Folha de Dados Técnicos do Emissor e Detetor de Infravermelho LTE-3273L - Comprimento de Onda 940nm - Alta Potência - Ângulo de Visão Amplo

1. Visão Geral do Produto

O LTE-3273L é um componente discreto de infravermelho (IR) projetado para aplicações que requerem emissão e deteção fiável de luz infravermelha. Pertence a uma família de dispositivos optoeletrónicos concebidos para desempenho em ambientes onde a sinalização por infravermelhos é crítica. A função principal deste dispositivo é emitir luz infravermelha num comprimento de onda específico quando acionado eletricamente e/ou detetar radiação infravermelha incidente, convertendo-a num sinal elétrico.

O produto está posicionado como uma solução para sistemas que exigem um equilíbrio entre elevada potência ótica, características elétricas eficientes e um padrão de emissão/deteção amplo. O seu design atende à necessidade de componentes que possam operar eficazmente em condições de pulso, o que é comum em protocolos de comunicação digital para conservar energia e aumentar a clareza do sinal.

Vantagens Principais:O LTE-3273L distingue-se por várias características-chave. Foi concebido para operação com correntes elevadas, mantendo uma tensão direta relativamente baixa, o que contribui para uma maior eficiência elétrica global e reduz o stress térmico. O dispositivo oferece uma elevada intensidade radiante, permitindo uma forte transmissão de sinal à distância ou através de obstáculos. O seu amplo ângulo de visão garante uma grande área de cobertura, tornando o alinhamento entre o emissor e o detetor menos crítico no projeto do sistema. Finalmente, a embalagem transparente permite uma transmissão máxima de luz com absorção ou dispersão interna mínima.

Mercados-Alvo e Aplicações:Este componente destina-se principalmente aos setores da eletrónica de consumo, automação industrial e segurança. As suas aplicações típicas incluem, mas não se limitam a, controlos remotos por infravermelhos para televisores e equipamentos de áudio, ligações de transmissão de dados sem fios de curto alcance, sensores de proximidade, contadores de objetos e sistemas de alarme de segurança onde se deteta a interrupção de um feixe. A capacidade de alta velocidade também o torna adequado para protocolos básicos de comunicação de dados por IR.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação detalhada e objetiva dos principais parâmetros listados na folha de dados, explicando a sua importância para o projeto e aplicação.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é recomendada a operação nestes limites ou perto deles para um desempenho fiável e de longo prazo.

• Dissipação de Potência (Pd): 150 mW- Esta é a quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar como calor a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C. Exceder este limite arrisca sobreaquecer a junção semicondutora, levando a degradação acelerada ou falha catastrófica. Os projetistas devem garantir que as condições de operação (corrente e tensão diretas) resultem numa dissipação de potência (IF * VF) abaixo deste valor, com uma margem de segurança.
• Corrente Direta de Pico (I_FP): 2 A- Esta é a corrente máxima permitida para operação em pulso, especificada nas condições de 300 pulsos por segundo (pps) com uma largura de pulso de 10 µs. Esta classificação elevada permite ao dispositivo fornecer uma potência ótica instantânea muito alta em rajadas curtas, o que é ideal para controlos remotos de longo alcance ou pulsos de sinal fortes em ambientes ruidosos.
• Corrente Direta Contínua (I_F): 100 mA- Esta é a corrente DC máxima que pode ser aplicada continuamente. Para a maioria das aplicações em estado ligado constante, a corrente de operação deve ser mantida neste nível ou abaixo. A corrente de operação típica é frequentemente muito mais baixa (ex.: 20-50 mA) para garantir longevidade e gerir o calor.
• Tensão Inversa (V_R): 5 V- A tensão máxima que pode ser aplicada no sentido inverso através do LED. Exceder isto pode causar ruptura e destruir o dispositivo. A proteção do circuito, como uma resistência em série ou um díodo de proteção em paralelo, é frequentemente usada para evitar picos de tensão inversa.
• Intervalos de Temperatura de Operação e Armazenamento:O dispositivo está classificado para operação de -40°C a +85°C e armazenamento de -55°C a +100°C. Estas amplas faixas tornam-no adequado para aplicações automóveis, industriais e exteriores onde se encontram temperaturas extremas.
• Temperatura de Soldadura dos Terminais: 260°C durante 5 segundos- Isto define a tolerância do perfil de soldadura por refluxo. A especificação de distância de 1,6 mm do corpo é crítica; aplicar calor mais perto da embalagem de plástico pode causar deformação ou dano interno.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos em condições de teste especificadas (TA=25°C). Eles definem como o dispositivo se comportará num circuito.

• Intensidade Radiante (I_E):
  • 5,6 - 8,0 mW/sr @ I_F= 20mA- Esta é a potência ótica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano). É uma medida direta do "brilho" da fonte de IR a partir da frente. A gama indica a variação típica de unidade para unidade.
  • 28,0 - 40,0 mW/sr @ I_F= 100mA- Mostra a relação não linear entre a corrente e a saída. Aumentar a corrente em 5 vezes aumenta a intensidade radiante aproximadamente 5 vezes, indicando boa eficiência mesmo a correntes mais elevadas.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_Peak): 940 nm- O comprimento de onda no qual o dispositivo emite a maior potência ótica. 940nm está no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano. Este é um comprimento de onda comum para controlos remotos, pois evita o brilho vermelho visível e alinha-se bem com a sensibilidade dos fotodetetores de silício.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ): 50 nm- Este parâmetro, também chamado de Largura Total a Meia Altura (FWHM), indica a pureza espectral da luz emitida. Um valor de 50 nm significa que a luz emitida abrange uma banda de comprimentos de onda com aproximadamente 50 nm de largura centrada no pico de 940 nm. Isto é típico para IREDs padrão de GaAs.
• Tensão Direta (V_F):
  • 1,25 - 1,6 V @ I_F= 50mA- A queda de tensão no dispositivo quando conduz 50mA. Esta baixa V_Fé uma característica-chave, reduzindo a perda de potência e a geração de calor.
  • 1,85 - 2,3 V @ I_F= 500mA- V_Faumenta com a corrente devido à resistência interna do díodo. Este valor é crucial para projetar drivers de pulso de alta corrente.
• Corrente Inversa (I_R): 100 µA máx. @ V_R= 5V- A pequena corrente de fuga que flui quando a tensão inversa máxima é aplicada. Um valor baixo é desejável.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2): 40°- Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor máximo (no eixo). Um ângulo de 40° fornece um feixe bastante amplo, útil para aplicações onde o alinhamento preciso é difícil.

2.3 Características Térmicas

Embora não listadas explicitamente numa tabela separada, o comportamento térmico é inferido a partir de vários parâmetros. A classificação de Dissipação de Potência (150mW) é intrinsecamente um limite térmico. As curvas de desempenho (discutidas mais tarde) mostram como a saída e a tensão direta mudam com a temperatura ambiente. A gestão térmica eficaz, através da área de cobre da PCB ou de dissipadores de calor, é essencial para manter o desempenho e a fiabilidade, especialmente quando se opera perto da corrente contínua máxima.

3. Análise das Curvas de Desempenho

As curvas típicas fornecem uma visão visual e quantitativa do comportamento do dispositivo em condições variáveis, o que é vital para um projeto de circuito robusto.

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

Esta curva IV mostra a relação exponencial típica de um díodo. A baixas correntes, a tensão é baixa. À medida que a corrente aumenta, a tensão sobe. A curva permite aos projetistas selecionar a resistência limitadora de corrente apropriada para uma determinada tensão de alimentação. Por exemplo, para acionar o LED a 100mA a partir de uma alimentação de 5V, o valor da resistência R = (V_supply- V_F) / I_F. Usando a V_Ftípica de ~1,6V a 100mA (extrapolada), R seria (5 - 1,6) / 0,1 = 34 Ohms. A potência na resistência seria I²R = 0,34W.

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

Este gráfico demonstra a dependência da saída ótica da corrente de acionamento. Geralmente é linear a correntes mais baixas, mas pode mostrar sinais de saturação ou eficiência reduzida a correntes muito altas devido a efeitos térmicos e de eficiência quântica interna. A curva confirma que a operação em pulso a 2A (dos Valores Máximos Absolutos) produzirá uma saída instantânea significativamente maior do que a operação contínua a 100mA, justificando o seu uso para sinalização de longo alcance.

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

Esta é uma curva crítica para compreender o impacto ambiental. Mostra que à medida que a temperatura ambiente aumenta, a intensidade radiante diminui. Esta é uma característica dos LEDs; uma temperatura de junção mais elevada reduz a eficiência quântica interna. Por exemplo, a saída a +85°C pode ser apenas 60-70% da saída a +25°C. Os projetistas devem considerar esta derating em sistemas que devem operar de forma fiável em toda a gama de temperatura. Pode ser necessário acionar o LED com uma corrente ligeiramente mais alta a temperaturas elevadas para compensar a perda de saída, desde que os limites de dissipação de potência não sejam excedidos.

3.4 Distribuição Espectral (Fig. 1)

Este gráfico visualiza o espectro de emissão, centrado em 940nm com um FWHM de 50nm. Confirma que o dispositivo emite no infravermelho próximo e ajuda na seleção de filtros óticos compatíveis ou na avaliação de interferência potencial de fontes de luz ambiente (como luz solar ou lâmpadas incandescentes, que têm espectros amplos).

3.5 Diagrama de Radiação (Fig. 6)

Este gráfico polar fornece uma visão detalhada da distribuição angular da luz emitida. Representa graficamente o ângulo de visão de 40° (2θ_1/2). A forma da curva é importante para projetar lentes ou refletores para colimar ou espalhar ainda mais o feixe para aplicações específicas.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões e Tolerâncias de Contorno

O dispositivo apresenta uma embalagem de orifício passante padrão com uma flange para estabilidade mecânica e possível dissipação de calor. As dimensões-chave incluem o diâmetro do corpo, o espaçamento dos terminais e o comprimento total. Todas as dimensões são especificadas em milímetros. A tolerância padrão é de ±0,25 mm, a menos que uma característica específica tenha uma indicação diferente. O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais saem do corpo da embalagem, que é a referência padrão para a colocação dos orifícios na PCB. É notada uma protuberância máxima de resina sob a flange de 1,5 mm, o que é importante para o afastamento e limpeza da PCB.

4.2 Identificação da Polaridade

Para um emissor de IR (LED), o terminal mais longo é tipicamente o ânodo (positivo) e o terminal mais curto é o cátodo (negativo). O contorno da folha de dados deve indicar isto claramente, frequentemente com um lado plano na embalagem ou um entalhe perto do terminal do cátodo. A polaridade correta é essencial; a polarização inversa além de 5V pode danificar o dispositivo.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

Soldadura por Refluxo:O parâmetro especificado é 260°C durante no máximo 5 segundos, medido num ponto a 1,6 mm do corpo da embalagem. Isto alinha-se com os perfis de refluxo sem chumbo comuns (temperatura de pico 240-260°C). A distância de 1,6 mm é crítica para evitar que a embalagem de plástico exceda a sua temperatura de transição vítrea e se deforme.

Soldadura Manual:Se for necessária soldadura manual, deve ser usado um ferro de soldar com controlo de temperatura. O tempo de contacto por terminal deve ser minimizado, idealmente menos de 3 segundos, usando uma pinça dissipadora de calor no terminal entre o ferro e o corpo da embalagem.

Limpeza:Após a soldadura, podem ser usados processos de limpeza padrão de PCB, mas a compatibilidade com a embalagem de resina transparente deve ser verificada com o fabricante do agente de limpeza.

Condições de Armazenamento:Para evitar a absorção de humidade (que pode causar "pipocagem" durante o refluxo), os dispositivos devem ser armazenados num ambiente seco, tipicamente abaixo de 40% de humidade relativa à temperatura ambiente, ou em sacos selados com barreira de humidade com dessecante se a vida útil for prolongada.

6. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Circuito de Acionamento do Emissor:O circuito mais simples é uma resistência limitadora de corrente em série. Para operação em pulso, é usado um transístor (BJT ou MOSFET) para ligar e desligar a corrente elevada. O driver deve ser capaz de fornecer a corrente de pico (até 2A) com baixa tensão de saturação para maximizar a tensão no LED. Um tempo de subida/descida rápido é desejável para transmissão de dados.

Circuito do Detetor:Quando usado como fotodíodo (se aplicável por variante), é tipicamente operado em modo de polarização inversa ou fotovoltaico (polarização zero), ligado a um amplificador de transimpedância para converter a pequena fotocorrente numa tensão utilizável.

6.2 Considerações de Projeto Principais

• Limitação de Corrente:Utilize sempre uma resistência em série ou um driver de corrente constante ativo. Nunca ligue diretamente a uma fonte de tensão.
• Operação em Pulso:Para acionamento em pulso, garanta que a largura do pulso e o ciclo de trabalho mantêm a dissipação de potência média dentro dos limites. Corrente média = Corrente de Pico * Ciclo de Trabalho. Para pulsos de 2A a 300pps e largura de 10µs, ciclo de trabalho = (10e-6 * 300) = 0,003 (0,3%). Corrente média = 2A * 0,003 = 6mA, o que está bem dentro da classificação contínua.
• Caminho Ótico:Considere o ângulo de visão de 40°. Para um feixe focalizado, pode ser necessária uma lente. Para deteção de área ampla, o ângulo pode ser suficiente. Mantenha o caminho ótico livre de obstruções e limpo.
• Imunidade à Luz Ambiente:Em aplicações de detetor, a luz IR ambiente (do sol, lâmpadas) é uma grande fonte de ruído. Usar um sinal IR modulado (ex.: 38kHz) e um circuito recetor sintonizado correspondente é o método padrão para rejeitar este ruído DC e de baixa frequência.
• Layout da PCB:Para o emissor, garanta uma largura de trilho suficiente para lidar com as correntes de pulso de pico sem queda de tensão excessiva. Para gestão térmica, ligue a flange (se eletricamente isolada ou ligada a um terminal) a uma área de cobre na PCB para atuar como dissipador de calor.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora peças específicas da concorrência não sejam nomeadas, a combinação de parâmetros do LTE-3273L define o seu nicho:

• vs. IREDs padrão de 940nm:A sua elevada classificação de corrente de pico (2A) e alta intensidade radiante a 100mA distinguem-no de variantes de baixa potência usadas em controlos remotos simples. Isto torna-o adequado para aplicações de maior alcance ou com maior imunidade ao ruído.
• vs. IREDs de alta velocidade de 850nm:O LTE-3273L usa GaAs a 940nm, enquanto as variantes de alta velocidade frequentemente usam AlGaAs a 850nm. Os dispositivos de 850nm tipicamente têm tempos de subida/descida mais rápidos para dados de alta velocidade, mas podem ter um brilho vermelho fraco. O dispositivo de 940nm é completamente invisível, o que é preferível para aplicações discretas, e o seu FWHM de 50nm é padrão.
• vs. Fototransístores/Fotodíodos na mesma embalagem:O título da folha de dados sugere uma família que cobre tanto emissores como detetores. Uma versão dedicada de fotodetector teria características diferentes (responsividade, corrente de escuro, velocidade). A vantagem principal de um par combinado da mesma família pode ser o casamento espectral otimizado.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Posso acionar este LED continuamente a 500mA?

R: Não. O Valor Máximo Absoluto para corrente direta contínua é 100mA. A condição de 500mA listada na tabela de Características Elétricas é uma condição de teste para medir V_Fsob alta corrente, provavelmente relevante para a sua classificação de operação em pulso. A operação contínua não deve exceder 100mA.

P2: Porque é que o alcance do meu controlo remoto IR é mais curto num carro quente?

R: Consulte a Fig. 4 (Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente). A saída do LED diminui à medida que a temperatura sobe. A +85°C, a saída pode ser 30-40% menor do que à temperatura ambiente, reduzindo diretamente o alcance efetivo.

P3: Que resistência devo usar com uma alimentação de 3,3V para obter uma saída típica?

R: Para um I_Falvo de 20mA (dando 5,6-8,0 mW/sr), e uma V_Ftípica de 1,6V a 50mA (use ~1,5V como estimativa para 20mA), R = (3,3V - 1,5V) / 0,02A = 90 Ohms. O valor padrão mais próximo é 91 Ohms. Potência na resistência: (0,02^2)*91 = 0,0364W, portanto uma resistência de 1/8W ou 1/10W é suficiente.

P4: O ângulo de visão é o mesmo para emissão e deteção?

R: Para um Emissor de IR (LED), o ângulo de 40° especifica o padrão de emissão. Para um detetor Fotodíodo ou Fototransístor, um parâmetro semelhante mas separado chamado "Campo de Visão" ou "Ângulo de Sensibilidade" definiria a sua aceitação angular. São frequentemente semelhantes, mas não necessariamente idênticos. Consulte a folha de dados específica do detetor.

9. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar um Transmissor de Comando de Portão de Garagem de Longo Alcance.

O objetivo do projeto é alcançar um alcance fiável de 50 metros em condições de luz do dia. O LTE-3273L é selecionado pela sua elevada capacidade de saída em pulso.

Passos do Projeto:

1. Circuito de Acionamento:Use um MOSFET comutado por um microcontrolador para pulsar o LED. Uma resistência em série é calculada com base na tensão da bateria (ex.: 12V) e na corrente de pico desejada. Para maximizar o alcance, acione perto da classificação de pico: escolha I_FP= 1,5A (dentro do máximo de 2A). V_Fa 1,5A (por extrapolação da curva) ~2,5V. Resistência R = (12V - 2,5V) / 1,5A = 6,33 Ohms. Use uma resistência de 6,2 Ohm, 5W para lidar com a potência do pulso (P = I²R = 1,5^2 * 6,2 ≈ 14W de pico, mas a potência média é baixa).

2. Pulsação:Codifique o comando usando uma portadora de 38kHz modulada pelos bits de dados. A largura do pulso para cada rajada de 38kHz é mantida em 10µs ou menos para permanecer dentro da classificação. O ciclo de trabalho é muito baixo.

3. Ótica:Adicione uma lente de plástico simples em frente ao LED para colimar o feixe natural de 40° num feixe mais estreito e focado para maior alcance.

4. Térmica:Devido ao baixo ciclo de trabalho, a potência média e o aquecimento são mínimos. Nenhum dissipador de calor especial é necessário além do cobre da PCB ligado à flange.

Este projeto aproveita as características-chave do LTE-3273L: alta corrente de pico, alta intensidade radiante e adequação para operação em pulso.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Emissor de Infravermelhos (IRED):O LTE-3273L, quando funciona como emissor, é um Díodo Emissor de Luz (LED) baseado em material semicondutor de Arsenieto de Gálio (GaAs). Quando uma tensão direta é aplicada, eletrões e lacunas são injetados na região ativa da junção semicondutora. Quando estes portadores de carga se recombinam, libertam energia na forma de fotões (luz). A energia específica da banda proibida do material GaAs determina o comprimento de onda destes fotões, que está na região do infravermelho a 940 nanómetros. A embalagem transparente permite que esta luz escape com perda mínima.

Detetor de Infravermelhos (Fotodíodo):Se configurado como detetor, o dispositivo contém uma junção PIN semicondutora. Quando fotões com energia maior que a banda proibida do semicondutor (ou seja, luz infravermelha) atingem a região de depleção, criam pares eletrão-lacuna. Estes portadores de carga são então separados pelo campo elétrico interno (ou por uma polarização inversa aplicada), gerando uma fotocorrente que é proporcional à intensidade da luz incidente. Esta pequena corrente pode ser amplificada e processada por circuitos externos.

11. Tendências e Contexto Tecnológico

Componentes discretos de infravermelhos como o LTE-3273L representam uma tecnologia madura e estável. Os materiais principais (GaAs, AlGaAs) e os tipos de embalagem foram otimizados ao longo de décadas para fiabilidade e rentabilidade. As tendências atuais neste campo não são sobre mudanças revolucionárias nos próprios dispositivos discretos, mas na sua integração e contexto de aplicação:

• Integração:Há uma tendência para módulos integrados que combinam o emissor, o detetor, o driver, o amplificador e a lógica digital (como um descodificador para um protocolo específico) num único pacote de montagem em superfície. Estes simplificam o projeto, mas podem não oferecer o mesmo nível de personalização ou otimização de desempenho que as peças discretas para aplicações especializadas.
• Miniaturização:Embora as embalagens de orifício passante permaneçam populares pela robustez, há uma procura crescente por versões menores de dispositivos de montagem em superfície (SMD) para economizar espaço nas PCBs modernas.
• Desempenho Aprimorado:Para novas aplicações como LiDAR para eletrónica de consumo ou reconhecimento avançado de gestos, há investigação em emissores de IR mais rápidos e eficientes (ex.: usando tecnologia VCSEL) e detetores com maior sensibilidade e menor ruído. No entanto, para aplicações clássicas como controlos remotos, sensoriamento de proximidade e ligações de dados básicas, componentes tradicionais como o LTE-3273L oferecem um equilíbrio ideal de desempenho, fiabilidade e custo.
• Expansão da Aplicação:Os princípios fundamentais permanecem relevantes para dispositivos emergentes da Internet das Coisas (IoT), onde é necessária comunicação ou sensoriamento sem fios simples e de baixa potência sem a complexidade dos sistemas de radiofrequência (RF).

Em resumo, o LTE-3273L é um componente robusto e bem especificado baseado em tecnologia comprovada. O seu valor reside na sua folha de dados clara e detalhada, que permite aos engenheiros prever com precisão o seu comportamento e projetá-lo eficazmente em sistemas que requerem funcionalidade de infravermelhos fiável para controlo, sensoriamento ou comunicação básica.