Ficha Técnica do Emissor de LED Infravermelho LTE-209 - Dimensões do Pacote 5.0mm - Tensão Direta 1.6V - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série LTE-209 representa uma família de diodos emissores de luz (LEDs) infravermelhos (IR) projetados para aplicações optoeletrónicas confiáveis. Estes componentes são concebidos para emitir luz num comprimento de onda de pico de 940 nanómetros, que se situa dentro do espectro do infravermelho próximo. Este comprimento de onda específico é comumente utilizado em aplicações que requerem fontes de luz não visíveis, tais como sensores de proximidade, deteção de objetos e codificadores óticos. A vantagem central desta série reside na sua fabricação precisa, que garante uma intensidade radiante e características espectrais consistentes. O dispositivo está alojado num pacote plástico miniatura de baixo custo com uma configuração de visada frontal, tornando-o adequado para projetos com restrições de espaço. Uma característica fundamental é o seu emparelhamento mecânico e espectral com séries específicas de fototransistores, facilitando o projeto de pares emissor-detetor otimizados para melhorar o desempenho do sistema e a integridade do sinal.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os valores máximos absolutos definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Estes valores são especificados a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C. A corrente direta contínua máxima é de 60 mA, com uma capacidade de corrente direta de pico de 1 A em condições pulsadas (300 pulsos por segundo, largura de pulso de 10 μs). A dissipação de potência máxima é de 90 mW. O dispositivo pode suportar uma tensão reversa de até 5 V. A faixa de temperatura de operação é de -40°C a +85°C, enquanto a faixa de temperatura de armazenamento estende-se de -55°C a +100°C. Para montagem, os terminais podem ser soldados a uma temperatura de 260°C por uma duração máxima de 5 segundos, medidos a 1,6mm do corpo do pacote.

2.2 Características Eletro-Óticas

As características eletro-óticas são os parâmetros de desempenho chave medidos em condições de teste padrão (T_A=25°C, I_F=20mA). A intensidade radiante (I_E), uma medida da potência ótica emitida por unidade de ângulo sólido, tem um valor típico de 1,383 mW/sr. A incidência radiante na abertura (E_e), representando a densidade de potência, é tipicamente 0,184 mW/cm². O comprimento de onda de emissão de pico (λ_Pico) está centrado em 940 nm, com uma meia-largura espectral (Δλ) de 50 nm, definindo a pureza espectral da luz emitida. A tensão direta (V_F) varia tipicamente de 1,2V a um máximo de 1,6V na corrente de teste. A corrente reversa (I_R) é no máximo 100 μA quando é aplicada uma polarização reversa de 5V. O ângulo de visão (2θ_1/2), onde a intensidade radiante cai para metade do seu valor de pico, é de 16 graus, indicando um padrão de feixe relativamente estreito.

3. Explicação do Sistema de Binning

Embora a ficha técnica fornecida não detalhe explicitamente um sistema de binning multi-parâmetro, ela indica que os dispositivos são \"SELECIONADOS PARA INTERVALOS ESPECÍFICOS DE INTENSIDADE ONLINE E INTENSIDADE RADIANTE.\" Isto implica um processo de seleção ou triagem baseado na intensidade radiante medida e possivelmente nos valores de incidência radiante. Esta pré-seleção garante que os componentes entregues para uma encomenda específica se enquadram numa banda de tolerância mais apertada para estes parâmetros óticos chave do que os limites mínimos e máximos absolutos declarados nas especificações gerais. Esta prática aumenta a consistência no desempenho da aplicação, particularmente em sistemas onde o emparelhamento da saída ótica é crítico.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas características típicas que ilustram o comportamento do dispositivo em condições variáveis.

4.1 Distribuição Espectral

A Figura 1 mostra a curva de distribuição espectral, traçando a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma a emissão de pico a 940 nm e a meia-largura espectral de aproximadamente 50 nm, mostrando a dispersão dos comprimentos de onda emitidos em torno do pico.

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

A Figura 3 descreve a característica de corrente direta versus tensão direta. Esta curva é não linear, típica de um díodo. Mostra a relação em que um pequeno aumento na tensão além do limiar de condução leva a um rápido aumento na corrente. O V_Fespecificado de 1,2V a 1,6V a 20mA pode ser contextualizado dentro desta curva.

4.3 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta

A Figura 5 ilustra como a saída ótica (intensidade radiante relativa) muda com a corrente de acionamento direta. Geralmente, a saída aumenta com a corrente, mas a relação pode não ser perfeitamente linear em toda a faixa de operação. Esta curva é essencial para determinar a corrente de acionamento necessária para alcançar um nível de saída ótica desejado.

4.4 Dependência da Temperatura

As Figuras 2 e 4 mostram os efeitos da temperatura ambiente. A Figura 2 (Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente, provavelmente a uma tensão constante) e a Figura 4 (Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente, a uma corrente constante) demonstram que tanto as propriedades elétricas como óticas do LED são dependentes da temperatura. Tipicamente, para LEDs infravermelhos, a tensão direta diminui e a saída ótica diminui à medida que a temperatura aumenta. Estas curvas são críticas para projetar circuitos com compensação de temperatura ou para estimar o desempenho em ambientes não-ambientais.

4.5 Padrão de Radiação

A Figura 6 é o diagrama de radiação ou padrão de ângulo de visão. É um gráfico polar que mostra a distribuição angular da intensidade radiante emitida. O semi-ângulo de 16 graus é representado visualmente aqui, mostrando a intensidade a cair para 50% do valor no eixo a ±8 graus do centro.

5. Informações Mecânicas e do Pacote

O dispositivo utiliza um pacote plástico miniatura de visada frontal. As dimensões chave do desenho do pacote incluem um diâmetro do corpo, espaçamento dos terminais e comprimento total. Os terminais saem do pacote com um espaçamento específico que é crítico para o layout da PCB. O pacote inclui uma flange, e as notas especificam uma protrusão máxima de resina sob esta flange. As notas também esclarecem que o espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais saem do corpo do pacote, e as tolerâncias gerais são de ±0,25mm salvo indicação em contrário. A configuração física é projetada para ser mecanicamente emparelhada com fototransistores correspondentes, garantindo um alinhamento adequado em módulos montados.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A diretriz de montagem primária fornecida está relacionada com a temperatura de soldadura. O valor máximo absoluto especifica que os terminais podem ser submetidos a uma temperatura de 260°C por um máximo de 5 segundos. Esta classificação é medida a uma distância de 1,6mm (0,063\") do corpo do pacote. Esta informação é crucial para definir perfis de soldadura por refluxo ou procedimentos de soldadura manual. Exceder esta temperatura ou tempo pode danificar a fixação interna do chip, as ligações por fio ou o próprio material do pacote plástico. Devem ser observadas precauções padrão de ESD (Descarga Eletrostática) durante a manipulação. O dispositivo deve ser armazenado dentro da faixa de temperatura especificada de -55°C a +100°C num ambiente seco para evitar a absorção de humidade, o que poderia causar \"popcorning\" durante o refluxo.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

A ficha técnica identifica o número da peça como LTE-209. O \"Número da Especificação\" é DS-50-92-0001, e a revisão é C. Detalhes específicos sobre embalagem em fita e carretel, quantidades por carretel ou nível de sensibilidade à humidade (MSL) não são fornecidos no excerto. A encomenda seria tipicamente baseada no número da peça base LTE-209, com possíveis sufixos indicando bins de intensidade específicos conforme implícito pelo processo de seleção mencionado nas características.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

O LTE-209 é ideal para aplicações que requerem uma fonte de infravermelhos compacta e eficiente. O seu comprimento de onda de 940nm é invisível ao olho humano e é bem adequado para:

• Interruptores Óticos e Deteção de Objetos:Emparelhado com um fototransistor (como a série LTR-4206 mencionada) para detetar a presença, ausência ou posição de um objeto interrompendo o feixe de IR.
• Sensoriamento de Proximidade:Utilizado em dispositivos para detetar a proximidade de um utilizador ou objeto, frequentemente empregando sensoriamento reflexivo.
• Codificadores:Fornecendo a fonte de luz para codificadores óticos incrementais ou absolutos em sistemas de controlo de motores e sensoriamento de posição.
• Transmissão de Dados:Pode ser usado para ligações de comunicação por infravermelhos de curto alcance e baixa taxa de dados (ex., sistemas de controlo remoto), embora o seu ângulo de visão estreito possa exigir alinhamento.

8.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Utilize sempre um resistor em série ou um driver de corrente constante para limitar a corrente direta ao ponto de operação desejado, nunca excedendo os valores máximos absolutos.
• Gestão Térmica:Considere a dissipação de potência (V_F* I_F) e o efeito da temperatura ambiente na saída. Para aplicações de alta confiabilidade, reduza a corrente máxima a temperaturas elevadas.
• Alinhamento Ótico:O estreito ângulo de visão de 16 graus requer um alinhamento mecânico preciso com o detetor emparelhado ou a área alvo para uma força de sinal ótima.
• Proteção do Circuito:Embora tenha uma classificação de tensão reversa de 5V, incorporar proteção contra tensão reversa ou picos de tensão no circuito é uma boa prática.
• Par Emparelhado:Para o melhor desempenho em aplicações de sensoriamento, utilize o dispositivo com o seu fototransistor espectral e mecanicamente emparelhado como sugerido.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais diferenciadores da série LTE-209, conforme apresentados, são a sua seleção específica para parâmetros de intensidade e o seu emparelhamento com uma série de fototransistores. Comparado com LEDs IR genéricos, esta pré-seleção oferece maior consistência na saída ótica, o que pode simplificar a calibração do circuito e melhorar o rendimento na produção em massa. O emparelhamento mecânico garante que, quando usado com o fototransistor designado, o alinhamento físico e o acoplamento ótico são otimizados, levando a sinais mais fortes e confiáveis. O uso de Arsenieto de Gálio e Alumínio (GaAlAs) num substrato de Arsenieto de Gálio (GaAs) é uma tecnologia padrão para produzir emissores eficientes de infravermelho próximo com um comprimento de onda em torno de 940nm.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Qual é o propósito do comprimento de onda de 940nm?

R: 940nm está no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano. É comumente usado em sensoriamento e comunicação para evitar interferência de luz visível e é eficientemente detetado por fotodetetores de silício.

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

R: Não. Deve usar um resistor limitador de corrente. Com um V_Ftípico de 1,6V a 20mA, o valor do resistor para uma fonte de 5V seria R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω. Um resistor padrão de 180Ω resultaria numa corrente próxima de 19mA.

P: Como é que a temperatura afeta o desempenho?

R: Como mostrado nas curvas características, o aumento da temperatura geralmente diminui a saída ótica para uma dada corrente e diminui a tensão direta. Projetos para amplas faixas de temperatura devem ter isto em conta.

P: O que significa \"espectralmente emparelhado\"?

R: Significa que o espectro de emissão do LED (centrado em 940nm) se alinha bem com a região de responsividade de pico do fototransistor especificado. Isto maximiza a quantidade de luz emitida que o detetor pode converter num sinal elétrico.

11. Exemplos Práticos de Projeto e Utilização

Exemplo 1: Portão de Deteção de Objetos:Dois LEDs IR LTE-209 podem ser colocados num lado de uma esteira transportadora, cada um emparelhado com um fototransistor correspondente no lado oposto, criando dois feixes de deteção independentes. Um microcontrolador monitoriza as saídas dos fototransistores. Quando um objeto passa, interrompe um ou ambos os feixes, permitindo ao sistema contar objetos, medir tamanho (cronometrando a interrupção do feixe) ou acionar uma ação.

Exemplo 2: Sensor de Proximidade Reflexivo:Um LTE-209 e o seu fototransistor emparelhado são colocados lado a lado numa PCB, virados na mesma direção. O LED emite um feixe. Quando um objeto se aproxima, reflete parte desta luz de volta para o fototransistor. A força do sinal detetado correlaciona-se com a proximidade do objeto. Esta configuração é comum em torneiras sem toque ou dispensadores automáticos de sabão.

12. Introdução ao Princípio de Operação

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um díodo de junção p-n semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, eletrões da região tipo-n e lacunas da região tipo-p são injetados na região da junção. Quando estes portadores de carga se recombinam, energia é libertada. No sistema de material específico utilizado aqui (GaAlAs/GaAs), esta energia corresponde a fotões no espectro infravermelho, aproximadamente 940nm de comprimento de onda. A estrutura do díodo, incluindo a camada de janela mencionada, é projetada para permitir que esta luz gerada escape eficientemente do material semicondutor. O pacote plástico serve para proteger o chip semicondutor, fornecer estrutura mecânica e também pode atuar como uma lente para moldar o feixe de luz emitido, contribuindo para o ângulo de visão especificado de 16 graus.

13. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

A tecnologia de emissores infravermelhos continua a evoluir. As tendências gerais no campo incluem:

• Aumento da Eficiência:Desenvolvimento de novos materiais e estruturas semicondutoras (ex., poços quânticos múltiplos) para alcançar maior potência de saída ótica para uma dada entrada elétrica, reduzindo o consumo de energia e a geração de calor.
• Miniaturização:Redução contínua no tamanho do pacote (ex., pacotes de escala de chip) para permitir a integração em eletrónicos de consumo e dispositivos IoT cada vez menores.
• Funcionalidade Aprimorada:Integração do emissor com circuitos de acionamento, fotodetetores ou mesmo microcontroladores em módulos únicos ou soluções de sistema-em-pacote (SiP).
• Diversificação do Comprimento de Onda:Embora 940nm permaneça padrão, outros comprimentos de onda de IR (ex., 850nm, 1050nm) estão a ser otimizados para aplicações específicas como sistemas seguros para os olhos ou diferentes janelas de transmissão atmosférica.
• Confiabilidade Melhorada:Avanços em materiais de embalagem e tecnologias de fixação de chips para suportar temperaturas mais altas e condições ambientais mais exigentes, como as exigidas em aplicações automotivas.