Hoja de Datos del Fototransistor Infrarrojo LTR-C950-TB-T - Paquete de Vista Lateral - Vce 30V - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LTR-C950-TB-T es un fototransistor infrarrojo (IR) discreto diseñado para aplicaciones de detección. Pertenece a una amplia familia de dispositivos optoelectrónicos destinados a sistemas que requieren una detección fiable de luz infrarroja. Su función principal es convertir la radiación infrarroja incidente en una corriente eléctrica correspondiente en su terminal colector. Su paquete de vista lateral con lente en forma de domo y carcasa negra está optimizado para montaje en PCB y ayuda a gestionar la interferencia de la luz ambiente.

El dispositivo está diseñado para ser compatible con los procesos modernos de montaje automatizado, incluidos equipos de colocación y soldadura por reflujo infrarrojo. Se caracteriza por su respuesta a la luz infrarroja de longitud de onda de 940nm, comúnmente utilizada en diversos sistemas de control remoto y sensado para evitar el ruido de la luz visible.

1.1 Características y Ventajas Principales

• Conforme a RoHS y Producto Ecológico:Fabricado sin sustancias peligrosas, cumpliendo con los estándares medioambientales.
• Diseño Óptico:Cuenta con una lente de domo de vista lateral y color negro que proporciona un campo de visión específico y ayuda a proteger el sensor de la luz ambiente no deseada.
• Compatibilidad de Fabricación:Suministrado en cinta de 8mm en carretes de 7 pulgadas de diámetro, siendo totalmente compatible con máquinas automáticas de colocación de alta velocidad (pick-and-place).
• Compatibilidad de Proceso:Capacitado para soportar los perfiles estándar de soldadura por reflujo infrarrojo utilizados en líneas de montaje de tecnología de montaje superficial (SMT).
• Paquete Estandarizado:Conforma a los contornos de paquete estándar EIA, garantizando predictibilidad en el diseño de la huella en la PCB.

1.2 Aplicaciones Objetivo

Este fototransistor es adecuado para una variedad de aplicaciones electrónicas donde se requiere detección o sensado sin contacto. Los casos de uso típicos incluyen:

• Receptores Infrarrojos:Decodificación de señales de mandos a distancia en electrónica de consumo (televisores, sistemas de audio, decodificadores).
• Sensores de Proximidad/Objeto Montados en PCB:Detección de presencia, ausencia o posición de un objeto en electrodomésticos, equipos de automatización y dispositivos de seguridad.
• Conmutación Óptica Básica:Utilizado en interruptores de tipo ranura o sensores reflectivos.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Las siguientes secciones proporcionan un desglose detallado de los límites operativos y las características de rendimiento del dispositivo bajo condiciones de prueba especificadas.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o por encima de estos límites.

• Disipación de Potencia (P_D):100 mW. La potencia continua máxima que el dispositivo puede disipar en forma de calor.
• Tensión Colector-Emisor (V_CEO):30 V. La tensión máxima que se puede aplicar entre los terminales de colector y emisor.
• Tensión Emisor-Colector (V_ECO):5 V. La tensión inversa máxima entre emisor y colector.
• Rango de Temperatura de Operación (T_A):-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente para el funcionamiento normal.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-55°C a +100°C. El rango de temperatura seguro para el dispositivo cuando no está alimentado.
• Condición de Soldadura Infrarroja:Soporta una temperatura máxima de 260°C durante un máximo de 10 segundos durante el reflujo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Tensión de Ruptura Colector-Emisor (V_(BR)CEO):30 V (Mín.). La tensión a la cual fluye una pequeña corriente inversa especificada (I_R= 100µA) sin iluminación (E_e= 0 mW/cm²).
• Tensión de Ruptura Emisor-Colector (V_(BR)ECO):5 V (Mín.). Similar a V_(BR)CEOpero para la condición de polarización inversa.
• Tensión de Saturación Colector-Emisor (V_CE(SAT)):0.4 V (Máx.). La tensión entre colector y emisor cuando el transistor está completamente "encendido" (conduciendo) bajo una irradiancia de 0.5 mW/cm² y una corriente de colector (I_C) de 100µA. Un valor más bajo indica un mejor rendimiento.
• Tiempo de Subida (T_r) y Tiempo de Bajada (T_f):15 µs (Típ.). El tiempo requerido para que la corriente de salida suba del 10% al 90% (tiempo de subida) o baje del 90% al 10% (tiempo de bajada) de su valor máximo en respuesta a una entrada de luz pulsada. Medido con V_CE=5V, I_C=1mA, y R_L=1kΩ.
• Corriente de Oscuridad del Colector (I_CEO):100 nA (Máx.). La pequeña corriente de fuga que fluye del colector al emisor cuando no incide luz sobre el dispositivo (V_CE= 20V). Un valor más bajo es mejor para la sensibilidad.
• Corriente de Colector en Estado Conducción (I_C(ON)):1.5 a 9.2 mA. La corriente de colector generada cuando el dispositivo es iluminado con una fuente infrarroja estandarizada (E_e=0.5 mW/cm², λ=940nm, V_CE=5V). Este es el parámetro clave de sensibilidad.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Los dispositivos se clasifican en lotes de rendimiento (bins) basándose en su Corriente de Colector en Estado Conducción (I_C(ON)). Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con sensibilidad consistente para los requisitos específicos de su circuito.

• BIN A: I_C(ON)rango de 1.5 mA (Mín.) a 2.9 mA (Máx.).
• BIN B: I_C(ON)rango de 2.9 mA (Mín.) a 5.5 mA (Máx.).
• BIN C: I_C(ON)rango de 5.5 mA (Mín.) a 9.2 mA (Máx.).

Se aplica una tolerancia de ±15% a los límites de cada bin. Los diseñadores deben tener en cuenta esta variación al calcular la ganancia del circuito y los niveles de umbral.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos característicos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

4.1 Sensibilidad Espectral

Un gráfico (Fig.1) muestra la sensibilidad espectral relativa frente a la longitud de onda. El LTR-C950-TB-T exhibe una sensibilidad máxima alrededor de 940nm, que coincide con los emisores infrarrojos (IRED) comunes. La sensibilidad cae abruptamente para longitudes de onda menores de 800nm y mayores de 1100nm, proporcionando un filtrado inherente contra gran parte del espectro de luz visible.

4.2 Corriente de Oscuridad del Colector vs. Temperatura

La curva (Fig.3) representa la Corriente de Oscuridad del Colector (I_CEO) frente a la Temperatura Ambiente (T_A). I_CEOaumenta exponencialmente con la temperatura. Esta es una consideración crítica para aplicaciones de alta temperatura, ya que el aumento de la corriente de oscuridad eleva el piso de ruido y puede afectar la relación señal-ruido del sensor.

4.3 Respuesta Dinámica vs. Carga

Los gráficos (Fig.4) muestran cómo el Tiempo de Subida (T_r) y el Tiempo de Bajada (T_f) varían con la Resistencia de Carga (R_L). Ambos tiempos aumentan con una mayor resistencia de carga. Para aplicaciones que requieren conmutación rápida, una resistencia de carga más pequeña es beneficiosa, aunque reducirá la excursión de tensión de salida.

4.4 Corriente Relativa del Colector vs. Irradiancia

Este gráfico (Fig.5) demuestra la relación entre la corriente de salida y la potencia de luz incidente (irradiancia). La respuesta es generalmente lineal en un rango significativo, lo cual es deseable para aplicaciones de sensado analógico. Confirma la función del dispositivo como un convertidor proporcional de luz a corriente.

4.5 Patrón de Radiación

Un diagrama polar (Fig.6) ilustra la sensibilidad angular del paquete de vista lateral. La intensidad radiante (o sensibilidad) relativa se representa frente al ángulo de la luz incidente. Este diagrama es esencial para el diseño mecánico, mostrando el campo de visión efectivo (FOV) dentro del cual el sensor detectará de manera fiable una fuente IR.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones de Contorno

El dispositivo tiene un paquete estándar de fototransistor de vista lateral. Las dimensiones clave incluyen el tamaño del cuerpo, el espaciado de las patillas y la posición de la lente. Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros con una tolerancia típica de ±0.1mm a menos que se especifique lo contrario. La asignación de pines identifica los terminales de Colector y Emisor.

5.2 Diseño Recomendado de Pads de Soldadura

Se proporciona un patrón de pistas (huella) para el diseño de PCB. Las dimensiones recomendadas para los pads de montaje son 1.0mm x 1.8mm, con una separación de 1.8mm entre ellos. Seguir este patrón asegura una junta de soldadura fiable durante el reflujo y un alineamiento mecánico adecuado.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Se incluye un perfil de reflujo sugerido para procesos sin plomo (Pb-free). Los parámetros clave son:

• Precalentamiento:150-200°C durante un máximo de 120 segundos.
• Temperatura Máxima:260°C como máximo.
• Tiempo por Encima del Líquidus:El dispositivo no debe estar expuesto a temperaturas superiores a 260°C durante más de 10 segundos.

El perfil se basa en estándares JEDEC. Los ingenieros deben caracterizar el perfil para su diseño específico de PCB, pasta de soldadura y horno.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, utilice un soldador con una temperatura que no exceda los 300°C, y limite el tiempo de contacto a 3 segundos por unión. Evite aplicar tensión a las patillas del componente.

6.3 Limpieza

Si se requiere limpieza posterior a la soldadura, utilice únicamente disolventes a base de alcohol como el alcohol isopropílico. Evite limpiadores químicos agresivos o desconocidos que puedan dañar el paquete de plástico o la lente.

7. Empaquetado y Manipulación

7.1 Especificaciones de Cinta y Carrete

Los componentes se empaquetan en cinta portadora embutida de 8mm de ancho enrollada en carretes de 7 pulgadas (178mm) de diámetro. Cada carrete contiene 2000 piezas. El empaquetado cumple con los estándares ANSI/EIA 481-1-A-1994. Las notas especifican que un máximo de dos bolsillos de componentes consecutivos pueden estar vacíos (según el sellado de la cinta) y que la orientación de las piezas dentro de la cinta está marcada.

7.2 Condiciones de Almacenamiento

Paquete Sellado:Almacenar a ≤30°C y ≤90% de Humedad Relativa (HR). La vida útil en la bolsa sellada contra la humedad (con desecante) es de un año.
Paquete Abierto:Para componentes extraídos de la bolsa sellada, el entorno de almacenamiento no debe exceder 30°C / 60% HR. Se recomienda encarecidamente completar la soldadura por reflujo IR dentro de la primera semana tras la apertura. Para un almacenamiento más prolongado fuera de la bolsa original, almacenar en un recipiente sellado con desecante o en un desecador de nitrógeno. Los componentes almacenados al aire durante más de una semana deben ser secados a aproximadamente 60°C durante al menos 20 horas antes de soldar para eliminar la humedad absorbida y prevenir el efecto "palomita de maíz" durante el reflujo.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Diseño del Circuito de Excitación

El fototransistor es un dispositivo de salida de corriente. En un circuito típico, se conecta en configuración de emisor común. Una resistencia de carga (R_L) se coloca entre el colector y la tensión de alimentación (V_CC). El emisor se conecta a tierra. La luz incidente hace que fluya la corriente de colector (I_C), creando una caída de tensión en R_L. Esta tensión (V_OUT= V_CC- I_C*R_L) es la señal de salida.

Decisiones Clave de Diseño:

• Resistencia de Carga (R_L):Una R_Lmás alta proporciona una mayor excursión de tensión de salida para un cambio de luz dado, pero aumenta el tiempo de respuesta (ver Fig.4). Una R_Lmás baja proporciona una respuesta más rápida pero una señal más pequeña.
• Polarización:El dispositivo no requiere corriente de polarización externa para la base; está completamente controlado por la luz.
• Múltiples Dispositivos:Si múltiples fototransistores necesitan conectarse en paralelo en una aplicación, no se recomienda conectarlos directamente juntos. Las variaciones en su I_C(ON)(incluso dentro de un mismo bin) causarán un reparto desigual de corriente. Se debe colocar una resistencia limitadora de corriente en serie con cada dispositivo para garantizar un comportamiento uniforme.

8.2 Mejora de la Relación Señal-Ruido (SNR)

• Modulación:Para aplicaciones de control remoto, la fuente IR (IRED) se pulsa a una frecuencia portadora específica (ej., 38kHz). El circuito receptor incluye un filtro de paso banda sintonizado a esta frecuencia, que rechaza la luz ambiente constante y el ruido.
• Filtrado Óptico:El paquete negro y la sensibilidad espectral natural (pico en 940nm) proporcionan cierto filtrado contra la luz visible. Para entornos extremadamente ruidosos, se puede utilizar un filtro externo adicional de paso IR/bloqueo visible sobre el sensor.
• Filtrado Eléctrico:Seguir el fototransistor con una etapa amplificadora que incluya filtrado de paso alto o paso banda puede mejorar aún más la SNR para señales de CA acopladas.

8.3 Consideraciones de Diseño de Placa

• Coloque el sensor lejos de componentes que generen calor para minimizar la deriva de la corriente de oscuridad inducida por la temperatura.
• Asegúrese de utilizar la geometría recomendada de los pads de soldadura para evitar el efecto "tombstoning" o desalineación durante el reflujo.
• Considere el patrón de radiación (Fig.6) al diseñar la carcasa mecánica para asegurar que la fuente IR caiga dentro del ángulo de visión sensible del sensor.

9. Principio de Funcionamiento

Un fototransistor es fundamentalmente un transistor de unión bipolar (BJT) donde la corriente de base es generada por luz en lugar de una conexión eléctrica. La unión base-colector actúa como un fotodiodo. Cuando fotones con suficiente energía (infrarroja, en este caso) impactan esta unión, crean pares electrón-hueco. Esta corriente fotogenerada es luego amplificada por la ganancia de corriente del transistor (β o h_FE), resultando en una corriente de colector mucho mayor que es proporcional a la intensidad de la luz incidente. El paquete de vista lateral posiciona el chip semiconductor sensible de tal manera que puede detectar luz que llega paralela a la superficie de la PCB.

10. Ejemplo Práctico de Diseño

Escenario: Detección de Objetos en una Máquina Expendedora.Se necesita un sensor de interrupción de haz para detectar cuando un producto pasa por una canaleta.

1. Selección de Componentes:Se elige un LTR-C950-TB-T (BIN B) por su paquete de vista lateral, adecuado para montarse en el borde de una PCB mirando a través de la canaleta. Se selecciona un IRED coincidente de 940nm como fuente de luz.
2. Diseño del Circuito:El fototransistor se configura en un circuito de emisor común con V_CC= 5V. Se elige una resistencia de carga R_L= 2.2kΩ como compromiso entre una buena excursión de tensión y una velocidad aceptable para esta aplicación. La salida se envía a un comparador con un umbral configurado para diferenciar entre "haz presente" (salida alta) y "haz bloqueado" (salida baja).
3. Integración Mecánica:El IRED y el fototransistor se montan en lados opuestos de la canaleta del producto, alineados según sus patrones de radiación/sensibilidad. Se pueden añadir pantallas de luz para limitar la luz parásita.
4. Consideraciones:Se monitorea la temperatura ambiente dentro de la máquina para asegurar que se mantenga dentro del rango de operación. Se mide la tensión de salida inicial y el umbral del comparador se establece con un margen para tener en cuenta la tolerancia de los componentes (bin ±15%) y la posible acumulación de polvo en las lentes con el tiempo.