Ficha Técnica do LED Infravermelho LTL-E7939Q3K - Montagem Furo Passante - Comprimento de Onda 850nm - Intensidade Radiante 20mW/sr - Tensão Direta 1.6V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTL-E7939Q3K é um diodo emissor de luz (LED) infravermelho (IR) de alto desempenho, projetado para montagem em furo passante em placas de circuito impresso (PCBs) ou painéis. Foi desenvolvido para aplicações que requerem sinalização óptica ou iluminação confiável e de alta velocidade no espectro do infravermelho próximo. O dispositivo utiliza um material semicondutor de AlGaAs (Arseneto de Gálio e Alumínio), otimizado para emissão em 850 nanômetros, um comprimento de onda comum para sistemas de comunicação IR, sensoriamento e iluminação de visão noturna.

As suas principais vantagens incluem a combinação de alta intensidade radiante, compatibilidade com circuitos integrados devido aos baixos requisitos de corrente e um robusto encapsulamento de furo passante adequado para diversos processos de montagem. O produto está em conformidade com as diretivas RoHS, indicando que é fabricado sem o uso de substâncias perigosas como chumbo (Pb). Os principais mercados-alvo incluem automação industrial, sistemas de segurança (ex.: visão noturna para CCTV), codificadores ópticos, controles remotos e sensores de proximidade, onde fontes de luz infravermelha confiáveis são críticas.

2. Interpretação Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida e deve ser evitada em projetos confiáveis.

• Dissipação de Potência (Pd):Máximo de 120 mW. Esta é a potência total (Vf * If) que o encapsulamento pode dissipar como calor sem exceder a sua temperatura máxima de junção. Exceder este limite arrisca fuga térmica e falha.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):1 A em condições pulsadas (300 pulsos por segundo, largura de pulso de 10 μs). Esta especificação é significativamente maior do que a de corrente contínua, permitindo pulsos breves e de alta intensidade úteis na transmissão de dados.
• Corrente Direta Contínua (I_F):60 mA contínuos. Esta é a corrente máxima em regime permanente para operação confiável a longo prazo.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. A aplicação de uma tensão de polarização reversa maior do que esta pode causar ruptura e falha catastrófica da junção PN do LED.
• Temperatura de Operação & Armazenamento:-30°C a +85°C e -40°C a +100°C, respectivamente. Estas definem os limites ambientais para operação e armazenamento sem funcionamento.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais:260°C por 5 segundos, medidos a 2,0mm do corpo do LED. Isto orienta os processos de soldagem manual para evitar danos térmicos à lente de epóxi e às ligações internas do chip.

2.2 Características Elétricas / Ópticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos e garantidos medidos sob condições padrão de teste (Ta=25°C).

• Intensidade Radiante (I_e):Mínimo de 20,0 mW/sr a I_F= 20mA. A intensidade radiante mede a potência óptica emitida por unidade de ângulo sólido (esterradiano). Este é um parâmetro chave para determinar o alcance efetivo e a força do sinal em sistemas IR. A ficha técnica observa que uma tolerância de ±15% deve ser aplicada ao valor garantido.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2):Típico de 30 graus. Este é o ângulo total no qual a intensidade radiante cai para metade do seu valor de pico (no eixo). Um ângulo de 30° indica um feixe moderadamente focado, adequado para aplicações direcionadas.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_P):Típico de 850 nm. Este é o comprimento de onda no qual o LED emite a maior potência óptica. 850nm está na faixa do infravermelho próximo, invisível ao olho humano mas detectável por fotodiodos de silício e muitos sensores de câmera.
• Largura Espectral à Meia Altura (Δλ):Típico de 40 nm. Isto especifica a largura de banda de comprimento de onda onde a intensidade de emissão é pelo menos metade da intensidade de pico. Uma largura de 40nm é comum para LEDs IR.
• Tensão Direta (V_F):Típico 1,3V, Máximo 1,6V a I_F= 20mA. Esta é a queda de tensão através do LED quando está a conduzir corrente. É crucial para projetar o circuito limitador de corrente.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo de 10 μA a V_R= 5V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o LED está polarizado reversamente dentro do seu limite seguro.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

A ficha técnica indica o uso de um sistema de classificação ou "binning" para a Intensidade Radiante (I_e). A nota afirma: "O código de classificação Ie está marcado em cada saco de embalagem." Isto implica que os LEDs fabricados são testados e classificados ("binned") com base na sua intensidade radiante medida. O número de peça LTL-E7939Q3K especifica uma intensidade radiante mínima (18~21,5 mW/sr Mín., conforme indicado na tabela de detalhamento do número de peça), mas as unidades individuais dentro de um lote podem cair em subfaixas específicas (bins). Os projetistas devem estar cientes de que a intensidade real de um LED específico pode variar dentro do mínimo garantido e da faixa do bin. A ficha técnica não detalha bins explícitos para o comprimento de onda (λ_P) ou tensão direta (V_F), listando apenas valores típicos e máximos/mínimos.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a várias curvas características típicas, que fornecem uma visão mais profunda do comportamento do dispositivo sob condições variáveis.

• Curva Espectral:Ilustra a potência radiante relativa em função do comprimento de onda, centrada no pico de 850nm com a meia largura definida de 40nm.
• Tensão Direta vs. Corrente Direta (Curva I-V):Mostra a relação não linear entre tensão e corrente. A curva terá uma tensão de limiar (cerca de 1,1-1,2V para AlGaAs) após a qual a corrente aumenta rapidamente com pequenos aumentos de tensão, destacando por que o controlo de corrente (não de tensão) é essencial.
• Potência Radiante Relativa vs. Corrente Direta Contínua:Demonstra como a potência óptica de saída aumenta com a corrente de acionamento, tipicamente numa relação quase linear dentro da faixa de operação antes que a eficiência caia em correntes muito altas devido a efeitos térmicos.
• Potência Radiante Relativa vs. Corrente de Pico (Pulsada):Semelhante à curva de corrente contínua, mas para operação pulsada, mostrando a saída de pico alcançável em correntes até ao máximo de 1A.
• Potência Radiante Relativa vs. Temperatura:Uma curva crítica que mostra a diminuição da saída óptica à medida que a temperatura da junção aumenta. Este fator de derating térmico deve ser considerado em projetos onde a temperatura ambiente é alta ou a gestão térmica é pobre.
• Padrão de Diretividade:Um gráfico polar que mostra a distribuição angular da luz emitida, definindo visualmente o ângulo de visão de 30°.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Encapsulamento

O LED está alojado num encapsulamento redondo padrão de furo passante, T-1 3/4 (5mm). As dimensões-chave do desenho incluem:

• Diâmetro da Lente: Aproximadamente 5,0mm.
• Altura do Encapsulamento: Aproximadamente 8,7mm desde a base dos terminais até ao topo da lente.
• Diâmetro dos Terminais: Nominal de 0,56mm.
• Espaçamento dos Terminais: Padrão de 2,54mm (0,1"), medido onde os terminais emergem do corpo do encapsulamento.
• Flange/Base: Um flange auxilia na montagem em painel e fornece uma parada mecânica durante a inserção. A resina saliente sob o flange é no máximo de 1,0mm.

5.2 Identificação da Polaridade

O cátodo é identificado no desenho dimensional. Para um LED padrão, o cátodo é tipicamente o terminal mais curto e/ou o terminal adjacente a um ponto plano no flange do encapsulamento. O desenho fornecido deve ser consultado para a marca de identificação exata.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseio adequado é crucial para evitar danos.

• Conformação dos Terminais:Deve ser feita antes da soldagem, à temperatura ambiente. As dobras devem ser feitas a pelo menos 3mm da base da lente do LED. A base da armação dos terminais não deve ser usada como ponto de apoio.
• Montagem em PCB:Utilize a força de fixação mínima para evitar tensão mecânica nos terminais.
• Soldagem:
  • Mantenha uma folga mínima de 2mm da base da lente até ao ponto de solda.
  • Evite imergir a lente na solda.
  • Não aplique tensão nos terminais durante a soldagem enquanto o LED estiver quente.
  • Soldagem Manual:Temperatura do ferro ≤ 350°C, tempo ≤ 3 segundos (uma única vez).
  • Soldagem por Onda:Pré-aquecimento ≤ 100°C por ≤ 60 seg, onda de solda ≤ 260°C, tempo de contacto ≤ 5 seg.
  • A soldagem por reflow IR NÃO é adequada para este encapsulamento de furo passante.
• Limpeza:Se necessário, use solventes à base de álcool, como álcool isopropílico.
• Armazenamento:Fora da embalagem original, use dentro de 3 meses. Para armazenamento mais longo, use um recipiente selado com dessecante ou ambiente de nitrogénio. O armazenamento não deve exceder 30°C e 70% de humidade relativa.

7. Informações de Embalagem e Encomenda

• Embalagem Unitária:1000 peças por saco de embalagem antiestático.
• Caixa Interna:6 sacos de embalagem (total de 6.000 peças).
• Caixa Externa:8 caixas internas (total de 48.000 peças).
• Número de Peça:LTL-E7939Q3K. A decomposição sugere: LTL (Lâmpada), E79 (série/código), 39 (provavelmente relacionado com o ângulo de visão ou bin de intensidade), Q3K (código de variante específica). A cor da lente é "Água Clara" (transparente).

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Iluminação Infravermelha:Para câmaras de CCTV em aplicações de segurança com pouca luz ou noturnas.
• Comutação & Codificação Óptica:Em sensores ópticos do tipo fenda ou reflexivos para deteção de posição, controlo de velocidade de motores e codificadores rotativos.
• Transmissão de Dados:Em dispositivos compatíveis com associação de dados infravermelhos (IrDA) ou ligações de dados seriais simples de curto alcance, aproveitando a sua capacidade de alta velocidade.
• Deteção de Proximidade e Objetos:Em conjunto com um fotodetector para detetar a presença ou ausência de um objeto.

8.2 Considerações de Projeto

• Circuito de Acionamento:Os LEDs são dispositivos acionados por corrente. Para garantir um brilho uniforme, especialmente ao ligar vários LEDs em paralelo, um resistor limitador de corrente deve ser colocado em série com CADA LED (Modelo de Circuito A). Acionar vários LEDs em paralelo diretamente a partir de uma fonte de tensão com um único resistor (Modelo de Circuito B) é desencorajado devido às variações na tensão direta (Vf) de cada LED, o que causa distribuição desigual de corrente e brilho.
• Gestão Térmica:Embora o encapsulamento de furo passante dissipe calor através dos seus terminais, deve-se prestar atenção ao layout da PCB e às condições ambientais para evitar que a temperatura da junção exceda os limites, o que reduz a saída e a vida útil.
• Proteção contra ESD:O LED é suscetível a descargas eletrostáticas. Os procedimentos de manuseio devem incluir o uso de pulseiras aterradas, tapetes antiestáticos e ionizadores. Danos por ESD podem manifestar-se como alta fuga reversa, baixa tensão direta ou falha em emitir luz a baixas correntes.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs visíveis padrão ou LEDs IR de baixa potência, o LTL-E7939Q3K oferece uma combinação equilibrada dealta intensidade radiante (20 mW/sr mín.)e umângulo de visão moderado e focado (30°). Isto torna-o mais adequado para aplicações de longo alcance ou de maior força de sinal do que dispositivos de baixa potência e grande ângulo. A sua construção em AlGaAs é típica para emissão a 850nm, oferecendo boa eficiência. O diferenciador chave na sua classe é a especificação explícita para operação de alta velocidade, tornando-o um candidato para aplicações pulsadas além da simples iluminação.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

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

R: Não. Deve usar um resistor limitador de corrente em série. Por exemplo, com uma fonte de 5V, Vf=1,3V e I_Fdesejada=20mA, o valor do resistor seria R = (5V - 1,3V) / 0,02A = 185Ω. Um resistor de 180Ω ou 220Ω seria apropriado. Acioná-lo diretamente provavelmente destruiria o LED devido à corrente excessiva.

P: Por que a especificação de corrente pulsada (1A) é tão maior do que a de corrente contínua (60mA)?

R: Durante um pulso muito curto, o calor gerado na junção semicondutora não tem tempo para se espalhar para o encapsulamento e ambiente circundante. Portanto, a temperatura da junção não sobe tão drasticamente, permitindo uma corrente instantânea muito maior sem causar dano térmico. O ciclo de trabalho (300pps * 10μs = 0,3%) é muito baixo, mantendo a potência média bem dentro dos limites.

P: A lente é "Água Clara". Por que emite luz infravermelha invisível?

R: A lente de epóxi transparente é transparente tanto para comprimentos de onda visíveis como infravermelhos. A invisibilidade da luz é uma propriedade do material semicondutor (AlGaAs), que emite fotões a 850nm — um comprimento de onda fora da faixa de sensibilidade do olho humano. A lente transparente é frequentemente preferida em aplicações discretas ou onde um brilho vermelho visível (comum com LEDs de 660nm) é indesejável.

11. Caso Prático de Projeto e Utilização

Caso: Projetar um Contador de Objetos Simples usando um Sensor de Feixe Interrompido.

Dois destes LEDs IR podem ser usados com dois fototransístores correspondentes para criar um sensor de feixe interrompido de dois canais para contar objetos numa correia transportadora. Cada LED é acionado por uma fonte de corrente constante ajustada para 20mA usando um circuito de transístor ou um CI driver de LED dedicado para garantir intensidade de saída estável independentemente de flutuações na tensão de alimentação. Os LEDs são posicionados num lado da correia transportadora e os fototransístores no lado oposto. Quando um objeto interrompe o feixe, a saída do fototransístor muda de estado. O ângulo de visão de 30° do LED permite alguma tolerância a desalinhamentos enquanto fornece um feixe suficientemente colimado para minimizar interferência entre os dois canais espaçados de perto. A alta intensidade radiante garante que um sinal forte atinja o detetor, proporcionando uma boa relação sinal-ruído mesmo em ambientes com alguma luz IR ambiente.

12. Introdução ao Princípio

Um LED é um díodo semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada através da sua junção P-N, os eletrões do material tipo N recombinam-se com as lacunas do material tipo P. Este processo de recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). O comprimento de onda específico (cor) da luz emitida é determinado pela banda proibida do material semicondutor. Para o LTL-E7939Q3K, a liga de AlGaAs tem uma banda proibida correspondente a energias de fotão de aproximadamente 1,46 eletrões-volt, o que se traduz em luz com um comprimento de onda próximo de 850 nanómetros, na região do infravermelho. A lente de epóxi serve para proteger o chip semicondutor, moldar o padrão de emissão e melhorar a extração de luz do chip.

13. Tendências de Desenvolvimento

O campo dos LEDs infravermelhos continua a evoluir. As tendências incluem o desenvolvimento de dispositivos com maior eficiência de conversão elétrica-luminosa (mais saída de luz por watt elétrico de entrada), o que reduz o consumo de energia e a geração de calor. Há também trabalho contínuo para aumentar as velocidades de modulação para aplicações de comunicação de dados mais rápidas, como em Li-Fi (Light Fidelity) ou sensores ópticos avançados. Inovações no encapsulamento visam fornecer melhor gestão térmica, permitindo correntes de acionamento mais altas e maior potência óptica em fatores de forma menores. Além disso, a integração de LEDs com drivers e circuitos de controlo em módulos inteligentes é uma tendência crescente, simplificando o projeto do sistema para os utilizadores finais. O princípio fundamental da eletroluminescência em semicondutores permanece inalterado, mas a ciência dos materiais e a tecnologia de encapsulamento impulsionam melhorias contínuas de desempenho.