Folha de Dados do Emissor e Detetor de Infravermelhos LTE-C9501-E-T - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Ângulo de Visão de 20 Graus - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um componente discreto de infravermelhos (IR) projetado para aplicações de montagem em superfície (SMD). O dispositivo combina a funcionalidade de um emissor e de um detetor de infravermelhos, visando soluções que requerem transmissão e receção fiáveis de sinais IR. As suas principais vantagens incluem compatibilidade com processos de montagem automatizados, conformidade com as normas RoHS e de produto ecológico, e adequação para fabricação em grande volume através de soldagem por refluxo por infravermelhos. Os mercados-alvo principais incluem a eletrónica de consumo para sistemas de controlo remoto, aplicações industriais para transmissão de dados sem fios e sistemas de segurança para funções de alarme e deteção.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

2.1 Valores Máximos Absolutos

Todos os valores são especificados a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C. Exceder estes limites pode causar danos permanentes.

• Dissipação de Potência (Pd):Máximo de 100 mW.
• Corrente Direta de Pico (IFP):Máximo de 800 mA em condições pulsadas (300 pps, largura de pulso de 10 μs).
• Corrente Direta Contínua (IF):Corrente contínua máxima de 60 mA.
• Tensão Reversa (VR):Máximo de 5 V.
• Intervalo de Temperatura de Funcionamento (Topr):-40°C a +85°C.
• Intervalo de Temperatura de Armazenamento (Tstg):-55°C a +100°C.
• Condição de Soldagem por Infravermelhos:Temperatura de pico máxima de 260°C durante 10 segundos.

2.2 Características Elétricas e Óticas

O desempenho típico é medido a TA=25°C, salvo indicação em contrário.

• Intensidade Radiante (I_E):Varia de 1,0 a 6,0 mW/sr a uma corrente direta (I_F) de 20mA. O valor exato é determinado pelo código de binning.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):940 nm (típico). Este comprimento de onda está no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano, tornando-o ideal para controlos remotos e ligações de dados.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):50 nm (típico). Este parâmetro define a largura de banda espectral da luz IR emitida.
• Tensão Direta (V_F):1,2V típico, com uma variação de 1,1V a 1,5V a I_F=20mA.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo de 10 μA a uma tensão reversa (V_R) de 5V.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):20 graus. Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante é metade do valor no eixo central (0°). Um ângulo de visão mais estreito resulta numa radiação mais direcionada.

3. Explicação do Sistema de Binning

Os dispositivos são classificados em bins com base na sua intensidade radiante medida na condição de teste padrão de I_F=20mA. Isto permite aos projetistas selecionar componentes com uma saída ótica consistente para a sua aplicação.

• BIN A:Intensidade Radiante de 1,0 mW/sr (Mín.) a 2,0 mW/sr (Máx.).
• BIN B:Intensidade Radiante de 2,0 mW/sr (Mín.) a 3,0 mW/sr (Máx.).
• BIN C:Intensidade Radiante de 3,0 mW/sr (Mín.) a 6,0 mW/sr (Máx.).

Aplica-se uma tolerância de +/-15% à intensidade dentro de cada bin. Não é indicado um binning separado para o comprimento de onda ou tensão direta nesta folha de dados.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados fornece vários gráficos característicos essenciais para o projeto de circuitos e para a compreensão do comportamento do dispositivo em condições variáveis.

4.1 Distribuição Espectral

A Figura 1 mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. A curva está centrada em 940 nm com uma largura a meia altura típica de 50 nm, confirmando a pureza espectral da luz infravermelha emitida.

4.2 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

A Figura 2 ilustra a redução da corrente direta máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. A classificação de corrente diminui linearmente do seu valor máximo a temperaturas mais baixas até zero na temperatura máxima da junção, garantindo um funcionamento fiável ao evitar sobrecarga térmica.

4.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta

A Figura 3 representa a curva característica IV (Corrente-Tensão). Mostra a relação exponencial típica de um díodo, com a tensão direta sendo relativamente constante (cerca de 1,2V) numa ampla gama de correntes de funcionamento.

4.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente e Corrente Direta

As Figuras 4 e 5 mostram como a potência ótica de saída varia com a temperatura e a corrente de acionamento. A saída tipicamente diminui à medida que a temperatura aumenta (Figura 4) e aumenta de forma supralinear com a corrente direta (Figura 5), destacando a importância de uma corrente de acionamento estável e de uma gestão térmica para um desempenho consistente.

4.5 Padrão de Radiação

A Figura 6 é um diagrama polar de radiação que mostra a distribuição espacial da luz emitida. O padrão confirma o ângulo de visão de 20 graus, com a intensidade a cair para 50% a +/-10 graus do eixo central.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões de Contorno

O componente está alojado numa embalagem padrão EIA. As dimensões exatas são fornecidas nos desenhos da folha de dados, com uma tolerância geral de ±0,1mm, salvo indicação em contrário. A embalagem apresenta uma lente de plástico transparente com uma configuração de vista superior.

5.2 Layout Recomendado para as Ilhas de Solda

É fornecido um padrão de ilhas sugerido para o projeto da PCB, com dimensões de 1,0mm x 1,8mm para as ilhas. Este layout está otimizado para uma soldagem fiável e estabilidade mecânica durante o processo de refluxo.

5.3 Identificação da Polaridade

Aplicam-se as marcações de polaridade padrão do díodo. O cátodo é tipicamente indicado na embalagem. Os projetistas devem consultar o desenho de contorno detalhado para o esquema de marcação exato, de forma a garantir a orientação correta durante a montagem.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

É incluído um perfil de refluxo por infravermelhos sugerido para processos sem chumbo (Pb-free). Os parâmetros-chave incluem:

• Pré-aquecimento:150-200°C.
• Tempo de Pré-aquecimento:Máximo de 120 segundos.
• Temperatura de Pico:Máximo de 260°C.
• Tempo Acima do Líquidus:Máximo de 10 segundos (recomendado para um máximo de dois ciclos de refluxo).

O perfil é baseado nas normas JEDEC para garantir a fiabilidade do componente. A folha de dados enfatiza que o perfil ideal depende do projeto específico da PCB, da pasta de solda e do forno, pelo que é aconselhada uma caracterização ao nível da placa.

6.2 Soldagem Manual

Se for necessária soldagem manual, utilize um ferro de soldar a uma temperatura máxima de 300°C durante não mais de 3 segundos por junta. Evite aplicar tensão mecânica excessiva ao componente.

6.3 Condições de Armazenamento

O armazenamento adequado é crítico para a soldabilidade:

• Embalagem Selada:Armazenar a ≤30°C e ≤90% de HR. Utilizar no prazo de um ano após a abertura do saco de barreira à humidade.
• Embalagem Aberta:Armazenar a ≤30°C e ≤60% de HR. Os componentes devem ser submetidos a refluxo no prazo de uma semana. Para armazenamento mais prolongado, utilize um recipiente selado com dessecante ou uma atmosfera de azoto. Os componentes armazenados fora do saco original por mais de uma semana requerem cozedura a aproximadamente 60°C durante pelo menos 20 horas antes da soldagem.

6.4 Limpeza

Se for necessária limpeza após a soldagem, utilize apenas solventes à base de álcool, como o álcool isopropílico. Evite o uso de produtos de limpeza agressivos ou aquosos que possam danificar a embalagem de plástico ou a lente.

7. Informações de Embalagem e Encomenda

7.1 Especificações da Fita e da Bobina

O componente é fornecido em fita transportadora de 8mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, compatível com equipamento automático de pick-and-place padrão. Cada bobina contém 2000 peças. A embalagem está em conformidade com as normas ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7.2 Desdobramento do Número do Modelo

O número de peça LTE-C9501-E-T identifica esta variante específica. Os sufixos "E" e "T" provavelmente denotam um binning específico, embalagem (Tape & Reel) ou outras variações do produto de acordo com o sistema de codificação interno do fabricante.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O emissor IR é tipicamente acionado por um transistor ou um CI driver dedicado para fornecer a corrente pulsada necessária (por exemplo, para códigos de controlo remoto). Um resistor limitador de corrente em série é obrigatório para definir a corrente direta (I_F) para o valor desejado, calculado usando (Tensão de Alimentação - V_F) / I_F. O lado do detetor, se estiver integrado um fotodíodo ou fototransístor, seria ligado numa configuração de polarização reversa com um resistor de carga para converter a fotocorrente numa tensão mensurável.

8.2 Considerações de Projeto

• Acionamento de Corrente:Operar dentro dos Valores Máximos Absolutos. Para operação contínua, não exceder 60mA DC. Para operação pulsada (como em controlos remotos), são permitidas correntes de pico mais elevadas até 800mA, o que aumenta significativamente a potência radiante instantânea e o alcance de transmissão.
• Gestão Térmica:A classificação de dissipação de potência de 100mW deve ser respeitada. Numa PCB, garanta uma área de cobre adequada em torno das ilhas para atuar como dissipador de calor, especialmente quando operar perto dos valores máximos.
• Trajeto Ótico:O ângulo de visão de 20 graus é relativamente estreito. Alinhe o emissor e o detetor com precisão. Evite obstruções e considere o uso de lentes ou guias de luz se for necessário um padrão de feixe diferente.
• Rejeição de Luz Ambiente:Para aplicações de detetor, a sensibilidade de pico de 940nm ajuda a rejeitar o ruído da luz visível. Para ambientes com fontes fortes de IR (como luz solar ou lâmpadas incandescentes), podem ser necessárias técnicas adicionais de filtragem ótica ou deteção de sinal modulado (acoplado em AC) para melhorar a relação sinal-ruído.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs IR genéricos, este componente oferece vantagens específicas: a sua compatibilidade com colocação automática e soldagem por refluxo por IR agiliza a fabricação em grande volume. A disponibilidade em bins de intensidade (A, B, C) permite uma consistência de projeto. O comprimento de onda de 940nm é um padrão comum para controlos remotos de consumo, garantindo compatibilidade com uma ampla gama de recetores. A inclusão de perfis de soldagem detalhados e diretrizes de armazenamento demonstra um foco no design para a fabricabilidade.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a diferença entre Intensidade Radiante (mW/sr) e Intensidade Luminosa (mcd)?

R: A Intensidade Radiante mede a potência ótica total emitida por ângulo sólido, relevante para dispositivos IR. A Intensidade Luminosa mede o brilho percebido pelo olho humano, ponderado pela curva de resposta fotópica, e é usada para LEDs visíveis. Para este dispositivo IR, a Intensidade Radiante é a métrica correta.

P: Posso usar isto para transmissão contínua de dados?

R: Sim, mas deve operar dentro do limite de corrente direta contínua de 60mA. Para transmissão de maior velocidade ou maior distância, a operação pulsada (dentro da classificação de pico de 800mA) é mais eficaz, pois permite uma potência ótica instantânea mais elevada.

P: Como seleciono o BIN correto?

R: Escolha com base na potência ótica necessária para o seu orçamento de ligação. O BIN C (3-6 mW/sr) fornece a maior saída e o maior alcance. O BIN A ou B pode ser suficiente para aplicações de curto alcance e pode ser mais económico.

P: É necessária uma lente externa?

R: O dispositivo tem uma lente integrada de vista superior que fornece um feixe de 20 graus. Normalmente, não é necessária uma lente externa, a menos que necessite de colimação do feixe (ângulo mais estreito) ou focagem.

11. Estudo de Caso Prático de Projeto

Cenário:Projetar um transmissor simples de controlo remoto por infravermelhos para um eletrodoméstico.

Passos do Projeto:

1. Seleção do Componente:Escolha este emissor IR (por exemplo, BIN C para um bom alcance).

2. Circuito de Acionamento:Use um pino GPIO de um microcontrolador para gerar o sinal de portadora modulada (por exemplo, 38kHz). Este sinal aciona um transístor (por exemplo, NPN) numa configuração de interruptor. O coletor do transístor está ligado ao ânodo do emissor IR, e o cátodo está ligado ao terra. Um resistor em série com o emissor define a corrente: R = (Vcc - V_CE(sat)- V_F) / I_F. Assumindo Vcc=3,3V, V_CE(sat)=0,2V, V_F=1,2V, e I_F desejada =100mA (pulsada), R = (3,3 - 0,2 - 1,2) / 0,1 = 19Ω (use um resistor padrão de 20Ω). Certifique-se de que o transístor pode suportar a corrente de pico.

3. Layout da PCB:Coloque o emissor na borda da PCB. Use as dimensões recomendadas para as ilhas de solda. Forneça uma pequena área de cobre para dissipação de calor.

4. Testes:Verifique a saída usando um módulo recetor IR ou uma câmara digital (que pode ver a luz de 940nm como um brilho roxo fraco).

12. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera no princípio da eletroluminescência para a secção do emissor. Quando uma corrente direta é aplicada ao chip semicondutor (provavelmente à base de GaAs para emissão de 940nm), os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa, libertando energia na forma de fotões (luz) a um comprimento de onda correspondente à energia da banda proibida do material (940nm). A secção do detetor, se presente, opera no princípio do efeito fotoelétrico. Fotões de infravermelhos incidentes com energia suficiente criam pares eletrão-lacuna no semicondutor, gerando uma fotocorrente quando é aplicada uma tensão de polarização reversa. Esta corrente é proporcional à intensidade da luz IR incidente.

13. Tendências da Indústria

O mercado para componentes discretos de IR mantém-se estável, impulsionado por aplicações estabelecidas como controlos remotos, deteção de proximidade e interruptores óticos. As tendências incluem a integração de emissores e detetores IR em módulos mais complexos com drivers e lógica incorporados (por exemplo, módulos de sensor de proximidade com saída I2C). Há também um impulso contínuo para maior eficiência (mais saída radiante por mA de corrente de acionamento) e tamanhos de embalagem mais pequenos para caber em dispositivos de consumo cada vez mais compactos. A ênfase na conformidade RoHS e na fabricação ecológica, como visto nesta folha de dados, é um padrão universal da indústria.