Ficha Técnica de LED Infravermelho 940nm - Documentação Técnica

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece uma visão geral técnica abrangente de um componente de diodo emissor de luz (LED) infravermelho (IR). A função principal deste dispositivo é emitir luz no espectro do infravermelho próximo, especificamente em um comprimento de onda de pico (λp) de 940 nanômetros (nm). Este comprimento de onda é invisível ao olho humano, mas é altamente eficaz para várias aplicações de sensoriamento e controle remoto. O componente é projetado para integração em montagens eletrônicas que requerem uma fonte de luz IR confiável e consistente.

A vantagem central deste LED IR reside na sua emissão especificada de 940nm, que é um padrão comum para eletrônicos de consumo como controles remotos de TV e sensores de proximidade. Este comprimento de onda oferece um bom equilíbrio entre a sensibilidade do fotodetector de silício e a rejeição da luz ambiente. O mercado-alvo inclui eletrônicos de consumo, automação industrial, sistemas de segurança e qualquer aplicação que requeira luz não visível para sinalização, detecção ou transmissão de dados.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

O fragmento de PDF fornecido destaca um único parâmetro fotométrico crítico: o comprimento de onda de pico.

2.1 Características Fotométricas

Comprimento de Onda de Pico (λp): 940nm

Este é o comprimento de onda mais proeminente emitido pelo LED, onde a intensidade radiante está no seu máximo. Um pico de 940nm é significativo por várias razões:

• Compatibilidade com Detector de Silício:Fotodiodos e fototransistores de silício, os detectores IR mais comuns, têm sensibilidade de pico tipicamente na faixa de 800nm a 950nm. Uma fonte de 940nm se alinha bem com isso, garantindo detecção eficiente e força de sinal robusta.
• Baixa Emissão de Luz Visível:Embora alguns LEDs de infravermelho próximo emitam um brilho vermelho fraco, os LEDs de 940nm são virtualmente invisíveis, tornando-os ideais para aplicações discretas ou onde o vazamento de luz visível é indesejável.
• Imunidade à Luz Solar:O espectro de irradiância solar tem um mínimo local em torno de 940nm, o que ajuda os sensores que usam este comprimento de onda a serem menos suscetíveis à interferência da luz solar ambiente em comparação com, por exemplo, LEDs de 850nm.

Embora o excerto do PDF mostre apenas o comprimento de onda de pico, uma ficha técnica completa normalmente incluiria parâmetros fotométricos adicionais, como intensidade radiante (em miliwatts por esferorradiano, mW/sr), ângulo de visão (ângulo de meia intensidade em graus) e largura de banda espectral (largura total à meia altura, FWHM, em nm).

2.2 Parâmetros Elétricos

Embora não listados explicitamente no texto fornecido, entender as características elétricas é fundamental para o projeto.

• Tensão Direta (Vf):A queda de tensão no LED quando opera na sua corrente especificada. Para LEDs IR típicos, isso geralmente varia de 1,2V a 1,6V, mas o valor exato depende do material semicondutor e do projeto do chip. Este parâmetro é crucial para selecionar um resistor limitador de corrente ou circuito driver apropriado.
• Corrente Direta (If):A corrente de operação contínua recomendada, tipicamente entre 20mA e 100mA para encapsulamentos padrão. Exceder a corrente direta máxima pode levar à degradação rápida ou falha catastrófica.
• Tensão Reversa (Vr):A tensão máxima que o LED pode suportar quando polarizado reversamente sem danos, geralmente em torno de 5V. Exceder isso pode romper a junção PN.
• Dissipação de Potência:Calculada como Vf * If, isso determina a carga térmica no componente e influencia a necessidade de dissipador de calor.

2.3 Características Térmicas

O desempenho e a vida útil do LED dependem fortemente da temperatura de junção.

• Resistência Térmica (Rθj-a):A resistência ao fluxo de calor da junção semicondutora para o ar ambiente, expressa em graus Celsius por watt (°C/W). Um valor mais baixo indica melhor capacidade de dissipação de calor.
• Temperatura Máxima de Junção (Tj máx.):A temperatura mais alta permitida na junção semicondutora. Operar acima deste limite reduz drasticamente a vida útil do LED. Um layout adequado da PCB (vias térmicas, área de cobre) é essencial para manter Tj dentro dos limites.
• Curva de Derating:Um gráfico que mostra como a corrente direta máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. Esta é uma ferramenta de projeto crítica para garantir confiabilidade em todas as condições de operação.

3. Explicação do Sistema de Binning

Variações de fabricação significam que os LEDs não são idênticos. Um sistema de binning categoriza os componentes com base em parâmetros-chave para garantir consistência dentro de um lote de produção.

• Binning por Comprimento de Onda/Pico de Comprimento de Onda:Os LEDs são classificados em bins com base no seu comprimento de onda de pico real, por exemplo, 935-945nm, 940-950nm. Isso garante consistência de cor para a aplicação.
• Binning por Intensidade Radiante/Fluxo:Os componentes são agrupados pela sua potência de saída de luz medida. Por exemplo, os bins podem ser definidos como valores Mín/ Típ/ Máx de intensidade radiante em uma corrente de teste específica.
• Binning por Tensão Direta:Os LEDs são classificados pelo seu Vf em uma corrente de teste. Isso ajuda a projetar circuitos mais uniformes, especialmente quando vários LEDs são conectados em série.

Os projetistas devem especificar os bins necessários ao fazer o pedido para garantir o desempenho exigido para sua aplicação.

4. Análise de Curvas de Desempenho

Dados gráficos fornecem uma visão mais profunda do que especificações de ponto único.

4.1 Curva Corrente vs. Tensão (I-V)

Esta curva mostra a relação entre tensão direta e corrente direta. É não linear, exibindo uma tensão de "joelho" (tipicamente ~1,2V para LEDs IR) acima da qual a corrente aumenta rapidamente com pequenos aumentos na tensão. Isso ressalta a importância do controle de corrente, e não do controle de tensão, para acionar LEDs.

4.2 Características de Temperatura

Gráficos-chave incluem:

• Tensão Direta vs. Temperatura de Junção:Vf tem um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que diminui à medida que a temperatura aumenta. Isso pode ser usado para sensoriamento de temperatura.
• Intensidade Radiante vs. Temperatura de Junção:A saída de luz tipicamente diminui à medida que a temperatura sobe. A inclinação desta curva indica a estabilidade térmica da saída.
• Intensidade Relativa vs. Corrente Direta:Mostra como a saída de luz escala com a corrente de acionamento, geralmente em uma relação linear ou ligeiramente sublinear até que os efeitos térmicos dominem.

4.3 Distribuição Espectral

Um gráfico que traça intensidade relativa versus comprimento de onda. Para um LED de 940nm, esta curva estaria centrada em torno de 940nm com um FWHM típico de 40-50nm. A forma e a largura desta curva afetam como a luz interage com filtros e detectores.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

O PDF menciona termos de embalagem, mas carece de um desenho dimensional.

• Tipo de Encapsulamento:Encapsulamentos comuns para LEDs IR incluem terminais radiais de 3mm, 5mm e encapsulamentos de dispositivo de montagem em superfície (SMD) como 0805, 1206 ou encapsulamentos IR especializados.
• Dimensões:Um desenho mecânico detalhado especificaria comprimento, largura, altura, diâmetro/espaçamento dos terminais (para furo passante) ou dimensões dos pads (para SMD).
• Projeto do Pad/Padrão de Montagem:Para peças SMD, o footprint recomendado da PCB (tamanho, forma e espaçamento dos pads) é crítico para soldagem confiável e resistência mecânica.
• Identificação de Polaridade:LEDs são diodos e devem ser conectados com a polaridade correta. A identificação é tipicamente feita por uma borda plana na lente, um terminal de ânodo mais longo ou um cátodo marcado no corpo do encapsulamento SMD.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseio adequado garante confiabilidade.

• Perfil de Soldagem por Refluxo:Para componentes SMD, um perfil tempo-temperatura especificando pré-aquecimento, imersão, temperatura de pico de refluxo (tipicamente 260°C máx. por alguns segundos) e taxas de resfriamento deve ser seguido.
• Soldagem Manual:Se aplicável, são fornecidas diretrizes para temperatura do ferro (<350°C) e tempo máximo de soldagem por terminal (ex.: 3 segundos) para prevenir danos térmicos à lente de epóxi ou ao semicondutor.
• Precauções contra ESD:LEDs são sensíveis à descarga eletrostática. O manuseio deve ocorrer em estações de trabalho protegidas contra ESD usando equipamento aterrado. A menção a uma "bolsa antiestática" no PDF destaca este requisito.
• Condições de Armazenamento:Os componentes devem ser armazenados em um ambiente seco e controlado (ex.:<40°C/40% UR) para prevenir absorção de umidade, que pode causar "efeito pipoca" durante o refluxo.

7. Informações de Embalagem e Pedido

O fragmento de PDF lista vários níveis de embalagem.

• Bolsa Antiestática:A barreira primária contra umidade e ESD para os componentes a granel ou bobinas.
• Caixa Interna:Contém múltiplas bolsas antiestáticas ou bobinas.
• Caixa Externa:A caixa de envio principal contendo múltiplas caixas internas.
• Quantidade de Embalagem:A quantidade padrão por bobina (ex.: 1000 unidades), por bolsa ou por caixa.
• Rotulagem:Os rótulos devem incluir número da peça, quantidade, código de data, número do lote/lote e nível de sensibilidade a ESD/umidade (MSL).
• Regra de Numeração do Modelo:Um número de peça completo normalmente codifica atributos-chave como tipo de encapsulamento, bin de comprimento de onda, bin de intensidade e bin de tensão direta.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Controles Remotos Infravermelhos:Para TVs, decodificadores, sistemas de áudio. O comprimento de onda de 940nm é o padrão da indústria.
• Sensores de Proximidade e Presença:Usados em smartphones (para desabilitar telas sensíveis ao toque durante chamadas), torneiras automáticas, dispensadores de sabão.
• Detecção e Contagem de Objetos:Em automação industrial, máquinas de venda automática e feixes de segurança.
• Transmissão de Dados Óptica:Para enlaces de dados de curto alcance e baixa velocidade (IrDA era um padrão comum).
• Iluminação para Visão Noturna:Emparelhado com câmeras sensíveis ao IR para vigilância em condições de pouca luz.

8.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:Sempre use um resistor limitador de corrente em série ou um driver de corrente constante. Calcule o valor do resistor usando R = (Tensão da Fonte - Vf) / If.
• Layout da PCB:Forneça área de cobre adequada ou vias térmicas sob o pad térmico do LED (se SMD) para dissipar calor.
• Projeto Óptico:Considere lentes ou aberturas para moldar o feixe. O ângulo de visão do LED deve corresponder ao campo de visão do detector.
• Filtragem:Use um filtro passa-infravermelho no detector para bloquear a luz visível e melhorar a relação sinal-ruído.
• Modulação:Para aplicações de sensoriamento, modular o sinal IR (ex.: a 38kHz) e usar um detector sincronizado pode rejeitar efetivamente a interferência da luz ambiente.

9. Comparação Técnica

Comparado a outras fontes IR:

• vs. LEDs IR de 850nm:LEDs de 850nm frequentemente têm um brilho vermelho fraco e são mais suscetíveis à interferência solar, mas podem oferecer intensidade radiante ligeiramente maior para a mesma corrente de acionamento devido à eficiência do material. 940nm é preferido para operação discreta e melhor rejeição solar.
• vs. Diodos Laser:Lasers fornecem um feixe coerente e estreito, ideal para sensoriamento de longo alcance ou de precisão, mas são mais caros, requerem medidas de acionamento e segurança mais complexas e têm um espectro de emissão mais estreito.
• vs. Fontes IR Incandescentes:Fontes baseadas em filamento emitem IR de espectro amplo, mas são ineficientes, lentas, frágeis e geram calor significativo.

O LED de 940nm oferece um equilíbrio ideal de custo, eficiência, confiabilidade e desempenho para aplicações principais de consumo e industrial.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Por que meu LED de 940nm não é visível?

R: A sensibilidade do olho humano cai drasticamente além de cerca de 750nm. 940nm está bem dentro do espectro infravermelho e é essencialmente invisível, o que é uma característica-chave para muitas aplicações.

P: Posso acionar este LED diretamente de um pino de microcontrolador de 5V ou 3,3V?

R: Não. Você deve sempre usar um resistor limitador de corrente em série. Um pino GPIO de um microcontrolador não pode fornecer uma corrente estável e pode ser danificado pela baixa tensão direta do LED, o que poderia criar uma condição de quase curto-circuito.

P: Como determino o valor ideal do resistor?

R: Use a Lei de Ohm: R = (Vs - Vf) / If. Por exemplo, com Vs=5V, Vf=1,4V (típico) e If=20mA: R = (5 - 1,4) / 0,02 = 180 Ohms. Use o próximo valor padrão (ex.: 180Ω ou 220Ω).

P: Qual é o propósito da "bolsa antiestática" mencionada?

R: Ela protege o LED contra descarga eletrostática (ESD) durante o armazenamento e transporte, o que pode danificar a sensível junção semicondutora mesmo que o dano não seja imediatamente visível.

P: A temperatura ambiente afeta o desempenho?

R: Sim, significativamente. A intensidade radiante diminui à medida que a temperatura aumenta, e a tensão direta diminui. Para aplicações críticas, consulte as curvas de derating e projete o gerenciamento térmico de acordo.

11. Casos de Uso Práticos

Estudo de Caso 1: Sensor de Proximidade de Smartphone

Um LED de 940nm é colocado próximo ao alto-falante. Quando uma chamada está ativa, o LED emite um pulso breve. Um fotodetector próximo mede a luz refletida. Se um objeto (como a orelha do usuário) estiver próximo, o sinal refletido é forte e a tela sensível ao toque é desabilitada para evitar entradas acidentais. O comprimento de onda de 940nm garante que nenhum brilho visível seja visto durante a chamada.

Estudo de Caso 2: Contador de Objetos em Esteira Industrial

Um LED IR e um detector são montados em lados opostos de uma esteira transportadora, criando um feixe. Quando um objeto passa, ele interrompe o feixe, acionando um contador. Usar um sinal modulado de 940nm ajuda o sistema a ignorar a radiação IR constante de objetos quentes ou máquinas no chão de fábrica.

12. Princípio de Funcionamento

Um LED infravermelho é um diodo de junção p-n semicondutor. Quando polarizado diretamente (tensão positiva aplicada ao lado p, ânodo), elétrons da região n são injetados através da junção na região p, e lacunas da região p são injetadas na região n. Esses portadores minoritários se recombinam com portadores majoritários nas regiões opostas. Em um material semicondutor de banda direta como Arseneto de Gálio (GaAs) ou Arseneto de Gálio e Alumínio (AlGaAs), comumente usado para LEDs IR, este evento de recombinação libera energia na forma de um fóton (partícula de luz). O comprimento de onda (cor) do fóton emitido é determinado pela energia da banda proibida (Eg) do material semicondutor, de acordo com a equação λ ≈ 1240 / Eg (eV), onde λ está em nanômetros. Para um comprimento de onda de 940nm, a energia da banda proibida é aproximadamente 1,32 eV. A composição específica do material (ex.: AlGaAs) é projetada para alcançar esta banda proibida precisa.

13. Tendências Tecnológicas

O desenvolvimento de LEDs IR segue várias tendências-chave impulsionadas pelas demandas das aplicações:

• Aumento de Potência e Eficiência:Melhorias contínuas em ciência dos materiais e projeto de chip resultam em maior intensidade radiante e eficiência wall-plug (potência óptica de saída / potência elétrica de entrada), permitindo maior alcance ou menor consumo de energia.
• Miniaturização:Os tamanhos dos encapsulamentos continuam a diminuir (ex.: encapsulamentos chip-scale) para caber em dispositivos de consumo cada vez menores, como wearables e smartphones ultrafinos.
• Soluções Integradas:Há uma tendência para módulos que combinam o LED, driver, fotodetector e, às vezes, até um microcontrolador em um único encapsulamento, simplificando o projeto para usuários finais (ex.: módulos completos de sensor de proximidade).
• Expansão para Novos Espectros:Embora 850nm e 940nm dominem, há um interesse crescente em outros comprimentos de onda IR para aplicações especializadas, como sensoriamento de gases (usando linhas de absorção específicas) ou imageamento avançado de tecidos biológicos.
• Gerenciamento Térmico Aprimorado:Novos projetos de encapsulamento com menor resistência térmica permitem correntes de acionamento mais altas e saída sustentada em ambientes exigentes.

Essas tendências visam tornar o sensoriamento IR mais confiável, compacto, energeticamente eficiente e acessível para uma gama mais ampla de aplicações, desde LiDAR automotivo e autenticação biométrica até monitoramento ambiental avançado.