Ficha Técnica del Fototransistor LTR-5888DHP1 - Carcasa Verde Oscuro - Vce 30V - Pc 100mW - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LTR-5888DHP1 es un fototransistor de alta sensibilidad diseñado para aplicaciones de detección de infrarrojos (IR). Su función principal es convertir la luz infrarroja incidente en una corriente eléctrica. Una característica clave es su carcasa especial de plástico verde oscuro, diseñada para atenuar o bloquear las longitudes de onda de la luz visible. Este diseño minimiza la interferencia de fuentes de luz visible ambiental, haciendo que el dispositivo sea especialmente adecuado para aplicaciones donde la señal de interés es puramente del espectro infrarrojo, como detección de proximidad, detección de objetos y receptores de control remoto por IR.

El dispositivo ofrece un amplio rango de operación para la corriente de colector y se caracteriza por tiempos de conmutación rápidos, lo que le permite responder rápidamente a cambios en la iluminación IR. Esta combinación de filtrado óptico, sensibilidad y velocidad lo convierte en un componente versátil para diversos sistemas electrónicos que requieren una detección IR fiable.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen las condiciones más allá de las cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Disipación de Potencia (P_C):100 mW. Esta es la potencia máxima que el dispositivo puede disipar en forma de calor a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Superar este límite conlleva el riesgo de fuga térmica y fallo.
• Tensión Colector-Emisor (V_CEO):30 V. La tensión máxima que se puede aplicar entre los terminales de colector y emisor cuando la base (región sensible a la luz) está abierta.
• Tensión Emisor-Colector (V_ECO):5 V. La tensión inversa máxima aplicable entre emisor y colector.
• Rango de Temperatura de Operación:-40°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente en el que el dispositivo está diseñado para funcionar correctamente.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-55°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenamiento sin operación.
• Temperatura de Soldadura de Terminales:260°C durante 5 segundos a una distancia de 1,6mm del cuerpo del encapsulado. Esto define la restricción del perfil de soldadura por reflujo para evitar daños en el paquete.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se especifican a T_A=25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Tensiones de Ruptura: V_(BR)CEO(30V mín.) y V_(BR)ECO(5V mín.). Son las tensiones a las que la unión se rompe bajo corrientes de prueba específicas sin iluminación (E_e= 0 mW/cm²).
• Tensión de Saturación Colector-Emisor (V_CE(SAT)):0,4V máx. a I_C= 100µA y E_e= 1 mW/cm². Esta es la caída de tensión a través del transistor cuando está completamente "encendido" (saturado) bajo iluminación. Un V_CE(SAT)más bajo es deseable para una conmutación eficiente.
• Tiempos de Conmutación:Tiempo de Subida (T_r) es 15 µs típico y Tiempo de Bajada (T_f) es 18 µs típico, medidos bajo V_CC=5V, I_C=1mA, y R_L=1kΩ. Estos tiempos determinan la rapidez con la que la salida puede responder a una entrada de luz pulsada.
• Corriente de Oscuridad del Colector (I_CEO):100 nA máx. a V_CE=10V sin iluminación. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el dispositivo está en completa oscuridad. Una corriente de oscuridad más baja indica una mejor relación señal-ruido en la detección con poca luz.
• Relación de Corriente de Colector (R):0,8 a 1,25. Este parámetro probablemente especifica la coincidencia entre dos fototransistores o canales, importante para aplicaciones de detección diferencial.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El LTR-5888DHP1 emplea un sistema de clasificación (binning) integral basado en su Corriente de Colector en Estado de Conducción (I_C(ON)). El binning es un proceso de control de calidad que agrupa componentes con características de rendimiento similares. Se proporcionan dos tablas de clasificación: una para el rango de ajuste de producción y otra para el rango final garantizado.

El parámetro I_C(ON)se define como la corriente de colector promedio en condiciones estandarizadas (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm²). Los dispositivos se clasifican en grupos etiquetados de la A a la H, cada uno con un rango específico de I_C(ON)(ej., Grupo A: 0,20mA a 0,26mA para ajuste de producción). Cada grupo está asociado con un marcado de color distinto (Rojo, Negro, Verde, Azul, Blanco, Púrpura, Amarillo, Naranja). Esto permite a los diseñadores seleccionar dispositivos con una sensibilidad estrictamente controlada para sus requisitos de circuito específicos, asegurando un rendimiento del sistema consistente. Por ejemplo, una aplicación que requiera un umbral de activación preciso se beneficiaría del uso de dispositivos de un solo grupo, estrecho.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La ficha técnica incluye varias curvas características típicas, que proporcionan una visión visual del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

• Figura 1: Corriente de Oscuridad del Colector vs. Temperatura Ambiente:Este gráfico muestra cómo I_CEOaumenta exponencialmente con la temperatura creciente. Esta es una consideración crítica para aplicaciones de alta temperatura, ya que el aumento de la corriente de oscuridad puede enmascarar señales ópticas débiles.
• Figura 2: Disipación de Potencia del Colector vs. Temperatura Ambiente:Esta curva de reducción de potencia ilustra que la disipación de potencia máxima permitida (P_C) disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. A 85°C, la potencia máxima que el dispositivo puede manejar es significativamente menor que la especificación de 100mW a 25°C. Los diseñadores deben usar esta curva para garantizar una operación térmica segura.
• Figura 3: Tiempo de Subida y Bajada vs. Resistencia de Carga:Este gráfico demuestra que los tiempos de conmutación (T_ry T_f) aumentan con una mayor resistencia de carga (R_L). Para aplicaciones que requieren la máxima velocidad, se debe elegir un valor más bajo de R_L, aunque esto afectará la excursión de tensión de salida.
• Figura 4: Corriente de Colector Relativa vs. Irradiancia:Esta es la función de transferencia fundamental del fototransistor. Muestra que la corriente de colector aumenta linealmente con la irradiancia infrarroja incidente (E_e) en un cierto rango. La pendiente de esta línea representa la responsividad o sensibilidad del dispositivo.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

El dispositivo utiliza una carcasa especial de plástico verde oscuro. Las dimensiones del paquete se proporcionan en la ficha técnica con todas las medidas en milímetros. Las notas dimensionales clave incluyen: una tolerancia de ±0,25mm a menos que se especifique lo contrario, una protuberancia máxima de resina bajo la brida de 1,5mm, y el espaciado de terminales medido en el punto donde los terminales salen del paquete. El material verde oscuro es crucial por sus propiedades de filtrado óptico, bloqueando la luz visible para mejorar el rendimiento específico para IR.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

La directriz principal proporcionada está relacionada con el estrés térmico de la soldadura. Los terminales pueden someterse a una temperatura de 260°C durante un máximo de 5 segundos, medidos en un punto a 1,6mm (0,063 pulgadas) del cuerpo del encapsulado. Esta especificación es crítica para definir un perfil de soldadura por reflujo seguro. Exceder este límite de tiempo-temperatura puede causar daños internos al chip semiconductor, a las uniones por alambre o al propio encapsulado de plástico, lo que lleva a un fallo inmediato o a una fiabilidad a largo plazo reducida. También se deben seguir las prácticas estándar de la industria para el manejo de dispositivos sensibles a la humedad (MSL) a menos que se indique lo contrario.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Receptores de Control Remoto por Infrarrojos:Detección de señales IR moduladas de mandos a distancia de TV, aires acondicionados, etc.
• Detección de Proximidad y Objetos:Utilizado en grifos automáticos, secadores de manos, dispensadores de toallas de papel y robótica para detectar la presencia de un objeto.
• Conteo y Clasificación Industrial:Detección de objetos en cintas transportadoras cuando se empareja con un emisor IR.
• Codificadores Ópticos:Detección de ranuras o marcas en un disco giratorio para medición de posición o velocidad.
• Detectores de Humo:En algunos diseños de cámaras ópticas, para detectar la luz dispersada por partículas de humo.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Polarización:El fototransistor se puede usar en modo interruptor (saturado) o en modo lineal (activo). En modo interruptor (configuración de emisor común con una resistencia de pull-up), proporciona una salida digital. En modo lineal (a menudo con un amplificador operacional), proporciona una salida analógica proporcional a la intensidad de la luz.
• Resistencia de Carga (R_L):El valor de R_Len el circuito del colector es una elección de diseño clave. Una R_Lmás pequeña proporciona una conmutación más rápida (ver Fig. 3) pero resulta en una excursión de tensión de salida más pequeña para una determinada fotocorriente. Una R_Lmás grande da una excursión de tensión mayor pero una respuesta más lenta.
• Rechazo de Luz Ambiental:Aunque la carcasa verde oscuro ayuda, para entornos con IR ambiental fuerte (ej., luz solar, bombillas incandescentes), puede ser necesario un filtrado eléctrico adicional. El uso de una fuente IR modulada y un circuito receptor demodulador es una técnica altamente efectiva.
• Gestión Térmica:Consulte la Figura 2 (curva de reducción de potencia) para asegurarse de que la disipación de potencia del dispositivo permanece dentro de los límites seguros a la temperatura ambiente máxima de operación esperada.
• Selección de Clasificación (Binning):Elija el grupo de sensibilidad apropiado (A-H) según el nivel de señal requerido y la intensidad esperada de la fuente IR para optimizar el rendimiento y la consistencia del circuito.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El diferenciador principal del LTR-5888DHP1 es su carcasa verde oscuro dedicada para la supresión de luz visible. En comparación con fototransistores transparentes o no filtrados, ofrece un rendimiento superior en entornos con alta luz visible ambiental, ya que es menos probable que se active falsamente. Su combinación de una V_CEOrelativamente alta (30V), velocidad de conmutación rápida (rango de µs) y un sistema de clasificación detallado para la sensibilidad lo convierten en una opción robusta y fácil de diseñar para una amplia gama de tareas de detección IR. La clasificación integral permite un emparejamiento de precisión en aplicaciones que requieren múltiples sensores o puntos de activación muy consistentes.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

R: Actúa como un filtro de luz visible. Atenúa la luz en el espectro visible (aprox. 400-700nm) mientras permite que las longitudes de onda infrarrojas (típicamente >700nm) pasen al chip semiconductor. Esto mejora la relación señal-ruido en aplicaciones exclusivamente de IR.

P: ¿Cómo interpreto las dos tablas de clasificación diferentes?

R: La tabla "Ajuste de Producción" muestra los rangos internos más estrechos utilizados durante la fabricación para clasificar los dispositivos. La tabla "Rango en Estado de Conducción" muestra el rango de especificación garantizado más amplio en el que el cliente puede confiar. Los dispositivos de un solo grupo de producción tendrán un rendimiento más consistente que aquellos que simplemente cumplen con el rango garantizado más amplio.

P: ¿Puedo usar este dispositivo a la luz solar directa?

R: Aunque la carcasa filtra la luz visible, la luz solar contiene una cantidad significativa de radiación infrarroja. Esto puede saturar el sensor. Para uso en exteriores o en ambientes con IR ambiental fuerte, se recomienda encarecidamente el uso de blindaje óptico, filtrado eléctrico o un sistema de fuente IR modulada.

P: ¿Qué sucede si excedo la temperatura/tiempo de soldadura de los terminales?

R: Puede causar daños irreversibles: fusión del encapsulado, rotura de las uniones internas por alambre o degradación de las propiedades del semiconductor. Adhiérase siempre a la directriz de 260°C durante 5 segundos a 1,6mm del cuerpo.

10. Caso Práctico de Diseño

Escenario: Diseño de un Sensor de Proximidad para un Dispensador Automático de Jabón.

El objetivo es detectar una mano colocada a ~5-10cm debajo de una boquilla. Un LED emisor IR se coloca opuesto al detector LTR-5888DHP1, ambos mirando hacia la zona de detección.

Pasos de Diseño:

1. Configuración del Circuito:Use el fototransistor en modo interruptor de emisor común. Conecte el emisor a tierra, el colector a una resistencia de pull-up (R_L) conectada a una tensión de alimentación (ej., 5V). La señal de salida se toma del nodo del colector.

2. Selección de Componentes:Elija un LED IR con una longitud de onda que coincida con la sensibilidad máxima del fototransistor. Seleccione un valor de R_L(ej., 10kΩ) que proporcione una buena excursión de tensión. Según la intensidad IR reflejada esperada, seleccione un fototransistor del Grupo D o E para una sensibilidad media.

3. Modulación (Opcional pero Recomendada):Para rechazar la luz ambiental, impulse el LED IR con una corriente pulsada (ej., 38kHz). Siga la salida del fototransistor con un filtro de paso de banda o un CI receptor de IR dedicado sintonizado a la misma frecuencia. Esto hace que el sistema sea inmune al IR ambiental constante.

4. Detección de Umbral:La tensión de salida en el colector caerá cuando una mano refleje la luz IR hacia el detector. Se puede usar un comparador o el ADC de un microcontrolador para detectar este cambio de tensión y activar la bomba de jabón.

5. Consideraciones:Tenga en cuenta el aumento de la corriente de oscuridad con la temperatura (Fig. 1) al establecer el umbral de detección. Asegúrese de que la disipación de potencia del dispositivo esté dentro de los límites según la Fig. 2.

11. Principio de Funcionamiento

Un fototransistor es fundamentalmente un transistor de unión bipolar (BJT) donde la región de la base está expuesta a la luz y no está conectada a un terminal eléctrico. Los fotones incidentes con energía mayor que el bandgap del semiconductor son absorbidos en la región de la unión base-colector. Esta absorción crea pares electrón-hueco. El campo eléctrico en la unión base-colector polarizada en inversa barre estos portadores de carga, generando una fotocorriente. Esta fotocorriente actúa como la corriente de base del transistor. Debido a la ganancia de corriente del transistor (β o h_FE), la corriente de colector resultante es la fotocorriente multiplicada por la ganancia (I_C≈ β * I_foto). Esta amplificación interna es lo que le da a un fototransistor una sensibilidad mucho mayor que un simple fotodiodo. El material de la carcasa verde oscuro absorbe la mayoría de los fotones de luz visible, mientras que los fotones infrarrojos pueden pasar y ser absorbidos por el silicio para generar la corriente de señal.

12. Tendencias Tecnológicas

El campo de la optoelectrónica para detección continúa evolucionando. Las tendencias relevantes para dispositivos como el LTR-5888DHP1 incluyen:

Integración:Avance hacia soluciones integradas que combinan el fotodetector, el amplificador y la lógica digital (como un disparador Schmitt o un modulador/demodulador) en un solo paquete (ej., módulos receptores de IR).

Miniaturización:Desarrollo de fototransistores en paquetes de montaje superficial más pequeños para satisfacer las demandas de la electrónica de consumo compacta.

Filtrado Mejorado:Uso de filtros de interferencia más sofisticados depositados directamente en el chip o el paquete para proporcionar una selectividad de longitud de onda más aguda, mejorando el rechazo de fuentes de luz ambiental no deseadas.

Optimización para Aplicaciones Específicas:Los dispositivos se caracterizan y clasifican cada vez más para aplicaciones muy específicas (ej., detección de pulsos específicos para comunicación de datos, corriente de oscuridad muy baja para medición de precisión), en lugar de ser componentes de propósito general.