Ficha Técnica do Emissor Infravermelho LTE-4208M - Comprimento de Onda 940nm - Encapsulamento T-1 3/4 (5mm) - Tensão Direta 1.6V - Dissipação de Potência 100mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTE-4208M é um díodo emissor de infravermelhos (IR) de alto desempenho, projetado para aplicações que requerem emissão de luz não visível confiável e eficiente. A sua função principal é converter energia elétrica em radiação infravermelha num comprimento de onda de pico de 940 nanómetros (nm). Este comprimento de onda é ideal para aplicações onde a interferência da luz visível deve ser minimizada, pois é praticamente invisível ao olho humano, mas altamente detetável por fotodetetores de silício, como fototransístores e fotodíodos.

O dispositivo é encapsulado num pacote padrão T-1 3/4 (aproximadamente 5mm de diâmetro) com uma lente transparente. Este encapsulamento plástico miniaturizado oferece uma solução económica, ao mesmo tempo que proporciona robustez mecânica. Uma característica de projeto fundamental é a sua compatibilidade espectral e mecânica com séries de fototransístores correspondentes (por exemplo, LTR-3208), o que simplifica o projeto do sistema óptico ao garantir um alinhamento e acoplamento de sinal ideais entre o par emissor-detetor.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens do LTE-4208M incluem a sua elevada intensidade radiante de saída, desempenho consistente através de um rigoroso processo de classificação (binning) e o seu fator de forma compacto e de baixo custo. O componente é pré-selecionado em intervalos específicos de intensidade radiante (bins), permitindo aos projetistas escolher um componente que atenda precisamente aos requisitos de sensibilidade do seu sistema, sem necessidade de circuitos externos de calibração ou ajuste. Esta previsibilidade aumenta o rendimento da produção e a fiabilidade do sistema.

O mercado-alvo para este componente é principalmente a eletrónica industrial e de consumo que requer deteção de proximidade, deteção de objetos ou codificação óptica. A sua aplicação mais proeminente é em detetores de fumaça, onde um feixe de IR é utilizado para detetar partículas de fumaça medindo a dispersão ou atenuação da luz. Outras aplicações potenciais incluem interruptores sem contacto, transmissão de dados a curta distância (por exemplo, sistemas de controlo remoto), sensores de automação industrial e contadores de objetos.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Compreender os parâmetros elétricos e ópticos é crucial para um projeto de circuito confiável e para garantir que o LED opera dentro da sua área de operação segura (SOA).

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas classificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é recomendada a operação nestes limites ou próximo deles por períodos prolongados.

• Dissipação de Potência (Pd):100 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar na forma de calor a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C. Exceder este limite arrisca fuga térmica e falha.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):3 A. Esta é a corrente instantânea máxima permitida em condições de pulso (300 pulsos por segundo, largura de pulso de 10μs). É significativamente superior à classificação de corrente contínua, destacando a capacidade do dispositivo para rajadas curtas e de alta intensidade.
• Corrente Direta Contínua (I_F):50 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode ser aplicada continuamente sem exceder a classificação de dissipação de potência, assumindo uma tensão direta típica.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. O dispositivo tem uma tolerância muito baixa para polarização reversa. Aplicar uma tensão superior a 5V no sentido inverso pode causar ruptura imediata. A ficha técnica nota explicitamente que o dispositivo não foi projetado para operação reversa.
• Temperatura de Operação e Armazenamento:-40°C a +85°C e -55°C a +100°C, respetivamente. Estas faixas definem as condições ambientais para operação confiável e armazenamento não operacional.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais:260°C durante 5 segundos a uma distância de 4,0mm do corpo do encapsulamento. Isto é crítico para processos de soldagem por onda ou por refluxo, para evitar danos ao chip semicondutor interno ou ao encapsulamento plástico.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são medidos em condições de teste padrão (TA=25°C, I_F=20mA, salvo indicação em contrário) e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Intensidade Radiante (I_E):Este é o parâmetro óptico de saída principal, medido em miliwatts por esterradiano (mW/sr). Indica a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido. O dispositivo é classificado em bins (de A a G) com valores mínimos e típicos que variam de 3,6/13,2 mW/sr (Bin A) a 28,8 mW/sr (Bin G). Esta classificação permite a seleção com base na força de sinal necessária.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_Pico):940 nm. Este é o comprimento de onda no qual a potência óptica emitida é máxima. Encontra-se dentro do espectro do infravermelho próximo.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):50 nm. Este parâmetro, também conhecido como Largura Total a Meia Altura (FWHM), define a largura de banda espectral. Uma largura de 50nm significa que a luz emitida cobre comprimentos de onda de aproximadamente 915nm a 965nm a metade da intensidade de pico.
• Tensão Direta (V_F):1,2V (Mín.), 1,6V (Típ.). Esta é a queda de tensão no díodo quando conduz 20mA. É essencial para calcular o valor da resistência em série num circuito de acionamento: R = (V_fonte- V_F) / I_F.
• Corrente Reversa (I_R):100 μA (Máx.) a V_R=5V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o díodo está polarizado inversamente na sua classificação máxima.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):20 graus. Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor máximo (no eixo). Um ângulo de 20° indica um feixe relativamente estreito e focado, o que é benéfico para aplicações de sensoriamento direcionado.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

O LTE-4208M emprega um único parâmetro de classificação crítico: Intensidade Radiante. Os dispositivos são testados e classificados em grupos (Bins de A a G) com base na sua saída medida na corrente de teste padrão de 20mA. Este sistema oferece vários benefícios:

1. Consistência de Projeto:Os engenheiros podem selecionar um bin específico para garantir níveis de sinal óptico consistentes em todas as unidades de uma série de produção, melhorando a uniformidade do produto.
2. Compatibilidade de Desempenho:Quando utilizado com um fotodetetor compatível, a seleção de bins do emissor permite um controlo mais apertado sobre a sensibilidade geral e a gama dinâmica do sistema de sensor óptico.
3. Otimização de Custos:Aplicações com requisitos de sensibilidade menos rigorosos podem potencialmente usar componentes de classificação inferior (por exemplo, Bin A, B), que podem ser mais económicos.

A ficha técnica não indica classificação para tensão direta ou comprimento de onda para este modelo, sugerindo um controlo de processo apertado nesses parâmetros ou que eles não são diferenciadores críticos para as suas aplicações-alvo.

4. Análise das Curvas de Desempenho

As curvas características típicas fornecem uma visão visual de como o dispositivo se comporta em condições variáveis, o que é vital para um projeto de sistema robusto além do ponto nominal de 25°C.

4.1 Distribuição Espectral (Fig.1)

A curva mostra uma distribuição aproximadamente Gaussiana centrada em 940nm com um FWHM de aproximadamente 50nm. Isto confirma a natureza monocromática da saída do LED, o que é crucial para filtrar interferências de luz ambiente em aplicações de sensoriamento. A forma da curva é típica de um LED IR baseado em AlGaAs.

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

Esta curva de derating é essencial para a gestão térmica. Mostra a corrente direta contínua máxima permitida a diminuir à medida que a temperatura ambiente aumenta. A 85°C (a temperatura máxima de operação), a corrente permitida é significativamente menor do que a classificação de 50mA a 25°C. Os projetistas devem usar este gráfico para garantir que a corrente de operação não excede a curva na temperatura ambiente máxima esperada do sistema.

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

Esta é a curva I-V padrão para um díodo. Mostra a relação exponencial entre corrente e tensão. A curva permite aos projetistas estimar a V_Fa correntes diferentes da condição de teste de 20mA, o que é importante para o projeto da fonte de alimentação e cálculos de eficiência.

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

Este gráfico ilustra a dependência da saída óptica com a temperatura. A intensidade radiante relativa diminui à medida que a temperatura aumenta. Por exemplo, a 85°C, a saída pode ser apenas cerca de 60-70% do seu valor a 25°C. Este coeficiente de temperatura negativo deve ser considerado em sistemas projetados para operar numa ampla gama de temperaturas, para evitar perda de sinal a altas temperaturas.

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

Esta curva mostra que a saída óptica é aproximadamente proporcional à corrente direta na gama de operação típica (por exemplo, até 50mA). No entanto, a relação não é perfeitamente linear, e a eficiência (intensidade radiante por mA) pode diminuir ligeiramente a correntes muito elevadas devido ao aumento dos efeitos térmicos e outras não idealidades dentro do semicondutor.

4.6 Diagrama de Radiação (Fig.6)

Este gráfico polar define visualmente o ângulo de visão. A intensidade normalizada é traçada em função do ângulo em relação ao eixo central (0°). O gráfico confirma o meio-ângulo de 20°, mostrando uma queda rápida na intensidade além de aproximadamente ±10° do centro. Este padrão é característico de um LED com uma lente de cúpula simples, fornecendo um feixe focado adequado para aplicações direcionadas.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões de Contorno

O dispositivo está em conformidade com as dimensões padrão do pacote de orifício passante T-1 3/4. As medidas principais incluem um diâmetro do corpo de aproximadamente 5mm, um espaçamento típico dos terminais de 2,54mm (0,1") onde os terminais saem do encapsulamento, e um comprimento total. É notada uma protuberância máxima da resina de 1,0mm sob o flange. Os terminais são tipicamente feitos de liga de cobre estanhada. O encapsulamento apresenta uma lente de epóxi transparente e incolor.

5.2 Identificação de Polaridade

Para pacotes de orifício passante como o T-1 3/4, a polaridade é geralmente indicada pelo comprimento dos terminais (o terminal mais longo é tipicamente o ânodo, ou lado positivo) e/ou por um ponto plano no flange plástico próximo ao terminal do cátodo (negativo). Deve-se consultar o desenho da ficha técnica para o marcador específico utilizado neste componente.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O cumprimento das especificações de soldagem é crítico para evitar choque térmico e falhas latentes.

• Soldagem Manual:Utilize um ferro de soldar com controlo de temperatura. Limite o tempo de soldagem por terminal a 3-5 segundos a uma temperatura não superior a 350°C. Aplique calor ao terminal, não ao corpo do encapsulamento.
• Soldagem por Onda/Refluxo:A condição especificada é 260°C durante 5 segundos, medidos a 4,0mm do corpo do encapsulamento. Isto implica que o componente pode suportar perfis típicos de refluxo por infravermelhos ou convecção, mas a massa térmica dos terminais deve ser considerada para garantir que o próprio encapsulamento não aqueça em excesso.
• Limpeza:Se for necessária limpeza após a soldagem, utilize solventes compatíveis com o material do encapsulamento de epóxi. Evite a limpeza ultrassónica, a menos que seja verificado como segura para o componente.
• Armazenamento:Armazene num ambiente seco e antiestático dentro da faixa de temperatura especificada (-55°C a +100°C). Dispositivos sensíveis à humidade devem ser mantidos em sacos selados com dessecante se não forem pré-aquecidos antes da utilização.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Aplicação Típica: Detector de Fumaça

Num detetor de fumaça fotoelétrico, o LTE-4208M é colocado numa câmara de modo que o seu feixe não atinja diretamente o fototransístor emparelhado em condições de ar limpo. Quando partículas de fumaça entram na câmara, elas dispersam a luz IR, fazendo com que parte dela seja desviada para o fototransístor. O aumento resultante na corrente do detetor aciona o alarme. Para esta aplicação:

• Escolha um bin de intensidade radiante que forneça sinal suficiente para uma deteção de fumaça confiável, minimizando simultaneamente o consumo de energia.
• Acione o LED com uma corrente pulsada (por exemplo, um pulso curto e alto como 100mA durante 10μs) em vez de DC para aumentar o sinal de pico para uma melhor relação sinal-ruído e reduzir o consumo médio de energia, prolongando a vida útil da bateria.
• Considere o derating de temperatura tanto da intensidade radiante como da corrente máxima, pois os detetores podem ser instalados em sótãos ou outros ambientes com grandes variações de temperatura.

7.2 Considerações Gerais de Projeto

• Limitação de Corrente:Utilize sempre uma resistência em série ou um driver de corrente constante para limitar a corrente direta. Nunca ligue o LED diretamente a uma fonte de tensão.
• Proteção contra Tensão Reversa:Em circuitos onde são possíveis transientes de tensão reversa (por exemplo, cargas indutivas, ligação a quente), considere adicionar um díodo de proteção em paralelo com o LED (cátodo para ânodo) para limitar qualquer tensão reversa abaixo de 0,7V.
• Dissipação de Calor:Para operação contínua próxima da classificação de corrente máxima, considere o layout da PCB. Fornecer uma área de cobre ampla em torno dos terminais ajuda a dissipar o calor.
• Projeto Óptico:O ângulo de visão estreito de 20° simplifica o projeto óptico para colimação, mas requer um alinhamento mecânico cuidadoso com o recetor. Para uma cobertura mais ampla, podem ser necessários difusores ou lentes.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs IR genéricos e não classificados, o diferencial chave do LTE-4208M são os seus bins de intensidade radiante garantidos, oferecendo desempenho previsível. Comparado com LEDs IR de montagem em superfície (SMD), o pacote de orifício passante T-1 3/4 oferece uma possível dissipação de potência mais elevada devido à sua maior massa térmica e terminais mais longos, permitindo potencialmente correntes de acionamento contínuas ou pulsadas mais elevadas. O seu encapsulamento transparente é vantajoso em relação a encapsulamentos coloridos ou difusos quando é necessária a máxima saída de luz direta e definição do feixe, embora não ofereça blindagem inerente contra luz visível.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED com 3A continuamente, uma vez que a classificação de pico é 3A?

R: Não. A classificação de 3A é para pulsos muito curtos (10μs) sob um ciclo de trabalho específico. A corrente contínua máxima é de 50mA. Exceder isto destruirá rapidamente o dispositivo devido ao sobreaquecimento.

P: Por que a classificação de tensão reversa é apenas 5V?

R: Os LEDs infravermelhos são otimizados para condução direta. A estrutura do semicondutor não foi projetada para suportar alta polarização reversa. Garanta sempre que o circuito evita a aplicação de tensão reversa.

P: Como escolho o bin correto (de A a G)?

R: Selecione com base na força de sinal necessária no recetor do seu sistema. Se o seu circuito detetor tiver alto ganho e precisar minimizar a potência, um bin inferior (A, B) pode ser suficiente. Para distâncias maiores, detetores mais fracos ou sistemas que requerem alta relação sinal-ruído, escolha um bin superior (E, F, G). Recomenda-se testar com o seu caminho óptico específico.

P: A tensão direta é tipicamente 1,6V. Que resistência devo usar com uma fonte de 5V para 20mA?

R: R = (V_fonte- V_F) / I_F= (5V - 1,6V) / 0,020A = 170 Ohms. Use o valor padrão mais próximo (por exemplo, 180 Ohms) e verifique a corrente real: I_F= (5V - 1,6V) / 180 = ~18,9mA, o que é aceitável.

10. Estudo de Caso de Projeto Prático

Cenário:Projetar um contador de objetos de baixa potência e alimentado por bateria para uma esteira transportadora industrial. O sistema utiliza um sensor de feixe interrompido onde o LTE-4208M está voltado para um fototransístor LTR-3208 do outro lado da esteira.

Passos do Projeto:

1. Objetivo:Maximizar a vida útil da bateria, garantindo a deteção confiável de todos os objetos.
2. Método de Acionamento:Utilize operação pulsada. O microcontrolador gera um pulso de 100Hz, com ciclo de trabalho de 10% (1ms LIGADO, 9ms DESLIGADO).
3. Cálculo da Corrente:Para permanecer dentro dos limites de potência média, escolha uma corrente de pulso. Com Pd=100mW e V_F~1,6V, a I_Fmédia pode ser ~62,5mA. Para um ciclo de trabalho de 10%, a I_Fde pulso pode ser até 625mA. Uma corrente de pulso conservadora de 100mA é selecionada para um sinal forte.
4. Seleção de Componentes:Escolha o LTE-4208M do Bin D ou E para uma boa força de sinal. Selecione o fototransístor compatível LTR-3208.
5. Circuito:Use um pino GPIO do microcontrolador para acionar um transístor (por exemplo, BJT NPN ou MOSFET de canal N) que comuta o pulso de 100mA através do LED. Uma resistência em série define a corrente: R = (3,3V_GPIO- V_CE(sat)- V_F) / I_F. A saída do fototransístor é ligada a um comparador ou ao ADC do microcontrolador.
6. Considerações:Compense a luz ambiente sincronizando a deteção com o pulso do LED (deteção síncrona). Considere os efeitos da temperatura na intensidade de saída.

Esta abordagem reduz o consumo médio de corrente para aproximadamente 10mA (100mA * 10%) em vez de uma corrente contínua de 20-50mA, prolongando significativamente a vida útil da bateria enquanto mantém um pulso de luz forte e detetável.

11. Princípio de Funcionamento

O LTE-4208M é um díodo de junção p-n semicondutor fabricado com materiais como Arsenieto de Gálio e Alumínio (AlGaAs). Quando uma tensão direta que excede a energia da banda proibida do material é aplicada, eletrões da região n e lacunas da região p são injetados na região da junção. Quando estes portadores de carga se recombinam, libertam energia. Num díodo emissor de luz (LED), esta energia é libertada principalmente como fotões (luz). O comprimento de onda (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor. Para o AlGaAs ajustado para 940nm, a energia da banda proibida é aproximadamente 1,32 eletrão-volts (eV). O encapsulamento de epóxi transparente atua como uma lente, moldando o padrão de emissão e fornecendo proteção ambiental.

12. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de emissores infravermelhos continua a evoluir. As tendências relevantes para dispositivos como o LTE-4208M incluem:

• Aumento da Eficiência:A investigação contínua em ciência dos materiais visa melhorar a eficiência wall-plug (potência óptica de saída / potência elétrica de entrada) dos LEDs IR, reduzindo a geração de calor e o consumo de energia para a mesma saída óptica.
• Modulação de Maior Velocidade:Desenvolvimento de LEDs capazes de comutação mais rápida para aplicações em comunicação de dados ópticos (por exemplo, IrDA, Li-Fi) e sensoriamento de alta velocidade.
• Integração:Movimento em direção a conjuntos optoeletrónicos integrados que combinam o emissor, o detetor e, por vezes, o circuito de acionamento num único módulo, simplificando o projeto e melhorando o alinhamento e a consistência de desempenho.
• Comprimentos de Onda Alternativos:Expansão para outros comprimentos de onda do infravermelho próximo (por exemplo, 850nm, 880nm) para aplicações específicas como rastreamento ocular (onde 940nm é preferido por ser menos visível) ou compatibilidade com diferentes sensibilidades de detetores de silício.
• Miniaturização do Encapsulamento:Embora os pacotes de orifício passante permaneçam populares para aplicações de alta potência ou alta fiabilidade, há uma forte tendência para a tecnologia de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada e projetos com restrições de espaço.

O LTE-4208M, com o seu comprovado encapsulamento T-1 3/4, elevada saída radiante e rigorosa classificação, representa uma solução madura e confiável, bem adequada para as suas aplicações principais, particularmente onde a montagem em orifício passante é preferida ou necessária.