Folha de Dados Técnicos do LED Infravermelho IR3494-30C/H80/L419 - Pacote T-1 3/4 de 4mm - Comprimento de Onda 940nm - Tensão Direta 1.2V - Intensidade Radiante 3.5mW/sr - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O IR3494-30C/H80/L419 é um diodo emissor de infravermelho de alta intensidade, projetado para aplicações que exigem emissão de luz infravermelha confiável e eficiente. Moldado em um pacote plástico transparente, este dispositivo é projetado para oferecer desempenho consistente em um formato compacto T-1 3/4 (4mm). Sua função principal é emitir radiação infravermelha com um pico de comprimento de onda de 940nm, tornando-o espectralmente compatível com fototransistores, fotodiodos e módulos receptores de infravermelho comuns. O dispositivo possui um espaçamento padrão de terminais de 2.54mm para fácil integração em layouts padrão de PCB.

2. Características e Vantagens Principais

As vantagens centrais deste componente derivam do seu projeto e seleção de materiais. Oferece alta confiabilidade, o que é crítico para aplicações de longo prazo. A alta intensidade radiante garante transmissão de sinal forte, melhorando o alcance operacional e a relação sinal-ruído em sistemas de sensoriamento. Uma característica de baixa tensão direta contribui para a eficiência energética geral do sistema. Além disso, o componente está em conformidade com regulamentações ambientais, sendo livre de chumbo (Pb-free) e projetado para permanecer dentro dos padrões de conformidade RoHS.

3. Especificações Absolutas Máximas

Operar o dispositivo além destes limites pode causar danos permanentes. As especificações são definidas a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Corrente Direta Contínua (I_F):100 mA
• Corrente Direta de Pico (I_FP):1.0 A (Largura de Pulso ≤100μs, Ciclo de Trabalho ≤1%)
• Tensão Reversa (V_R):5 V
• Temperatura de Operação (T_opr):-40°C a +85°C
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +100°C
• Temperatura de Soldagem (T_sol):260°C (por ≤5 segundos)
• Dissipação de Potência (P_d):180 mW (a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente livre)

4. Características Eletro-Ópticas

Os seguintes parâmetros definem o desempenho do dispositivo sob condições padrão de teste (Ta=25°C). Os valores típicos representam o desempenho mais comum, enquanto os valores mínimo e máximo definem a faixa aceitável.

4.1 Propriedades Radiantes e Espectrais

• Intensidade Radiante (I_e):2.5 mW/sr (Mín), 3.5 mW/sr (Típ), 5.5 mW/sr (Máx) a I_F=20mA. Sob operação pulsada (I_F=250mA, f=60Hz, ciclo de trabalho 50%), a intensidade radiante típica é de 40 mW/sr.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):940 nm (Típico) a I_F=20mA.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):50 nm (Típico) a I_F=20mA, definindo a largura espectral na metade da intensidade máxima.

4.2 Propriedades Elétricas

• Tensão Direta (V_F):
  • A I_F=20mA: 1.10V (Mín), 1.20V (Típ), 1.50V (Máx)
  • A I_F=100mA: 1.20V (Mín), 1.30V (Típ), 1.70V (Máx)
• Corrente Reversa (I_R):10 μA (Máximo) a V_R=5V.

4.3 Ângulo de Visão

A distribuição espacial da luz emitida não é uniforme. O ângulo de visão, definido como o ângulo total na metade da intensidade radiante máxima (2θ_1/2), é:

• Posição X:95 graus (Típico)
• Posição Y:45 graus (Típico)

Isso indica um padrão de radiação assimétrico, que é um fator crítico no projeto de sistemas ópticos para alinhar o emissor com um receptor.

5. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados fornece várias curvas características essenciais para trabalhos de projeto detalhado.

5.1 Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente

Esta curva mostra a redução da corrente direta máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta. Para evitar superaquecimento e garantir confiabilidade, a corrente direta deve ser reduzida ao operar acima de 25°C.

5.2 Distribuição Espectral

O gráfico plota a intensidade radiante relativa contra o comprimento de onda, centrado no pico de 940nm. Ele confirma visualmente a largura de banda típica de 50nm, mostrando que a maior parte da potência óptica está concentrada entre aproximadamente 915nm e 965nm. Esta largura de banda estreita é benéfica para filtrar ruídos de luz ambiente.

5.3 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Esta é uma relação crucial que mostra que a intensidade radiante aumenta com a corrente direta, mas não necessariamente de forma perfeitamente linear, especialmente em correntes mais altas devido a efeitos térmicos e de eficiência. A curva permite que os projetistas selecionem uma corrente de operação que forneça a potência óptica de saída necessária.

5.4 Corrente Direta vs. Tensão Direta

Esta curva característica IV é fundamental para projetar o circuito de acionamento. Ela mostra a relação exponencial, ajudando a determinar a conformidade de tensão necessária para um driver de corrente constante ou para calcular valores de resistor em série para um projeto acionado por tensão.

5.5 Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular

Curvas separadas para as posições X e Y ilustram o ângulo de visão assimétrico. A intensidade cai para metade do seu valor máximo em ±47.5 graus no plano X e ±22.5 graus no plano Y. Este padrão deve ser considerado ao alinhar o LED com um sensor para garantir a força do sinal ideal.

6. Informações Mecânicas e do Pacote

6.1 Dimensões do Pacote

O dispositivo utiliza um pacote redondo padrão T-1 3/4 (diâmetro de 4mm). O desenho técnico fornece todas as dimensões críticas, incluindo diâmetro do corpo, formato da lente, diâmetro dos terminais e espaçamento dos terminais. Notas principais especificam que todas as dimensões estão em milímetros e as tolerâncias padrão são ±0.25mm, salvo indicação em contrário. O desenho mecânico exato é essencial para criar footprints de PCB precisos e garantir o posicionamento adequado nas montagens.

6.2 Identificação da Polaridade

LEDs infravermelhos são componentes polarizados. O desenho da folha de dados indica o cátodo, tipicamente identificado por um ponto plano na borda do pacote ou por um terminal mais curto. A polaridade correta deve ser observada durante a montagem para evitar falhas no dispositivo.

7. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A especificação máxima absoluta para temperatura de soldagem é 260°C por uma duração não superior a 5 segundos. Isso é típico para processos de soldagem por onda ou reflow. É crítico aderir a esses limites para evitar danos térmicos ao pacote plástico e ao chip semicondutor interno. Práticas padrão da indústria para manusear dispositivos sensíveis à umidade devem ser seguidas, se aplicável.

8. Informações de Embalagem e Pedido

A especificação de embalagem padrão é a seguinte: 500 peças por saco, 5 sacos por caixa e 10 caixas por cartucho. O rótulo na embalagem contém vários códigos para rastreabilidade e especificação:

• CPN:Número da Peça do Cliente
• P/N:Número de Produção (número da peça do fabricante)
• QTY:Quantidade contida na embalagem
• CAT:Classificações ou bins de desempenho (ex.: para intensidade radiante)
• HUE:Indica o bin de comprimento de onda de pico.
• REF:Código de referência.
• LOT No:Número do lote para rastreabilidade de fabricação.

9. Sugestões de Aplicação

9.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Unidades de Controle Remoto por Infravermelho:Sua alta intensidade radiante o torna adequado para controles remotos que exigem alcance mais longo ou penetração de sinal mais forte.
• Sistemas de Transmissão em Ar Livre:Usado em enlaces de dados de curto alcance, sensores de proximidade e detecção de objetos onde um feixe infravermelho é modulado.
• Detectores de Fumaça:Empregado em detectores de fumaça do tipo de obscurecimento, onde partículas de fumaça interrompem um feixe de luz infravermelha entre um emissor e um receptor.
• Sistemas Gerais de Infravermelho:Qualquer aplicação que necessite de uma fonte confiável de luz infravermelha de 940nm.

9.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:Sempre use um resistor limitador de corrente em série ou um driver de corrente constante para evitar exceder a corrente direta máxima, especialmente dada a baixa tensão direta. A curva IV deve ser usada para calcular o valor de resistor apropriado para uma determinada tensão de alimentação.
• Gerenciamento Térmico:Observe os limites de dissipação de potência. Se operar próximo da corrente máxima ou em altas temperaturas ambientes, considere a curva de redução de potência e garanta ventilação adequada ou dissipação de calor se o LED estiver montado em uma placa com outros componentes geradores de calor.
• Alinhamento Óptico:O ângulo de visão assimétrico (95° x 45°) é crítico. O LED e o receptor correspondente (fototransistor, etc.) devem ser alinhados de acordo com o eixo de sensibilidade pretendido para maximizar o sinal coletado.
• Proteção contra Tensão Reversa:A tensão reversa máxima é de apenas 5V. Em circuitos onde a polarização reversa é possível (ex.: acoplamento AC ou cargas indutivas), é fortemente recomendada proteção externa, como um diodo em paralelo (cátodo para ânodo).

10. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs infravermelhos padrão de baixa potência, a série IR3494 oferece intensidade radiante significativamente maior (3.5 mW/sr típico vs. frequentemente menos de 1 mW/sr para dispositivos básicos). Isso se traduz diretamente em alcance operacional mais longo ou na capacidade de usar correntes de acionamento mais baixas para o mesmo alcance, melhorando a eficiência. O comprimento de onda de 940nm é ideal, pois é menos visível ao olho humano do que LEDs de 850nm (que têm um brilho vermelho fraco), enquanto ainda é altamente detectável por fotodetectores baseados em silício. O padrão de feixe assimétrico pode ser uma vantagem em aplicações que requerem um feixe focalizado em um plano e cobertura mais ampla em outro.

11. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

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

R: Não. A tensão direta é de apenas cerca de 1.2-1.3V. Conectá-lo diretamente a 5V sem um resistor limitador de corrente faria com que uma corrente muito alta fluísse, destruindo o LED instantaneamente. Um resistor em série deve sempre ser usado.

P: Qual é a diferença entre a intensidade radiante 'Típica' e a 'Máxima'?

R: O valor típico (3.5 mW/sr) é o que a maioria dos dispositivos de um lote de produção fornecerá. O máximo (5.5 mW/sr) é o limite superior da especificação; alguns dispositivos podem ter desempenho melhor, mas os projetos devem ser baseados no mínimo (2.5 mW/sr) para garantir a funcionalidade do sistema em todas as condições.

P: Por que o ângulo de visão é diferente nas direções X e Y?

R: Isso é resultado da estrutura interna do chip e do formato da lente plástica. É uma característica de projeto intencional que molda o padrão de luz emitida, o que pode ser útil para direcionar o feixe infravermelho.

P: É necessário um dissipador de calor?

R: Para operação contínua na corrente máxima nominal de 100mA, a dissipação de potência é de aproximadamente 130mW (1.3V * 0.1A), que está abaixo da especificação de 180mW a 25°C. No entanto, se a temperatura ambiente for alta ou o LED estiver em um invólucro selado, a redução de potência térmica conforme as curvas de desempenho deve ser aplicada, e um dissipador de calor ou corrente de operação reduzida pode ser necessária.

12. Caso Prático de Projeto e Uso

Caso: Projetando um Transmissor de Controle Remoto IR de Longo Alcance

Objetivo: Alcançar um alcance confiável de 15 metros em um ambiente típico de sala de estar.

Etapas do Projeto:

1. Seleção da Corrente de Acionamento:Consulte a curva 'Intensidade Radiante vs. Corrente Direta'. Para maximizar o alcance, opere próximo ao limite superior. Selecionar I_F= 80mA fornece uma intensidade radiante de aproximadamente 15 mW/sr (da curva), um aumento significativo em relação ao valor de 20mA.

2. Projeto do Circuito:Para uma alimentação de 3.3V, calcule o resistor em série. Usando o V_Ftípico a 80mA (estimado a partir da curva IV como ~1.28V): R = (V_supply- V_F) / I_F= (3.3V - 1.28V) / 0.08A = 25.25Ω. Use um resistor padrão de 24Ω ou 27Ω. Verifique a potência no resistor: P = I²R = (0.08)²*27 = 0.173W, então um resistor de 1/4W é suficiente.

3. Verificação Térmica:Dissipação de potência do LED: P_d= V_F* I_F= 1.28V * 0.08A = 102mW. Isso está bem dentro do limite de 180mW a 25°C.

4. Alinhamento Óptico:Monte o LED na borda da PCB do controle remoto. Oriente o LED de modo que seu plano mais largo de 95 graus (X) fique alinhado horizontalmente para cobrir uma área ampla, enquanto o plano mais estreito de 45 graus (Y) fique vertical para concentrar a energia para frente. Isso otimiza a chance de atingir o receptor mesmo que o controle remoto esteja ligeiramente fora do eixo horizontalmente.

13. Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um diodo de junção p-n semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons da região n e lacunas da região p são injetados através da junção. Quando esses portadores de carga se recombinam na região ativa do material semicondutor (tipicamente baseado em arsenieto de gálio, GaAs), a energia é liberada na forma de fótons. A composição específica das camadas semicondutoras determina o comprimento de onda da luz emitida. Para este dispositivo, o material é projetado para produzir fótons principalmente em um comprimento de onda de 940 nanômetros, que está no espectro do infravermelho próximo, invisível ao olho humano, mas facilmente detectável por fotodiodos e fototransistores de silício.

14. Tendências Tecnológicas

O desenvolvimento de LEDs infravermelhos continua focado em várias áreas-chave: aumentar a eficiência wall-plug (potência óptica de saída / potência elétrica de entrada) para permitir menor consumo de energia ou maior saída de dispositivos operados por bateria; melhorar a velocidade de modulação para aplicações de comunicação de dados de alta velocidade como IrDA; e desenvolver dispositivos com larguras de banda espectral ainda mais estreitas para aplicações que exigem correspondência precisa de comprimento de onda, como sensoriamento de gases. Há também uma tendência para pacotes de dispositivo de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada, embora pacotes de furo passante como o T-1 3/4 permaneçam populares por sua robustez e facilidade de soldagem manual em prototipagem e certas aplicações de alta confiabilidade. O comprimento de onda de 940nm permanece um padrão da indústria devido ao seu equilíbrio ideal entre a sensibilidade do detector de silício e a baixa visibilidade.

Notas Importantes:As especificações fornecidas neste documento estão sujeitas a alterações sem aviso prévio. Ao usar este produto, as especificações absolutas máximas e condições de operação descritas aqui devem ser rigorosamente observadas. O fabricante não assume responsabilidade por danos resultantes do uso fora dessas condições especificadas. As informações contidas nesta folha de dados são protegidas por direitos autorais e não devem ser reproduzidas sem autorização.