Ficha Técnica do Emissor e Detetor de Infravermelhos LTE-S9511T-E - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Ângulo de Visão 25° - Dissipação de Potência 100mW - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTE-S9511T-E é um componente discreto de infravermelhos concebido para uma vasta gama de aplicações optoelectrónicas. Pertence a uma família de dispositivos projetados para fornecer soluções que requerem alta potência, alta velocidade e características óticas específicas. O componente é construído utilizando tecnologia de Arsenieto de Gálio (GaAs), que é padrão para emissores de infravermelhos, para atingir as suas métricas de desempenho alvo.

1.1 Características e Vantagens Principais

O dispositivo incorpora várias características-chave que o tornam adequado para a montagem eletrónica moderna e normas ambientais. É conforme com as diretivas RoHS, classificando-o como um Produto Ecológico. A embalagem é concebida para compatibilidade com fabricação em grande volume, fornecida em fita de 8mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, compatível com equipamento de colocação automática. Além disso, o componente pode suportar processos de soldadura por refluxo por infravermelhos, um requisito crítico para linhas de montagem de tecnologia de montagem em superfície (SMT). A própria embalagem está em conformidade com as normas EIA, garantindo compatibilidade mecânica.

1.2 Aplicações Alvo e Mercado

A aplicação principal para este componente é como emissor de infravermelhos. As suas características tornam-no bem adequado para integração em sistemas como telecomandos para eletrónica de consumo, ligações de transmissão de dados sem fios baseadas em IR, alarmes de segurança e outras aplicações de deteção. Destina-se a configurações montadas em PCB, fornecendo uma fonte compacta e fiável de luz infravermelha.

2. Especificações Técnicas e Interpretação Objetiva

Esta secção fornece uma análise objetiva e detalhada dos parâmetros elétricos, óticos e térmicos do dispositivo, conforme definido na ficha técnica.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não se destinam a operação normal.

• Dissipação de Potência (Pd):100 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar como calor sem exceder os seus limites térmicos.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):1 A. Esta é a corrente máxima permitida em condições de pulso (300 pulsos por segundo, largura de pulso de 10 μs). É significativamente superior à classificação DC, destacando a capacidade do dispositivo para operação em pulso, comum em transmissão de dados e telecomandos.
• Corrente Direta Contínua (I_F):50 mA. A corrente direta contínua máxima que o dispositivo pode suportar.
• Tensão Inversa (V_R):5 V. Aplicar uma tensão inversa superior a esta pode causar a ruptura da junção semicondutora.
• Gama de Temperatura de Operação (T_op):-40°C a +85°C. A gama de temperatura ambiente dentro da qual o dispositivo é especificado para operar corretamente.
• Gama de Temperatura de Armazenamento (T_stg):-55°C a +100°C. A gama de temperatura para armazenamento não operacional.
• Condição de Soldadura por Infravermelhos:Suporta 260°C durante um máximo de 10 segundos. Isto define a tolerância do perfil de soldadura por refluxo.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C sob condições de teste especificadas.

• Intensidade Radiante (I_E):6,0 mW/sr (Típico) a I_F= 20mA. Mede a potência ótica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano). É um parâmetro chave para determinar o alcance efetivo e a força do sinal numa aplicação.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_p):940 nm (Típico). O comprimento de onda no qual a potência ótica emitida é máxima. Isto está no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano mas detetável por fotodíodos e fototransístores de silício.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):50 nm (Típico). Indica a largura de banda espectral, ou a gama de comprimentos de onda emitidos. Um valor de 50 nm é comum para IREDs de GaAs padrão.
• Tensão Direta (V_F):1,2 V (Típico), 1,5 V (Máx.) a I_F= 20mA. A queda de tensão no dispositivo quando está a conduzir corrente. Isto é crucial para projetar o circuito de acionamento e calcular o consumo de energia.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Máx.) a V_R= 5V. A pequena corrente de fuga que flui quando o dispositivo está polarizado inversamente.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):25 graus (Típico). Definido como o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor no eixo central. Um ângulo de 25 graus indica um feixe relativamente focado, o que pode ser benéfico para comunicação direcionada ou deteção.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui vários gráficos que ilustram a relação entre parâmetros-chave. Estas curvas são essenciais para compreender o comportamento do dispositivo em condições não padrão.

3.1 Distribuição Espectral

A curva de distribuição espectral (Fig.1) mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma o pico aproximadamente a 940nm e a largura a meia altura de aproximadamente 50nm, fornecendo uma representação visual da pureza espectral da luz emitida.

3.2 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Esta curva (Fig.3) é fundamental para qualquer dispositivo semicondutor. Mostra a relação não linear entre a corrente através do IRED e a tensão nos seus terminais. A curva desloca-se com a temperatura, o que é crítico para a gestão térmica no projeto.

3.3 Dependência da Temperatura

As Figuras 2 e 4 descrevem como o desempenho do dispositivo muda com a temperatura ambiente. Tipicamente, a tensão direta de um díodo tem um coeficiente de temperatura negativo (diminui à medida que a temperatura aumenta), enquanto a potência de saída ótica também geralmente diminui com o aumento da temperatura. Estes gráficos permitem aos projetistas reduzir a classificação de desempenho para ambientes de alta temperatura.

3.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta

A Figura 5 mostra como a saída de luz escala com a corrente de acionamento. É tipicamente sub-linear; duplicar a corrente não duplica a saída ótica. Esta relação é importante para definir o ponto de operação para atingir o brilho ou força de sinal desejados de forma eficiente.

3.5 Padrão de Radiação

O diagrama polar (Fig.6) fornece um mapa detalhado da intensidade emitida em função do ângulo em relação ao eixo central. Este dispositivo com ângulo de visão de 25 graus mostra um padrão de feixe mais forte no centro e que diminui em direção às bordas, o que é crucial para o projeto de sistemas óticos, como o alinhamento com o campo de visão de um recetor.

4. Informação Mecânica e de Embalagem

4.1 Dimensões de Contorno

A ficha técnica fornece desenhos mecânicos detalhados do componente. As dimensões-chave incluem o tamanho do corpo, o espaçamento dos terminais e a altura total. O componente apresenta uma embalagem plástica transparente com uma lente de visão lateral, que molda o padrão de radiação da luz emitida. Todas as dimensões críticas são fornecidas com uma tolerância padrão de ±0,15mm, salvo indicação em contrário.

4.2 Layout Sugerido para as Pistas de Soldadura

Está incluído um padrão de pistas (footprint) recomendado para o projeto de PCB. Respeitar estas dimensões é vital para garantir a formação adequada da junta de solda durante o refluxo, alcançar boa resistência mecânica e facilitar a dissipação térmica do dispositivo.

4.3 Identificação da Polaridade

Aplicam-se as convenções padrão de polaridade de LED. O cátodo é tipicamente indicado por uma borda plana no corpo da embalagem, um entalhe ou um terminal mais curto. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem para evitar danos.

5. Diretrizes de Montagem, Manuseamento e Fiabilidade

5.1 Guia de Soldadura e Montagem

O dispositivo está classificado para soldadura por refluxo por infravermelhos. A ficha técnica especifica parâmetros críticos do perfil:

• Pré-aquecimento:150–200°C.
• Tempo de Pré-aquecimento:120 segundos no máximo.
• Temperatura de Pico:260°C no máximo.
• Tempo Acima do Líquidus:10 segundos no máximo (para um máximo de dois ciclos de refluxo).

Para soldadura manual com ferro, a recomendação é uma temperatura máxima de 300°C durante não mais de 3 segundos por junta. A ficha técnica enfatiza que o perfil ótimo depende do projeto específico da PCB, da pasta de solda e do forno, e recomenda usar perfis padrão JEDEC como ponto de partida.

5.2 Condições de Armazenamento

O componente tem um Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL) de 3. Isto significa:

• Saco Selado:Pode ser armazenado até um ano a ≤30°C e ≤90% de HR.
• Após Abertura do Saco:Deve ser armazenado a ≤30°C e ≤60% de HR. Os componentes devem ser submetidos a refluxo dentro de uma semana (168 horas). Se armazenados mais tempo fora do saco original, devem ser armazenados num armário seco ou recipiente selado com dessecante. Se expostos por mais de uma semana, é necessário um tratamento de secagem a 60°C durante pelo menos 20 horas antes da soldadura para evitar fissuras tipo "pipoca" durante o refluxo.

5.3 Limpeza

Se for necessária limpeza após a soldadura, devem ser usados apenas solventes à base de álcool, como álcool isopropílico (IPA). Produtos químicos agressivos podem danificar a embalagem plástica ou a lente.

6. Embalagem e Informação de Encomenda

6.1 Especificações da Fita e Bobina

O componente é fornecido em fita transportadora relevada com fita de cobertura, enrolada em bobinas de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. Cada bobina contém 3000 peças. A embalagem está em conformidade com as normas ANSI/EIA-481-1-A-1994. As especificações incluem dimensões dos compartimentos, largura da fita e tamanho do cubo da bobina para garantir compatibilidade com máquinas automáticas pick-and-place.

7. Considerações de Projeto de Aplicação

7.1 Projeto do Circuito de Acionamento

Uma nota de projeto crítica é que um LED é um dispositivo operado por corrente. A ficha técnica recomenda vivamente contra a ligação de múltiplos LEDs diretamente em paralelo a partir de uma única fonte de tensão com uma única resistência limitadora de corrente (Modelo de Circuito B). Devido a variações naturais na tensão direta (V_F) de dispositivos individuais, a corrente não será partilhada igualmente, levando a diferenças significativas no brilho e potencial sobrecarga de um dispositivo. O método recomendado (Modelo de Circuito A) é usar uma resistência limitadora de corrente separada em série com cada LED. Isto garante corrente uniforme e, portanto, intensidade radiante uniforme em todos os dispositivos da matriz.

7.2 Gestão Térmica

Embora a dissipação de potência máxima absoluta seja de 100mW, a operação prática deve manter-se bem abaixo deste limite, especialmente a temperaturas ambientes mais elevadas. As curvas de redução de classificação (Fig. 2, Fig. 4) devem ser consultadas. Uma área de cobre adequada na PCB (usar o layout de pistas sugerido ajuda) é necessária para conduzir o calor para longe da junção do dispositivo, mantendo o desempenho e longevidade.

7.3 Projeto Ótico

O ângulo de visão de 25 graus e a embalagem com lente de visão lateral influenciam a forma como a energia IR é direcionada. Para um desempenho ótimo numa ligação de deteção ou comunicação, o padrão de radiação do emissor deve estar alinhado com o perfil de sensibilidade angular do recetor. O diagrama de radiação (Fig.6) é essencial para este alinhamento. Para aplicações que requerem um padrão de feixe diferente, podem ser necessárias lentes ou refletores externos.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTE-S9511T-E, com o seu comprimento de onda de pico de 940nm, está posicionado para aplicações de infravermelhos de uso geral. Diferenciais-chave incluem a sua embalagem de visão lateral, útil para iluminação de borda ou requisitos específicos de trajeto ótico, e a sua compatibilidade com processos de montagem automática. Comparado com dispositivos com ângulos de visão mais amplos (ex., 60-120 graus), este componente oferece maior intensidade axial para uma dada corrente de acionamento, o que pode traduzir-se em maior alcance ou menor consumo de energia para ligações direcionadas. O seu comprimento de onda de 940nm é um padrão comum, garantindo ampla compatibilidade com recetores de infravermelhos baseados em silício e filtros concebidos para esse espetro.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Posso acionar este IRED diretamente a partir de um pino GPIO de um microcontrolador?

R: Depende da capacidade de fornecimento de corrente do GPIO. A uma corrente de acionamento típica de 20mA, o GPIO deve ser capaz de fornecer pelo menos isso. É sempre necessária uma resistência em série para limitar a corrente, calculada como R = (V_supply- V_F) / I_F. Para uma alimentação de 3,3V e V_Fde 1,2V a 20mA, R = (3,3 - 1,2) / 0,02 = 105 Ohms. Uma resistência de 100 Ohm seria uma escolha padrão.

P2: Qual é a diferença entre comprimento de onda de pico (λ_p) e comprimento de onda dominante (λ_d)?

R: O comprimento de onda de pico é o comprimento de onda no ponto máximo da curva de distribuição de potência espectral. O comprimento de onda dominante é derivado da colorimetria e representa a cor percebida. Para emissores de IR monocromáticos, são tipicamente muito próximos, mas λ_pé a especificação técnica padrão para desempenho optoelectrónico.

P3: Por que é que a classificação de corrente em pulso (1A) é tão superior à classificação DC (50mA)?

R: Isto deve-se a limitações térmicas. Durante um pulso muito curto (10μs), a junção semicondutora não tem tempo para aquecer significativamente, permitindo uma corrente instantânea muito mais elevada sem exceder a temperatura máxima da junção. Em operação DC, o calor acumula-se continuamente, pelo que a corrente deve ser limitada para manter a temperatura dentro de limites seguros.

10. Exemplos Práticos de Aplicação

Exemplo 1: Transmissor Simples de Telecomando por IR.O LTE-S9511T-E pode ser usado como o emissor num telecomando básico. Um microcontrolador gera um sinal digital modulado (ex., portadora de 38kHz) correspondente a um protocolo de comando (ex., NEC, RC5). Este sinal comuta um transístor que aciona o IRED com corrente em pulso até à classificação de pico de 1A, criando rajadas de luz infravermelha. O feixe focado de 25 graus ajuda a garantir que o sinal é direcionado para o recetor.

Exemplo 2: Sensor de Proximidade ou Deteção de Objetos.Emparelhado com um recetor separado de fototransístor ou fotodíodo, o emissor pode ser usado para detetar a presença ou ausência de um objeto. O emissor projeta luz IR através de um vão. Quando um objeto interrompe o feixe, o sinal do recetor cai, desencadeando um evento de deteção. A embalagem de visão lateral pode ser vantajosa no projeto de conjuntos de sensores compactos onde o trajeto ótico é paralelo à PCB.

11. Princípio Operacional

O LTE-S9511T-E é um díodo emissor de luz (LED) baseado em material semicondutor de Arsenieto de Gálio (GaAs). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção P-N, eletrões e lacunas são injetados na região ativa onde se recombinam. Num semicondutor de banda proibida direta como o GaAs, esta recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). A banda proibida específica do material determina o comprimento de onda da luz emitida; para o GaAs, isto resulta em emissão de infravermelhos por volta de 940nm. A lente de visão lateral é feita de epóxi transparente que encapsula o chip semicondutor e molda a luz emitida no padrão de radiação especificado.

12. Contexto e Tendências da Indústria

Componentes discretos de infravermelhos como o LTE-S9511T-E permanecem blocos de construção fundamentais em eletrónica. Embora os módulos de sensor integrados (que combinam emissor, detetor e lógica num único pacote) estejam a crescer para aplicações específicas como deteção de gestos, os componentes discretos oferecem flexibilidade de projeto, rentabilidade para aplicações de alto volume e a capacidade de otimizar o trajeto ótico de forma independente. As tendências na indústria incluem a procura contínua por miniaturização, maior eficiência (mais saída ótica por entrada elétrica) e maior compatibilidade com processos de soldadura sem chumbo e de alta temperatura. A conformidade RoHS e Produto Ecológico deste dispositivo está alinhada com os regulamentos ambientais globais que impulsionam a indústria eletrónica.