Folha de Dados do Emissor e Detetor de Infravermelhos LTE-R38381L-S - Comprimento de Onda 940nm - Corrente Direta 1A - Potência 1.8W - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas completas para um componente emissor de infravermelhos discreto. O dispositivo foi projetado para aplicações que requerem uma fonte de luz infravermelha de alta potência e confiabilidade. Ele utiliza um chip de Arsenieto de Gálio (GaAs) para emitir luz num comprimento de onda de pico de 940 nanómetros, que está no espectro do infravermelho próximo e é invisível ao olho humano. A função principal deste componente é servir como um emissor de infravermelhos controlado em vários sistemas eletrónicos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O componente oferece várias vantagens-chave para aplicações de infravermelhos. Apresenta uma alta intensidade radiante, permitindo uma transmissão de sinal forte. Foi projetado para uma corrente de acionamento elevada, o que contribui para a sua potência de saída. O dispositivo também é caracterizado pela sua longa vida operacional e alta confiabilidade de desempenho. É compatível com regulamentações ambientais como a RoHS, classificando-o como um produto ecológico. As aplicações-alvo para este emissor de infravermelhos são diversas, focando-se principalmente em áreas como emissores de infravermelhos para sistemas de controlo remoto e sensores de infravermelhos montados em PCB para deteção de proximidade, sensoriamento de objetos ou transmissão de dados.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Detalhada

As secções seguintes fornecem uma análise objetiva e detalhada dos principais parâmetros técnicos do dispositivo, conforme definidos nos seus limites de especificação.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida e deve ser evitada num projeto confiável.

• Dissipação de Potência (Pd):1.8 Watts. Esta é a quantidade máxima de potência que o dispositivo pode dissipar como calor a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C. Exceder este valor fará com que a temperatura da junção aumente excessivamente.
• Corrente Direta de Pico (IFP):5 Amperes. Esta é a corrente máxima permitida em condições de pulso (300 pulsos por segundo, largura de pulso de 10 microssegundos). É significativamente maior do que a classificação DC, aproveitando a inércia térmica do dispositivo.
• Corrente Direta DC (IF):1 Ampere. Esta é a máxima corrente direta contínua que o dispositivo pode suportar.
• Tensão Reversa (VR):5 Volts. Aplicar uma tensão reversa superior a esta pode causar a ruptura da junção semicondutora.
• Resistência Térmica (RθJ):10 K/W. Este parâmetro indica a eficácia com que o calor viaja da junção semicondutora para o ambiente. Um valor mais baixo significa melhor dissipação de calor.
• Gama de Temperatura de Operação:-40°C a +85°C. O dispositivo tem funcionamento garantido dentro desta gama de temperatura ambiente.
• Gama de Temperatura de Armazenamento:-55°C a +100°C.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos e garantidos, medidos sob condições de teste especificadas (TA=25°C, salvo indicação em contrário).

• Intensidade Radiante (I_E):160 mW/sr (Mín.). Mede a potência ótica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano) ao longo do eixo. Define a força do feixe numa direção específica.
• Fluxo Radiante Total (Φ_e):590 mW (Típ.). Esta é a potência ótica total emitida pelo dispositivo em todas as direções (4π esterradianos).
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_P):940 nm (Típ.). O comprimento de onda no qual a potência ótica emitida é máxima.
• Largura Espectral a Meia Altura (Δλ):50 nm (Típ.). Esta é a largura de banda espectral onde a intensidade radiante é pelo menos metade do seu valor de pico. Descreve a pureza da cor (comprimento de onda) emitida.
• Tensão Direta (V_F):1.8V (Típ.), 2.3V (Máx.) a I_F=1A. A queda de tensão no dispositivo quando conduz a corrente direta especificada.
• Corrente Reversa (I_R):10 μA (Máx.) a V_R=5V. A pequena corrente de fuga que flui quando o dispositivo está polarizado inversamente.
• Tempo de Subida/Descida (t_r/t_f):30 ns (Típ.). O tempo necessário para a saída ótica subir de 10% para 90% (ou descer de 90% para 10%) do seu valor final em resposta a uma corrente em degrau. Isto determina a velocidade máxima de modulação.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):90 graus (Típ.). O ângulo total no qual a intensidade radiante é metade do valor no centro (0°). Um ângulo de 90° indica um padrão de feixe amplo.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados inclui vários gráficos que ilustram o comportamento do dispositivo sob condições variáveis. Estas curvas são essenciais para compreender as não linearidades e dependências de temperatura.

3.1 Distribuição Espectral

Um gráfico (Fig.1) mostra a intensidade radiante relativa versus comprimento de onda. A curva está centrada em torno de 940 nm com uma largura a meia altura típica de 50 nm. Isto confirma que o dispositivo emite na região do infravermelho próximo, que é ideal para muitos sensores e controlos remotos que filtram a luz visível.

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

A curva I-V (Fig.3) demonstra a relação exponencial típica de um díodo. Na corrente nominal de 1A, a tensão direta é tipicamente 1.8V. Os projetistas devem garantir que o circuito de acionamento possa fornecer esta tensão na corrente necessária.

3.3 Dependência da Temperatura

Gráficos-chave ilustram o impacto da temperatura:

• Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente (Fig.2):Mostra como a corrente direta máxima permitida é reduzida à medida que a temperatura ambiente aumenta, devido ao limite fixo de dissipação de potência.
• Intensidade Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.4):Indica que a potência ótica de saída diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Este é um fator crítico para manter um desempenho consistente.
• Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta (Fig.5):Mostra a relação sublinear entre a corrente de acionamento e a saída de luz, especialmente a correntes mais altas onde a eficiência pode diminuir e o aquecimento aumentar.

3.4 Diagrama de Radiação

O diagrama de radiação (Fig.6) é um gráfico polar que mostra a distribuição angular da luz emitida. O ângulo de visão de 90° é confirmado visualmente, mostrando a intensidade a cair para metade a ±45° do eixo central. Este padrão é importante para alinhar o emissor com um detetor ou garantir cobertura adequada numa aplicação de sensoriamento.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões de Contorno

O dispositivo tem um fator de forma de embalagem "through-hole" padrão. O desenho dimensional especifica o tamanho do corpo, o espaçamento dos terminais e o diâmetro dos terminais. Todas as dimensões são fornecidas em milímetros com uma tolerância típica de ±0.1 mm, salvo indicação em contrário. O cátodo é identificado na embalagem, o que é crucial para a orientação correta durante a montagem em PCB.

4.2 Dimensões Sugeridas para as "Pads" de Soldadura

Um diagrama fornece as dimensões recomendadas do padrão de soldadura ("footprint") para o projeto de PCB. Seguir estas recomendações ajuda a garantir uma junta de soldadura confiável e estabilidade mecânica adequada após soldadura por onda ou por refluxo.

5. Guia de Soldadura e Montagem

5.1 Condições de Soldadura

A folha de dados fornece diretrizes claras para dois métodos de soldadura:

• Soldadura por Refluxo:Recomendada para montagem "surface-mount". O perfil deve ter uma fase de pré-aquecimento (150-200°C), uma temperatura de pico não superior a 260°C, e um tempo acima de 260°C limitado a um máximo de 10 segundos. O dispositivo pode suportar este perfil no máximo duas vezes.
• Soldadura Manual (Ferro):A temperatura da ponta do ferro de soldar não deve exceder 300°C, e o tempo de contacto deve ser limitado a 3 segundos por terminal. Isto deve ser realizado apenas uma vez.

É fornecida uma referência a um perfil de temperatura de refluxo compatível com JEDEC como um alvo genérico, enfatizando a necessidade de aderir tanto aos limites JEDEC como às especificações do fabricante da pasta de soldar.

5.2 Armazenamento e Manuseamento

• Armazenamento (Saco Selado):Os dispositivos devem ser armazenados a ≤30°C e ≤90% de Humidade Relativa (HR). A vida útil no saco à prova de humidade com dessecante é de um ano.
• Armazenamento (Saco Aberto):Após a abertura, o ambiente não deve exceder 30°C / 60% HR. Os componentes devem ser utilizados dentro de uma semana. Para armazenamento mais longo fora do saco original, devem ser mantidos num recipiente selado com dessecante ou num dessecador de azoto.
• Secagem ("Baking"):Se os dispositivos forem expostos ao ar ambiente por mais de uma semana, recomenda-se uma secagem a 60°C durante pelo menos 20 horas antes da soldadura para remover a humidade absorvida e prevenir o "efeito pipoca" durante o refluxo.

5.3 Limpeza

Se for necessária limpeza após a soldadura, apenas devem ser utilizados solventes à base de álcool, como álcool isopropílico, para evitar danificar a embalagem ou o material da lente.

5.4 Método de Acionamento

Uma nota crítica de projeto enfatiza que um LED é um dispositivo operado por corrente. Para garantir um brilho uniforme ao acionar vários LEDs em paralelo, um resistor limitador de corrente individual deve ser colocado em série com cada LED. Isto compensa pequenas variações na tensão direta (V_F) de dispositivos individuais, prevenindo a concentração de corrente e iluminação ou potência de saída desiguais.

6. Embalagem e Informação de Encomenda

6.1 Dimensões da Embalagem em Fita e Bobina

Desenhos mecânicos detalhados especificam as dimensões da fita transportadora, do compartimento que segura o componente e da bobina geral (é mencionado um diâmetro de 7 polegadas). A fita é selada com uma fita de cobertura para proteger os componentes durante o transporte e montagem automatizada.

6.2 Especificações de Embalagem

Os detalhes-chave de embalagem incluem:

• Tamanho da bobina: 7 polegadas.
• Quantidade: 600 peças por bobina.
• Qualidade: O número máximo de componentes em falta consecutivos na fita é dois.
• Norma: A embalagem está em conformidade com as especificações ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

Com base nas suas especificações, este emissor de infravermelhos é adequado para:

• Controlos Remotos por Infravermelhos:Para TVs, sistemas de áudio e outros eletrónicos de consumo. O comprimento de onda de 940nm é padrão para a maioria dos recetores de IR.
• Deteção de Proximidade e Objetos:Emparelhado com um fotodíodo ou fototransistor para detetar a presença, ausência ou distância de um objeto refletindo a sua luz IR.
• Interruptores e Codificadores Óticos:Interrompendo o feixe entre o emissor e o detetor para criar um interruptor sem contacto ou medir rotação/posição.
• Transmissão de Dados de Curto Alcance:Para aplicações semelhantes a IrDA ou ligações de dados sem fios simples, moduladas pelo seu rápido tempo de subida/descida.

7.2 Considerações de Projeto

• Gestão Térmica:Com uma dissipação de potência de 1.8W e uma resistência térmica de 10 K/W, acionar o dispositivo na sua corrente DC máxima gerará calor significativo. Uma área de cobre adequada na PCB ("thermal relief") ou um dissipador de calor podem ser necessários para operação contínua, especialmente em temperaturas ambientes elevadas.
• Circuito de Acionamento de Corrente:Utilize um driver de corrente constante ou uma fonte de tensão com um resistor em série para definir a corrente. Evite acionar diretamente a partir de um pino lógico ou de uma fonte de tensão não regulada.
• Projeto Ótico:Considere o ângulo de visão de 90°. Para feixes de longo alcance ou direcionados, pode ser necessária uma lente para colimar a luz. Para iluminação de área ampla, o ângulo nativo pode ser suficiente.
• Emparelhamento com o Detetor:Certifique-se de que o fotodetetor selecionado (fotodíodo PIN, fototransistor) é sensível na região de 940nm. Usar um detetor com um filtro de bloqueio de luz diurna melhorará a relação sinal-ruído em condições de luz ambiente.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora uma comparação direta exija dados específicos da concorrência, as principais características diferenciadoras deste dispositivo, com base na sua própria folha de dados, são:

• Capacidade de Alta Potência:Uma corrente direta DC de 1A e uma classificação de corrente pulsada de 5A indicam um design robusto de chip e embalagem capaz de alta saída.
• Ângulo de Visão Ampla:O ângulo de 90° proporciona uma cobertura ampla, útil para aplicações de sensoriamento onde o alinhamento não é crítico ou é necessária iluminação de área.
• Velocidade de Comutação Rápida:Um tempo de subida/descida típico de 30ns permite modulação de alta frequência, possibilitando taxas de transmissão de dados mais rápidas em aplicações de comunicação em comparação com dispositivos mais lentos.
• Confiabilidade Estabelecida:Referências a normas JEDEC e diretrizes detalhadas de sensibilidade à humidade/soldadura sugerem um componente projetado para processos de fabrico robustos.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

9.1 Posso acionar este LED diretamente com um pino de microcontrolador de 5V?

Não, isto não é recomendado e provavelmente danificará o LED ou o microcontrolador.O LED tipicamente tem uma queda de 1.8V a 1A. Um pino de microcontrolador não pode fornecer 1A, e ligá-lo diretamente a 5V sem um limite de corrente tentará extrair uma corrente destrutivamente alta. Deve utilizar um circuito de acionamento (transistor/MOSFET) com um resistor em série para limitar a corrente ao valor desejado.

9.2 Por que é que a saída é mais baixa a alta temperatura?

A eficiência do material semicondutor na conversão de corrente elétrica em luz (eficiência quântica interna) diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Esta é uma propriedade física fundamental. O gráfico na Fig.4 quantifica esta redução, que deve ser considerada em projetos que operam numa ampla gama de temperaturas para garantir um desempenho ótico consistente.

9.3 Qual é a diferença entre Intensidade Radiante e Fluxo Radiante Total?

Intensidade Radiante (mW/sr)é uma medidadirecional: a potência emitida num ângulo sólido específico (geralmente ao longo do eixo central). É fundamental para aplicações onde um detetor é colocado num local específico.Fluxo Radiante Total (mW)é a potênciatotalintegrada emitida em todas as direções (a esfera inteira). Representa o "brilho" geral do emissor, independentemente da direção. Um dispositivo pode ter um fluxo total alto mas uma intensidade axial baixa se a luz for espalhada de forma muito ampla.

9.4 Quão crítico é o prazo de 1 semana após abrir o saco?

É muito importante para uma soldadura confiável. As embalagens plásticas absorvem humidade do ar. Durante o processo de soldadura por refluxo a alta temperatura, esta humidade retida pode vaporizar-se rapidamente, causando delaminação interna, fissuras ou o "efeito pipoca" que destrói o componente. O limite de 1 semana e o requisito de secagem baseiam-se no Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL) da embalagem para prevenir estas falhas.

10. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar uma Barreira de Deteção de Objetos com Múltiplos Emissores
Um sistema requer uma cortina de luz infravermelha para detetar objetos que passam por um portão de 50cm de largura. Serão utilizados cinco pares emissor-detector.

1. Circuito de Acionamento:Cada emissor será acionado por um MOSFET de canal N dedicado, controlado por um sinal PWM partilhado de microcontrolador para modular a luz IR (ex., a 38kHz). Um resistor limitador de corrente único será calculado para cada ramo de LED: R = (V_fonte- V_{F_LED}) / I_F. Assumindo uma fonte de 5V, V_F=1.8V, e I_F=500mA (reduzida para confiabilidade), R = (5 - 1.8) / 0.5 = 6.4Ω (usar valor padrão 6.2Ω). A potência nominal do resistor deve ser pelo menos I²R = (0.5)²*6.2 ≈ 1.55W, portanto é necessário um resistor de 2W ou 3W.
2. Gestão Térmica:Cada LED dissipa P = V_F* I_F= 1.8V * 0.5A = 0.9W. A PCB deve ter grandes áreas de cobre ligadas às "pads" do cátodo e ânodo do LED para funcionar como dissipador de calor, mantendo a temperatura da junção dentro de limites seguros.
3. Alinhamento Ótico:O ângulo de visão de 90° simplifica o alinhamento com o detetor correspondente através do vão. Pequenas proteções tubulares podem ser colocadas em torno do emissor e do detetor para limitar a interferência da luz ambiente sem restringir excessivamente o feixe.
4. Modulação:Acionar os emissores com uma onda quadrada de 38kHz permite que os detetores sejam sintonizados na mesma frequência, filtrando efetivamente a luz IR ambiente constante (como da luz solar ou lâmpadas) e melhorando muito a confiabilidade da deteção.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Este dispositivo é um Díodo Emissor de Luz (LED) que opera no espectro do infravermelho. O seu núcleo é um chip semicondutor feito de Arsenieto de Gálio (GaAs). Quando uma tensão direta é aplicada através da junção P-N do chip, os eletrões do material tipo N recombinam-se com as lacunas do material tipo P. Este processo de recombinação liberta energia. Num díodo de silício padrão, esta energia é libertada principalmente como calor. Em materiais como o GaAs, uma parte significativa desta energia é libertada como fotões (partículas de luz). A banda proibida de energia específica do material GaAs determina o comprimento de onda destes fotões, que neste caso está centrado em torno de 940 nm, colocando-o na região do infravermelho próximo. A intensidade da luz emitida é diretamente proporcional à taxa de recombinação, que é controlada pela corrente direta que flui através do díodo.

12. Tendências Tecnológicas (Perspetiva Objetiva)

O campo dos emissores de infravermelhos continua a evoluir juntamente com as tendências mais amplas da optoeletrónica. Existe uma procura consistente por maior densidade de potência e eficiência, permitindo uma saída mais brilhante a partir de embalagens mais pequenas ou com menor consumo de energia. Isto permite designs de sensores mais compactos e maior duração da bateria em dispositivos portáteis. A integração é outra tendência-chave, com componentes que combinam o emissor, o circuito de acionamento e por vezes até um detetor básico ou fotodíodo de monitorização num único módulo ou pacote de CI, simplificando o projeto do sistema. Além disso, os avanços em materiais, como o desenvolvimento de estruturas epitaxiais mais eficientes ou o uso de novos compostos semicondutores, visam melhorar parâmetros de desempenho como a eficiência "wall-plug" (saída de luz por entrada elétrica) e a estabilidade térmica. A procura por dispositivos que suportem velocidades de modulação mais altas também persiste, impulsionada por aplicações em comunicação de dados mais rápida e sistemas LiDAR (Light Detection and Ranging). Estas tendências focam-se em melhorar o desempenho, a confiabilidade e a facilidade de uso para o projetista do sistema.