Hoja de Datos del Fototransistor LTR-516AD - Carcasa Verde Oscuro - Tensión Inversa de 30V - Disipación de Potencia de 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTR-516AD es un fototransistor de silicio NPN de alto rendimiento diseñado para detectar radiación infrarroja. Su función principal es convertir la luz infrarroja incidente en una corriente eléctrica. Una característica clave de este componente es su carcasa de plástico verde oscuro especial, diseñada para filtrar la mayor parte del espectro de luz visible. Esto lo hace particularmente adecuado para aplicaciones donde el sensor debe responder principalmente a señales infrarrojas, minimizando la interferencia de la luz visible ambiental. El dispositivo ofrece una combinación de alta fotosensibilidad, baja capacitancia de unión y tiempos de conmutación rápidos, posicionándolo como una opción ideal para diversos sistemas de detección y comunicación por infrarrojos.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

El dispositivo está clasificado para operar dentro de límites ambientales y eléctricos específicos para garantizar su fiabilidad y prevenir daños. La disipación de potencia máxima es de 150 mW a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Puede soportar una tensión inversa (V_R) de hasta 30 V. El rango de temperatura de operación es de -40°C a +85°C, mientras que puede almacenarse en temperaturas que van desde -55°C hasta +100°C. Para el montaje, los terminales pueden soldarse a 260°C durante un máximo de 5 segundos, con el punto de soldadura ubicado al menos a 1,6 mm del cuerpo de la carcasa.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Todos los parámetros eléctricos y ópticos se especifican a T_A= 25°C. La tensión de ruptura inversa (V_(BR)R) es típicamente de 30V con una corriente inversa (I_R) de 100µA. La corriente oscura inversa (I_D(R)), que es la corriente de fuga cuando no incide luz, tiene un valor máximo de 30 nA a V_R= 10V. Bajo una irradiancia (E_e) de 0,5 mW/cm² de una fuente de 940nm, el fototransistor genera una tensión de circuito abierto (V_OC) de 350 mV. Su rendimiento dinámico se caracteriza por tiempos de subida y bajada (T_r, T_f) de 50 nanosegundos cada uno cuando se prueba con V_R=10V, un pulso de 940nm y una resistencia de carga de 1 kΩ. La corriente de cortocircuito (I_S), una medida clave de la sensibilidad, es de 2 µA (típico) bajo V_R=5V, λ=940nm y E_e=0,1 mW/cm². La capacitancia total de unión (C_T) es de 25 pF máximo a V_R=3V y 1 MHz. La longitud de onda de sensibilidad espectral máxima (λ_SMAX) es de 900 nm.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características cruciales para el diseño de circuitos. La Figura 1 representa la corriente oscura (I_D) frente a la tensión inversa (V_R), mostrando el comportamiento de fuga del dispositivo en la oscuridad. La Figura 2 ilustra cómo la capacitancia de unión (C_T) disminuye al aumentar la tensión inversa, lo cual es importante para aplicaciones de alta frecuencia. La Figura 3 muestra la variación de la fotocorriente con la temperatura ambiente, indicando cómo la salida del sensor puede desviarse con los cambios de temperatura. La Figura 4 representa de manera similar la corriente oscura frente a la temperatura. La Figura 5 es la curva de sensibilidad espectral relativa, que confirma gráficamente la respuesta máxima a 900nm y la efectividad de la carcasa verde oscuro para atenuar la sensibilidad en el rango de luz visible. La Figura 6 muestra la relación lineal entre la fotocorriente (I_p) y la irradiancia infrarroja (E_e). La Figura 7 es un diagrama polar que muestra la dependencia angular de la sensibilidad. La Figura 8 detalla cómo la disipación de potencia total máxima permitida se reduce a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de los 25°C.

4. Información Mecánica y de Carcasa

El LTR-516AD está encapsulado en una carcasa de plástico verde oscuro especial. Las notas dimensionales clave incluyen: todas las dimensiones están en milímetros, con una tolerancia general de ±0,25 mm a menos que se especifique lo contrario. La protuberancia máxima de resina bajo la brida es de 1,5 mm. El espaciado de los terminales se mide en el punto donde estos salen del cuerpo de la carcasa. La carcasa está diseñada para montaje "through-hole". El color verde oscuro es parte integral de su función, actuando como un filtro de luz visible para mejorar la relación señal-ruido en la detección infrarroja.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

Para una soldadura fiable, es fundamental adherirse a las condiciones especificadas. Los terminales deben soldarse a una temperatura de 260°C durante un máximo de 5 segundos. El punto de soldadura debe estar al menos a 1,6 mm (0,063 pulgadas) del cuerpo de la carcasa de plástico para evitar daños térmicos al chip semiconductor y al encapsulado plástico. Se pueden utilizar técnicas estándar de soldadura por ola o soldadura manual, siempre que se respeten estrictamente los límites de tiempo y temperatura. La exposición prolongada a temperaturas superiores al límite especificado puede degradar el rendimiento o causar fallos permanentes.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTR-516AD es muy adecuado para una variedad de aplicaciones basadas en infrarrojos. Estas incluyen detección de objetos y sensores de proximidad en sistemas de automatización y seguridad, sensores de ranura en impresoras y máquinas expendedoras, interruptores sin contacto y enlaces de comunicación de datos por infrarrojos (como las antiguas interfaces IRDA). Su tiempo de conmutación rápido lo hace aplicable en sistemas que requieren detección rápida de pulsos.

6.2 Consideraciones de Diseño

Al diseñar con este fototransistor, se deben considerar varios factores. En primer lugar, el punto de operación debe elegirse considerando la sensibilidad y velocidad requeridas; una tensión inversa más alta generalmente reduce la capacitancia y mejora la velocidad, pero aumenta la corriente oscura. El valor de la resistencia de carga (R_L) es una elección de diseño crítica: una R_Lmás grande proporciona una salida de tensión más alta pero ralentiza el tiempo de respuesta (aumenta la constante de tiempo RC). La carcasa verde oscuro reduce la interferencia de la luz visible ambiental, pero el diseñador aún debe considerar el fondo infrarrojo en el entorno de aplicación. Para una operación estable en temperatura, se deben tener en cuenta las variaciones mostradas en las Figuras 3 y 4, posiblemente mediante compensación de temperatura en el circuito de acondicionamiento de señal.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

La característica diferenciadora principal del LTR-516AD es su carcasa verde oscuro dedicada para la supresión de luz visible, que no se encuentra en todos los fototransistores estándar. Esto le otorga una ventaja significativa en entornos con luz visible fluctuante. Su combinación de parámetros —una corriente de cortocircuito relativamente alta (2 µA típico), baja capacitancia (25 pF máx.) y tiempos de conmutación rápidos (50 ns)— lo convierte en un componente equilibrado adecuado tanto para aplicaciones sensibles como de velocidad moderadamente alta. En comparación con los fotodiodos, los fototransistores como el LTR-516AD proporcionan ganancia interna, lo que resulta en una corriente de salida más alta para la misma entrada de luz, simplificando las etapas amplificadoras posteriores.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el propósito de la carcasa verde oscuro?

R: El plástico verde oscuro actúa como un filtro óptico integrado. Atenúa significativamente las longitudes de onda en el espectro visible mientras permite el paso de la luz infrarroja (especialmente alrededor de 900-940 nm). Esto minimiza la respuesta del sensor a la luz ambiental de la habitación, la luz solar u otras fuentes visibles, haciéndolo más fiable para detectar señales infrarrojas dedicadas.

P: ¿Cómo interpreto el parámetro "Corriente de Cortocircuito (I_S)"?

R: I_Sse mide con el colector y el emisor en cortocircuito (V_CE= 0V). Representa la corriente fotogenerada por unidad de irradiancia bajo condiciones de prueba específicas (940nm, 0,1 mW/cm²). En su circuito, la corriente de salida real será menor que I_Scuando se aplique una resistencia de carga o una tensión de polarización, pero I_Ses una cifra clave para comparar la sensibilidad básica de diferentes dispositivos.

P: ¿Por qué son importantes los tiempos de subida y bajada?

R: Estos parámetros (T_ry T_f) definen la rapidez con la que el fototransistor puede responder a los cambios en la intensidad de la luz. Un valor de 50 ns significa que el dispositivo puede manejar teóricamente frecuencias de señal de hasta varios megahercios, lo que lo hace adecuado para sistemas IR pulsados, transmisión de datos o aplicaciones de conteo de alta velocidad.

P: ¿Cómo afecta la temperatura al rendimiento?

R: Como se muestra en las curvas, tanto la corriente oscura (ruido) como la fotocorriente (señal) aumentan con la temperatura. El aumento de la corriente oscura puede ser significativo, elevando potencialmente el piso de ruido. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de acondicionamiento de señal pueda manejar esta variación, especialmente si el dispositivo opera en todo el rango de -40°C a +85°C.

9. Caso Práctico de Diseño

Considere diseñar un circuito simple de detección de objetos por infrarrojos. El LTR-516AD se empareja con un LED emisor de infrarrojos. El fototransistor se conecta en una configuración de emisor común: el colector se conecta a una tensión de alimentación (por ejemplo, 5V) a través de una resistencia de carga R_L, y el emisor se conecta a tierra. Cuando no hay un objeto presente, la luz IR del LED llega al fototransistor, haciendo que conduzca y bajando la tensión del colector (V_OUT). Cuando un objeto interrumpe el haz, el fototransistor se apaga y V_OUTsube a nivel alto. El valor de R_Ldebe elegirse en función del rango de tensión de salida deseado y la velocidad. Para una alimentación de 5V y una I_Stípica de 2µA, una R_Lde 10 kΩ daría una caída de tensión de unos 20 mV cuando está iluminado, que es bastante pequeña. Por lo tanto, normalmente se añadiría una etapa comparadora con amplificador operacional después del fototransistor para proporcionar una salida digital limpia. La carcasa verde oscuro ayuda a rechazar la luz ambiental, haciendo que el sistema sea robusto para su uso en diversas condiciones de iluminación.

10. Principio de Funcionamiento

Un fototransistor es fundamentalmente un transistor de unión bipolar (BJT) donde la corriente de base es generada por la luz en lugar de ser suministrada eléctricamente. En el LTR-516AD (tipo NPN), los fotones incidentes con energía mayor que el "bandgap" del silicio crean pares electrón-hueco en la región de unión base-colector. Estos portadores fotogenerados son arrastrados por el campo eléctrico, creando efectivamente una corriente de base. Esta corriente de base es luego amplificada por la ganancia de corriente del transistor (beta, β), resultando en una corriente de colector mucho mayor. El dispositivo normalmente se opera con el terminal base abierto o desconectado, y se aplica una polarización inversa a través de la unión colector-base para ampliar la región de agotamiento, mejorando la sensibilidad y la velocidad.

11. Tendencias de la Industria

El campo de la detección óptica continúa evolucionando. Existe una tendencia hacia la integración, donde el fotodetector, el amplificador y la lógica digital se combinan en un solo chip (por ejemplo, sensores de luz ambiental integrados, sensores de proximidad). Los encapsulados de montaje superficial (SMD) se están volviendo más prevalentes que los tipos "through-hole" para el montaje automatizado. También hay un desarrollo continuo en materiales y diseños para mejorar la sensibilidad, reducir el ruido (corriente oscura) y extender el rango espectral. Sin embargo, los componentes discretos como el LTR-516AD siguen siendo vitales para aplicaciones que requieren características de rendimiento específicas, trayectorias ópticas personalizadas o manejo de alto voltaje que pueden no estar disponibles en soluciones integradas. El principio de usar carcasas filtradas para respuestas espectrales específicas sigue siendo una práctica de diseño común y efectiva.