Folha de Dados Técnicos do LTE-3273DL - Emissor e Detetor de Infravermelhos 940nm - Pacote 5mm - Tensão Direta 1.6V - Dissipação de Potência 150mW

1. Visão Geral do Produto

O LTE-3273DL é um componente infravermelho discreto que integra um emissor e um detetor. Foi concebido para aplicações que requerem transmissão e receção fiáveis de sinais infravermelhos. O núcleo do dispositivo baseia-se na tecnologia de Arsenieto de Gálio (GaAs), padrão para produzir emissão eficiente de luz infravermelha no comprimento de onda de 940nm. Este comprimento de onda é ideal para eletrónica de consumo, pois é invisível ao olho humano mas facilmente detetável por fotodetetores de silício, minimizando a interferência da luz ambiente.

A função principal do componente é servir como transceptor em ligações de dados IR simples. O seu design enfatiza um equilíbrio entre desempenho e custo-benefício, tornando-o adequado para aplicações de alto volume e sensíveis ao custo. A embalagem transparente azul ajuda a identificar o tipo de componente e permite que a luz IR de 940nm passe com atenuação mínima.

1.1 Características

• Otimizado para Alta Corrente, Baixa Tensão Direta:Projetado para operar eficientemente com correntes de acionamento mais elevadas, mantendo uma queda de tensão relativamente baixa, o que ajuda a reduzir o consumo de energia em dispositivos alimentados por bateria.
• Capacidade de Operação em Pulsos:Suporta correntes diretas de pico elevadas (até 2A) em modo pulsado, permitindo a criação de rajadas IR fortes e de curta duração, ideais para comandos de controle remoto ou transmissão de dados.
• Ângulo de Visão Ampla (45° de meio-ângulo):Proporciona um padrão de emissão e deteção amplo, tornando o alinhamento entre transmissor e recetor menos crítico e aumentando a robustez do sistema.
• Embalagem Transparente Azul:A carcaça tem uma tonalidade azul, que atua como um filtro de luz visível, reduzindo a sensibilidade à luz visível ambiente e melhorando a relação sinal-ruído para o detetor IR.

1.2 Aplicações

• Sensores de Infravermelhos:Utilizado em sensores de proximidade, deteção de objetos e robôs seguidores de linha.
• Controles Remotos:Componente padrão em controles remotos de TV, sistemas de áudio e set-top boxes para transmissão de comandos.
• Ligações de Dados IR Simples:Para comunicação sem fios de curto alcance e baixa velocidade entre dispositivos.
• Sistemas de Segurança:Pode ser utilizado em detetores de intrusão por interrupção de feixe.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva em Profundidade

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é recomendada operação nestes ou próximos destes limites por períodos prolongados.

• Dissipação de Potência (Pd): 150 mW:A potência total máxima (tanto dos circuitos do emissor como do detetor) que pode ser dissipada com segurança como calor pela embalagem a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C. Exceder este valor pode levar a sobreaquecimento e falha.
• Corrente Direta de Pico (I_FP): 2 A:A corrente máxima permitida através do díodo emissor IR em condições pulsadas (300 pulsos por segundo, largura de pulso de 10μs). Isto permite flashes IR de alta intensidade.
• Corrente Direta Contínua (I_F): 100 mA:A corrente DC máxima que pode fluir continuamente através do emissor. Para operação típica, é comum acionar entre 20-50mA.
• Tensão Reversa (V_R): 5 V:A tensão de polarização reversa máxima que pode ser aplicada ao díodo emissor antes da ocorrência de ruptura. Este valor é relativamente baixo, pelo que se deve ter cuidado para evitar ligação com polaridade invertida.
• Temperatura de Operação & Armazenamento:Classificadas de -40°C a +85°C e -55°C a +100°C, respetivamente, indicando adequação para ambientes industriais e de consumo.
• Temperatura de Soldadura dos Terminais: 260°C durante 5 segundos:Especifica a tolerância do perfil de soldadura por refluxo, crucial para a montagem em PCB sem danificar o componente.

2.2 Características Elétricas & Óticas

Estes são os parâmetros de desempenho garantidos sob condições de teste especificadas a 25°C.

• Intensidade Radiante (I_E):Mede a potência ótica de saída por ângulo sólido (mW/sr). A I_F=20mA, é tipicamente 8.0 mW/sr (mín. 5.6). A I_F=100mA, salta para 40.0 mW/sr (mín. 28.0). Este aumento não linear mostra maior eficiência a correntes mais elevadas dentro dos limites.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_P): 940 nm:O comprimento de onda no qual o emissor emite a maior potência ótica. Corresponde à sensibilidade de pico dos fotodíodos de silício e está fora do espetro visível.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ): 50 nm:A largura de banda da luz emitida. Um valor de 50nm indica que a luz não é monocromática, mas abrange aproximadamente de 915nm a 965nm a metade da intensidade de pico.
• Tensão Direta (V_F):A queda de tensão no díodo emissor quando em condução. É tipicamente 1.6V a 50mA e 2.3V a 500mA. Este parâmetro é vital para projetar o circuito de acionamento limitador de corrente.
• Corrente Reversa (I_R): 100 μA máx.:A pequena corrente de fuga que flui quando o díodo está polarizado inversamente a 5V. É desejável um valor baixo.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2): 45°:O ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor de pico. Isto define o cone de emissão/deteção.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados fornece vários gráficos que ilustram relações-chave. Estes são essenciais para compreender o comportamento em condições não padrão.

3.1 Distribuição Espectral (Fig.1)

Esta curva traça a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma o pico a 940nm e a largura a meia altura espetral de aproximadamente 50nm. A forma é característica de um IRED de GaAs.

3.2 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig.2)

Este gráfico mostra a redução da corrente direta contínua máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. Acima de 25°C, a corrente máxima deve ser reduzida para evitar exceder o limite de dissipação de potência de 150mW, uma vez que a capacidade do componente de dissipar calor diminui.

3.3 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Fig.3)

A curva característica IV do díodo emissor. É de natureza exponencial, como um díodo padrão. A curva permite aos projetistas determinar a tensão de acionamento necessária para uma corrente de operação desejada, especialmente importante para sistemas de bateria de baixa tensão.

3.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.4) & vs. Corrente Direta (Fig.5)

A Figura 4 mostra que a potência ótica de saída diminui à medida que a temperatura aumenta (um coeficiente de temperatura negativo), o que deve ser compensado em projetos que requerem desempenho estável numa ampla gama de temperaturas. A Figura 5 mostra a relação não linear entre a corrente de acionamento e a saída de luz, indicando eficiência crescente até um ponto antes de potenciais efeitos de saturação ou térmicos.

3.5 Diagrama de Radiação (Fig.6)

Um gráfico polar que ilustra a distribuição espacial da luz IR emitida. O diagrama confirma visualmente o amplo meio-ângulo de 45°, mostrando a intensidade normalizada para o pico a 0°.

4. Informação Mecânica e de Embalagem

4.1 Dimensões de Contorno

O componente apresenta uma embalagem radial com terminais padrão de 5mm. As dimensões-chave incluem um diâmetro do corpo de aproximadamente 5mm, um espaçamento típico entre terminais de 2.54mm (0.1\") onde os terminais saem do corpo, e uma altura total. A flange na base ajuda no posicionamento durante a montagem em PCB. A resina saliente sob a flange é especificada como máximo de 0.5mm. O ponto plano na borda da lente indica tipicamente o terminal do cátodo (negativo) para a secção do emissor.

4.2 Identificação da Polaridade

Para a secção do emissor, o terminal mais longo é geralmente o ânodo (positivo). A secção do detetor (fotodíodo) dentro da mesma embalagem terá o seu próprio ânodo e cátodo. O diagrama de pinagem da folha de dados é crítico para uma ligação correta. Polaridade incorreta pode danificar o díodo emissor se a tensão reversa exceder 5V.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

• Soldadura por Refluxo:A especificação máxima absoluta para soldadura dos terminais é de 260°C durante 5 segundos, medidos a 1.6mm do corpo da embalagem. Isto alinha-se com perfis típicos de refluxo sem chumbo (temperatura de pico ~250°C).
• Soldadura Manual:Se for necessária soldadura manual, utilize um ferro com temperatura controlada e minimize o tempo de contacto para menos de 3 segundos por terminal para evitar danos térmicos no chip semicondutor interno e na embalagem de plástico.
• Limpeza:Utilize solventes de limpeza apropriados compatíveis com a resina epóxi transparente azul da embalagem.
• Condições de Armazenamento:Armazene num ambiente seco e antiestático dentro da gama de temperatura especificada (-55°C a +100°C) para evitar absorção de humidade (que pode causar \"popcorning\" durante o refluxo) e danos por descarga eletrostática.

6. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Configuração de Circuito Típica

Para o emissor: Um simples resistor em série é comumente usado para limitar a corrente direta. O valor do resistor é calculado como R = (V_CC- V_F) / I_F. Por exemplo, com uma alimentação de 5V, V_F=1.6V, e I_Fdesejada=20mA, R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170Ω. Um transistor (NPN ou MOSFET de canal N) é frequentemente colocado em série para ligar/desligar a corrente através de um microcontrolador.

Para o detetor (fotodíodo): É tipicamente operado em modo fotovoltaico (polarização zero) ou fotocondutivo (polarização reversa). Para deteção digital simples, o fotodíodo pode ser ligado em série com um resistor de carga. A tensão neste resistor varia com a luz IR incidente, que pode ser enviada para um comparador ou amplificador.

6.2 Considerações de Projeto

• Imunidade ao Ruído:O comprimento de onda de 940nm e o filtro azul ajudam, mas a luz ambiente do sol ou lâmpadas fluorescentes (que contêm IR) ainda pode causar interferência. Usar um sinal IR modulado (ex., portadora de 38kHz) e um circuito integrado recetor demodulador é o método padrão para obter alta imunidade ao ruído.
• Acionamento de Corrente:Para operação em pulsos perto do pico de 2A, assegure-se de que o transistor de acionamento pode suportar a corrente e que os trilhos da PCB são suficientemente largos para evitar queda de tensão excessiva.
• Trajeto Ótico:Mantenha a lente limpa e livre de obstruções. O amplo ângulo de visão facilita o alinhamento, mas reduz o alcance máximo comparado com um feixe mais estreito. Para alcances maiores, considere adicionar uma lente colimadora simples.
• Gestão Térmica:Ao operar com correntes contínuas elevadas ou em temperaturas ambientes altas, assegure ventilação adequada em torno do componente para permanecer dentro dos limites de dissipação de potência.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs IR padrão de 940nm, o LTE-3273DL integra um detetor, economizando espaço na placa em aplicações de transceptor. Comparado com fototransístores mais lentos, o fotodíodo integrado oferece tempos de resposta mais rápidos, adequados para transmissão de dados modulada. A sua elevada capacidade de corrente de pulso (2A) é uma vantagem chave sobre muitos LEDs IR básicos, permitindo sinais mais fortes. A combinação de características (alta corrente, ângulo amplo, detetor incluído) numa embalagem de baixo custo posiciona-o bem para os mercados de controle remoto e sensoriamento de consumo.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este emissor IR diretamente a partir de um pino GPIO de um microcontrolador?

A: Não. Um pino GPIO típico só pode fornecer/absorver 20-50mA, o que pode estar no limite superior, e não pode fornecer a excursão de tensão necessária para os ~1.6V de V_F. Utilize sempre um transistor como interruptor.

P: Qual é a diferença entre intensidade radiante (mW/sr) e potência total de saída (mW)?

R: A intensidade radiante é a densidade angular. A potência total exigiria integrar a intensidade sobre toda a esfera de emissão. Para um emissor de ângulo amplo como este, a potência total é significativamente maior que o valor de intensidade.

P: Como ligo a saída do fotodíodo a uma entrada digital?

R: A saída de corrente do fotodíodo é muito pequena. Precisa de um amplificador de transimpedância para a converter numa tensão, seguido de um comparador para criar um sinal digital. Para deteção simples de ligado/desligado com luz ambiente presente, é fortemente recomendado um módulo recetor IR dedicado (com amplificador, filtro e demodulador integrados) em vez de usar o fotodíodo bruto.

P: Por que é que a especificação de tensão reversa é apenas 5V?

R: Isto é típico para díodos emissores IR de GaAs. O material e estrutura semicondutora têm uma tensão de ruptura relativamente baixa. É necessário um projeto de circuito cuidadoso para evitar polarização reversa acidental.

9. Exemplo de Caso de Uso Prático

Cenário: Construir um Sensor Simples de Objeto/Proximidade por IR.

O LTE-3273DL pode ser usado numa configuração de sensor reflexivo. O emissor é pulsado a uma frequência específica (ex., 1kHz). O detetor, colocado ao lado, procura o sinal refletido de um objeto à frente. Um filtro passa-banda sintonizado a 1kHz na cadeia de amplificação do detetor rejeita o ruído da luz ambiente. Quando um objeto entra no alcance, o sinal refletido aumenta, acionando o circuito. Isto é comum em dispensadores automáticos de toalhas, deteção de papel em impressoras e deteção de bordas em robôs.

10. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base em princípios bem estabelecidos da física dos semicondutores. OEmissoré um Díodo Emissor de Luz (LED) de Arsenieto de Gálio (GaAs). Quando polarizado diretamente, os eletrões e as lacunas recombinam-se na junção PN, libertando energia na forma de fotões. A banda proibida do GaAs determina a energia do fotão, correspondendo ao comprimento de onda infravermelho de 940nm. ODetetoré um fotodíodo PIN de silício. Quando fotões com energia superior à banda proibida do silício (incluindo IR de 940nm) atingem a região de depleção, geram pares eletrão-lacuna. Estes portadores são arrastados pelo campo elétrico interno (da polarização intrínseca ou aplicada), criando uma fotocorrente proporcional à intensidade da luz incidente.

11. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

O mercado de componentes IR discretos continua a evoluir. As tendências incluem:

Miniaturização:Movimento para embalagens de dispositivo de montagem em superfície (SMD) como 0805 ou 0603 para eletrónica de consumo mais pequena.

Maior Integração:Combinação do emissor, detetor, acionador e amplificador num único módulo com interfaces digitais (I2C, UART).

Desempenho Melhorado:Desenvolvimento de emissores com maior intensidade radiante e ângulos de feixe mais estreitos para aplicações de longo alcance, e detetores com menor corrente de escuro e maior velocidade.

Novos Comprimentos de Onda:Exploração de comprimentos de onda além de 940nm para aplicações de sensoriamento específicas como deteção de gases, embora o 940nm permaneça dominante para controle remoto e sensoriamento de propósito geral devido ao custo e compatibilidade.