Ficha Técnica do Emissor e Detetor de Infravermelhos LTE-C9501 - Comprimento de Onda 940nm - Corrente Direta 20mA - Tensão Direta Típica 1.2V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTE-C9501 é um componente discreto de infravermelhos concebido para uma vasta gama de aplicações que requerem emissão e deteção fiável de infravermelhos. Faz parte de uma linha de produtos abrangente que atende às necessidades dos sistemas eletrónicos modernos, onde o alto desempenho, a embalagem compacta e a compatibilidade com processos de montagem automatizada são críticos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste componente incluem a sua conformidade com as normas RoHS e de produto ecológico, garantindo respeito pelo ambiente. É fornecido em fita transportadora de 12mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, tornando-o totalmente compatível com equipamentos de colocação automática de alta velocidade utilizados nas linhas de montagem de PCB modernas. A embalagem também foi concebida para ser compatível com processos de soldadura por reflow de infravermelhos, que é o padrão da indústria para a tecnologia de montagem em superfície (SMT). A sua embalagem padrão EIA garante compatibilidade mecânica com outros componentes e bibliotecas de projeto. O dispositivo destina-se a mercados como a eletrónica de consumo para comandos à distância, sistemas industriais e comerciais para transmissão de dados sem fios por IR e sistemas de segurança para funções de alarme e sensoriamento.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

O desempenho do LTE-C9501 é definido por um conjunto de especificações máximas absolutas e características elétricas/óticas detalhadas. Compreender estes parâmetros é essencial para um projeto de circuito fiável.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não se destinam à operação normal. Os limites principais incluem uma dissipação de potência de 100 mW, uma corrente direta de pico de 800 mA em condições pulsadas (300 pps, pulso de 10 µs) e uma corrente direta contínua em DC de 60 mA. O dispositivo pode suportar uma tensão inversa de até 5V, embora não seja concebido para operação em inversa. A gama de temperatura de operação é especificada de -40°C a +85°C, com uma gama de temperatura de armazenamento mais ampla de -55°C a +100°C. O componente pode suportar soldadura por reflow de infravermelhos com uma temperatura de pico de 260°C durante um máximo de 10 segundos.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes parâmetros, medidos a uma temperatura ambiente padrão de 25°C, definem o desempenho do dispositivo em condições operacionais típicas. A intensidade radiante (I_E) varia de um mínimo de 1,0 mW/sr a um máximo de 6,0 mW/sr quando alimentado com uma corrente direta (I_F) de 20mA. O comprimento de onda de emissão de pico (λ_p) é de 940 nm, que está no espectro do infravermelho próximo e é invisível ao olho humano. A meia-largura espectral (Δλ) é tipicamente de 50 nm. A tensão direta (V_F) é tipicamente de 1,2V, com uma gama de 1,1V a 1,5V a I_F=20mA. A corrente inversa (I_R) é no máximo de 10 µA quando uma tensão inversa (V_R) de 5V é aplicada. O ângulo de visão (2θ_1/2) é de 20 graus, definindo a dispersão angular da radiação infravermelha emitida onde a intensidade cai para metade do seu valor no eixo central.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir um desempenho consistente na produção, o LTE-C9501 é classificado em diferentes bins com base na sua intensidade radiante. Isto permite aos projetistas selecionar componentes que atendam a requisitos de saída específicos para a sua aplicação.

3.1 Binning de Intensidade Radiante

A lista de códigos de bin categoriza os dispositivos em três grupos com base na sua intensidade radiante mínima e máxima medida a I_F=20mA. O Bin A cobre dispositivos com intensidade de 1,0 a 2,0 mW/sr. O Bin B cobre de 2,0 a 3,0 mW/sr. O Bin C cobre de 3,0 a 6,0 mW/sr. Uma tolerância de +/-15% é aplicada à intensidade dentro de cada bin. Este sistema de binning é útil em aplicações onde a força do sinal consistente é crucial, como em ligações de transmissão de dados ou sensores de proximidade.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Os dados gráficos fornecem uma visão mais profunda de como o dispositivo se comporta em condições variáveis, o que é vital para um projeto de sistema robusto.

4.1 Distribuição Espectral

A curva de distribuição espectral (Fig.1) mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma o pico a 940 nm e a meia-largura espectral de 50 nm, indicando a largura de banda da luz infravermelha emitida. Esta informação é importante para corresponder com a sensibilidade espectral dos fotodetetores correspondentes e para filtrar o ruído da luz ambiente.

4.2 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Esta curva (Fig.2) ilustra a relação entre a corrente direta permitida e a temperatura ambiente. À medida que a temperatura aumenta, a corrente direta máxima permitida diminui devido às limitações térmicas da junção semicondutora. Esta curva de derating é crítica para garantir que o dispositivo opera dentro da sua área de operação segura (SOA) em todas as condições ambientais.

4.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta

A curva característica IV (Fig.3) mostra a relação não linear entre a corrente direta e a tensão direta. Ajuda a projetar o circuito limitador de corrente para o LED. A forma da curva é típica de um díodo, com uma tensão de condução em torno de 1V.

4.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente e Corrente Direta

As Figuras 4 e 5 mostram como a potência ótica de saída muda com a temperatura e a corrente de acionamento. A saída geralmente diminui com o aumento da temperatura (Fig.4) e aumenta com a corrente de acionamento (Fig.5), embora não necessariamente de forma linear. Estas curvas são essenciais para compensar a saída em ambientes com variação de temperatura ou para projetar circuitos de brilho constante.

4.5 Diagrama de Radiação

O diagrama de radiação polar (Fig.6) representa visualmente o ângulo de visão. A intensidade é mais alta ao longo do eixo central (0 graus) e diminui simetricamente para metade do seu valor a +/-10 graus do eixo, confirmando a especificação de ângulo de visão total de 20 graus. Este padrão é importante para o alinhamento ótico em sistemas como comandos à distância ou ligações de dados.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões de Contorno

A ficha técnica fornece desenhos mecânicos detalhados do componente. Todas as dimensões são especificadas em milímetros, com uma tolerância padrão de ±0,1mm, salvo indicação em contrário. A embalagem é um formato padrão EIA com uma lente de plástico transparente para emissão de vista superior.

5.2 Layout Sugerido para as Pastilhas de Soldadura

É fornecido um padrão de land recomendado (design da pastilha de soldadura) para o layout do PCB. Seguir estas dimensões garante a formação adequada da junta de soldadura durante o reflow, boa resistência mecânica e o correto alinhamento do componente.

5.3 Dimensões da Embalagem em Fita e Bobina

Desenhos detalhados mostram as dimensões da fita transportadora e da bobina de 7 polegadas utilizada para manuseamento automatizado. Os bolsos da fita são concebidos para segurar o componente com segurança, e uma fita de cobertura superior os sela. Cada bobina contém 2000 peças. A embalagem está em conformidade com as especificações ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantindo compatibilidade com equipamentos padrão de pick-and-place.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Parâmetros de Soldadura por Reflow

É incluído um perfil de reflow de infravermelhos sugerido para processos sem chumbo (Pb-free). Os parâmetros principais incluem uma zona de pré-aquecimento de 150-200°C, um tempo de pré-aquecimento de até 120 segundos no máximo, uma temperatura de pico não superior a 260°C e um tempo acima deste pico de 10 segundos no máximo. O perfil baseia-se nas normas JEDEC para garantir uma soldadura fiável sem danificar o componente. É enfatizado que o perfil ideal pode variar consoante o projeto específico do PCB, a pasta de soldar e o forno utilizados.

6.2 Condições de Armazenamento

Para embalagens não abertas, à prova de humidade com dessecante, os componentes devem ser armazenados a 30°C ou menos e 90% de humidade relativa ou menos, com um período de utilização recomendado de um ano. Uma vez aberta a embalagem original, o ambiente de armazenamento não deve exceder 30°C ou 60% de humidade relativa. Os componentes removidos da sua embalagem original devem idealmente ser soldados por reflow dentro de uma semana. Para armazenamento mais longo fora do saco original, devem ser mantidos num recipiente selado com dessecante ou num dessecador de azoto. Componentes armazenados por mais de uma semana fora da embalagem original devem ser cozidos a aproximadamente 60°C durante pelo menos 20 horas antes da montagem para remover a humidade absorvida e prevenir o "efeito pipoca" durante o reflow.

6.3 Limpeza

Se for necessária limpeza após a soldadura, são recomendados solventes à base de álcool, como o álcool isopropílico.

6.4 Soldadura Manual

Se for necessária soldadura manual com ferro, a temperatura da ponta do ferro de soldar não deve exceder 300°C, e o tempo de contacto deve ser limitado a um máximo de 3 segundos por junta de soldadura.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O LTE-C9501 é adequado para uso como emissor de infravermelhos em unidades de comando à distância para eletrónica de consumo (TVs, sistemas de áudio). Também é aplicável em sistemas de transmissão de dados sem fios por IR de curto alcance, como em algumas ligações de dados legadas ou telemetria de sensores simples. Além disso, pode ser usado em sistemas de alarme de segurança como parte de um sensor de interrupção de feixe infravermelho ou em aplicações de sensoriamento de proximidade.

7.2 Considerações de Projeto

Acionamento de Corrente:Utilize sempre uma resistência limitadora de corrente em série ou um driver de corrente constante para definir a corrente direta (I_F). Não exceda as especificações máximas absolutas para corrente DC ou pulsada. Consulte a curva de derating para operação a alta temperatura.
Projeto Ótico:Considere o ângulo de visão de 20 graus ao projetar lentes ou refletores para colimar ou focar o feixe de IR. Para receção, garanta que o fotodetector emparelhado (fotodíodo ou fototransístor) tem sensibilidade espectral apropriada em torno de 940 nm.
Projeto Elétrico:Embora o dispositivo possa tolerar uma tensão inversa de 5V, não foi concebido para operação em polarização inversa. Garanta que os projetos de circuito previnam a aplicação de tensão inversa significativa durante a operação normal ou transitórios.
Gestão Térmica:Garanta que o layout do PCB fornece alívio térmico adequado, especialmente se operar perto das classificações de corrente máxima, para evitar sobreaquecimento e degradação prematura.

7.3 Precauções e Fiabilidade

O componente destina-se a equipamentos eletrónicos padrão. Para aplicações que requerem fiabilidade excecional onde uma falha pode colocar em risco a vida ou a saúde (ex.: aviação, dispositivos médicos, sistemas de segurança), é necessária consulta e qualificação específicas. Cumpra sempre as condições de armazenamento, manuseamento e soldadura especificadas para manter a fiabilidade e o desempenho do componente.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora a ficha técnica se concentre numa única referência, os principais diferenciadores do LTE-C9501 na sua categoria incluem o seu comprimento de onda específico de 940nm, que oferece um bom equilíbrio entre potência de saída e compatibilidade com fotodetetores de silício, sendo menos visível do que fontes de 850nm. A lente transparente (em oposição a colorida) maximiza a saída de luz. A sua embalagem e compatibilidade com processos SMT automatizados tornam-no adequado para fabricação em grande volume. A disponibilidade de bins de intensidade radiante permite flexibilidade de projeto e otimização de custos com base na força de sinal necessária.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é o propósito do comprimento de onda de 940nm?
R: A luz infravermelha de 940nm é invisível ao olho humano, tornando-a ideal para operação discreta em comandos à distância e sistemas de segurança. Também é eficientemente detetada por fotodíodos e fototransístores de silício comuns.

P: Posso acionar este LED diretamente a partir de um pino de microcontrolador de 3,3V ou 5V?
R: Não. Deve usar uma resistência limitadora de corrente em série. Calcule o valor da resistência usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Por exemplo, com uma fonte de 3,3V, V_F=1,2V, e I_F=20mA: R = (3,3 - 1,2) / 0,02 = 105 Ohms. Use o próximo valor padrão, como 100 Ohms.

P: Qual é a diferença entre intensidade radiante (mW/sr) e intensidade luminosa?
R: A intensidade radiante mede a potência ótica (em watts) por ângulo sólido, relevante para todos os comprimentos de onda. A intensidade luminosa é ponderada pela sensibilidade do olho humano e é usada para luz visível. Como este é um dispositivo de IR, a intensidade radiante é a métrica correta.

P: Por que é importante a sensibilidade à humidade no armazenamento?
R: Componentes SMD encapsulados em plástico podem absorver humidade do ar. Durante o calor elevado da soldadura por reflow, esta humidade retida pode vaporizar-se rapidamente, causando delaminação interna ou fissuras ("efeito pipoca"), o que pode destruir o dispositivo. O armazenamento e cozedura adequados previnem isto.

10. Exemplos Práticos de Projeto e Utilização

Exemplo 1: Transmissor IR Simples para Comando à Distância:Emparelhe o LTE-C9501 com um IC de modulação a 38kHz (ou um microcontrolador a gerar um sinal PWM de 38kHz) e um interruptor de transístor. A resistência limitadora de corrente define I_Fpara 20-40mA para um bom alcance. O feixe de 20 graus fornece uma área de cobertura razoável para apontar um comando para um dispositivo.

Exemplo 2: Sensor de Proximidade por IR:Coloque um emissor LTE-C9501 e um fototransístor correspondente lado a lado, virados na mesma direção. Um objeto que passe à frente refletirá a luz IR de volta para o detetor. Use operação pulsada do emissor e deteção síncrona no circuito recetor para rejeitar a luz ambiente. O sistema de binning permite selecionar um emissor com saída suficiente para a distância de sensoriamento necessária.

Exemplo 3: Ligação de Dados:Para transmissão de dados seriais simples em curtas distâncias, acione o LED com o sinal de dados através de um circuito de aumento de corrente. A capacidade de alta velocidade do material semicondutor subjacente (implícita na descrição da linha de produtos) suporta modulação para dados. Um fotodíodo correspondente com um amplificador de transimpedância seria usado no lado recetor.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O LTE-C9501, como emissor de infravermelhos, é um díodo emissor de luz (LED). O seu núcleo é um chip semicondutor, tipicamente feito de Arsenieto de Gálio (GaAs) para emissão a 940nm. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção P-N, os eletrões e as lacunas recombinam-se, libertando energia na forma de fotões (luz). A composição específica do material (bandgap) do semicondutor determina o comprimento de onda da luz emitida, que neste caso é de 940nm, na região do infravermelho. A embalagem de epóxi transparente encapsula o chip, fornece proteção mecânica e incorpora uma lente que molda a luz emitida no padrão de ângulo de visão de 20 graus especificado.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Componentes discretos de infravermelhos como o LTE-C9501 permanecem blocos fundamentais na eletrónica. As principais tendências que influenciam este campo incluem a procura contínua de miniaturização e maior integração, levando a embalagens combinadas que podem incluir tanto emissor como detetor numa única caixa. Há também uma tendência para maior eficiência (mais saída ótica por entrada elétrica) e maior velocidade para transmissão de dados mais rápida. A adoção de processos de fabrico sem chumbo (Pb-free) e em conformidade com a RoHS, como visto neste componente, é agora um padrão universal. Além disso, a compatibilidade com pick-and-place automatizado e soldadura por reflow é essencial para produção em massa rentável. Embora os circuitos integrados de aplicação específica (ASIC) e módulos estejam a tornar-se mais comuns, os componentes discretos oferecem flexibilidade de projeto, vantagens de custo em escala e são frequentemente a solução preferida para projetos óticos personalizados ou otimizados.