Folha de Dados Técnicos do Emissor e Detetor de Infravermelhos LTE-S9511-E - Comprimento de Onda 940nm - Corrente Direta 20mA - Tensão Direta 1.5V - Dissipação de Potência 100mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTE-S9511-E é um componente discreto de infravermelhos concebido para uma vasta gama de aplicações que requerem emissão e deteção de infravermelhos fiáveis. Faz parte de uma linha de produtos abrangente que satisfaz as necessidades de alta potência, alta velocidade e ângulos de visão amplos em soluções de infravermelhos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Este componente foi desenvolvido para cumprir os padrões modernos de fabrico e ambientais. É um produto ecológico conforme com a diretiva RoHS, fornecido em fita de 8mm em bobinas de 13 polegadas de diâmetro para compatibilidade com equipamentos de colocação automática de alta velocidade. O seu design suporta processos de soldadura por reflow de infravermelhos, tornando-o adequado para montagem de PCB em volume. As aplicações-alvo primárias incluem sistemas de controlo remoto, módulos de transmissão de dados sem fios por IR, alarmes de segurança e vários outros eletrónicos de consumo e industriais onde seja necessária deteção ou sinalização por infravermelhos.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Aprofundada

Os seguintes parâmetros definem os limites operacionais e as características de desempenho do dispositivo em condições padrão (TA=25°C).

2.1 Classificações Absolutas Máximas

Estas classificações especificam os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não se destinam a operação contínua.

• Dissipação de Potência (Pd):100 mW. Esta é a quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar sob a forma de calor.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):1 A. Esta é a corrente pulsada máxima permitida em condições específicas (300 pps, largura de pulso de 10μs).
• Corrente Direta Contínua (I_F):50 mA. A corrente direta contínua máxima para operação fiável.
• Tensão Inversa (V_R):5 V. O dispositivo não foi concebido para operação em polarização inversa; exceder esta tensão pode causar rutura.
• Gama de Temperatura de Operação (T_opr):-40°C a +85°C. A gama de temperatura ambiente para funcionamento normal do dispositivo.
• Gama de Temperatura de Armazenamento (T_stg):-55°C a +100°C.
• Condição de Soldadura por Infravermelhos:Suporta 260°C durante um máximo de 10 segundos, definindo a tolerância do perfil de reflow.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos em condições de teste definidas.

• Intensidade Radiante (I_E):4.0 (Mín), 6.0 (Tip) mW/sr. Medida a I_F= 20mA. Indica a potência ótica de saída por ângulo sólido.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_Peak):940 nm (Tip). O comprimento de onda no qual a radiação infravermelha emitida é mais forte.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):50 nm (Tip). A largura de banda do espetro emitido a metade da intensidade de pico.
• Tensão Direta (V_F):1.2 (Tip), 1.5 (Máx) V. Medida a I_F= 20mA. A queda de tensão no dispositivo quando está a conduzir.
• Corrente Inversa (I_R):10 μA (Máx). Medida a V_R= 5V. Uma pequena corrente de fuga sob polarização inversa.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):20 (Mín), 25 (Tip) graus. O ângulo total onde a intensidade radiante cai para metade do seu valor no eixo.

3. Explicação do Sistema de Binning

O dispositivo está disponível em diferentes graus de desempenho, ou "bins", baseados na intensidade radiante. Isto permite aos designers selecionar um componente que corresponda precisamente aos requisitos de sensibilidade ou potência de saída da sua aplicação.

A lista de códigos de bin especifica a intensidade radiante mínima e máxima para cada grau a uma corrente de teste de 20mA:

• Bin K:4 a 6 mW/sr
• Bin L:5 a 7.5 mW/sr
• Bin M:6 a 9 mW/sr
• Bin N:7 a 10.5 mW/sr

A seleção de um código de bin superior (ex., N em vez de K) garante tipicamente uma saída ótica mínima mais elevada, o que pode ser crítico para alcançar um alcance maior ou uma melhor relação sinal-ruído num sistema.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados fornece várias curvas características que ilustram o comportamento do dispositivo em condições variáveis. Estas são essenciais para o design detalhado do circuito e para compreender os compromissos de desempenho.

4.1 Distribuição Espectral

Uma curva (Fig.1) mostra a intensidade radiante relativa versus o comprimento de onda. Confirma a emissão de pico a 940nm e a largura a meia altura espetral de aproximadamente 50nm, o que é típico para emissores de infravermelhos baseados em GaAs. Este espetro amplo é adequado para uso com fotodetetores de silício, que têm uma sensibilidade ampla na região do infravermelho próximo.

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

Esta curva (Fig.3) descreve a relação não linear entre corrente e tensão. Mostra que a tensão direta aumenta com a corrente, começando por volta de 1.0V e aproximando-se de 1.5V a 100mA. Esta curva é vital para projetar o circuito limitador de corrente.

4.3 Características de Temperatura

Múltiplas curvas ilustram a dependência do dispositivo da temperatura ambiente (T_a).

- Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig.2):Provavelmente mostra como a corrente direta máxima permitida é reduzida à medida que a temperatura ambiente aumenta, para evitar exceder o limite de dissipação de potência.

- Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.4):Demonstra que a potência de saída ótica diminui à medida que a temperatura sobe. Este coeficiente de temperatura negativo é uma consideração chave para aplicações que operam em ambientes térmicos variáveis, pois pode exigir compensação de temperatura no circuito de acionamento ou receção para manter um desempenho consistente.

4.4 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva (Fig.5) mostra que a intensidade radiante é geralmente proporcional à corrente direta, mas a relação pode tornar-se sublinear a correntes muito elevadas devido ao aquecimento e à queda de eficiência. Ajuda a determinar a corrente operacional ótima para um nível de saída desejado.

4.5 Diagrama de Radiação

O diagrama polar (Fig.6) representa visualmente o ângulo de visão. A intensidade é mais alta a 0° (no eixo) e diminui simetricamente, caindo para metade aproximadamente a ±12.5° (para um ângulo de visão de 25°). Este padrão é crucial para alinhar o emissor com um detetor ou para projetar óticas para moldar o feixe.

5. Informação Mecânica e de Embalagem

5.1 Dimensões de Contorno

O dispositivo está conforme com uma embalagem padrão EIA. As dimensões-chave incluem o tamanho do corpo, o espaçamento dos terminais e a altura total. Todas as dimensões são fornecidas em milímetros com uma tolerância típica de ±0.1mm, salvo indicação em contrário. A embalagem apresenta uma lente de plástico transparente com uma configuração de visão lateral, que direciona a luz emitida perpendicularmente ao plano do PCB.

5.2 Dimensões Sugeridas para as Pastilhas de Soldadura

Um diagrama fornece as dimensões recomendadas para o padrão de soldadura no PCB, para garantir a formação adequada da junta de solda e estabilidade mecânica durante e após o processo de reflow. Seguir estas diretrizes é crítico para o rendimento de fabrico e a fiabilidade a longo prazo.

5.3 Identificação da Polaridade

O cátodo é tipicamente indicado por um lado plano, um entalhe ou um terminal mais curto na embalagem. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem, pois aplicar tensão inversa além da classificação máxima pode danificar instantaneamente o dispositivo.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Parâmetros de Soldadura por Reflow

O dispositivo é compatível com processos de reflow por infravermelhos. As condições recomendadas incluem:

- Pré-aquecimento:150–200°C durante um máximo de 120 segundos.

- Temperatura de Pico:260°C máximo.

- Tempo Acima do Líquidus:10 segundos máximo (para um máximo de dois ciclos de reflow).

Estes parâmetros estão alinhados com os padrões JEDEC e as especificações comuns de pasta de solda sem chumbo. O perfil deve ser caracterizado para o design específico do PCB, componentes e forno utilizados.

6.2 Condições de Armazenamento

O dispositivo tem um Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL) de 3.

- Embalagem Selada:Armazenar a ≤30°C e ≤90% HR. Utilizar dentro de um ano a partir da data de selagem do saco.

- Embalagem Aberta:Para componentes removidos do saco à prova de humidade, o ambiente de armazenamento não deve exceder 30°C/60% HR. Recomenda-se completar o reflow por IR dentro de uma semana (168 horas). Para armazenamento mais longo fora da embalagem original, utilizar um recipiente selado com dessecante. Componentes armazenados por mais de uma semana devem ser cozidos a aproximadamente 60°C durante pelo menos 20 horas antes da soldadura para remover a humidade absorvida e prevenir o "efeito pipoca" durante o reflow.

6.3 Limpeza

Se for necessária limpeza após a soldadura, utilizar solventes à base de álcool, como álcool isopropílico. Devem ser evitados produtos químicos agressivos.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

7.1 Especificações da Fita e Bobina

O dispositivo é fornecido em fita transportadora de 8mm em bobinas de 13 polegadas (330mm) de diâmetro. Cada bobina contém aproximadamente 9000 peças. A embalagem está conforme com as especificações ANSI/EIA 481-1-A-1994. A fita tem uma selagem de cobertura superior, sendo permitido um máximo de dois bolsos de componentes vazios consecutivos.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Comandos à Distância:Para TVs, sistemas de áudio e outros eletrónicos de consumo.
• Transmissão de Dados por IR:Comunicação sem fios simplex de curto alcance para sensores ou sinais de controlo.
• Sistemas de Segurança:Como parte de feixes de deteção de intrusão ou sensores de proximidade.
• Deteção de Objetos:Sensores montados em PCB para contagem, deteção de posição ou deteção de bordas.

8.2 Considerações de Design e Método de Acionamento

Um LED é um dispositivo operado por corrente. Para garantir intensidade e longevidade consistentes, deve ser acionado por uma fonte de corrente ou uma fonte de tensão com uma resistência limitadora de corrente em série. O valor da resistência (R_s) pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. Onde V_Fé a tensão direta da folha de dados à corrente operacional desejada I_F. Ao acionar múltiplos LEDs em paralelo, é fortemente recomendado usar uma resistência limitadora de corrente separada para cada LED para evitar a monopolização da corrente devido a pequenas variações no seu V_F characteristics.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTE-S9511-E, com o seu comprimento de onda de 940nm, oferece uma vantagem chave sobre LEDs de luz visível ou outros comprimentos de onda de IR: é praticamente invisível ao olho humano, tornando-o ideal para operação discreta. Comparado com emissores de 850nm, o de 940nm tem tipicamente um ruído de fundo de irradiância solar mais baixo, o que pode melhorar a relação sinal-ruído em condições de luz ambiente. A embalagem com lente de visão lateral é especificamente concebida para aplicações onde o feixe de IR precisa de viajar paralelo à superfície do PCB, um requisito comum em sensores do tipo ranhura ou painéis com iluminação lateral.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Posso acionar este LED diretamente a partir de um pino de microcontrolador de 3.3V ou 5V?

R: Não. Deve usar uma resistência em série para limitar a corrente. Por exemplo, com uma alimentação de 5V e um I_Falvo de 20mA (V_F~1.2V), R_s= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω. Uma resistência de 200Ω seria um valor padrão adequado.

P: Qual é a diferença entre "Intensidade Radiante" e "Ângulo de Visão"?

R: A Intensidade Radiante (mW/sr) mede quanta potência ótica está concentrada numa dada direção (por esterradiano). O Ângulo de Visão define quão largo é esse feixe. Um dispositivo com alta intensidade radiante mas um ângulo de visão muito estreito projeta um feixe poderoso mas apertado. Este dispositivo tem um ângulo de visão moderado de 25°, oferecendo um bom equilíbrio entre concentração e cobertura do feixe.

P: Por que é importante o Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL 3)?

R: As embalagens de plástico podem absorver humidade do ar. Durante o processo de soldadura por reflow de alta temperatura, esta humidade retida pode vaporizar-se rapidamente, causando delaminação interna, fissuras ou "efeito pipoca", o que destrói o dispositivo. Seguir os procedimentos prescritos de armazenamento, manuseamento e cozedura é essencial para prevenir este modo de falha.

11. Caso Prático de Design e Utilização

Caso: Projetar um Sensor Simples de Deteção de Objetos por IR.

Um design comum usa o LTE-S9511-E tanto como emissor como detetor (num modo de sensoriamento reflexivo) ou usa um fototransístor separado. O emissor é pulsado a uma frequência específica (ex., 38kHz). O circuito detetor inclui um filtro sintonizado a esta frequência. Quando um objeto reflete o feixe de IR de volta para o detetor, o circuito regista um sinal. Passos-chave do design:

1. Circuito de Acionamento:Usar um transístor (ex., NPN ou MOSFET de canal N) comutado por um microcontrolador para pulsar o LED à corrente desejada (ex., pulsos de 50mA) e frequência. Incluir a resistência em série calculada.

2. Circuito Recetor:A saída de um fototransístor é alimentada a um amplificador e a um filtro passa-banda centrado na frequência de modulação (38kHz). Isto rejeita a luz ambiente (DC e baixa frequência) e outro ruído de IR.

3. Alinhamento:Usar o diagrama de radiação para alinhar o emissor e o detetor. Para sensoriamento reflexivo, são frequentemente colocados lado a lado num ângulo, com os seus campos de visão a intersetar-se à distância de sensoriamento desejada.

4. Layout do PCB:Colocar os componentes de acordo com o layout sugerido para as pastilhas. Garantir que a lente de plástico transparente não está obstruída pela máscara de solda ou outros componentes.

12. Introdução ao Princípio

O LTE-S9511-E, como emissor de infravermelhos, é um díodo semicondutor. Quando polarizado diretamente, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa (feita de materiais como GaAs ou AlGaAs), libertando energia sob a forma de fotões. A composição específica do material determina o comprimento de onda destes fotões; neste caso, está centrado em torno de 940nm, que está no espetro do infravermelho próximo. A lente de visão lateral é moldada em epóxi transparente, que extrai eficientemente a luz do chip semicondutor e a direciona lateralmente. O dispositivo também pode funcionar como detetor porque a junção PN semicondutora pode gerar uma pequena fotocorrente quando exposta a luz com energia suficiente (fotões com comprimento de onda mais curto que o comprimento de onda de corte do material). No entanto, a sua função primária otimizada é a emissão.

13. Tendências de Desenvolvimento

O campo dos componentes discretos de infravermelhos continua a evoluir. As tendências incluem:

- Maior Eficiência:Desenvolvimento de novos materiais e estruturas semicondutoras (ex., poços quânticos múltiplos) para extrair mais potência ótica por unidade de entrada elétrica, reduzindo a geração de calor e o consumo de energia.

- Velocidade Aumentada:Para aplicações de transmissão de dados, componentes com tempos de subida/descida mais rápidos permitem taxas de dados mais elevadas.

- Integração:Combinar o emissor, o detetor e a lógica de controlo (como modulação/demodulação) num único pacote ou módulo simplifica o design e melhora o desempenho.

- Miniaturização:Redução contínua do tamanho da embalagem para se adequar às exigências de eletrónicos de consumo cada vez mais pequenos, mantendo ou melhorando as especificações de desempenho.

- Fiabilidade Melhorada:Materiais e processos de embalagem melhorados para suportar condições ambientais mais severas e tempos de vida operacional mais longos.