Lâmpadas LED Difusas de Baixa Corrente Série LTL1CHJxDNN - Montagem em Orifício - Ângulo de Visão 60/45 Graus - Operação a 2mA - 1.8-2.4V - 75mW - Vermelho/Âmbar/Amarelo/Verde - Folha de Dados em Português

13. Tendências Tecnológicas

Este documento detalha uma série de lâmpadas LED difusas e coloridas, projetadas especificamente para operação a níveis baixos de corrente contínua (DC). O objetivo principal do projeto é fornecer indicação visual consistente e fiável em circuitos onde o consumo de energia é uma restrição crítica. Estes componentes caracterizam-se pela sua compatibilidade com famílias lógicas comuns e por uma seleção de estilos de encapsulamento e cores para atender a diversos requisitos de aplicação.

A vantagem central desta família de produtos reside na sua otimização para acionamento de baixa corrente, tipicamente a 2mA. Isto garante que os LEDs podem ser acionados diretamente a partir dos estágios de saída de circuitos lógicos TTL ou CMOS sem necessitar de componentes adicionais de amplificação de corrente, simplificando o projeto do circuito e reduzindo a contagem de componentes. A lente difusa proporciona um ângulo de visão amplo e uniforme, tornando a luz emitida facilmente visível a partir de várias perspetivas, o que é essencial para indicadores de estado.

Os mercados-alvo para estes LEDs são amplos, abrangendo qualquer sistema eletrónico que necessite de indicação de estado de baixa potência. Isto inclui, mas não se limita a, dispositivos portáteis alimentados a bateria, equipamentos de telecomunicações, periféricos de computador como teclados e circuitos DC de baixa potência de uso geral onde a eficiência e a longevidade são primordiais.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

As especificações máximas absolutas definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Para todas as variantes de cor desta série, a dissipação de potência contínua é classificada em 75mW a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C. A corrente direta contínua máxima é de 30mA. Um fator de derating de 0.4 mA/°C aplica-se linearmente a partir de 70°C, o que significa que a corrente contínua permitida diminui à medida que a temperatura sobe acima deste ponto para evitar sobrecarga térmica.

A corrente direta de pico, para operação pulsada com um ciclo de trabalho de 1/10 e largura de pulso de 0.1ms, é mais alta: 90mA para os LEDs do espectro vermelho (Vermelho Hiper, Super Vermelho, Vermelho) e 60mA para os LEDs do espectro amarelo/laranja/verde. A tensão reversa máxima é de 5V a uma corrente de fuga de 100µA. A faixa de temperatura de operação e armazenamento é especificada de -40°C a +100°C, indicando desempenho robusto numa ampla gama ambiental. A temperatura de soldadura dos terminais é classificada em 260°C durante 5 segundos quando medida a 1.6mm do corpo do LED.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

O desempenho é detalhado em três séries principais, distinguidas pela sua intensidade luminosa e ângulo de visão: a LTL1CHJxDNN (Série F), LTL2F7JxDNN (Série H) e LTL2R3JxDNN (Série H com maior intensidade). Todos os testes são realizados a T_A=25°C e I_F=2mA.

Intensidade Luminosa (I_v):Esta é a medida primária do brilho percebido. Para as séries F e H padrão (LTL1CHJx/LTL2F7Jx), a intensidade luminosa típica varia de 5.0 a 7.2 mcd dependendo da cor. A série LTL2R3Jx oferece uma intensidade típica mais alta, variando de 7.2 a 10.6 mcd. Todas as peças têm uma intensidade mínima de 3.0 ou 3.8 mcd, garantindo um nível de brilho de base.

Ângulo de Visão (2θ_1/2):As séries LTL1CHJx e LTL2F7Jx apresentam um amplo ângulo de visão de 60 graus (onde a intensidade é metade do valor no eixo). A série LTL2R3Jx tem um ângulo de visão mais estreito de 45 graus, o que tipicamente se correlaciona com uma maior intensidade axial para uma dada corrente de acionamento, conforme observado nos dados.

Parâmetros de Comprimento de Onda:As características espectrais chave são definidas:

• Comprimento de Onda de Pico (λ_P):O comprimento de onda no qual a potência óptica de saída é máxima. Varia de 650nm (Vermelho Hiper) até 575nm (Verde).
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):Derivado do diagrama de cromaticidade CIE, representa o comprimento de onda único que melhor define a cor percebida do LED. É geralmente ligeiramente mais curto do que o comprimento de onda de pico para estes dispositivos.
• Meia-Largura Espectral (Δλ):A largura do espectro de emissão à metade da sua potência máxima. É aproximadamente 20nm para LEDs vermelhos e estreita para 15-17nm para LEDs amarelos, âmbar e verdes, indicando uma saída mais monocromática nestas últimas cores.

Tensão Direta (V_F):Crítica para o projeto do circuito, a tensão direta a 2mA é muito consistente em todas as cores e séries, com um valor típico de 2.4V e um máximo de 2.4V (2.3V máx. para Super Vermelho). O mínimo é 1.8V. Esta baixa V_Fa baixa corrente é uma característica chave que permite compatibilidade com lógica de baixa tensão.

Outros Parâmetros:A corrente reversa (I_R) é garantida como 100µA ou menos a 5V de polarização reversa. A capacitância da junção (C) é tipicamente 40pF quando medida a 0V de polarização e frequência de 1MHz.

3. Explicação do Sistema de Binning

A folha de dados indica o uso de um sistema de binning de intensidade luminosa. A Nota 2 afirma que "produtos classificados por nível de intensidade luminosa suportam dois níveis", e a Nota 4 especifica que "o código de classificação Iv está marcado em cada saco de embalagem." Isto implica que os LEDs são classificados (agrupados em bins) com base na sua intensidade luminosa medida na condição de teste. Os clientes recebem produtos dentro de uma faixa específica de intensidade (por exemplo, um valor mínimo e típico), garantindo consistência no brilho dentro de um lote de produção. Os códigos de bin exatos e as suas faixas de intensidade correspondentes não são detalhados neste excerto, mas seriam críticos para aquisições de grande volume para manter a uniformidade da aplicação.

Embora não seja explicitamente declarado como um sistema formal de binning para comprimento de onda, a listagem de múltiplas opções de cor (Vermelho Hiper, Super Vermelho, Vermelho, etc.) com comprimentos de onda dominante e de pico específicos funciona efetivamente como um sistema de binning de cor. Os projetistas selecionam o número de peça correspondente ao ponto de cor desejado.

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora curvas gráficas específicas sejam referenciadas (Fig.1 para medição de emissão de pico, Fig.5 para definição do ângulo de visão) mas não fornecidas no texto, as suas implicações podem ser discutidas com base no comportamento padrão do LED e nos parâmetros fornecidos.

Curva I-V (Corrente-Tensão):A V_Fespecificada de 1.8-2.4V a 2mA indica o ponto de operação na curva I-V do LED. Esta curva é exponencial. A correntes significativamente abaixo de 2mA, a V_Fseria menor; acionar o LED na sua corrente contínua máxima de 30mA resultaria numa V_Fmais alta, provavelmente excedendo 2.4V, o que deve ser considerado na margem de tensão do circuito de acionamento.

Características de Temperatura:O fator de derating de 0.4 mA/°C acima de 70°C é um indicador direto do desempenho térmico. Destaca que a corrente máxima permitida diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Isto é crucial para a fiabilidade do projeto, especialmente em espaços fechados ou altas temperaturas ambientes. A tensão direta (V_F) dos LEDs AlInGaP tem tipicamente um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que diminui ligeiramente com o aumento da temperatura.

Distribuição Espectral:Referenciada pelo comprimento de onda de pico (λ_P) e pela meia-largura espectral (Δλ), o espectro de emissão é relativamente estreito, o que é característico do material AlInGaP. O espectro desloca-se ligeiramente com a temperatura (tipicamente para comprimentos de onda mais longos à medida que a temperatura aumenta) e pode variar ligeiramente com a corrente de acionamento.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

Os LEDs são oferecidos em encapsulamentos para montagem em orifício (through-hole). A folha de dados fornece desenhos dimensionais para três séries: LTL1CHx, LTL2F7x e LTL2R3x. Notas dimensionais chave incluem:

• Todas as dimensões estão em milímetros, com tolerâncias de ±0.25mm salvo indicação em contrário.
• É permitida uma protrusão máxima de resina sob o flange de 1.0mm.
• O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais emergem do corpo do encapsulamento, o que é crítico para o espaçamento dos orifícios no PCB.

A diferenciação física entre as séries provavelmente está relacionada com o tamanho e forma da lente, o que influencia diretamente o ângulo de visão e o padrão de saída de luz. O ângulo de visão de 45 graus da série LTL2R3x, comparado com os 60 graus das outras, é resultado do seu projeto mecânico de lente específico.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A especificação de soldadura primária fornecida é para os terminais: eles podem suportar uma temperatura de 260°C durante 5 segundos quando medida a 1.6mm (0.063") do corpo do LED. Este é um parâmetro padrão de soldadura por onda ou manual. É crucial aderir a esta especificação de tempo-distância para evitar que calor excessivo viaje pelos terminais e danifique o chip LED interno ou o material da lente de epóxi. Devem ser observadas precauções padrão de ESD (Descarga Eletrostática) durante a manipulação. A faixa de temperatura de armazenamento é de -55°C a +100°C.

7. Informações de Embalagem e Encomenda

O sistema de numeração de peças segue um formato estruturado: LTL [Código da Série] [Código da Cor] xDNN.

• Código da Série:1CHJ, 2F7J ou 2R3J. Isto define o estilo do encapsulamento, o ângulo de visão e o grupo de intensidade.
• Código da Cor:A letra após 'J' indica a cor e a tecnologia:
  • D: Vermelho Hiper (AlInGaP)
  • R: Super Vermelho (AlInGaP)
  • E: Vermelho (AlInGaP)
  • F: Âmbar / Laranja Amarelo (AlInGaP)
  • Y: Amarelo / Âmbar Amarelo (AlInGaP)
  • S: Amarelo (AlInGaP)
  • G: Verde (AlInGaP)
• O sufixo 'xDNN' provavelmente indica opções de embalagem (por exemplo, a granel, fita e bobina).

O código de bin de intensidade luminosa está marcado no saco de embalagem, conforme as notas. Quantidades de embalagem específicas (por exemplo, por saco, por bobina) não são declaradas neste excerto.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

A aplicação mais direta é a ligação direta a uma saída de porta lógica. É necessário um simples resistor limitador de corrente em série. O valor do resistor (R_s) pode ser calculado usando a Lei de Ohm: R_s= (V_CC- V_F) / I_F. Por exemplo, com uma alimentação TTL de 5V (V_CC=5V), uma V_Fde 2.4V e uma I_Fdesejada de 2mA: R_s= (5 - 2.4) / 0.002 = 1300 Ohms. Um resistor padrão de 1.2kΩ ou 1.5kΩ seria adequado. Para pinos GPIO de microcontroladores (frequentemente 3.3V), o valor do resistor seria menor: por exemplo, (3.3 - 2.4) / 0.002 = 450Ω.

8.2 Considerações de Projeto

Limitação de Corrente:Utilize sempre um resistor em série. Embora estes LEDs sejam classificados para baixa corrente, ligá-los diretamente a uma fonte de tensão sem limitação de corrente irá destruí-los quase instantaneamente devido à corrente excessiva.

Seleção do Ângulo de Visão:Escolha a série de 60 graus (LTL1CHJx/LTL2F7Jx) para indicadores que precisam de ser vistos a partir de uma ampla gama de ângulos (por exemplo, luzes de painel). Escolha a série de 45 graus (LTL2R3Jx) quando se deseja um feixe mais focado e brilhante no eixo, ou quando o indicador será visto mais diretamente.

Seleção da Cor:Considere o ambiente de aplicação. O verde e o amarelo oferecem frequentemente a maior eficácia luminosa para o olho humano sob condições de iluminação típicas. O vermelho é tradicional para indicadores de "ligado" ou "em espera". O âmbar pode ser útil para estados de "aviso" ou "atenção".

Gestão Térmica:Embora a dissipação de potência seja baixa, em layouts de alta densidade ou altas temperaturas ambientes, garanta que a corrente máxima é reduzida de acordo com o fator de 0.4 mA/°C acima de 70°C ambiente.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O diferenciador chave desta família de produtos é a suacaracterização e desempenho garantido a uma corrente de acionamento muito baixa de 2mA. Muitos LEDs padrão são especificados a 20mA. Esta otimização de baixa corrente oferece várias vantagens:

1. Acionamento Direto por Lógica:Elimina a necessidade de buffers de transístor ao acionar a partir de pinos de microcontrolador ou CIs lógicos, economizando custo e espaço na placa.
2. Consumo de Energia Ultra-Baixo:A 2mA e ~2.4V, o consumo de energia é inferior a 5mW por LED, o que é crítico para aplicações alimentadas a bateria e de colheita de energia.
3. Geração de Calor Reduzida:A corrente de operação mais baixa minimiza o aumento da temperatura da junção, melhorando a fiabilidade a longo prazo e a manutenção do lúmen.

Comparado com tecnologias mais antigas como LEDs de GaAsP, o uso de material AlInGaP proporciona maior eficiência, melhor estabilidade térmica e cores mais saturadas (vermelhos, amarelos mais puros). A disponibilidade de múltiplos ângulos de visão (45° e 60°) dentro da mesma família de especificações elétricas proporciona flexibilidade de projeto nem sempre disponível em linhas de LED de baixa corrente.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Posso acionar este LED a 20mA para obter mais brilho?

R: Embora a corrente contínua máxima absoluta seja de 30mA, as características ópticas (intensidade luminosa, comprimento de onda) são apenas especificadas a 2mA. Acionar a 20mA produzirá mais luz, mas a intensidade exata e a cor podem variar em relação aos valores da folha de dados, e a V_Fserá mais alta. Garanta que a dissipação de potência (I_F* V_F) não excede 75mW após a redução por temperatura.

P: Qual é a diferença entre Vermelho Hiper, Super Vermelho e Vermelho?

R: A diferença está nas suas características espectrais. O Vermelho Hiper (pico de 650nm) emite luz num comprimento de onda mais longo, aparecendo como um vermelho mais profundo/escuro. O Super Vermelho (639nm) e o Vermelho padrão (632nm) têm comprimentos de onda progressivamente mais curtos, aparecendo como um vermelho mais brilhante para o olho humano para uma dada potência radiante devido à maior sensibilidade do olho nessa região. A escolha depende do ponto de cor desejado.

P: Como interpreto o código de bin de intensidade luminosa no saco?

R: A folha de dados nota a sua existência mas não define os códigos. Para produção, deve obter o documento de especificação de binning do fabricante para compreender a faixa exata de intensidade associada a cada código (por exemplo, Código A: 3.0-4.5 mcd, Código B: 4.5-6.0 mcd). Isto garante consistência na sua aplicação.

P: É necessário um díodo de proteção reversa?

R: O LED pode suportar uma tensão reversa de 5V. Se houver qualquer possibilidade de uma tensão reversa superior a 5V ser aplicada através do LED (por exemplo, num circuito indutivo ou se for ligado incorretamente), recomenda-se um díodo de proteção de polaridade reversa externo em paralelo com o LED (cátodo com cátodo).

11. Exemplos Práticos de Projeto e Utilização

Exemplo 1: Indicador de Estado Multicanal para um Router:Um router de rede tem LEDs de estado para Energia, Internet, Wi-Fi e Ethernet. Utilizando o LTL2F7JGDNN (Verde) para energia e internet, e o LTL2F7JEDNN (Vermelho) para piscar de atividade, todos acionados diretamente a partir dos pinos GPIO do processador principal (3.3V) com resistores de série de 470Ω. O ângulo de visão de 60 graus garante visibilidade a partir do outro lado da sala. A baixa corrente de 2mA por LED minimiza a carga total no barramento de alimentação do processador.

Exemplo 2: Aviso de Bateria Fraca num Dispositivo Portátil:Num medidor portátil, um LED LTL1CHJFDNN (Âmbar) é ligado a um circuito comparador que monitoriza a tensão da bateria. Quando a tensão cai abaixo de um limiar, a saída do comparador fica em nível alto, acendendo o LED. O baixo consumo de corrente (2mA) adiciona um fardo mínimo à bateria já descarregada, estendendo o tempo útil de aviso.

Exemplo 3: Iluminação de Fundo para um Painel de Interruptores de Membrana:A série LTL2R3Jx com o seu ângulo de visão de 45 graus e maior intensidade é adequada para iluminação lateral de uma pequena tecla de membrana translúcida. O feixe mais estreito pode ser direcionado mais eficazmente para o guia de luz, proporcionando iluminação uniforme com menor perda óptica comparado com um LED de ângulo mais amplo.

12. Princípio de Funcionamento

Estes LEDs são baseados no material semicondutor Fosfeto de Alumínio, Índio e Gálio (AlInGaP). Quando uma tensão direta que excede a tensão de bandgap do material (aproximadamente 1.8-2.4V) é aplicada, eletrões e lacunas são injetados na região ativa da junção semicondutora. A sua recombinação liberta energia na forma de fotões (luz). A cor específica da luz é determinada pela energia do bandgap da liga de AlInGaP, que é controlada durante o processo de crescimento do cristal ajustando as proporções de Alumínio, Índio, Gálio e Fósforo. Uma lente de epóxi difusa encapsula o chip semicondutor. Esta lente contém partículas de dispersão que aleatorizam a direção da luz emitida, transformando a emissão inerentemente direcional do pequeno chip num ângulo de visão amplo e uniforme adequado para aplicações de indicador.

13. Tendências Tecnológicas

O desenvolvimento de LEDs de baixa corrente e alta eficiência como estes é impulsionado por várias tendências duradouras na eletrónica:

• Miniaturização e Integração:À medida que os dispositivos encolhem, o espaço e a energia disponíveis para indicadores diminuem. LEDs que funcionam bem a correntes abaixo de 5mA são essenciais.
• Internet das Coisas (IoT) e Colheita de Energia:Para sensores IoT sem bateria ou alimentados por pilha de moeda, cada microampere conta. Otimizar LEDs indicadores para consumo mínimo de corrente estende diretamente a vida operacional do dispositivo.
• Avanços em Materiais:Melhorias contínuas no crescimento epitaxial e no projeto de chips de AlInGaP e InGaN (para azul/verde/branco) continuam a expandir os limites da eficiência (mais saída de luz por mA de corrente) e da fiabilidade.
• Padronização:Existe uma tendência para binning mais rigoroso e caracterização mais detalhada a múltiplos níveis de corrente, dando aos projetistas maior previsibilidade nos seus projetos ópticos.

Embora os encapsulamentos de dispositivo de montagem em superfície (SMD) dominem os novos projetos, LEDs de montagem em orifício como estes permanecem relevantes para prototipagem, uso por hobbyistas, reparação e aplicações que requerem maior robustez mecânica ou montagem manual mais fácil.