Ficha Técnica do LED Emissor de Infravermelhos LTE-4206 - Comprimento de Onda 940nm - Corrente Direta 20mA - Tensão Direta 1.6V - Ângulo de Visão 20° - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTE-4206 é um emissor de infravermelhos (IR) miniaturizado e de baixo custo, projetado para uso em aplicações de sensoriamento e comunicação optoeletrónica. A sua função principal é emitir luz infravermelha com um comprimento de onda de pico de 940 nanómetros (nm). O dispositivo é encapsulado numa cápsula plástica transparente de visão frontal, permitindo uma emissão de luz eficiente. Uma característica fundamental é a sua compatibilidade mecânica e espectral com as séries correspondentes de fototransístores, o que simplifica o projeto dos circuitos recetores ao garantir compatibilidade nas dimensões físicas e na resposta espectral.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. São especificados a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C.

• Dissipação de Potência (P_D):90 mW. Esta é a potência máxima que o dispositivo pode dissipar na forma de calor.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):1 A. Esta é a corrente pulsada máxima permitida, especificada sob condições de 300 pulsos por segundo (pps) com uma largura de pulso de 10 μs.
• Corrente Direta Contínua (I_F):60 mA. Esta é a máxima corrente DC que pode ser aplicada continuamente.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode danificar a junção do LED.
• Intervalo de Temperatura de Operação:-40°C a +85°C. O funcionamento do dispositivo é garantido dentro deste intervalo de temperatura ambiente.
• Intervalo de Temperatura de Armazenamento:-55°C a +100°C.
• Temperatura de Soldadura dos Terminais:260°C durante 5 segundos, medidos a 1,6mm do corpo do encapsulamento.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes parâmetros são medidos a T_A=25°C e definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação. A corrente direta (I_F) para teste dos parâmetros óticos é tipicamente 20mA.

• Irradiância na Abertura (E_e):Medida em mW/cm², esta é a potência radiante por unidade de área incidente numa superfície. O valor varia conforme o bin (ver secção 3).
• Intensidade Radiante (I_EEsta curva mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma a emissão de pico em 940 nm e a largura a meia altura espectral de aproximadamente 50 nm. A forma da curva é típica de um LED de infravermelhos de GaAlAs.Medida em mW/sr, esta é a potência radiante emitida por unidade de ângulo sólido. É um parâmetro chave para caracterizar o brilho da fonte de IR. Os valores são classificados em bins.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_Pico):940 nm (típico). Este é o comprimento de onda no qual a potência ótica emitida é máxima. Encontra-se dentro do espectro do infravermelho próximo.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):50 nm (típico). Este parâmetro, também conhecido como Largura Total a Meia Altura (FWHM), indica a largura de banda espectral. Um valor de 50 nm significa que a luz emitida cobre uma gama de comprimentos de onda com aproximadamente 50 nm de largura, centrada no pico.
• Tensão Direta (V_F):1,2 V (mín), 1,6 V (típ) a I_F=20mA. Esta é a queda de tensão no LED quando conduz a corrente especificada.
• Corrente Reversa (I_R):100 μA (máx) a V_R=5V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o dispositivo está polarizado inversamente.
• 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 concentrado.

3. Explicação do Sistema de Binning

O LTE-4206 utiliza um sistema de binning para os seus principais parâmetros de saída ótica, Irradiância na Abertura (E_e) e Intensidade Radiante (I_E). O binning é um processo de fabrico que classifica os componentes em grupos de desempenho para garantir consistência dentro de um intervalo definido. O dispositivo é categorizado em quatro bins: A, B, C e D.

• Bin A: E_e= 0,184 - 0,54 mW/cm²; I_E= 1,383 - 4,06 mW/sr.
• Bin B: E_e= 0,36 - 0,78 mW/cm²; I_E= 2,71 - 5,87 mW/sr.
• Bin C: E_e= 0,52 - 1,02 mW/cm²; I_E= 3,91 - 7,67 mW/sr.
• Bin D: E_e= 0,68 mW/cm² (mín); I_E= 5,11 mW/sr (mín). Este bin representa o grupo de maior saída.

Este sistema permite aos projetistas selecionar um bin que atenda aos seus requisitos específicos de sensibilidade ou alcance para uma determinada aplicação.

4. Análise das Curvas de Desempenho

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

4.1 Distribuição Espectral (Fig. 1)

This curve shows the relative radiant intensity as a function of wavelength. It confirms the peak emission at 940 nm and the approximately 50 nm spectral half-width. The curve shape is typical for a GaAlAs infrared LED.

4.2 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva IV) (Fig. 3)

Este gráfico representa I_Fem função de V_F. Demonstra a relação exponencial característica de um díodo. A curva é essencial para projetar o circuito condutor limitador de corrente. O valor típico de V_Fde 1,6V a 20mA pode ser verificado aqui.

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

Este gráfico mostra que a saída ótica (intensidade radiante) é quase linear com a corrente direta numa gama significativa. Esta linearidade simplifica o controlo; aumentar a corrente de condução aumenta diretamente e de forma previsível a saída de luz.

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

Esta curva crucial ilustra a dependência da temperatura na saída do LED. A intensidade radiante diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. Esta derating deve ser considerada em projetos destinados a operar em toda a gama de temperatura (-40°C a +85°C) para garantir força de sinal suficiente a altas temperaturas.

4.5 Diagrama de Radiação (Fig. 6)

Este é um gráfico polar que descreve a distribuição espacial da luz emitida. Confirma visualmente o ângulo de visão de 20°, mostrando como a intensidade diminui em ângulos afastados do eixo central (0°).

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

O dispositivo utiliza um encapsulamento plástico miniaturizado de visão frontal. Notas dimensionais importantes da ficha técnica incluem:

• Todas as dimensões estão em milímetros (polegadas fornecidas entre parênteses).
• A tolerância geral é de ±0,25mm (±0,010") salvo indicação em contrário.
• A protrusão máxima da resina sob o flange é de 1,0mm (0,039").
• O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais emergem do corpo do encapsulamento.
• O encapsulamento é transparente.

(Nota: Dimensões numéricas específicas de um desenho não são fornecidas no excerto de texto, mas normalmente incluiriam diâmetro do corpo, comprimento, diâmetro dos terminais e espaçamento).

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A diretriz principal fornecida é para soldadura manual: os terminais podem ser soldados a 260°C por um tempo máximo de 5 segundos, com o calor aplicado a pelo menos 1,6mm (0,063") de distância do corpo do encapsulamento plástico. Isto é para evitar danos térmicos à resina epóxi. Para soldadura por onda ou reflow, devem ser seguidas os perfis padrão para LEDs de infravermelhos, prestando atenção à temperatura de pico e ao tempo acima do líquidus para permanecer dentro dos limites térmicos do encapsulamento.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Deteção de Objetos e Sensoriamento de Proximidade:Emparelhado com um fototransistor compatível (ex: série LTR-4206) em configurações refletivas ou de feixe interrompido. Usado em impressoras, fotocopiadoras, máquinas de venda automática e automação industrial.
• Transmissão de Dados por Infravermelhos:Adequado para ligações de comunicação série de curto alcance e baixa taxa de dados, unidades de controlo remoto ou codificadores óticos.
• Deteção de Fumo:Usado em detetores de fumo baseados em câmara ótica.

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Utilize sempre uma resistência em série ou um condutor de corrente constante para limitar I_Fao valor desejado (ex: 20mA para desempenho conforme especificações), nunca ligue diretamente a uma fonte de tensão.
• Gestão Térmica:Considere a derating da saída com a temperatura (Fig. 4). Garanta que a dissipação de potência (I_F* V_F) não excede 90mW, considerando as condições ambientais.
• Alinhamento Ótico:O ângulo de visão de 20° requer um alinhamento cuidadoso com o detetor emparelhado para um acoplamento de sinal ótimo, especialmente em configurações de feixe interrompido.
• Ruído Elétrico:Em aplicações de sensoriamento, module a corrente do condutor do LED e utilize deteção síncrona no circuito recetor para rejeitar luz ambiente (ex: luz solar, lâmpadas incandescentes) que pode conter componentes de IR a 940nm.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais diferenciadores do LTE-4206 são a suacompatibilidade mecânica e espectralcom uma série específica de fototransístores. Isto garante que a área ativa do recetor e a curva de sensibilidade espectral estão otimamente alinhadas com o padrão de saída e comprimento de onda do emissor, maximizando a eficiência do sistema e simplificando o projeto mecânico. Oencapsulamento transparenteoferece uma eficiência externa mais elevada em comparação com encapsulamentos coloridos ou difusos. Osistema de binningproporciona flexibilidade na seleção do nível de saída necessário. O seubaixo custo e tamanho miniaturizadotornam-no adequado para aplicações de consumo e industriais de grande volume e com restrições de espaço.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

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

R: 940nm está na gama do infravermelho próximo, invisível ao olho humano. É um comprimento de onda comum porque evita interferência da luz visível, muitos fotodetetores de silício (como fototransístores) têm boa sensibilidade aqui, e é menos suscetível a interferência da luz incandescente ambiente (que tem pico na gama de ~1000nm) em comparação com LEDs de 850nm.

P: Posso alimentar este LED com uma fonte de 5V?

R: Sim, mas DEVE usar uma resistência limitadora de corrente. Por exemplo, para obter I_F=20mA com um V_Ftípico de 1,6V a partir de uma fonte de 5V: R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170Ω. Use o valor padrão mais próximo (ex: 180Ω) e verifique a corrente real.

P: O que significa "ângulo de visão" para um emissor?

R: Define a largura do feixe. Um ângulo total de 20° significa que a luz emitida está concentrada dentro de um cone relativamente estreito. Metade da intensidade de pico é encontrada a ±10° do eixo central. Um ângulo menor dá um feixe mais focado para maior alcance ou alinhamento preciso.

P: Por que a saída é classificada em bins?

R: Variações de fabrico causam ligeiras diferenças na potência de saída. O binning classifica os LEDs em grupos com saídas mínimas e máximas garantidas. Isto permite aos projetistas escolher um bin que garanta que o seu sistema funcionará de forma fiável, conhecendo o intervalo exato de desempenho do componente.

10. Caso Prático de Projeto

Caso: Projetar um Sensor de Deteção de Papel para uma Impressora.

É necessário um sensor de feixe interrompido para detetar a presença de papel. Um LTE-4206 (Bin C) é colocado num lado do percurso do papel, e um fototransistor compatível LTR-4206 é colocado diretamente oposto.

1. Circuito Condutor:O LED é conduzido por um pino GPIO de um microcontrolador através de uma resistência de 180Ω para definir I_Fpara ~20mA quando o pino está em nível alto (lógica de 3,3V ou 5V).
2. Modulação:O microcontrolador pulsa o LED a 1kHz (ciclo de trabalho de 50%) para distinguir o seu sinal da luz ambiente.
3. Circuito Recetor:O coletor do fototransistor está ligado a uma resistência de pull-up. A tensão no coletor é lida por um ADC do microcontrolador ou por um comparador.
4. Lógica de Deteção:Quando não há papel presente, a luz IR atinge o fototransistor, ele conduz, puxando a tensão do coletor para baixo. Quando o papel bloqueia o feixe, o fototransistor desliga, e a tensão do coletor sobe. O microcontrolador amostra sincronamente este sinal durante o pulso do LED para detetar a mudança de estado.
5. Considerações:O ângulo de visão de 20° garante que o feixe é suficientemente estreito para ser limpo interrompido pela borda do papel. A seleção do Bin C proporciona intensidade radiante suficiente para gerar um sinal forte no recetor, permitindo mesmo a acumulação de pó ao longo do tempo.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um díodo de junção p-n semicondutor. Quando uma tensão direta que excede o seu limiar de ativação (aproximadamente 1,2V para este dispositivo) é aplicada, eletrões e lacunas são injetados através da junção. Estes portadores de carga recombinam-se, e para esta composição de material específica (tipicamente Arseneto de Gálio e Alumínio - GaAlAs), a energia libertada durante a recombinação está na forma de fotões com um comprimento de onda centrado em torno de 940 nm, que é luz infravermelha. A intensidade da luz emitida é diretamente proporcional à taxa de recombinação, que é controlada pela corrente direta (I_F). O encapsulamento epóxi transparente atua como uma lente, moldando o feixe de saída para o ângulo de visão especificado de 20°.

12. Tendências Tecnológicas

As tendências na tecnologia de emissores de infravermelhos incluem:

• Aumento da Eficiência:Desenvolvimento de materiais e estruturas (ex: poços quânticos múltiplos) para alcançar maior intensidade radiante (mW/sr) para a mesma corrente de condução, reduzindo o consumo de energia.
• Miniaturização:Redução contínua do tamanho do encapsulamento (ex: encapsulamentos à escala de chip) para permitir integração em dispositivos mais pequenos como wearables e sensores ultracompactos.
• Confiabilidade Melhorada e Operação a Temperaturas Mais Elevadas:Melhorias em materiais de encapsulamento e tecnologias de fixação do chip para prolongar a vida útil e permitir operação em ambientes mais severos (ex: automóvel, industrial).
• Soluções Integradas:Combinação do emissor IR, condutor e por vezes um detetor ou lógica num único módulo ou CI para simplificar o projeto do sistema e reduzir a pegada.
• Multi-Comprimento de Onda e VCSELs:Uso de Lasers de Emissão Superficial de Cavidade Vertical (VCSELs) para aplicações que requerem padrões de luz muito precisos, de alta velocidade ou estruturados, como em sensoriamento de proximidade avançado, imagem 3D (Time-of-Flight) e reconhecimento facial.

O LTE-4206 representa uma solução madura e económica para necessidades padrão de sensoriamento por infravermelhos, enquanto tecnologias mais recentes abordam exigências de maior desempenho, integração e aplicações especializadas.