LED Emissor de Infravermelhos 5mm Pacote Transparente - Dimensões 5mm Diâmetro - Tensão Direta 1.8V - Intensidade Radiante 4.81mW/sr - Folha de Dados Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um díodo emissor de luz (LED) infravermelho (IR) de alta potência e miniatura, encapsulado num pacote de plástico transparente. O dispositivo é um emissor de visão frontal concebido para aplicações que requerem iluminação infravermelha fiável. A sua função principal é converter corrente elétrica em radiação infravermelha, tipicamente para utilização em sistemas de deteção, sensoriamento e comunicação, onde é frequentemente emparelhado com um fotodetector compatível.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

O dispositivo foi concebido para operar de forma fiável dentro de limites ambientais e elétricos especificados. Exceder estas especificações pode causar danos permanentes.

• Dissipação de Potência:150 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar em segurança sob a forma de calor em qualquer condição de funcionamento.
• Corrente Direta de Pico:2 A. Esta é a corrente pulsada máxima permitida, especificada sob condições de 300 pulsos por segundo com uma largura de pulso de 10 microssegundos. É significativamente superior à especificação contínua, permitindo breves rajadas de luz de alta intensidade.
• Corrente Direta Contínua:100 mA. Esta é a corrente DC máxima que pode ser aplicada ao LED indefinidamente sem risco de danos.
• Tensão Reversa:5 V. A aplicação de uma tensão de polarização reversa superior a este valor pode provocar a ruptura da junção semicondutora.
• Gama de Temperatura de Funcionamento:-40°C a +85°C. É garantido que o dispositivo funciona dentro desta gama de temperatura ambiente.
• Gama de Temperatura de Armazenamento:-55°C a +100°C. O dispositivo pode ser armazenado sem operação dentro desta gama de temperatura mais ampla.
• Temperatura de Soldadura dos Terminais:260°C durante 5 segundos, medidos a 1,6mm do corpo do encapsulamento. Isto define a tolerância do perfil térmico para processos de montagem.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes parâmetros são medidos a uma temperatura ambiente padrão de 25°C e definem o desempenho do dispositivo em condições normais de funcionamento. A condição de teste para a maioria dos parâmetros óticos é uma corrente direta (I_F) de 20 mA.

• Irradiância na Abertura (E_e):0,64 mW/cm² (Mín.). Mede a potência radiante por unidade de área na abertura do emissor. É um parâmetro chave para aplicações onde o emissor é colocado próximo de um detetor.
• Intensidade Radiante (I_E):4,81 mW/sr (Mín.). Esta é a potência radiante emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano). É a principal medida do "brilho" de saída do LED no espectro infravermelho e é crucial para calcular a iluminação a uma distância.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_Pico):880 nm (Tip.). O dispositivo emite luz infravermelha centrada neste comprimento de onda. Isto está na região do infravermelho próximo (NIR), que é invisível ao olho humano mas facilmente detetada por fotodetetores de silício.
• Largura Espectral a Meia Altura (Δλ):50 nm (Máx.). Especifica a gama de comprimentos de onda sobre a qual a potência ótica emitida é pelo menos metade do seu valor de pico. Um valor de 50 nm indica uma saída espectral moderadamente larga, o que é típico para LEDs IR padrão.
• Tensão Direta (V_F):1,3 V (Mín.), 1,8 V (Máx.) a I_F=20mA. Esta é a queda de tensão no LED durante o funcionamento. É essencial para projetar o circuito limitador de corrente.
• 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):40° (Tip.). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor máximo (no eixo). Um ângulo de 40° proporciona um feixe largo, adequado para aplicações que requerem cobertura de área ampla.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados fornece várias representações gráficas do comportamento do dispositivo em condições variáveis.

3.1 Distribuição Espectral

A curva de saída espectral (Fig. 1) mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma a emissão de pico em aproximadamente 880 nm com uma curva característica em forma de sino, diminuindo de ambos os lados. A largura a meia altura pode ser estimada visualmente a partir deste gráfico.

3.2 Corrente Direta vs. Tensão Direta

A curva I-V (Fig. 3) ilustra a relação não linear entre a tensão direta aplicada e a corrente resultante. Mostra a característica exponencial típica de ligação de um díodo. A gama V_Fespecificada a 20mA pode ser cruzada nesta curva.

3.3 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva (Fig. 5) demonstra como a potência ótica de saída aumenta com a corrente de acionamento. É geralmente linear numa gama significativa, mas pode exibir saturação ou queda de eficiência a correntes muito elevadas. Este gráfico é crítico para determinar a corrente de acionamento necessária para atingir um nível de saída desejado.

3.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente

A curva de dependência da temperatura (Fig. 4) mostra que a potência de saída de um LED diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta é uma característica fundamental das fontes de luz semicondutoras. O gráfico permite aos projetistas reduzir a saída esperada para ambientes de funcionamento de alta temperatura.

3.5 Diagrama de Radiação

O padrão de radiação polar (Fig. 6) fornece uma representação visual do ângulo de visão. Traça a intensidade relativa em função do ângulo a partir do eixo central, mostrando claramente o meio-ângulo de 40° onde a intensidade cai para 50%.

4. Informação Mecânica e de Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo utiliza um encapsulamento padrão de plástico transparente de 5mm de diâmetro e visão frontal (frequentemente referido como encapsulamento T-1 3/4). Notas dimensionais chave incluem:

• Todas as dimensões são fornecidas em milímetros com equivalentes em polegadas.
• Aplica-se uma tolerância padrão de ±0,25mm salvo indicação em contrário.
• A protrusão máxima da resina sob o flange é de 1,5mm.
• O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais saem do corpo do encapsulamento.

O encapsulamento é transparente, permitindo que a luz infravermelha passe com absorção mínima. Os terminais são tipicamente feitos de liga de cobre estanhado.

4.2 Identificação da Polaridade

Para este estilo de encapsulamento, o terminal mais longo denota tipicamente o ânodo (ligação positiva), e o terminal mais curto denota o cátodo (ligação negativa). Adicionalmente, o encapsulamento pode ter um ponto plano na borda perto do terminal do cátodo. A polaridade correta deve ser observada para o dispositivo emitir luz.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A especificação máxima absoluta para soldadura dos terminais é de 260°C durante 5 segundos, medidos a 1,6mm do corpo do encapsulamento. Esta especificação destina-se a processos de soldadura manual ou por onda.

• Soldadura por Reflow:Embora não especificado explicitamente para reflow, o limite de 260°C sugere que pode tolerar alguns perfis de reflow. No entanto, é fortemente recomendado um perfil com uma temperatura de pico mais baixa (ex., 245°C) e taxas de rampa controladas para minimizar o stress térmico no encapsulamento de plástico e nas ligações internas.
• Precauções Gerais:Evitar stress mecânico excessivo nos terminais. Não dobrar os terminais na raiz do encapsulamento. Utilizar dissipação de calor apropriada durante a soldadura, se necessário.
• Condições de Armazenamento:Armazenar num ambiente seco e antiestático dentro da gama de temperatura especificada (-55°C a +100°C) para prevenir absorção de humidade e outras degradações.

6. Sugestões de Aplicação

6.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este emissor IR é adequado para uma variedade de aplicações optoeletrónicas, incluindo:

• Deteção e Sensoriamento de Objetos:Utilizado em sensores de proximidade, contadores de objetos e sistemas de deteção de nível, frequentemente emparelhado com um fototransistor como a série LTR-3208 mencionada para formar um interruptor ótico ou sensor reflexivo.
• Sistemas de Controlo Remoto:Funcionando como transmissor em comandos remotos infravermelhos para eletrónica de consumo.
• Ligações de Dados Óticas:Permitindo comunicação de dados seriais sem fios de curto alcance.
• Sistemas de Segurança:Utilizado em iluminação infravermelha para câmaras de visão noturna ou como parte de feixes de deteção de intrusão.

6.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Utilizar sempre uma resistência limitadora de corrente em série ou um circuito de acionamento de corrente constante para evitar exceder a corrente direta contínua máxima, especialmente porque a tensão direta tem uma gama (1,3V-1,8V).
• Gestão de Calor:Embora a dissipação de potência seja baixa, operar a correntes contínuas elevadas ou em temperaturas ambientes elevadas reduzirá a saída e a vida útil. Garantir ventilação adequada, se necessário.
• Compatibilidade Ótica:A folha de dados nota que o dispositivo é compatível mecânica e espectralmente com fototransistores específicos. Utilizar o detetor recomendado garante sensibilidade ótima no comprimento de onda de pico de 880nm e alinhamento físico em módulos montados.
• Proteção do Circuito:Considerar adicionar proteção contra picos de tensão reversa ou descarga eletrostática (ESD), uma vez que a tensão reversa máxima é de apenas 5V.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Características chave que diferenciam este emissor IR incluem:

• Gamas de Intensidade Selecionadas:Os dispositivos são classificados ou selecionados para cumprir especificações de intensidade radiante específicas, garantindo consistência na produção.
• Alta Potência de Saída:A intensidade radiante mínima de 4,81 mW/sr a 20mA é competitiva para um encapsulamento padrão de 5mm, oferecendo boa força de sinal.
• Ângulo de Visão Largo (40°):Proporciona cobertura ampla, o que é vantajoso para sensoriamento de proximidade e sensoriamento reflexivo onde o alinhamento é menos crítico.
• Encapsulamento Transparente:Ao contrário de encapsulamentos coloridos ou difusos, a lente transparente maximiza a saída de luz frontal e é neutra para a cor da luz emitida, o que é ideal para aplicações IR.
• Compatível com Série de Detetores:Isto simplifica o projeto e o aprovisionamento para sistemas que utilizam o fototransistor emparelhado, garantindo compatibilidade ótica e mecânica.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

8.1 Que valor de resistência devo usar com uma fonte de 5V?

Usando a Lei de Ohm (R = (V_fonte- V_F) / I_F) e assumindo um I_Falvo de 20mA, o valor da resistência depende do V_Freal. Para um projeto de pior caso que garanta que a corrente nunca excede 20mA, usar o V_Fmínimo (1,3V). R = (5V - 1,3V) / 0,02A = 185 Ohms. O valor padrão mais próximo é 180 Ohms. Isto fornece uma corrente máxima de ~20,6mA, que é segura. Potência nominal: P = I²R = (0,02)² * 180 = 0,072W, portanto uma resistência de 1/8W ou 1/4W é suficiente.

8.2 Posso acioná-lo diretamente com um pino de microcontrolador?

Tipicamente, não. A maioria dos pinos GPIO de microcontroladores tem um limite de fornecimento/receção de corrente de 20-40mA, o que está no limite do ponto de funcionamento deste LED. Mesmo dentro do limite, a tensão de saída do pino cairá sob carga, tornando o controlo de corrente impreciso. É sempre recomendado usar um transistor (ex., BJT NPN ou MOSFET de canal N) como interruptor acionado pelo pino do microcontrolador para controlar a corrente do LED de forma independente.

8.3 Como é que a temperatura afeta o desempenho?

Como mostrado na Fig. 4, a intensidade radiante relativa diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. A +85°C, a saída pode ser apenas 60-80% do seu valor a 25°C. Inversamente, a temperaturas muito baixas, a saída pode ser maior. Isto deve ser considerado nos cálculos de sensibilidade do sistema, especialmente para aplicações ao ar livre ou de alta fiabilidade. A tensão direta (V_F) também tem um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que diminui ligeiramente à medida que a temperatura aumenta.

8.4 Qual é a diferença entre Irradiância e Intensidade Radiante?

Intensidade Radiante (I_E, mW/sr)é uma medida angular de potência — descreve quanta potência é emitida numa direção específica (por esterradiano). É independente da distância.Irradiância na Abertura (E_e, mW/cm²)é uma medida de densidade de potência por área — descreve quanta potência está a passar por uma unidade de área na abertura da fonte. E_eé mais relevante para aplicações de muito curto alcance onde o detetor está essencialmente na superfície do emissor, enquanto I_Eé usada com a lei do inverso do quadrado para calcular a irradiância a uma distância.

9. Estudo de Caso de Projeto e Utilização

Cenário: Projetar um Contador de Folhas de Papel para uma Impressora.

É necessário um sensor interruptor ótico para contar folhas de papel que passam através de um mecanismo de impressora. Um suporte em forma de U segura o emissor IR de um lado e um fototransistor compatível do outro. Quando não há papel presente, a luz IR do emissor atinge diretamente o detetor, fazendo-o conduzir. Quando uma folha de papel passa pelo espaço, bloqueia o feixe IR, fazendo com que a condução do detetor diminua.

Racional de Seleção de Componentes:

• Este emissor IR é escolhido pela suaalta intensidade radiante (4,81 mW/sr mín.), garantindo que um sinal forte pode chegar ao detetor mesmo que o alinhamento do suporte não seja perfeito ou se acumule pó.
• Oângulo de visão largo de 40°é benéfico pois proporciona tolerância para pequenos desalinhamentos mecânicos entre o emissor e o detetor alojados nos braços separados do suporte em U.
• A suacompatibilidade espectral com o fototransistor LTR-3208garante que o detetor é mais sensível no comprimento de onda de 880nm que está a ser emitido, maximizando a relação sinal-ruído.
• Oencapsulamento transparenteé ideal pois não atenua a luz IR desnecessariamente.

Implementação do Circuito:O emissor é acionado por uma fonte de corrente constante de 20mA para saída consistente. O fototransistor é ligado numa configuração de emissor comum com uma resistência de pull-up. Um comparador ou pino ADC de microcontrolador monitoriza a tensão no coletor do fototransistor. Uma folha de papel a passar causa uma transição de tensão distinta, que é contada pelo firmware do microcontrolador.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um Díodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um díodo de junção p-n semicondutor. Quando uma tensão direta que excede o potencial interno da junção é aplicada, eletrões da região n são injetados através da junção para a região p, e lacunas da região p são injetadas na região n. Estes portadores minoritários injetados (eletrões na região p, lacunas na região n) recombinam-se com os portadores majoritários. Num material semicondutor de bandgap direto como Arsenieto de Gálio (GaAs) ou compostos similares usados para emissão IR, uma porção significativa destas recombinações éradiativa.

Durante a recombinação radiativa, a energia do par eletrão-lacuna recombinante é libertada na forma de um fotão. O comprimento de onda (λ) deste fotão é determinado pela energia do bandgap (E_g) do material semicondutor, de acordo com a equação λ = hc / E_g, onde h é a constante de Planck e c é a velocidade da luz. Para um pico de emissão a 880 nm, a energia do bandgap correspondente é aproximadamente 1,41 eV. O encapsulamento de epóxi transparente encapsula o chip semicondutor, fornece proteção mecânica e atua como uma lente para moldar o padrão de radiação da luz emitida.

11. Tendências Tecnológicas

While the fundamental principle of IR LEDs remains stable, several trends influence their development and application:

• Aumento de Potência e Eficiência:Melhorias contínuas em ciência de materiais e design de chips levam a dispositivos com maior intensidade radiante e eficiência wall-plug (potência ótica de saída / potência elétrica de entrada), permitindo sinais mais brilhantes ou menor consumo de energia.
• Miniaturização:Existe uma forte tendência para encapsulamentos de dispositivos de montagem em superfície (SMD) (ex., 0805, 0603, chip-scale) para montagem automatizada, reduzindo tamanho e custo. O encapsulamento furo passante de 5mm permanece popular para prototipagem, uso educativo e aplicações que requerem maior saída por dispositivo único ou montagem manual mais fácil.
• Especialização em Comprimento de Onda:Para além dos LEDs comuns de 850-940 nm, há um uso crescente de comprimentos de onda específicos para aplicações especializadas, como 810nm para oxímetros de pulso médicos ou 1450nm para LiDAR seguro para os olhos.
• Integração:Os emissores estão cada vez mais integrados com acionadores, moduladores e por vezes até detetores em módulos únicos ou ICs, simplificando o projeto de sistemas para comunicação de dados e sensoriamento.
• Expansão de Aplicações:A proliferação da Internet das Coisas (IoT), dispositivos vestíveis, LiDAR automóvel e sensoriamento biométrico avançado (ex., reconhecimento facial, deteção de veias) continua a impulsionar a procura por emissores IR fiáveis e de baixo custo com características de desempenho específicas.