Ficha Técnica de Componente LED Infravermelho - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento fornece as especificações técnicas para um componente diodo emissor de luz (LED) infravermelho (IR). A aplicação principal para tais componentes é em sistemas que requerem fontes de luz não visíveis, como controlos remotos, sensores de proximidade, iluminação para visão noturna e transmissão de dados ópticos. A vantagem central deste componente específico é a sua emissão num comprimento de onda de pico de 940nm, o que é ideal para aplicações onde se deseja emissão mínima de luz visível, uma vez que é praticamente invisível ao olho humano. O mercado-alvo inclui eletrónica de consumo, automação industrial, sistemas de segurança e aplicações automotivas.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

O conteúdo fornecido especifica um parâmetro fotométrico chave: o comprimento de onda de pico (λp). Esta é uma especificação crítica para LEDs IR.

2.1 Características Fotométricas

Comprimento de Onda de Pico (λp):940 nanómetros (nm). Este parâmetro define o comprimento de onda no qual o LED emite a sua potência óptica máxima. Um comprimento de onda de 940nm situa-se dentro do espectro do infravermelho próximo. Este comprimento de onda é comumente utilizado porque os fotodíodos de silício, que são os recetores típicos em sistemas IR, têm alta sensibilidade em torno desta gama. Além disso, a luz de 940nm é menos percetível como um brilho vermelho fraco em comparação com comprimentos de onda IR mais curtos, como 850nm, tornando-a preferível para iluminação discreta.

Análise:A seleção de 940nm indica que este componente está otimizado para eficiência em sistemas de deteção que utilizam sensores de silício padrão e para aplicações que requerem baixa poluição luminosa visível. A intensidade radiante e o ângulo de visão, especificações complementares comuns, não são fornecidos, mas são cruciais para calcular o alcance efetivo e a área de cobertura num projeto.

2.2 Parâmetros Elétricos

Embora valores específicos de tensão direta (Vf), corrente direta (If) e tensão reversa (Vr) não sejam listados no excerto, estes são fundamentais para qualquer LED. Os projetistas devem consultar a ficha técnica completa para os valores máximos absolutos e condições típicas de operação, a fim de garantir funcionamento fiável e longevidade. Exceder a corrente direta máxima é uma causa primária de falha do LED devido à geração excessiva de calor.

2.3 Características Térmicas

A gestão térmica é fundamental para o desempenho e vida útil do LED. Os parâmetros-chave incluem a resistência térmica da junção para o ar ambiente (RθJA) e a temperatura máxima da junção (Tj máx.). A dissipação eficiente de calor através do encapsulamento do LED e da placa de circuito impresso (PCB) é necessária para manter a Tj dentro de limites seguros, especialmente quando operando a correntes elevadas ou em temperaturas ambientes elevadas.

3. Explicação do Sistema de Binning

A fabricação de LEDs envolve variações naturais. Um sistema de binning categoriza os componentes com base em parâmetros-chave para garantir consistência dentro de um lote de produção.

3.1 Binning de Comprimento de Onda

Para um LED IR, o comprimento de onda de pico é o parâmetro de binning primário. Os componentes podem ser classificados em bins com uma tolerância apertada em torno do valor nominal de 940nm (por exemplo, 935nm a 945nm). Isto garante que todos os LEDs num sistema têm características de emissão quase idênticas, o que é crítico para o desempenho dos filtros ópticos e do ajuste do sensor no recetor.

3.2 Binning de Tensão Direta

Os LEDs também são classificados por tensão direta (Vf) a uma corrente de teste especificada. Agrupar LEDs com valores de Vf semelhantes ajuda no projeto de circuitos de acionamento, particularmente quando vários LEDs estão conectados em série, para garantir distribuição uniforme de corrente e brilho.

4. Análise de Curvas de Desempenho

Os dados gráficos são essenciais para compreender o comportamento do componente em várias condições.

4.1 Curva Corrente vs. Tensão (I-V)

A curva I-V mostra a relação entre a tensão direta e a corrente através do LED. É não linear. A tensão do "joelho" é o ponto aproximado onde o LED começa a conduzir significativamente e a emitir luz. A inclinação da curva na região de operação ajuda a determinar a resistência dinâmica do LED.

4.2 Características de Temperatura

O desempenho do LED é dependente da temperatura. Tipicamente, a tensão direta (Vf) diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Por outro lado, a intensidade luminosa ou potência radiante também diminui com o aumento da temperatura. Gráficos que mostram a intensidade relativa vs. temperatura da junção e tensão direta vs. temperatura são críticos para projetar circuitos que compensem os efeitos térmicos.

3.3 Distribuição Espectral

Um gráfico de distribuição espectral traça a potência radiante em função do comprimento de onda. Para um LED de 940nm, este gráfico mostraria um pico dominante em ou perto de 940nm com uma certa largura de banda espectral (por exemplo, Largura a Meia Altura - FWHM). Um FWHM mais estreito indica uma fonte de luz mais monocromática, o que pode ser importante para aplicações que utilizam filtros ópticos.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

O excerto menciona tipos de embalagem, mas não o encapsulamento específico do LED (por exemplo, 5mm, 3mm, dispositivo de montagem em superfície como 0805 ou 1206). Uma ficha técnica completa incluiria um desenho mecânico detalhado.

5.1 Desenho Dimensional

É necessário um diagrama dimensionado, mostrando o comprimento, largura, altura, espaçamento dos terminais (para furo passante) ou dimensões dos terminais (para SMD). As tolerâncias para todas as dimensões devem ser especificadas.

5.2 Design do Layout de Terminais (para SMD)

Para encapsulamentos de montagem em superfície, é fornecida uma recomendação para o padrão de terminais na PCB (footprint). Isto inclui o tamanho, forma e espaçamento dos terminais de cobre para garantir soldagem adequada e estabilidade mecânica.

5.3 Identificação de Polaridade

O método para identificar o ânodo e o cátodo deve ser claramente indicado. Para LEDs de furo passante, o cátodo é tipicamente o terminal mais curto ou o terminal ao lado de um ponto plano na lente. Para LEDs SMD, uma marcação como um ponto, entalhe ou canto sombreado no encapsulamento denota o cátodo.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

Para componentes SMD, é necessário um perfil de refluxo detalhado. Isto inclui temperatura e tempo de pré-aquecimento, tempo de imersão, temperatura de pico, tempo acima do líquido (TAL) e taxa de arrefecimento. O cumprimento deste perfil evita choque térmico e garante juntas de solda fiáveis.

6.2 Precauções

As precauções gerais incluem: evitar tensão mecânica na lente do LED, usar proteção contra ESD durante a manipulação (pois os LEDs são sensíveis a descargas eletrostáticas) e garantir que não haja contaminação na superfície óptica. Para componentes de furo passante, a curvatura dos terminais deve ser feita a uma distância suficiente do corpo do encapsulamento.

6.3 Condições de Armazenamento

Os LEDs devem ser armazenados num ambiente fresco e seco, tipicamente dentro de uma gama especificada de temperatura e humidade. São frequentemente fornecidos em embalagem sensível à humidade com um dessecante e podem necessitar de secagem antes do uso se a embalagem tiver sido aberta por um período prolongado.

7. Informações de Embalagem e Pedido

O excerto do PDF lista explicitamente elementos de embalagem, que é uma parte chave do conteúdo fornecido.

7.1 Especificação de Embalagem

A hierarquia de embalagem é definida como:

• Saco Antiestático:O recipiente primário, projetado para proteger os componentes de descargas eletrostáticas (ESD) e humidade.
• Caixa Interna:Uma caixa ou bandeja que contém múltiplos sacos antiestáticos ou bobinas de componentes.
• Caixa Externa:A caixa de expedição principal contendo múltiplas caixas internas.

7.2 Quantidade por Embalagem

A quantidade específica de componentes LED por saco antiestático, por caixa interna e por caixa externa deve ser especificada. Quantidades comuns são múltiplos de 1000, 2000 ou 5000 peças para componentes SMD em bobinas, ou contagens específicas para embalagem a granel.

7.3 Informações de Rotulagem

Cada nível de embalagem deve ter uma etiqueta indicando o número da peça, quantidade, código de data, número do lote e nível de sensibilidade a ESD/humidade (MSL).

7.4 Regras de Nomenclatura do Número do Modelo

O número completo da peça tipicamente codifica atributos-chave. Por exemplo, um número de modelo pode indicar o tamanho do encapsulamento, comprimento de onda de pico, ângulo de visão e bin de fluxo. Um código como "IR940-45D" poderia implicar um LED IR, 940nm, ângulo de visão de 45 graus e um bin de intensidade radiante específico 'D'.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

Este LED IR de 940nm é adequado para:

• Controlos Remotos Infravermelhos:Para TVs, sistemas de áudio e set-top boxes.
• Sensores de Proximidade e Presença:Em smartphones, eletrodomésticos e torneiras automáticas.
• Iluminação para Visão Noturna:Emparelhado com câmaras sensíveis ao IR em sistemas de segurança e vigilância.
• Interruptores e Codificadores Ópticos:Para detetar posição ou rotação.
• Transmissão de Dados:Em dispositivos compatíveis com IrDA para comunicação sem fios de curto alcance.

8.2 Considerações de Projeto

Circuito de Acionamento:Recomenda-se uma fonte de corrente constante em vez de uma fonte de tensão com uma resistência em série para uma saída estável, especialmente em variações de temperatura. O acionador deve ser classificado para a corrente direta do LED.
Design Óptico:O material da lente ou da cobertura entre o LED e o alvo deve ser transparente à luz de 940nm. Muitos plásticos são adequados, mas alguns tipos de vidro ou materiais coloridos podem atenuar o sinal.
Dissipação de Calor:Garanta área de cobre adequada na PCB ou um dissipador de calor externo se operar a correntes contínuas elevadas.
Compatibilidade do Recetor:O fotodetector (por exemplo, fototransístor, fotodíodo) deve ter sensibilidade de pico em torno de 940nm. Um filtro óptico correspondente ao espectro do LED pode melhorar a relação sinal-ruído ao bloquear a luz ambiente.

9. Comparação Técnica

Comparado com outros LEDs IR, um componente de 940nm oferece vantagens e compromissos específicos.

vs. LEDs IR de 850nm:Os LEDs de 850nm frequentemente fornecem uma saída radiante ligeiramente superior para a mesma entrada elétrica devido à melhor eficiência do material nesse comprimento de onda. No entanto, os 850nm emitem um brilho vermelho fraco que pode ser visível em condições escuras, o que pode ser indesejável para aplicações discretas. Os 940nm são praticamente invisíveis, tornando-os superiores para iluminação discreta.

vs. LEDs Visíveis:O diferenciador principal é o comprimento de onda. Os LEDs IR permitem funcionalidades invisíveis para os utilizadores, permitindo funcionalidades como operação automática (sensores) ou controlo (remotos) sem emitir luz perturbadora.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Por que é importante o comprimento de onda de pico de 940nm?
R: Corresponde à gama de alta sensibilidade dos fotodetetores de silício comuns, minimizando a emissão de luz visível, tornando-o ideal para aplicações de sensores e iluminação discreta.

P: Como aciono este LED?
R: Utilize um circuito de acionamento de corrente constante. Uma implementação simples é uma fonte de tensão com uma resistência limitadora de corrente, calculada usando a tensão direta típica (Vf) do LED e a corrente direta desejada (If) da ficha técnica completa: R = (Vfonte - Vf) / If.

P: Posso ver a luz deste LED?
R: O comprimento de onda de 940nm está fora do espectro visível para a maioria dos humanos. Alguns indivíduos podem perceber um brilho vermelho muito profundo em condições extremamente escuras, mas é largamente invisível. Uma câmara de smartphone, no entanto, geralmente consegue vê-lo claramente, pois os sensores das câmaras são sensíveis ao infravermelho próximo.

P: Qual é o propósito do saco antiestático?
R: Protege o LED de descargas eletrostáticas (ESD), que podem danificar a junção semicondutora mesmo que a descarga não seja sentida por uma pessoa.

11. Casos de Uso Práticos

Estudo de Caso 1: Dispensador Automático de Sabão.Um LED IR de 940nm é emparelhado com um fototransístor para criar um sensor de proximidade. O LED emite constantemente um feixe invisível. Quando uma mão interrompe o feixe, a mudança na luz detetada aciona o motor da bomba. O comprimento de onda de 940nm garante que a operação seja perfeita e sem qualquer indicação de luz visível.

Estudo de Caso 2: Controlo Remoto de TV de Longo Alcance.Uma matriz de LEDs de 940nm é utilizada num controlo remoto universal. A alta intensidade radiante (garantida pelo binning adequado e corrente de acionamento) permite que o sinal alcance o sensor da TV a partir de ângulos amplos e distâncias maiores. A ausência de luz visível evita distrações num home theater escuro.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um díodo de junção p-n semicondutor. Quando polarizado diretamente, os eletrões da região n recombinam-se com as lacunas da região p na região ativa. Este processo de recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). O comprimento de onda específico dos fotões emitidos é determinado pela energia da banda proibida dos materiais semicondutores utilizados na construção do LED (tipicamente arseneto de gálio e alumínio - AlGaAs para 940nm). Uma banda proibida maior resulta num comprimento de onda mais curto (luz mais azul), e uma banda proibida menor resulta num comprimento de onda mais longo (luz mais vermelha ou infravermelha). A saída de 940nm é um resultado direto da engenharia da composição do semicondutor para alcançar esta energia específica da banda proibida.

13. Tendências de Desenvolvimento

O campo dos LEDs IR é impulsionado pela procura de maior eficiência, encapsulamentos mais pequenos e maior integração.

Aumento da Eficiência:A investigação foca-se em melhorar a eficiência quântica interna (a percentagem de recombinações eletrão-lacuna que produzem fotões) e a eficiência de extração de luz (fazer com que os fotões gerados saiam do material semicondutor). Isto leva a uma maior saída radiante para a mesma entrada elétrica, permitindo maior duração da bateria em dispositivos portáteis.

Miniaturização:A tendência para eletrónica de consumo mais pequena impulsiona o desenvolvimento de LEDs IR em encapsulamentos de montagem em superfície cada vez mais pequenos (por exemplo, tamanhos métricos 0402, 0201), mantendo ou melhorando o desempenho.

Soluções Integradas:Há uma tendência para combinar o LED IR, o fotodetector e a lógica de controlo num único módulo ou chip. Isto simplifica o projeto para os utilizadores finais, reduz a pegada na PCB e melhora a fiabilidade do sistema ao garantir características ópticas correspondentes.

Novos Comprimentos de Onda:Embora 850nm e 940nm dominem, outros comprimentos de onda estão a ser desenvolvidos para aplicações especializadas, como espectroscopia, deteção de gases e comunicações ópticas usando fibras ópticas de plástico.