Ficha Técnica do Emissor Infravermelho LTE-2872U - Pacote 5mm - Tensão Direta 1.6V - Comprimento de Onda 940nm - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTE-2872U é um díodo emissor infravermelho (IR) de alto desempenho, concebido para funcionamento fiável em aplicações de deteção e sensoriamento. A sua função principal é emitir luz infravermelha num comprimento de onda de pico de 940 nanómetros, invisível ao olho humano, mas ideal para sistemas eletrónicos de deteção. A aplicação principal destacada na ficha técnica é para detetores de fumo, para os quais o componente possui aprovação UL, sublinhando a sua fiabilidade e segurança para equipamentos críticos de proteção de vida. O dispositivo é fornecido num encapsulamento plástico transparente de baixo custo e visão frontal, proporcionando um padrão de feixe estreito que melhora a direcionalidade e a precisão do sensoriamento.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens da série LTE-2872U derivam das suas escolhas de design específicas. Está mecanicamente e espectralmente emparelhado com fototransístores da série LTR-3208, garantindo um desempenho ótimo em pares emissor-detetor comumente usados em sensores do tipo fenda (por exemplo, para deteção de papel em impressoras, sensoriamento de objetos). Este emparelhamento simplifica o design e melhora a integridade do sinal. A característica de feixe estreito aumenta a intensidade numa área mais pequena, melhorando a relação sinal-ruído em sistemas alinhados. A utilização de uma camada de janela de Arsenieto de Gálio e Alumínio (GaAlAs) num substrato de Arsenieto de Gálio (GaAs) é uma tecnologia padrão para emissão IR eficiente. O mercado-alvo principal é a eletrónica industrial e de consumo que requer sensoriamento infravermelho robusto e de baixo custo, com um nicho certificado em sistemas de deteção de fumo.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

A ficha técnica fornece valores máximos absolutos e características elétricas/óticas detalhadas, que são críticos para o projeto do circuito e avaliação da fiabilidade.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente. O dispositivo pode dissipar até 250 mW de potência. A corrente direta contínua está classificada em 150 mA, enquanto uma corrente direta de pico muito mais elevada de 3 A é permitida em condições pulsadas (300 pps, largura de pulso de 10 µs), o que é útil para acionar rajadas curtas de alta intensidade. A tensão reversa máxima é de 5 V, indicando a tolerância limitada do díodo à polarização reversa. A gama de temperatura de funcionamento é de -40°C a +85°C, e o armazenamento pode ser de -55°C a +100°C, tornando-o adequado para ambientes adversos. A temperatura de soldadura dos terminais é especificada como 260°C durante 5 segundos a uma distância de 1,6 mm do corpo do encapsulamento, fornecendo orientação para os processos de montagem.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Os parâmetros são testados a uma corrente direta padrão (I_F) de 20 mA e a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C. A tensão direta (V_F) varia tipicamente entre 1,2V e 1,6V. A corrente reversa (I_R) é no máximo de 100 µA a uma tensão reversa (V_R) de 5V. O comprimento de onda de emissão de pico (λ_Pico) é de 940 nm, e a largura de banda espectral (Δλ), definida como a meia-largura, é de 50 nm. O ângulo de visão (2θ_1/2) é de 16 graus, confirmando a especificação de feixe estreito.

3. Explicação do Sistema de Binning

O LTE-2872U emprega um sistema rigoroso de binning para a sua saída radiante, o que é crucial para aplicações que requerem desempenho ótico consistente. Dois parâmetros-chave são classificados: Incidência Radiante na Abertura (E_e, em mW/cm²) e Intensidade Radiante (I_E, em mW/sr).

3.1 Binning da Saída Radiante

A ficha técnica lista múltiplos bins (A, B, C, D1, D2, D3, D4) para ambos E_ee I_E. Os bins representam intervalos classificados de potência ótica. Por exemplo, o Bin A para Intensidade Radiante tem um intervalo típico de 3,31 a 7,22 mW/sr, enquanto o Bin D4 começa em 17,17 mW/sr. Isto permite aos projetistas selecionar um componente com o nível de saída preciso necessário para a sua aplicação, garantindo força de sinal adequada sem sobredimensionar. Números de bin mais elevados geralmente correspondem a dispositivos de maior eficiência ou saída. Os projetistas devem consultar os códigos de bin específicos ao encomendar para garantir o desempenho requerido.

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 distribuição espectral, com um pico acentuado a 940 nm com a meia-largura de 50 nm mencionada. Esta curva é vital para garantir compatibilidade com a sensibilidade espectral do detetor emparelhado (como o LTR-3208).

4.2 Corrente Direta vs. Tensão Direta

A Figura 3 representa a característica IV (Corrente-Tensão). 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 essencial para projetar o circuito limitador de corrente.

4.3 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta

A Figura 5 mostra que a saída ótica (intensidade radiante) é quase linear com a corrente direta na gama de operação típica. Esta linearidade simplifica a modulação e o controlo da saída de luz.

4.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente

A Figura 4 é crítica para compreender os efeitos térmicos. Mostra que a intensidade radiante diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. Esta redução de capacidade deve ser considerada em projetos destinados a operar em toda a gama de temperatura, especialmente perto do limite superior (+85°C), para garantir margem de sinal suficiente.

4.5 Diagrama de Radiação

A Figura 6 fornece um padrão de radiação polar, confirmando visualmente o ângulo de visão de 16 graus. O padrão mostra a distribuição angular da luz infravermelha emitida, o que é importante para o alinhamento ótico e para compreender a área de sensoriamento efetiva.

5. Informação Mecânica e do Encapsulamento

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo utiliza um encapsulamento radial com terminais padrão de 5mm (frequentemente designado por T-1¾). As dimensões-chave incluem o diâmetro do corpo, o espaçamento dos terminais e o comprimento total. O desenho especifica que o espaçamento dos terminais é medido onde os terminais emergem do encapsulamento. Uma protuberância máxima de resina sob o flange é indicada como 1,5 mm. Todas as dimensões têm uma tolerância padrão de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário.

5.2 Identificação da Polaridade

Para um emissor IR padrão neste encapsulamento, o terminal mais longo é tipicamente o ânodo (positivo), e o terminal mais curto é o cátodo (negativo). O lado plano na borda do encapsulamento também pode indicar o lado do cátodo. Os projetistas devem verificar isto durante a montagem para evitar ligação reversa.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A ficha técnica fornece instruções específicas para soldadura, de modo a prevenir danos térmicos na junção semicondutora e no encapsulamento plástico.

6.1 Soldadura Manual ou por Onda

O valor máximo absoluto especifica que os terminais podem ser soldados a 260°C durante no máximo 5 segundos, com a condição de que o ponto de soldadura esteja pelo menos a 1,6 mm (.063\") de distância do corpo do encapsulamento. Esta distância permite que o calor se dissipe ao longo do terminal antes de atingir os componentes sensíveis dentro do encapsulamento. A utilização de uma pinça dissipadora de calor no terminal, entre a junta de solda e o corpo, é uma prática recomendada.

6.2 Condições de Armazenamento

Embora não seja explicitamente detalhado para além da gama de temperatura de armazenamento (-55°C a +100°C), é prática padrão armazenar dispositivos sensíveis à humidade num ambiente seco ou em sacos selados com barreira à humidade e dessecante para prevenir o efeito \"pipocagem\" durante a soldadura por refluxo, embora este componente seja principalmente para montagem através do orifício.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Detetores de Fumo:A aprovação UL torna-o uma escolha primária. É usado em detetores de fumo fotoelétricos onde as partículas de fumo dispersam o feixe IR do emissor para um fotodetector.
• Deteção de Objeto/Fenda:Emparelhado com um fototransístor compatível (por exemplo, LTR-3208) através de uma abertura para detetar a presença ou ausência de um objeto (papel numa impressora, moeda numa máquina de venda automática).
• Sensoriamento de Proximidade:Usado em sistemas onde a luz IR refletida é detetada para medir distância ou presença.
• Automação Industrial:Para contagem, posicionamento e cortinas de segurança por interrupção de feixe.

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Utilize sempre uma resistência em série para limitar a corrente direta ao valor desejado (por exemplo, 20 mA para medições de especificação). Calcule o valor da resistência usando R = (V_fonte- V_F) / I_F.
• Gestão Térmica:Considere a diminuição da saída com a temperatura (ver Fig. 4). Para operação a alta temperatura ou alta corrente, garanta que a dissipação de potência (I_F* V_F) não excede 250 mW e considere a redução de capacidade.
• Alinhamento Ótico:O feixe estreito de 16 graus requer um alinhamento mecânico preciso com o detetor para uma força de sinal ótima.
• Ruído Elétrico:Para operação pulsada, garanta um circuito de acionamento rápido e considere blindagem para evitar que interferências eletromagnéticas afetem os circuitos sensíveis do detetor.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora uma comparação direta com concorrentes não esteja na ficha técnica, os principais diferenciadores do LTE-2872U podem ser inferidos. A sua vantagem principal é o emparelhamento garantido com a série de fototransístores LTR-3208, reduzindo a incerteza de projeto. A disponibilidade de múltiplos bins de saída permite a otimização custo-desempenho. O ângulo de visão estreito é uma característica específica não encontrada em todos os emissores IR; emissores de ângulo mais amplo fornecem menos intensidade num ponto específico, mas cobrem uma área maior. A certificação UL para detetores de fumo é uma qualificação significativa que nem todos os LEDs IR possuem, abrindo portas para um mercado regulamentado.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Qual é o propósito dos diferentes bins (A, B, C, D1, etc.)?
R1: Os bins categorizam os LEDs com base na sua saída radiante medida (intensidade). Isto permite-lhe selecionar um componente que atenda de forma fiável à saída mínima necessária para a sua aplicação. Usar um bin mais elevado garante um sinal mais forte, mas pode custar ligeiramente mais.

P2: Posso acionar este LED diretamente com uma fonte de 5V?
R2: Não. A tensão direta típica é de 1,2-1,6V. Ligá-lo diretamente a 5V causaria corrente excessiva, destruindo o LED. Deve sempre usar uma resistência limitadora de corrente em série.

P3: Porque é que a saída diminui a temperaturas mais elevadas?
R3: Esta é uma característica fundamental das fontes de luz semicondutoras. O aumento da temperatura aumenta a recombinação não radiante dentro do material semicondutor, reduzindo a eficiência da geração de luz (eletroluminescência).

P4: O que significa \"espectralmente emparelhado\"?
R4: Significa que o comprimento de onda de emissão de pico do emissor (940nm) alinha-se estreitamente com o comprimento de onda de sensibilidade espectral de pico do detetor fototransístor especificado. Isto maximiza a quantidade de luz emitida que o detetor consegue \"ver\" e converter num sinal elétrico.

10. Estudo de Caso Prático de Projeto

Cenário: Projetar um Sensor de Ausência de Papel para uma Impressora.Uma aplicação comum é detetar quando não há papel num tabuleiro. Um emissor IR LTE-2872U é colocado num lado do percurso do papel, e um fototransístor LTR-3208 é colocado diretamente em frente. Quando o papel está presente, bloqueia o feixe IR, e a saída do fototransístor é baixa (ou alta, dependendo da configuração do circuito). Quando o papel está ausente, o feixe atinge o detetor, alterando o seu estado de saída.Passos do Projeto:1) Escolha um bin apropriado (por exemplo, Bin C) para margem de sinal suficiente. 2) Projete o circuito de acionamento: Use um pino GPIO de um microcontrolador. Com uma fonte de 3,3V e um I_Falvo de 20 mA, calcule R = (3,3V - 1,4V) / 0,02A = 95Ω. Use uma resistência padrão de 100Ω. 3) Projete o circuito do detetor: Ligue o fototransístor numa configuração de emissor comum com uma resistência de pull-up para criar um sinal digital. 4) Projete mecanicamente o suporte para garantir o alinhamento preciso do emissor e do detetor através do percurso do papel, utilizando o feixe estreito de 16 graus para uma deteção de borda precisa.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O LTE-2872U é um díodo emissor de luz (LED) que opera no espectro infravermelho. O seu princípio central é a eletroluminescência numa junção p-n semicondutora. 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, libertam energia. Neste sistema de material específico (GaAlAs/GaAs), a energia libertada corresponde a um fotão com um comprimento de onda de aproximadamente 940 nm, que está na região do infravermelho próximo. O feixe estreito é conseguido através da geometria do chip semicondutor e do efeito de lente da cúpula plástica transparente do encapsulamento, que colima a luz emitida.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Emissores infravermelhos como o LTE-2872U são baseados na tecnologia madura de semicondutores III-V. As tendências no campo incluem o desenvolvimento de emissores em diferentes comprimentos de onda (por exemplo, 850nm para algumas câmaras de vigilância, 1050nm para aplicações seguras para os olhos) e com potências e eficiências de saída mais elevadas. Há também uma mudança para encapsulamentos de dispositivo de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada, embora encapsulamentos através do orifício como este tipo de 5mm permaneçam populares para prototipagem, reparação e aplicações que requerem maior capacidade de potência ou montagem manual mais simples. O princípio de pares emissor-detetor emparelhados permanece fundamental para o sensoriamento optoelectrónico fiável. A integração do emissor, do acionador e, por vezes, do detetor num único módulo é outra tendência, simplificando o projeto do sistema para os utilizadores finais.