Hoja de Datos del Fototransistor LTR-536AD - Carcasa Verde Oscuro - Voltaje Inverso 30V - Disipación de Potencia 150mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTR-536AD es un fototransistor de silicio NPN de alto rendimiento, específicamente diseñado para aplicaciones de detección de infrarrojos (IR). Su función principal es convertir la radiación infrarroja incidente en una corriente eléctrica. Una característica distintiva de este componente es su carcasa especial de epoxi plástico verde oscuro. Este material está formulado para atenuar o "cortar" las longitudes de onda de la luz visible, mejorando significativamente su sensibilidad y relación señal-ruido específicamente dentro del espectro infrarrojo, típicamente alrededor de 940nm. Esto lo convierte en una elección ideal para aplicaciones donde es crucial discriminar la luz visible ambiental.

Ventajas Principales:

• Alta Sensibilidad Fotoeléctrica:Proporciona una señal eléctrica de salida fuerte para un nivel dado de irradiancia infrarroja.
• Optimizado para Infrarrojos:La carcasa verde oscuro actúa como un filtro de luz visible, haciendo que el dispositivo sea particularmente adecuado para detección de IR puro.
• Baja Capacitancia de Unión:Este parámetro es crítico para operación de alta frecuencia, permitiendo tiempos de respuesta más rápidos.
• Características de Conmutación Rápida:Presenta tiempos de subida y bajada rápidos, adecuados para sistemas de IR pulsado y comunicación de datos.
• Alta Frecuencia de Corte:Soporta operación en circuitos de mayor frecuencia.

Mercado Objetivo:Este fototransistor está dirigido a diseñadores e ingenieros que trabajan en sistemas basados en infrarrojos. Las aplicaciones comunes incluyen sensores de proximidad, detección de objetos, interruptores sin contacto, enlaces de transmisión de datos por IR (como controles remotos), automatización industrial y cualquier sistema que requiera detección confiable de señales infrarrojas mientras rechaza la interferencia de fuentes de luz visible.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Todos los parámetros se especifican a una temperatura ambiente (T_AEstos parámetros definen el rendimiento del dispositivo bajo condiciones de prueba especificadas.

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

Estos son los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. La operación siempre debe mantenerse dentro de estos límites.

• Disipación de Potencia (P_D):150 mW. Esta es la potencia máxima que el dispositivo puede disipar como calor.
• Voltaje Inverso (V_R):30 V. El voltaje máximo que se puede aplicar en polarización inversa a través de la unión colector-emisor.
• Rango de Temperatura de Operación (T_oper):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente para la operación normal del dispositivo.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-55°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenamiento no operativo.
• Temperatura de Soldadura de Terminales:260°C durante 5 segundos, medido a 1.6mm del cuerpo del encapsulado. Esto define las restricciones del perfil de soldadura por reflujo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

These parameters define the device's performance under specified test conditions.

• Voltaje de Ruptura Inversa (V_(BR)R):30 V (Mín). El voltaje al cual la corriente inversa (I_R) aumenta bruscamente (probado a 100µA). Esto se correlaciona con la Especificación Máxima Absoluta.
• Corriente de Oscuridad Inversa (I_D(R)):30 nA (Máx). La corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está en polarización inversa (V_R=10V) y en completa oscuridad (E_e=0). Un valor más bajo indica un mejor rendimiento en condiciones de poca luz.
• Voltaje de Circuito Abierto (V_OC):350 mV (Típ). El voltaje generado a través del dispositivo bajo iluminación (λ=940nm, E_e=0.5mW/cm²) sin carga externa (circuito abierto).
• Corriente de Cortocircuito (I_S):1.7 µA (Mín), 2 µA (Típ). La corriente que fluye cuando el dispositivo está iluminado (λ=940nm, E_e=0.1mW/cm²) y la salida está en cortocircuito (V_R=5V). Esta es una medida clave de la sensibilidad.
• Tiempo de Subida (T_r) y Tiempo de Bajada (T_f):50 nseg (Típ). El tiempo requerido para que la corriente de salida suba del 10% al 90% (subida) o baje del 90% al 10% (bajada) de su valor final en respuesta a un cambio escalón en la iluminación. Crítico para aplicaciones de alta velocidad.
• Capacitancia Total (C_T):25 pF (Típ). La capacitancia de unión medida a V_R=3V y f=1MHz en oscuridad. Una capacitancia más baja permite velocidades de conmutación más rápidas.
• Longitud de Onda de Máxima Sensibilidad (λ_SMAX):900 nm (Típ). La longitud de onda pico de la luz infrarroja a la que el fototransistor es más sensible. Está optimizado para emisores alrededor de 940nm.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables. Estos son invaluables para trabajos de diseño detallado más allá de los números típicos/mín/máx.

3.1 Corriente de Oscuridad vs. Voltaje Inverso (Fig.1)

Esta curva muestra cómo la corriente de oscuridad inversa (I_D) aumenta con el voltaje inverso aplicado (V_R). Típicamente muestra una corriente muy baja y relativamente constante a voltajes más bajos, con un aumento gradual a medida que sube el voltaje, culminando en el aumento brusco en el voltaje de ruptura. Los diseñadores deben asegurarse de que el V_Rde operación esté suficientemente por debajo de la rodilla de esta curva para minimizar el ruido de la corriente de fuga.

3.2 Capacitancia vs. Voltaje Inverso (Fig.2)

Este gráfico representa la relación entre la capacitancia de unión (C_T) y el voltaje de polarización inversa. La capacitancia disminuye al aumentar el voltaje inverso. Para el diseño de circuitos de alta velocidad, operar a un voltaje inverso más alto (dentro de los límites) puede reducir C_Ty mejorar el ancho de banda, pero esto debe equilibrarse con el aumento de la corriente de oscuridad (de la Fig.1).

3.3 Fotocorriente y Corriente de Oscuridad vs. Temperatura Ambiente (Fig.3 y Fig.4)

La Figura 3 ilustra cómo cambia la fotocorriente (I_P) con la temperatura ambiente. La sensibilidad del fototransistor generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura. La Figura 4 muestra el aumento exponencial de la corriente de oscuridad (I_D) con el aumento de la temperatura. Estas dos curvas son críticas para diseñar sistemas que deben operar de manera confiable en un amplio rango de temperatura (ej., -40°C a +85°C). A altas temperaturas, la corriente de oscuridad creciente puede inundar una señal óptica débil, reduciendo la relación señal-ruido.

3.4 Sensibilidad Espectral Relativa (Fig.5)

Esta es quizás la curva más importante para la correspondencia de aplicaciones. Traza la responsividad normalizada del fototransistor a través de un rango de longitudes de onda (típicamente ~800nm a 1100nm). El LTR-536AD muestra una sensibilidad máxima alrededor de 900nm y una atenuación significativa en el espectro de luz visible (<800nm), un resultado directo de su carcasa verde oscuro. Esta curva debe cotejarse con el espectro de emisión del LED IR o fuente de luz prevista para garantizar un acoplamiento óptimo.

3.5 Fotocorriente vs. Irradiancia (Fig.6)

Este gráfico muestra la relación lineal entre la potencia de la luz infrarroja incidente (irradiancia E_e) y la fotocorriente resultante (I_P). La pendiente de esta línea representa la responsividad del dispositivo. Confirma que el dispositivo opera en una región lineal para el rango de irradiancia probado, lo cual es deseable para aplicaciones de detección analógica.

3.6 Disipación de Potencia Total vs. Temperatura Ambiente (Fig.8)

Esta curva de reducción de potencia muestra la disipación de potencia máxima permitida (P_D) en función de la temperatura ambiente. La especificación máxima absoluta de 150mW se aplica solo hasta cierta temperatura (probablemente 25°C). A medida que aumenta la temperatura ambiente, la capacidad del dispositivo para disipar calor disminuye, por lo que la potencia máxima permitida debe reducirse linealmente para evitar el sobrecalentamiento. Esto es crucial para los cálculos de confiabilidad.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El LTR-536AD viene en un encapsulado estándar de 3mm (T-1) para montaje a través de orificio. Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros (pulgadas proporcionadas entre paréntesis).
• Se aplica una tolerancia estándar de ±0.25mm (.010") a menos que se especifique lo contrario.
• La protuberancia máxima de resina debajo de la brida es de 1.5mm (.059").
• La separación de terminales se mide en el punto donde los terminales emergen del cuerpo del encapsulado.

Identificación de Polaridad:El dispositivo tiene un lado plano en la lente, que típicamente indica el terminal del colector. El terminal más largo suele ser el emisor. Sin embargo, los diseñadores siempre deben verificar la polaridad con un multímetro en modo de prueba de diodo antes de la instalación.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

Para garantizar la integridad del dispositivo durante el montaje, se deben observar las siguientes condiciones:

• Soldadura por Reflujo:Los terminales pueden soportar una temperatura de 260°C durante un máximo de 5 segundos. Esta medición se toma a 1.6mm (0.063") del cuerpo del encapsulado. Los perfiles estándar de soldadura por ola o reflujo deben ajustarse para cumplir con este límite y evitar daños al dado semiconductor interno o al encapsulado de epoxi.
• Soldadura Manual:Si es necesaria la soldadura manual, use un cautín con control de temperatura y minimice el tiempo de contacto a menos de 3 segundos por terminal. Use una pinza disipadora de calor en el terminal entre la unión y el cuerpo del encapsulado si es posible.
• Limpieza:Use solo solventes de limpieza aprobados que sean compatibles con el material epoxi verde oscuro. Evite la limpieza ultrasónica a menos que se verifique su compatibilidad y configuraciones de potencia/tiempo, ya que puede dañar el encapsulado o las uniones internas.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en un ambiente seco y antiestático dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado de -55°C a +100°C. Se debe usar la bolsa de barrera de humedad original si se anticipa almacenamiento a largo plazo.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El LTR-536AD se puede usar en dos configuraciones principales:

1. Modo Conmutación (Salida Digital):El fototransistor se conecta en serie con una resistencia de pull-up entre el voltaje de alimentación (V_CC) y tierra. La salida se toma del nodo del colector. Cuando la luz IR incide en el sensor, se enciende, llevando el voltaje de salida a bajo. Cuando está oscuro, se apaga y la resistencia de pull-up lleva la salida a alto. El valor de la resistencia de pull-up determina la velocidad de conmutación y el consumo de corriente (una resistencia más pequeña da una conmutación más rápida pero mayor potencia).
2. Modo Lineal (Salida Analógica):Configuración similar, pero el fototransistor se polariza en su región activa usando una corriente de base fija (a menudo cero, confiando únicamente en la fotocorriente) y una resistencia de colector. El voltaje en el colector varía linealmente con la intensidad de la luz IR incidente. Este modo se usa para detección analógica, como medición de distancia o detección de nivel de luz.

6.2 Consideraciones de Diseño Críticas

• Correspondencia de Fuente:Siempre empareje el LTR-536AD con un emisor IR (LED) que tenga una longitud de onda pico cercana a 940nm y se alinee con el pico de sensibilidad espectral del fototransistor (900nm) para una máxima eficiencia.
• Rechazo de Luz Ambiental:Aunque la carcasa verde oscuro ayuda, para operar en ambientes brillantes, puede ser necesario un filtrado óptico adicional (un filtro de paso IR dedicado) o técnicas de modulación/demodulación (pulsar la fuente IR y detectar la señal sincrónicamente) para rechazar el ruido de la luz ambiental.
• Polarización para Velocidad:Para lograr el tiempo de respuesta más rápido posible (50ns típ.), opere el dispositivo con un voltaje inverso (V_CE) de alrededor de 10V y use una resistencia de carga pequeña (ej., 1kΩ como en la condición de prueba). Esto minimiza la constante de tiempo RC formada por la capacitancia de unión (C_T) y la resistencia de carga (R_L).
• Compensación de Temperatura:Para aplicaciones de precisión en un amplio rango de temperatura, considere técnicas de circuito para compensar la variación en la corriente de oscuridad y la sensibilidad. Esto podría implicar usar un fototransistor emparejado en un canal de referencia oscuro o implementar un ajuste de ganancia dependiente de la temperatura en el circuito de acondicionamiento de señal.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTR-536AD se diferencia en el mercado de fototransistores a través de su encapsulado especializado. En comparación con los fototransistores de epoxi transparente o cristalino estándar, su ventaja clave es el corte de luz visible incorporado. Esto elimina la necesidad de un filtro IR externo en muchas aplicaciones, reduciendo el número de componentes, el costo y la complejidad del montaje. Su combinación de velocidad de conmutación relativamente rápida (50ns), baja capacitancia (25pF) y buena sensibilidad (2µA típ. a 0.1mW/cm²) lo convierte en una opción equilibrada tanto para detección analógica como para enlaces de comunicación IR digital de velocidad moderada.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

8.1 ¿Puedo usarlo con un LED rojo (650nm)?

Respuesta:No, no es recomendable. La curva de Sensibilidad Espectral Relativa (Fig.5) muestra una responsividad muy baja a 650nm (rojo visible). La carcasa verde oscuro bloquea activamente esta longitud de onda. Para detectar luz roja, se debe seleccionar un fototransistor con un encapsulado transparente y una sensibilidad máxima en el rango visible.

8.2 ¿Por qué mi señal de salida tiene ruido en un ambiente cálido?

Respuesta:Consulte la Figura 4 (Corriente de Oscuridad vs. Temperatura). La corriente de oscuridad aumenta exponencialmente con la temperatura. Si su circuito está diseñado para detectar una señal IR débil, la corriente de oscuridad generada térmicamente puede volverse significativa a temperaturas elevadas, apareciendo como ruido o un desplazamiento de CC. Las soluciones incluyen enfriar el sensor, usar una fuente de luz modulada con detección síncrona o seleccionar una topología de circuito que reste la corriente de oscuridad.

8.3 ¿Cómo elijo el valor de la resistencia de carga (R_L)?

Respuesta:Implica un equilibrio entre velocidad, sensibilidad y potencia.
Para Velocidad (Conmutación Digital):Elija una R_Lpequeña (ej., 1kΩ a 4.7kΩ). Esto da una constante de tiempo RC pequeña (C_T* R_L) para flancos rápidos pero consume más corriente.
Para Gran Oscilación de Voltaje (Detección Analógica):Elija una R_Lmás grande (ej., 10kΩ a 100kΩ). Esto proporciona un cambio de voltaje de salida mayor para un cambio dado en la luz pero ralentiza el tiempo de respuesta.
Siempre asegúrese de que la caída de voltaje a través de R_Lcuando el fototransistor está completamente encendido no haga que el voltaje colector-emisor caiga por debajo del nivel de saturación, y que la disipación de potencia en el fototransistor permanezca por debajo del límite reducido para su temperatura de operación.

9. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Aplicación:Detección de Objetos sin Contacto en un Contador Industrial.
Implementación:Un LED IR (940nm) y el LTR-536AD están montados en lados opuestos de una cinta transportadora (configuración de haz a través). El LED se pulsa a 10kHz usando un circuito controlador. El fototransistor se conecta en modo conmutación con una resistencia de pull-up de 4.7kΩ a 5V. Su salida se alimenta a un pin de captura de entrada de un microcontrolador. En condiciones normales (sin objeto), la luz IR pulsada llega al sensor, haciendo que la salida pulse a 10kHz. El firmware del microcontrolador detecta esta frecuencia. Cuando un objeto pasa a través del haz, bloquea la luz y la salida del fototransistor se va y se mantiene alta (o baja, dependiendo de la lógica). El microcontrolador detecta la ausencia de la señal de 10kHz e incrementa un contador. La carcasa verde oscuro del LTR-536AD evita que la luz ambiental fluorescente o incandescente en la fábrica active falsamente el contador.

10. Introducción al 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-536AD (tipo NPN), los fotones incidentes con energía mayor que el bandgap del silicio (correspondiente a longitudes de onda más cortas que ~1100nm) son absorbidos en la región de la unión base-colector. Esta absorción crea pares electrón-hueco. El campo eléctrico en la unión colector-base polarizada inversamente barre estos portadores, generando una fotocorriente. Esta fotocorriente actúa exactamente como una corriente de base inyectada en el transistor. Debido a la ganancia de corriente del transistor (beta, β), la corriente del colector es mucho mayor que la fotocorriente inicial (I_C= β * I_photo). Esta amplificación interna es lo que da a los fototransistores su alta sensibilidad en comparación con los fotodiodos. El epoxi verde oscuro absorbe la mayoría de los fotones de luz visible, permitiendo que principalmente los fotones infrarrojos alcancen el chip de silicio, haciendo así que el dispositivo sea selectivamente sensible al IR.

11. Tendencias Tecnológicas

El campo de la optoelectrónica continúa evolucionando. Si bien los fototransistores discretos de montaje a través de orificio como el LTR-536AD siguen siendo vitales para muchas aplicaciones, las tendencias incluyen:
Integración:Mayor integración del fotodetector con circuitos de interfaz analógica (amplificadores, filtros) y lógica digital (comparadores, salidas lógicas) en soluciones o módulos de un solo chip.
Tecnología de Montaje Superficial (SMT):Una fuerte tendencia hacia encapsulados SMT más pequeños para montaje automatizado y reducción del espacio en la placa, aunque a menudo con un equilibrio en la sensibilidad debido a áreas activas más pequeñas.
Especialización:Desarrollo de dispositivos con respuestas espectrales aún más específicas, velocidades más rápidas para comunicación de datos ópticos y mayor resistencia a ambientes hostiles (mayor temperatura, humedad).
El principio central del fototransistor permanece sin cambios, pero sus implementaciones se están volviendo más específicas para la aplicación e integradas.