Ficha Técnica do Emissor Infravermelho LTE-2871 - Pacote T-1 3/4 - Tensão Direta 1.6V - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas completas de um componente emissor infravermelho (IR) de alto desempenho. O dispositivo foi projetado para fornecer alta intensidade radiante dentro de um ângulo de visão estreito, tornando-o adequado para aplicações que requerem iluminação infravermelha direcionada. Suas principais vantagens incluem um design de custo-benefício combinado com características de desempenho especializadas para saída de alta intensidade. Os principais mercados-alvo incluem automação industrial, sistemas de sensoriamento, detecção de proximidade e enlaces de comunicação óptica, onde luz infravermelha confiável e focada é essencial.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Todas as especificações são definidas a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Exceder esses limites pode causar danos permanentes ao dispositivo.

• Dissipação de Potência:90 mW
• Corrente Direta de Pico:1 A (sob condições pulsadas: 300 pps, largura de pulso de 10 μs)
• Corrente Direta Contínua (I_F):60 mA
• Tensão Reversa (V_R):5 V
• Faixa de Temperatura de Operação:-40°C a +85°C
• Faixa de Temperatura de Armazenamento:-55°C a +100°C
• Temperatura de Soldagem dos Terminais:260°C por 5 segundos (medida a 1,6mm do corpo do pacote)

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Os principais parâmetros de desempenho são medidos a T_A=25°C com uma corrente de teste padrão de I_F= 20 mA, salvo indicação em contrário.

• Tensão Direta (V_F):Típica 1,6 V, Máxima 1,6 V em I_F=20mA. Este parâmetro define a queda de tensão no emissor durante a operação.
• Corrente Reversa (I_R):Máxima 100 μA em V_R=5V. Isso indica a corrente de fuga quando o dispositivo está polarizado reversamente.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico (λ_Pico):940 nm. Este é o comprimento de onda no qual o emissor irradia sua potência óptica máxima, situando-o no espectro do infravermelho próximo.
• Largura a Meia Altura Espectral (Δλ):50 nm. Isso especifica a largura de banda da luz emitida, medida como a largura total à meia altura (FWHM) da curva de distribuição espectral.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):16 graus. Este ângulo de feixe estreito confirma a saída focada do dispositivo, definido como o ângulo total onde a intensidade radiante cai para metade do seu valor de pico.

3. Explicação do Sistema de Binning

O componente é categorizado em bins de desempenho com base na sua saída radiante. Isso permite a seleção com base nos níveis de intensidade necessários. Os principais parâmetros binados são a Irradiância na Abertura (E_eem mW/cm²) e a Intensidade Radiante (I_Eem mW/sr), ambos medidos em I_F=20mA.

• Bin A: E_e: 0,44 - 0,96 mW/cm²; I_E: 3,31 - 7,22 mW/sr.
• Bin B: E_e: 0,64 - 1,20 mW/cm²; I_E: 4,81 - 9,02 mW/sr.
• Bin C: E_e: 0,80 - 1,68 mW/cm²; I_E: 6,02 - 12,63 mW/sr.
• Bin D: E_e: 1,12 mW/cm² (Mín.); I_E: 8,42 mW/sr (Mín.). Este representa o bin de saída mais alta.

Os projetistas devem especificar o código do bin necessário para garantir que a potência óptica atenda aos requisitos de sensibilidade da aplicação para o sistema detector.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias representações gráficas do comportamento do dispositivo sob condições variáveis.

4.1 Distribuição Espectral

A curva de saída espectral (Fig.1) centra-se nitidamente em torno do comprimento de onda de pico de 940nm com uma largura a meia altura definida de 50nm. Esta característica é crucial para corresponder com fotodetectores de silício, que têm sensibilidade de pico nesta região, e para garantir compatibilidade com filtros ópticos para rejeitar luz ambiente.

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

A curva característica I-V (Fig.3) mostra a relação exponencial típica de um diodo semicondutor. A tensão direta especificada de 1,6V (máx.) a 20mA fornece os dados necessários para projetar o circuito de acionamento limitador de corrente. A curva ajuda a calcular a dissipação de potência (V_F* I_F) sob diferentes correntes de operação.

4.3 Intensidade Radiante Relativa vs. Corrente Direta

Esta curva (Fig.5) ilustra como a potência óptica de saída escala com a corrente de acionamento. É tipicamente linear em uma faixa significativa, mas pode exibir saturação ou queda de eficiência em correntes muito altas. Estes dados são essenciais para determinar o ponto de operação para alcançar a saída óptica desejada sem exceder as especificações máximas absolutas.

4.4 Dependência da Temperatura

Duas curvas detalham o desempenho térmico. A Figura 2 mostra como a corrente direta máxima permitida é reduzida à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C, uma consideração crítica para confiabilidade. A Figura 4 descreve a intensidade radiante relativa em função da temperatura ambiente, mostrando a diminuição típica na eficiência de saída com o aumento da temperatura, o que deve ser compensado em aplicações de sensoriamento de precisão.

4.5 Diagrama de Radiação

O diagrama de radiação polar (Fig.6) confirma visualmente o ângulo de visão estreito de 16 graus. O padrão mostra a distribuição espacial da luz infravermelha emitida, o que é vital para projetar o alinhamento óptico e garantir que o tamanho do ponto iluminado atenda às necessidades da aplicação.

5. Informações Mecânicas e do Pacote

5.1 Tipo e Dimensões do Pacote

O dispositivo utiliza um pacote furo passante T-1 3/4 (5mm) modificado. Notas dimensionais importantes do desenho incluem:

• Todas as dimensões estão em milímetros (polegadas fornecidas entre parênteses).
• A tolerância padrão é ±0,25mm (±0,010") a menos que uma característica específica exija uma tolerância diferente.
• A protrusão máxima da resina sob o flange do pacote é de 1,0mm (0,039").
• O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais saem do corpo do pacote, o que é importante para o design da área de contato na PCB.

O pacote é projetado para processos padrão de soldagem por onda ou soldagem manual.

5.2 Identificação da Polaridade

Para pacotes furo passante, a polaridade é tipicamente indicada por um ponto plano na borda do pacote ou por terminais de comprimentos diferentes (o terminal mais longo geralmente é o ânodo). O desenho dimensional da ficha técnica deve ser consultado para o esquema de marcação exato. A polaridade correta é essencial para evitar a aplicação de polarização reversa que exceda o limite de 5V.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A adesão estrita aos perfis de soldagem é necessária para evitar danos térmicos ao chip semicondutor e à lente de epóxi.

• Temperatura de Soldagem:Os terminais podem suportar uma temperatura de 260°C por no máximo 5 segundos. Esta medição é feita a 1,6mm (0,063") do corpo do pacote.
• Recomendação de Processo:Para soldagem por onda, um perfil padrão com estágios de pré-aquecimento, permanência e resfriamento é aplicável. O limite de 260°C/5s não deve ser excedido na junção terminal-corpo.
• Limpeza:Se a limpeza for necessária, use solventes compatíveis com o material de epóxi do pacote para evitar embaçamento ou rachaduras da lente.
• Condições de Armazenamento:Os dispositivos devem ser armazenados na embalagem original à prova de umidade, dentro da faixa de temperatura de armazenamento especificada (-55°C a +100°C) e em um ambiente de baixa umidade para evitar oxidação dos terminais.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

A combinação de alta intensidade e feixe estreito torna este emissor ideal para:

• Sensoriamento de Proximidade e Presença:Usado em torneiras automáticas, dispensadores de sabão, secadores de mãos e detecção de ocupação.
• Sensores Ópticos Industriais:Contagem de objetos, detecção de bordas e sensoriamento de posição em linhas de produção.
• Barreiras e Interruptores Ópticos:Criando um feixe focalizado para detecção de objetos em sistemas de segurança ou cortinas de segurança de máquinas.
• Enlaces de Dados de Curto Alcance:Transmissão de dados por infravermelho (IrDA) onde a luz direcionada reduz interferência e consumo de energia.
• Iluminação para Visão Noturna:Como uma fonte de luz invisível para câmeras de CFTV com sensores sensíveis ao IR.

7.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:Uma fonte de corrente constante ou um resistor limitador de corrente em série com o LED é obrigatório para definir I_F. Calcule o valor do resistor usando R = (V_fonte- V_F) / I_F, usando o V_Fmáximo para um projeto seguro.
• Gerenciamento de Calor:Embora a dissipação de potência seja baixa, operar em altas temperaturas ambientes ou próximo da corrente contínua máxima requer atenção às curvas de derating. Garanta ventilação adequada na PCB.
• Alinhamento Óptico:O feixe estreito necessita de alinhamento mecânico preciso com o fotodetector emparelhado ou a área alvo. Use o diagrama de radiação para o projeto óptico.
• Proteção Elétrica:Incorpore proteção contra conexão de tensão reversa e transientes de tensão na linha de alimentação, pois a tensão reversa máxima é de apenas 5V.
• Seleção do Bin:Escolha o bin de saída apropriado (A a D) com base na sensibilidade do receptor e na relação sinal-ruído necessária para a aplicação. Bins mais altos fornecem mais potência óptica, mas podem ter implicações de custo.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a emissores IR padrão não focados, este dispositivo oferece vantagens distintas:

• Maior Intensidade Radiante em um Feixe Estreito:Emissores padrão frequentemente têm ângulos de visão de 30° ou mais, dispersando a luz por uma área mais ampla. Este componente concentra sua saída em um feixe de 16°, fornecendo maior intensidade no eixo, o que se traduz em possíveis distâncias de sensoriamento mais longas ou menor corrente de acionamento necessária para o mesmo sinal recebido.
• Otimizado para Sensoriamento:O feixe estreito reduz a probabilidade de crosstalk óptico em matrizes de múltiplos sensores e minimiza reflexões de superfícies não intencionais, melhorando a precisão e confiabilidade do sistema.
• Desempenho Custo-Benefício:Ele fornece uma característica de feixe focalizado frequentemente associada a pacotes com lentes mais caros, mas em um formato T-1 3/4 padrão e de baixo custo.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P1: Qual é a diferença entre Irradiância na Abertura (E_e) e Intensidade Radiante (I_E)?

R1: Intensidade Radiante (I_E, mW/sr) é uma medida da potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido, descrevendo a "concentração" do feixe. Irradiância na Abertura (E_e, mW/cm²) é a densidade de potência incidente em uma superfície (como um detector) a uma distância específica, dependendo tanto da intensidade quanto da distância. I_Eé uma propriedade intrínseca do emissor; E_eé dependente da geometria do sistema.

P2: Posso acionar este emissor com uma fonte de 3,3V?

R2: Sim, normalmente. Com um V_Ftípico de 1,6V a 20mA, um resistor em série pode ser usado para dissipar a tensão restante (3,3V - 1,6V = 1,7V). O valor do resistor seria R = 1,7V / 0,02A = 85 Ohms. Um resistor padrão de 82 ou 100 Ohm seria adequado, recalculando a corrente real.

P3: Por que o comprimento de onda de pico é 940nm e não 850nm?

R3: 940nm é menos visível ao olho humano (aparece como vermelho mais fraco ou invisível) em comparação com 850nm, tornando-o melhor para iluminação discreta. Ambos os comprimentos de onda são eficientemente detectados por fotodiodos de silício, embora a sensibilidade seja ligeiramente maior em 850nm. A escolha depende da necessidade de visibilidade versus a resposta máxima do detector.

P4: Como interpreto os códigos de binning (A, B, C, D)?

R4: Os bins representam grupos classificados com base na saída óptica medida na fábrica. O Bin D tem a saída mínima garantida mais alta, enquanto o Bin A tem a mais baixa. Selecione um bin com base na potência óptica mínima necessária para o seu circuito receptor funcionar de forma confiável sob todas as condições (incluindo efeitos de temperatura e envelhecimento).

10. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Projetando um Contador de Folhas de Papel para uma Impressora.

O emissor e um fototransistor são colocados em lados opostos do caminho do papel. O feixe estreito de 16° do LTE-2871 é crucial. Ele garante que a luz seja focada diretamente através do vão para o detector, minimizando espalhamento e reflexões da mecânica interna da impressora, o que poderia causar contagens falsas. Um emissor Bin C ou D seria selecionado para fornecer um sinal forte mesmo se poeira de papel se acumular levemente na lente. O circuito de acionamento usaria uma corrente constante de 20-40mA, e o circuito receptor seria projetado para detectar a queda distinta no sinal quando uma folha de papel interrompe o feixe focalizado. As curvas de derating de temperatura seriam consultadas para garantir operação confiável dentro da impressora, onde a temperatura ambiente pode atingir 50-60°C.

11. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um emissor infravermelho é um diodo de junção p-n semicondutor. Quando polarizado diretamente (tensão positiva aplicada ao ânodo em relação ao cátodo), elétrons e lacunas se recombinam na região ativa do material semicondutor (tipicamente baseado em arseneto de gálio e alumínio - AlGaAs). Este processo de recombinação libera energia na forma de fótons (partículas de luz). A composição específica das camadas semicondutoras determina o comprimento de onda dos fótons emitidos; para este dispositivo, ele é projetado para ser 940nm, que está na faixa do infravermelho próximo. O pacote modificado incorpora uma lente de epóxi que molda a luz emitida no padrão de feixe estreito especificado, colimando a saída para aplicações direcionadas.

12. Tendências Tecnológicas

No campo dos emissores infravermelhos, as tendências gerais focam em aumentar a eficiência (mais potência óptica de saída por watt de entrada elétrica), permitir velocidades operacionais mais altas para comunicação de dados e desenvolver pacotes de dispositivo de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada. Também há trabalho contínuo para expandir as opções de comprimento de onda para aplicações de sensoriamento específicas (ex.: sensoriamento de gases) e para integrar emissores com drivers e lógica de controle em módulos inteligentes. O princípio fundamental da eletroluminescência em materiais semicondutores permanece a base para esta tecnologia.