Ficha Técnica do LED Infravermelho IR204C-A de 3mm - Pacote T-1 - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Corrente Direta 100mA - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O IR204C-A é um diodo emissor de infravermelho de alta intensidade, encapsulado em um pacote plástico transparente padrão de 3mm (T-1). Sua função principal é emitir luz infravermelha em um comprimento de onda de pico de 940nm, o que o torna espectralmente compatível com fototransistores de silício, fotodiodos e módulos receptores infravermelhos comuns. Este dispositivo foi projetado para aplicações que requerem transmissão infravermelha confiável e eficiente.

1.1 Vantagens Principais

• Alta Intensidade Radiante:Oferece uma forte saída óptica, adequada para aplicações de médio a longo alcance.
• Alta Confiabilidade:Projetado para desempenho estável e de longo prazo.
• Baixa Tensão Direta:Tipicamente 1,5V a 20mA, contribuindo para uma operação energeticamente eficiente.
• Conformidade Ambiental:O produto é livre de chumbo, em conformidade com o REACH da UE e atende aos padrões livres de halogênio (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm).
• Pacote Padrão:O conhecido formato T-1 (3mm) com espaçamento de terminais de 2,54mm garante fácil integração em projetos existentes e placas de prototipagem.

1.2 Aplicações Alvo

• Unidades de controle remoto infravermelho com altos requisitos de potência.
• Sistemas de transmissão óptica de dados em ar livre.
• Sensores de detecção de fumaça.
• Sistemas gerais de sensoriamento e barreira infravermelha.
• Automação industrial e detecção de objetos.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta seção fornece uma interpretação objetiva e detalhada dos principais parâmetros elétricos e ópticos especificados na ficha técnica. Compreender esses limites e valores típicos é crucial para um projeto de circuito robusto.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estes são os limites de estresse que não devem ser excedidos sob nenhuma condição, mesmo momentaneamente. A operação além dessas especificações pode causar danos permanentes.

• Corrente Direta Contínua (I_F):100 mA. O LED pode operar continuamente neste nível de corrente, desde que os limites de dissipação de potência e temperatura sejam respeitados.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):1,0 A. Esta alta corrente é permitida apenas em condições pulsadas (largura de pulso ≤ 100μs, ciclo de trabalho ≤ 1%). Isso é útil para alcançar uma saída radiante instantânea muito alta em aplicações de modo rajada, como controles remotos de longo alcance.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. O LED tem tolerância limitada à tensão reversa. Deve-se tomar cuidado no projeto do circuito para evitar polarização reversa além deste limite, que pode ser causada por cargas indutivas ou sequenciamento de energia inadequado.
• Dissipação de Potência (P_d):150 mW a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente livre. Esta especificação diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. A corrente operacional real deve ser reduzida com base na temperatura de junção para permanecer dentro dos limites seguros.
• Temperatura de Soldagem (T_sol):260°C por no máximo 5 segundos. Isso define as restrições do perfil de soldagem por refluxo.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação (Ta=25°C).

• Intensidade Radiante (I_e):Esta é a medida primária da potência óptica de saída por ângulo sólido (mW/sr).
  • Em I_F= 20mA (CC): O valor típico é 7,8 mW/sr, com um mínimo de 4,0 mW/sr.
  • Em I_F= 100mA (Pulsada): A intensidade radiante típica aumenta significativamente.
  • Em I_F= 1A (Pulsada): Pode fornecer uma saída típica de 390 mW/sr, mostrando sua capacidade para operação pulsada de alta potência.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_p):940 nm (típico). Este comprimento de onda é ideal, pois se alinha bem com a sensibilidade de pico dos fotodetectores de silício, sendo amplamente invisível ao olho humano e tendo boa transmissão atmosférica.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):Aproximadamente 45 nm (típico). Isso define a largura espectral da luz emitida na metade de sua intensidade máxima (FWHM).
• Tensão Direta (V_F):
  • A 20mA: 1,5V típico, 1,2V mínimo, crucial para calcular os valores do resistor em série.
  • A 100mA (pulsada): 1,4V típico, 1,8V máximo. V_Faumenta com a corrente devido à resistência do diodo.
  • A 1A (pulsada): 2,6V típico, 4,0V máximo, mostrando um aumento significativo em condições de pulso de alta corrente.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):40 graus (típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor no eixo. Um ângulo de 40° fornece um bom equilíbrio entre concentração do feixe e cobertura.

3. Explicação do Sistema de Binning

A ficha técnica inclui uma tabela de binning para intensidade radiante, uma prática comum para categorizar LEDs com base no desempenho medido.

3.1 Binning de Intensidade Radiante

Sob a condição I_F= 20mA, os LEDs são classificados em bins (K, L, M, N) com base em sua intensidade radiante medida.

• Bin K:4,0 - 6,4 mW/sr
• Bin L:5,6 - 8,9 mW/sr
• Bin M:7,8 - 12,5 mW/sr
• Bin N:11,0 - 17,6 mW/sr

Implicação no Projeto:Para aplicações que requerem uma força de sinal óptico consistente (por exemplo, controles remotos com um alcance definido), especificar um bin mais restrito (como um único bin) ou um bin mínimo mais alto garante um desempenho mais uniforme entre as unidades de produção. O código do bin é tipicamente indicado nas informações de pedido ou na etiqueta do produto.

4. Análise das Curvas de Desempenho

As curvas características típicas fornecem insights valiosos sobre o comportamento do dispositivo em condições variáveis.

4.1 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Fig.4)

Esta curva IV mostra a relação exponencial. A curva se deslocará com a temperatura; a tensão direta tipicamente diminui à medida que a temperatura de junção aumenta para uma determinada corrente.

4.2 Intensidade Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.7)

Este gráfico é crítico para o gerenciamento térmico. A saída radiante de um LED diminui à medida que sua temperatura de junção aumenta. A curva quantifica esta redução, informando aos projetistas que temperaturas ambientes mais altas ou dissipação de calor inadequada resultarão em menor saída óptica. Isso deve ser considerado em sistemas projetados para operar em toda a faixa de -40°C a +85°C.

4.3 Distribuição Espectral & Comprimento de Onda de Pico vs. Temperatura (Fig.2 & Fig.3)

A Fig.2 mostra o espectro de emissão típico centrado em 940nm. A Fig.3 ilustra como o comprimento de onda de pico se desloca com a temperatura. LEDs infravermelhos tipicamente exibem um coeficiente de temperatura positivo para o comprimento de onda (ou seja, λ_paumenta com a temperatura). Este deslocamento é importante em aplicações onde o detector tem uma resposta espectral estreita.

4.4 Diagrama de Radiação Angular (Fig.6)

Este gráfico polar descreve a intensidade radiante relativa em função do deslocamento angular do eixo central. O ângulo de visão de 40° é confirmado aqui. O padrão é geralmente Lambertiano ou quase-Lambertiano para este tipo de pacote, significando que a intensidade é aproximadamente proporcional ao cosseno do ângulo de visão.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Pacote

O dispositivo utiliza um pacote redondo padrão T-1 (3mm de diâmetro). Notas dimensionais importantes da ficha técnica incluem:

• Todas as dimensões estão em milímetros (mm).
• Tolerâncias padrão são ±0,25mm, salvo indicação em contrário.
• O espaçamento dos terminais é de 2,54mm (0,1 polegadas), compatível com placas perfuradas padrão e muitos soquetes.

Um desenho dimensionado detalhado seria tipicamente incluído, mostrando o diâmetro do corpo, formato da lente, comprimento e diâmetro dos terminais e plano de assentamento.

5.2 Identificação de Polaridade

Para um LED T-1 padrão, o cátodo é tipicamente identificado por um ponto plano na borda da lente plástica e/ou pelo terminal mais curto. A ficha técnica deve ser consultada para a marcação específica desta peça.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

• Soldagem por Refluxo:A temperatura máxima de soldagem é 260°C, e o tempo a ou acima desta temperatura não deve exceder 5 segundos. Um perfil de refluxo sem chumbo padrão é aplicável.
• Soldagem Manual:Se a soldagem manual for necessária, deve-se usar um ferro de soldar com controle de temperatura, e o tempo de soldagem por terminal deve ser minimizado (tipicamente < 3 segundos a 350°C) para evitar danos térmicos ao pacote plástico e ao chip semicondutor.
• Condições de Armazenamento:A faixa de temperatura de armazenamento é de -40°C a +85°C. Os componentes devem ser mantidos em suas embalagens originais à prova de umidade até o uso para evitar a absorção de umidade, que pode causar \"efeito pipoca\" durante o refluxo.

7. Informações de Embalagem e Pedido

7.1 Especificações de Embalagem

• Embalagem padrão: 200 a 1000 peças por saco.
• 5 sacos são embalados em 1 caixa.
• 10 caixas são embaladas em 1 cartucho.

7.2 Informações da Etiqueta

A etiqueta do produto contém dados-chave de rastreabilidade e especificação:

• CPN (Número da Peça do Cliente)
• P/N (Número da Peça do Fabricante: IR204C-A)
• QTY (Quantidade da Embalagem)
• Classificações/Códigos de Bin (por exemplo, para Intensidade Radiante)
• HUE (Informação de Comprimento de Onda de Pico)
• LOT No. (Número de lote rastreável)

8. Recomendações para Projeto de Aplicação

8.1 Projeto do Circuito de Acionamento

O LED deve ser acionado com um elemento limitador de corrente, tipicamente um resistor em série com uma fonte de tensão. O valor do resistor (R_s) é calculado como: R_s= (V_fonte- V_F) / I_F. Use o V_Fmáximo da ficha técnica para a corrente operacional escolhida para garantir que a corrente não exceda o valor desejado. Por exemplo, para uma fonte de 5V e um I_Falvo de 20mA usando o V_Fmáx. de 1,5V: R_s= (5 - 1,5) / 0,02 = 175 Ω. Um resistor padrão de 180 Ω seria adequado. Para operação pulsada em altas correntes, é necessário um interruptor transistorizado (BJT ou MOSFET).

8.2 Considerações Térmicas

Embora o pacote T-1 tenha capacidade limitada de dissipação térmica, em correntes contínuas de até 100mA, garantir fluxo de ar adequado ou considerar a dissipação de potência (P_d= V_F* I_F) é importante. Se operado continuamente próximo da corrente máxima em uma temperatura ambiente alta, a temperatura de junção pode aumentar, reduzindo a saída e potencialmente afetando a longevidade.

8.3 Projeto Óptico

A lente transparente é adequada para uso com lentes ou refletores externos para colimar ou moldar o feixe para aplicações específicas, como transmissão de longo alcance. O comprimento de onda de 940nm é bem transmitido por muitos plásticos comuns usados em lentes e janelas.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O IR204C-A se posiciona com diferenciais-chave:

• Capacidade de Alta Potência Pulsada:A especificação de corrente de pico de 1A permite uma saída óptica instantânea muito alta, uma vantagem sobre LEDs classificados apenas para correntes pulsadas mais baixas.
• Pacote Padronizado com Desempenho:Oferece maior intensidade radiante no pacote T-1 comum e fácil de usar, em comparação com muitos LEDs infravermelhos básicos.
• Conformidade Ambiental:A conformidade total com as regulamentações ambientais modernas (RoHS, REACH, Livre de Halogênio) é uma vantagem significativa para produtos que visam mercados globais.
• Compatibilidade Espectral:A menção explícita de ser espectralmente compatível com detectores comuns simplifica o processo de seleção para projetistas que constroem sistemas ópticos completos.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

1. P: Posso acionar este LED diretamente a partir de um pino de microcontrolador de 3,3V?
   A: Não. Um pino de microcontrolador não pode fornecer 20mA continuamente com segurança e não possui limitação de corrente. Você deve usar um resistor em série e um interruptor transistorizado. O V_Fdo LED (1,5V) é menor que 3,3V, então é compatível em termos de tensão, mas a corrente deve ser controlada externamente.
2. P: Qual é a diferença entre Intensidade Radiante (mW/sr) e Potência Radiante (mW)?
   A: Intensidade Radiante é a densidade angular — potência por unidade de ângulo sólido. Potência Radiante (ou Fluxo) é a potência total emitida em todas as direções. Para encontrar a potência total, você integraria a intensidade sobre todo o padrão de emissão. A ficha técnica fornece intensidade, que é mais útil para calcular a irradiância a uma distância em uma determinada direção.
3. P: Por que o comprimento de onda de pico de 940nm é preferido em relação a 850nm?
   A: 940nm é menos visível ao olho humano (brilho vermelho mais escuro) do que 850nm, tornando-o menos perturbador em dispositivos de consumo. Ambos são bem detectados pelo silício, mas 940nm pode ter interferência de luz ambiente ligeiramente menor de algumas fontes, como luz solar e lâmpadas incandescentes, que têm fortes emissões na região de 850nm.
4. P: Como seleciono o bin correto?
   A: Se sua aplicação tem uma força de sinal mínima exigida no receptor, use o valor mínimo de um bin para garantir que todas as peças o atendam. Por exemplo, se você precisa de pelo menos 6 mW/sr, especifique Bin L ou superior. Para aplicações sensíveis ao custo onde alguma variação é aceitável, um bin mais amplo ou a oferta padrão pode ser suficiente.

11. Exemplos Práticos de Projeto e Uso

11.1 Controle Remoto Infravermelho de Longo Alcance

Cenário:Projetar um controle remoto que deve funcionar de forma confiável a uma distância de 15 metros em uma sala de estar moderadamente iluminada.
Implementação:Use o LED em modo pulsado. Acione-o com pulsos curtos (por exemplo, 50μs) e de alta corrente (por exemplo, 500mA) usando um interruptor MOSFET controlado por um CI codificador. Isso fornece alta intensidade radiante de pico (consulte os dados pulsados de 1A) para transmissão de longo alcance, mantendo a potência média baixa. Uma lente plástica simples pode ser adicionada para colimar ainda mais o feixe. O comprimento de onda de 940nm minimiza o brilho visível.

11.2 Sensor de Proximidade ou Detecção de Objetos

Cenário:Criar um sistema de detecção de objetos sem contato com um alcance de 10-50 cm.
Implementação:Emparelhe o IR204C-A com um fototransistor compatível. Acione o LED com uma corrente contínua moderada (por exemplo, 50mA) usando uma fonte de corrente constante para uma saída de luz estável. Module a corrente do LED em uma frequência específica (por exemplo, 38kHz) e use um receptor sintonizado no lado do fototransistor. Esta técnica de modulação torna o sistema altamente imune a flutuações de luz ambiente (como da luz solar ou luzes da sala), melhorando muito a relação sinal-ruído e a confiabilidade.

12. Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um diodo de junção p-n semicondutor. Quando polarizado diretamente, elétrons da região n se recombinam com lacunas da região p na região ativa. Para um LED infravermelho como o IR204C-A, a banda proibida de energia do material semicondutor (tipicamente Arseneto de Gálio e Alumínio - GaAlAs, conforme indicado) é tal que a energia liberada durante este processo de recombinação corresponde a um fóton no espectro infravermelho (em torno de 940nm de comprimento de onda). O encapsulamento epóxi transparente atua como uma lente, moldando a luz emitida no ângulo de visão característico. A intensidade da luz emitida é diretamente proporcional à corrente direta que flui através do diodo, até os limites físicos do dispositivo.

13. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de LED infravermelho continua a evoluir junto com a tecnologia de LED visível. Principais tendências que influenciam dispositivos como o IR204C-A incluem:

• Maior Eficiência:A pesquisa contínua em ciência dos materiais visa melhorar a eficiência wall-plug (potência óptica de saída / potência elétrica de entrada) dos LEDs IR, permitindo maior saída em correntes de acionamento mais baixas ou geração de calor reduzida.
• Maior Densidade de Potência:O desenvolvimento de pacotes em escala de chip e materiais aprimorados de gerenciamento térmico permite que LEDs IR suportem correntes contínuas e pulsadas mais altas em fatores de forma menores.
• Integração:Há uma tendência de integrar o emissor IR com um CI driver, fotodetector ou até mesmo um microcontrolador em módulos únicos para aplicações específicas (por exemplo, sensores de proximidade, reconhecimento de gestos).
• Precisão e Estabilidade do Comprimento de Onda:Avanços nas técnicas de crescimento epitaxial permitem um controle mais rigoroso sobre o comprimento de onda de pico e a largura espectral, o que é crítico para aplicações como sensoriamento de gases ou comunicações ópticas que usam multiplexação por divisão de comprimento de onda.
• Expansão do Espaço de Aplicação:O crescimento de áreas como LiDAR para automotivo/robótica, reconhecimento facial e monitoramento de saúde (por exemplo, oximetria de pulso) impulsiona a demanda por emissores IR de alto desempenho e confiáveis em vários comprimentos de onda e níveis de potência.

O IR204C-A, com suas especificações equilibradas e pacote padrão, representa uma solução madura e confiável dentro desta paisagem tecnológica em evolução.