Folha de Dados Técnica do Emissor e Detetor de Infravermelhos LTE-S9711-J - Pacote de Visão Lateral - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Tensão Direta 1.2V - Intensidade Radiante 3.0mW/sr - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTE-S9711-J é um componente discreto de infravermelhos concebido para aplicações que requerem emissão e deteção fiável de infravermelhos. Pertence a uma vasta linha de produtos de dispositivos optoelectrónicos. A função principal deste componente é emitir ou detetar luz infravermelha num comprimento de onda de pico de 940 nanómetros. O seu design de lente de visão lateral permite um amplo ângulo de visão, tornando-o adequado para aplicações onde o eixo ótico é paralelo à superfície de montagem. O dispositivo é construído com plástico transparente e foi concebido para ser compatível com processos modernos de montagem automatizada.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O LTE-S9711-J oferece várias vantagens-chave para os projetistas. Cumpre as normas RoHS e de produto ecológico, garantindo conformidade ambiental. O pacote é fornecido em fita de 8mm em bobinas de 13 polegadas de diâmetro, tornando-o totalmente compatível com equipamento de colocação automática de alta velocidade. Esta compatibilidade simplifica significativamente o processo de fabrico para produção em grande volume. Além disso, o dispositivo está classificado para processos de soldadura por refluxo por infravermelhos, alinhando-se com as linhas de montagem padrão de tecnologia de montagem em superfície (SMT). Os seus principais mercados-alvo incluem eletrónica de consumo para funções de controlo remoto, aplicações industriais para transmissão de dados sem fios IR e sistemas de segurança para funções de alarme e sensoriamento. O pacote de visão lateral é particularmente vantajoso em projetos com restrições de espaço onde um componente de emissão superior não caberia.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação detalhada e objetiva das características elétricas, óticas e térmicas do LTE-S9711-J, conforme definido nas suas classificações absolutas máximas e nas tabelas de características elétricas/óticas.

2.1 Classificações Absolutas Máximas

As classificações absolutas máximas definem os limites de tensão além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Estas não são condições de operação. Para o LTE-S9711-J, a dissipação de potência máxima é de 100 mW a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C. Esta classificação dita o projeto térmico do circuito de aplicação. O dispositivo pode suportar uma corrente direta de pico elevada de 1 Ampere, mas apenas sob condições de pulso específicas: uma largura de pulso de 10 microssegundos e uma taxa de repetição de pulso de 300 pulsos por segundo. A classificação de corrente direta contínua DC é mais conservadora, de 50 mA. A classificação de tensão reversa é de 5 Volts, indicando que o dispositivo tem uma tolerância muito baixa para polarização reversa e não foi concebido para tal operação. A gama de temperatura de operação é de -40°C a +85°C, e a gama de armazenamento é de -55°C a +100°C, o que é padrão para componentes eletrónicos de grau comercial. O dispositivo pode suportar soldadura por refluxo por infravermelhos com uma temperatura de pico de 260°C por um máximo de 10 segundos.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Os parâmetros típicos de operação são especificados a TA=25°C. O parâmetro ótico chave é a Intensidade Radiante (I_E), que tem um valor mínimo de 3.0 mW/sr quando alimentado por uma corrente direta (I_F) de 20mA. Este parâmetro é "binned" (classificado), como detalhado mais tarde. O comprimento de onda de emissão de pico (λ_Pico) é tipicamente 940nm, que está no espectro do infravermelho próximo e é invisível ao olho humano. A largura de banda espectral (Δλ), ou meia-largura, é tipicamente 50nm, descrevendo a dispersão dos comprimentos de onda emitidos em torno do pico. Eletricamente, a tensão direta (V_F) é tipicamente 1.2V com um máximo de 1.5V a I_F=20mA. A corrente reversa (I_R) é muito baixa, com um máximo de 10 μA a uma tensão reversa (V_R) de 5V. O ângulo de visão (2θ_1/2) é tipicamente 45 graus, onde θ_1/2é o ângulo no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor no eixo.

3. Explicação do Sistema de Binning

O LTE-S9711-J utiliza um sistema de binning para a sua Intensidade Radiante para garantir consistência dentro de um lote de produção e fornecer opções para diferentes níveis de desempenho. O código do bin é indicado no número de peça (por exemplo, o "J" em LTE-S9711-J). Os bins disponíveis são:

• Bin J:Intensidade Radiante entre 3.0 mW/sr (mín.) e 4.5 mW/sr (máx.) a I_F=20mA.
• Bin K:Intensidade Radiante entre 4.0 mW/sr (mín.) e 6.0 mW/sr (máx.) a I_F=20mA.
• Bin L:Intensidade Radiante com um mínimo de 5.0 mW/sr a I_F=20mA (sem limite superior especificado nos dados fornecidos).

Este sistema permite aos projetistas selecionar um componente que atenda aos seus requisitos específicos de saída ótica, equilibrando desempenho e custo.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados inclui várias curvas características típicas que são cruciais para compreender o comportamento do dispositivo em condições não padrão.

4.1 Distribuição Espectral

A curva de distribuição espectral (Fig.1) mostra a intensidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Confirma o pico a 940nm e a meia-largura espectral de aproximadamente 50nm. Esta curva é importante para aplicações sensíveis a comprimentos de onda específicos ou quando se faz correspondência com a resposta espectral de um detetor.

4.2 Corrente Direta vs. Tensão Direta & Temperatura Ambiente

A Figura 2 e a Figura 3 ilustram a relação entre a corrente direta (I_F) e a tensão direta (V_F) a diferentes temperaturas ambientes. Estas curvas mostram que V_Ftem um coeficiente de temperatura negativo; diminui à medida que a temperatura aumenta para uma dada corrente. Este é um comportamento típico para díodos semicondutores. Compreender isto é vital para projetar circuitos de acionamento estáveis, especialmente numa ampla gama de temperaturas.

4.3 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta & Temperatura

A Figura 4 e a Figura 5 mostram como a potência de saída ótica (relativa ao seu valor a I_F=20mA) varia com a corrente direta e a temperatura ambiente. A saída aumenta com a corrente, mas exibe uma relação sub-linear a correntes mais elevadas, potencialmente devido a efeitos térmicos. A Figura 4 mostra especificamente que a potência de saída diminui à medida que a temperatura ambiente sobe, o que é um fator crítico de derating para aplicações de alta temperatura.

4.4 Diagrama de Radiação

O diagrama de radiação (Fig.6) é um gráfico polar que descreve a distribuição espacial da luz infravermelha emitida. O típico ângulo de visão de 45 graus (2θ_1/2) é aqui confirmado visualmente. Este diagrama é essencial para o projeto ótico, ajudando a alinhar o emissor com um detetor ou a compreender a área de cobertura do sinal IR.

5. Informação Mecânica e de Pacote

5.1 Dimensões de Contorno e Polaridade

O componente apresenta um pacote padrão de montagem em superfície de visão lateral. O desenho de contorno fornece todas as dimensões críticas, incluindo tamanho do corpo, espaçamento dos terminais e posição da lente. O cátodo é tipicamente identificado por um marcador visual, como um entalhe ou um ponto plano no corpo do pacote, conforme indicado nas notas do desenho. A altura, largura e profundidade do pacote são especificadas para garantir o afastamento adequado na montagem final.

5.2 Layout Recomendado das Pastilhas de Soldadura

É fornecido um padrão de terra sugerido (dimensões das pastilhas de soldadura) para garantir uma junta de soldadura fiável e um alinhamento mecânico adequado durante o refluxo. Seguir estas recomendações ajuda a prevenir o "tombstoning" (o componente ficar de pé) e garante uma boa ligação térmica e elétrica à placa de circuito impresso (PCB).

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A manipulação adequada é crítica para a fiabilidade dos dispositivos de montagem em superfície.

6.1 Sensibilidade à Humidade e Armazenamento

O LTE-S9711-J está classificado como Nível de Sensibilidade à Humidade 3 (MSL 3). Isto significa que os componentes embalados podem ser expostos às condições do chão de fábrica (≤30°C/60% HR) até 168 horas (uma semana) antes da soldadura, sem risco de danos induzidos por humidade ("popcorning") durante o refluxo. Se o saco à prova de humidade original for aberto, recomenda-se completar o processo de refluxo por IR dentro deste período de uma semana. Para armazenamento mais longo fora da embalagem original, os componentes devem ser armazenados num armário seco ou recipiente selado com dessecante. Se o tempo de exposição exceder uma semana, é necessário um procedimento de cozedura (aproximadamente 60°C durante pelo menos 20 horas) antes da montagem para remover a humidade absorvida.

6.2 Perfil de Soldadura por Refluxo

O dispositivo é compatível com soldadura por refluxo por infravermelhos. O perfil recomendado segue os padrões JEDEC. Os parâmetros-chave incluem: uma zona de pré-aquecimento de 150°C a 200°C por até 120 segundos, e uma temperatura de pico do corpo não superior a 260°C por um máximo de 10 segundos. O dispositivo pode suportar um máximo de dois ciclos de refluxo nestas condições. Para soldadura manual com ferro, a temperatura da ponta não deve exceder 300°C, e o tempo de contacto deve ser limitado a 3 segundos por junta de soldadura. É crucial seguir as especificações do fabricante da pasta de soldar em conjunto com estas diretrizes.

6.3 Limpeza

Se for necessária limpeza pós-soldadura, apenas devem ser utilizados solventes à base de álcool, como álcool isopropílico. Limpadores químicos agressivos podem danificar o pacote de plástico ou a lente.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

A embalagem padrão para o LTE-S9711-J é em fita transportadora relevada de 8mm de largura. A fita é enrolada numa bobina de 13 polegadas (330mm) de diâmetro. Cada bobina contém aproximadamente 9.000 peças. As especificações de embalagem cumprem a ANSI/EIA 481-1-A-1994. A fita tem uma selagem de cobertura para proteger os componentes, e há um limite de dois componentes em falta consecutivos (bolsas vazias) por bobina. O número de peça, incluindo o código do bin (por exemplo, LTE-S9711-J, LTE-S9711-K), deve ser especificado ao encomendar para receber o desempenho de intensidade radiante desejado.

8. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Como emissor de infravermelhos, o LTE-S9711-J é um dispositivo acionado por corrente. Um resistor limitador de corrente em série é obrigatório para definir a corrente direta desejada (I_F) e proteger o LED de corrente excessiva, especialmente quando alimentado por uma fonte de tensão como uma bateria ou regulador. O valor do resistor é calculado usando a Lei de Ohm: R = (V_fonte- V_F) / I_F. Usando o V_Ftípico de 1.2V a 20mA, uma fonte de 5V exigiria um resistor de aproximadamente (5V - 1.2V) / 0.02A = 190 Ohms. Um resistor padrão de 200 Ohm seria adequado. Para operação pulsada (por exemplo, códigos de controlo remoto), o circuito de acionamento deve garantir que a corrente de pico não exceda a classificação de 1A e cumpra os limites de largura de pulso de 10μs e ciclo de trabalho de 300pps.

8.2 Considerações de Projeto para Operação Fiável

Gestão Térmica:Embora o pacote seja pequeno, o limite de dissipação de potência de 100mW deve ser respeitado. Na corrente DC máxima de 50mA e um V_Ftípico de 1.2V, a dissipação de potência é de 60mW, o que está dentro dos limites. No entanto, em temperaturas ambientes elevadas ou espaços fechados, a classificação de potência efetiva diminui. Uma área de cobre adequada na PCB (pastilhas de alívio térmico) pode ajudar a dissipar o calor.
Alinhamento Ótico:A lente de visão lateral requer um layout cuidadoso da PCB para garantir que o feixe IR seja direcionado corretamente para o recetor, refletor ou área-alvo. O diagrama de radiação deve ser consultado.
Ruído Elétrico:Em aplicações de sensoriamento, o lado detetor de um componente semelhante pode ser suscetível ao ruído da luz ambiente. Utilizar sinais IR modulados e circuitos recetores de demodulação correspondentes é uma técnica comum para melhorar a relação sinal-ruído e a imunidade à interferência da luz ambiente.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTE-S9711-J diferencia-se principalmente através do seu pacote de visão lateral, que é menos comum do que os LEDs IR de visão superior. Isto torna-o especialmente adequado para aplicações onde a PCB é montada verticalmente ou onde o caminho do IR é paralelo à superfície da placa. O seu comprimento de onda de 940nm é o padrão para controlos remotos de consumo, oferecendo um bom equilíbrio entre a sensibilidade do fotodetector de silício e a baixa emissão de luz visível. Comparado com emissores de 850nm por vezes usados em vigilância, o de 940nm é completamente invisível. A disponibilidade de bins de desempenho (J, K, L) fornece flexibilidade na seleção de potência ótica, o que pode ser uma vantagem sobre dispositivos com uma especificação de saída única e fixa.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Qual é a diferença entre este dispositivo como emissor e como detetor?
R: O número de peça LTE-S9711-J refere-se a um componente que pode ser um emissor de infravermelhos (um LED IR). Um fotodíodo ou fototransístor para deteção teria um número de peça diferente, embora possam partilhar um pacote semelhante. A folha de dados fornecida centra-se nas características do emissor.
P: Posso acionar este LED diretamente a partir de um pino de um microcontrolador?
R: A maioria dos pinos GPIO de microcontroladores tem capacidade limitada de fornecimento/absorção de corrente (frequentemente 20-40mA). Embora possa ser possível a 20mA, é geralmente mais seguro e recomendado usar um transístor (por exemplo, NPN ou MOSFET) como interruptor acionado pelo microcontrolador para controlar a corrente do LED, especialmente para operação pulsada ou de corrente mais elevada.
P: Por que é importante o ângulo de visão?
R: O ângulo de visão determina a cobertura espacial do feixe IR. Um ângulo amplo (como 45°) é bom para aplicações que requerem ampla cobertura, como sensores de proximidade ou ligações de dados de curto alcance onde o alinhamento não é crítico. Um ângulo mais estreito forneceria intensidade mais focada para comunicação de longo alcance ou direcionada.
P: Como seleciono o código de bin correto?
R: Escolha o bin com base na intensidade radiante mínima necessária para a sua aplicação. O Bin J (3.0-4.5 mW/sr) é o nível base. Se o seu projeto necessitar de mais potência ótica para maior alcance ou para superar perdas mais elevadas, selecione o Bin K ou Bin L. Considere o compromisso com o consumo de energia e o potencial custo.

11. Exemplo de Aplicação Prática

Cenário: Projetar um sensor simples de deteção de objetos.
Um projeto comum usa um emissor IR e um detetor fototransístor separado colocados lado a lado. Quando um objeto se aproxima, reflete a luz IR emitida de volta para o detetor. Para esta configuração usando o LTE-S9711-J como emissor:
1. O pacote de visão lateral permite que tanto o emissor como o detetor sejam montados planos na PCB, voltados para a mesma direção paralela à placa.
2. O emissor é acionado com uma corrente pulsada (por exemplo, pulsos de 20mA a 1kHz) através de um resistor limitador de corrente para conservar energia e permitir deteção síncrona.
3. O comprimento de onda de 940nm é ideal, pois é invisível e a maioria dos fototransístores é sensível a ele.
4. O típico ângulo de visão de 45° do emissor fornece um campo de deteção razoável. O espaçamento entre o emissor e o detetor, juntamente com possíveis defletores, é ajustado para definir o alcance de deteção e evitar crosstalk direto.
5. O circuito recetor amplifica e filtra o sinal do fototransístor, procurando o componente modulado de 1kHz refletido por um objeto. Esta modulação ajuda a rejeitar a luz ambiente constante (como luz solar ou luzes da sala).

12. Princípio de Funcionamento

O LTE-S9711-J, quando funciona como emissor de infravermelhos, é um díodo emissor de luz (LED). O seu núcleo é um chip semicondutor feito de materiais como Arsenieto de Gálio (GaAs). Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões e as lacunas recombinam-se na região ativa do semicondutor, libertando energia na forma de fotões (partículas de luz). A composição específica do material (por exemplo, GaAs) determina a energia da banda proibida, que define diretamente o comprimento de onda da luz emitida—neste caso, cerca de 940nm, que está no espectro do infravermelho. A lente de visão lateral é feita de epóxi transparente que é transparente a este comprimento de onda e é moldada para dar forma ao padrão de radiação da luz emitida.

13. Tendências Tecnológicas

O campo dos componentes discretos de infravermelhos continua a evoluir. As tendências incluem o desenvolvimento de dispositivos com maior intensidade radiante e eficiência a partir do mesmo tamanho de pacote, permitindo maior alcance ou menor consumo de energia. Há também um impulso para capacidades de modulação de maior velocidade para transmissão de dados mais rápida em aplicações como IrDA ou sensoriamento ótico. A integração é outra tendência, com pares combinados emissor-detetor num único pacote a tornarem-se mais comuns para um projeto de sensor simplificado. Além disso, os avanços em materiais e processos de embalagem visam melhorar o desempenho térmico, permitindo correntes de acionamento mais elevadas e maior fiabilidade. A procura de miniaturização persiste, impulsionando o desenvolvimento de pegadas de pacote ainda mais pequenas, mantendo ou melhorando o desempenho ótico.