas).
• A tolerância é de ±0,25mm(.010") salvo indicação em contrário.
• A resina saliente sob o flange é de 1,5mm(.059") no máximo.
• O espaçamento dos terminais é medido onde os terminais saem da embalagem.

O material da embalagem transparente é tipicamente epóxi, otimizado para alta transmitância a 850 nm.

4.2 Identificação da Polaridade

Para uma embalagem de LED padrão, o terminal mais longo é tipicamente o ânodo (positivo), e o terminal mais curto é o cátodo (negativo). A embalagem também pode ter um lado plano perto do cátodo. Observar a polaridade correta é essencial para evitar danos por polarização reversa.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A especificação máxima absoluta para soldagem dos terminais é explicitamente declarada:260°C durante 6 segundos, medido a 1,6mm (.063") do corpo. Este é um parâmetro crítico para a montagem.

• Soldagem por Onda/Manual:Aderir estritamente ao limite de 260°C/6s. O pré-aquecimento é recomendado para minimizar o choque térmico.
• Soldagem por *Reflow*:Embora não mencionado explicitamente para SMD, o perfil de temperatura deve garantir que a temperatura do corpo da embalagem não exceda o máximo de armazenamento de 85°C por períodos prolongados, e a temperatura do terminal no ponto especificado não deve exceder 260°C.
• Condições de Armazenamento:Armazenar num ambiente seco e antiestático dentro do intervalo de temperatura especificado (-40°C a +85°C) para evitar absorção de humidade e degradação.

6. Sugestões de Aplicação

6.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Transmissão de Dados por Infravermelhos (IrDA):A sua alta velocidade torna-o adequado para ligações de dados seriais.
• Controlos Remotos:A alta potência garante longo alcance e operação confiável.
• Interruptores Ópticos e Deteção de Objetos:Usado em conjunto com um fotodetector para detetar presença, posição ou contagem.
• Cortinas de Segurança Industriais:Criando uma barreira de feixe invisível para proteção de máquinas.
• Iluminação para Visão Noturna:Para câmaras de CCTV com sensibilidade IR.

6.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento (*Driver*):Utilizar sempre um resistor limitador de corrente em série ou um *driver* de corrente constante. Calcular com base na tensão direta (V_F) na corrente de operação desejada (I_F).
• Gestão de Calor:Para operação contínua perto da corrente máxima, considerar a dissipação de potência (P_D= V_F* I_F) e garantir dissipação de calor adequada, se necessário, para manter a temperatura da junção dentro dos limites.
• Operação em Pulsos:Para a corrente de pulso de pico de 1A, garantir que o *driver* pode fornecer o pulso de alta corrente necessário com tempos de subida/descida rápidos para aproveitar a capacidade de alta velocidade.
• Projeto Óptico:Usar lentes ou refletores para moldar o feixe de 50° de acordo com a necessidade da aplicação (ex.: estreito para longo alcance, largo para cobertura de área).
• Combinação com Detetor:Emparelhar com um fotodetector (ex.: fototransístor, fotodíodo) cuja sensibilidade espectral de pico seja em torno de 850 nm para um desempenho ótimo.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTE-3276 diferencia-se no mercado através da sua combinação específica de parâmetros:

• Alta Potência com Corrente Moderada:32 mW/sr a 50mA é uma saída forte, benéfica para aplicações que requerem uma boa relação sinal-ruído.
• Capacidade de Alta Velocidade:A especificação para operação em pulso implica um tempo de resposta intrínseco rápido, adequado para sinais modulados.
• Construção Robusta:A ampla gama de temperatura de operação e a embalagem transparente indicam um projeto para fiabilidade.
• Comparado com LEDs IR padrão de baixa potência, este dispositivo oferece uma intensidade radiante significativamente maior. Comparado com díodos laser, é mais seguro (seguro para os olhos nesta classe de potência), tem um feixe mais amplo e é geralmente mais robusto e fácil de acionar.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

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

R: Não. Deve usar um resistor limitador de corrente. Por exemplo, para acionar com I_F=50mA e uma V_Fde ~1,5V a partir de uma fonte de 5V: R = (5V - 1,5V) / 0,05A = 70 Ohms. Use um resistor de 68 ou 75 Ohm e verifique a potência nominal (P = I²R = 0,175W, portanto um resistor de 1/4W é suficiente).

P: Qual é a diferença entre Intensidade Radiante (mW/sr) e Irradiância na Abertura (mW/cm²)?

R: A Intensidade Radiante é a potência emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano), descrevendo a força direcional da fonte. A Irradiância na Abertura é a densidade de potência (mW por cm²) que chega à superfície de um detetor a uma distância e alinhamento especificados. Esta última depende da primeira e da distância/lei do inverso do quadrado.

P: Como o uso em modo de pulso?

R: Use um interruptor de transístor (BJT ou MOSFET) controlado pelo seu sinal lógico para pulsar o LED. Garanta que o *driver* pode fornecer a alta corrente de pico (até 1A) com comutação rápida. A corrente média ainda deve respeitar a especificação de corrente contínua (100mA) ao considerar o ciclo de trabalho.

P: Por que a saída diminui com a temperatura?

R: Esta é uma característica fundamental dos LEDs semicondutores. O aumento da temperatura aumenta os processos de recombinação não radiativa dentro do material semicondutor, reduzindo a eficiência quântica interna e, consequentemente, a saída de luz.

9. Caso Prático de Projeto

Caso: Projetar um Sensor de Deteção de Objetos por Infravermelhos de Longo Alcance.

Objetivo: Detetar um objeto a 5 metros.

Passos do Projeto:

1. Acionamento do Emissor:Operar o LTE-3276 com I_F=50mA (em pulsos a 1kHz, ciclo de trabalho de 50%) para alcançar alta intensidade de pico (32 mW/sr) mantendo a potência média controlável.

2. Ótica:Adicionar uma lente colimadora simples em frente do emissor para estreitar o feixe de 50° para um feixe mais focado de ~10°, aumentando significativamente a intensidade à distância.

3. Detetor:Usar um fototransístor de silício combinado com uma resposta de pico a 850nm. Colocar um filtro óptico de banda estreita (centrado em 850nm) em frente para rejeitar a luz ambiente.

4. Circuito:O circuito recetor amplifica a pequena fotocorrente. Usar deteção síncrona (modulando o emissor e sintonizando o recetor para a mesma frequência) para rejeitar luz ambiente DC e ruído de baixa frequência, melhorando muito o alcance e a fiabilidade.

Esta configuração aproveita a alta potência e velocidade do LTE-3276 para um sistema de deteção robusto e imune a interferências.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um emissor infravermelho como o LTE-3276 é um díodo emissor de luz (LED) baseado na física dos semicondutores. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, eletrões e lacunas são injetados na região ativa. Quando estes portadores de carga se recombinam, libertam energia. Neste dispositivo específico, o material semicondutor (tipicamente baseado em Arsenieto de Gálio e Alumínio - AlGaAs) é projetado para que esta energia seja libertada como fotões no espectro infravermelho, com um comprimento de onda de pico de 850 nanómetros. A embalagem de epóxi "transparente" é dopada para ser transparente a este comprimento de onda, permitindo que os fotões escapem eficientemente. A característica de "alta velocidade" refere-se aos tempos rápidos de ligar e desligar deste processo de recombinação, permitindo que o LED seja modulado em altas frequências para transmissão de dados.

11. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de emissores infravermelhos continua a evoluir juntamente com as tendências mais amplas da optoeletrónica. Os principais desenvolvimentos incluem:

Maior Eficiência Energética:A investigação foca-se em melhorar a eficiência quântica interna (mais fotões por eletrão) e a eficiência de extração de luz da embalagem, levando a uma maior intensidade radiante para a mesma potência elétrica de entrada.

Formatos Mais Pequenos:A tendência para a miniaturização impulsiona embalagens de dispositivos de montagem em superfície (SMD) com desempenho semelhante ou melhor do que os tipos tradicionais de orifício passante.

Velocidade Aprimorada:Para aplicações de comunicação, estão a ser desenvolvidos dispositivos com larguras de banda de modulação ainda mais rápidas para suportar taxas de dados mais elevadas.

Diversificação do Comprimento de Onda:Embora 850nm e 940nm sejam comuns, outros comprimentos de onda estão a ser otimizados para aplicações específicas, como comprimentos de onda mais longos seguros para os olhos ou linhas de absorção específicas para deteção de gases.

Integração:Existe uma tendência para integrar o emissor com um CI *driver* ou mesmo com um detetor num único módulo, simplificando o projeto do sistema para os utilizadores finais.