Scheda Tecnica Fototransistor Darlington 6 Pin DIP - Serie TIL113, 4NXX, H11BX - Isolamento 5000Vrms - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Le serie TIL113, 4NXX e H11BX sono famiglie di fototransistor darlington (optoisolatori). Ogni dispositivo è composto da un diodo a emissione di luce infrarossa (LED) accoppiato otticamente a un rivelatore a transistor fotodarlington. Questa configurazione fornisce un elevato rapporto di trasferimento di corrente (CTR), rendendoli adatti per interfacciare segnali di controllo a bassa corrente con carichi a corrente più elevata. I dispositivi sono alloggiati in un compatto package Dual In-line (DIP) a 6 pin, con opzioni per montaggio through-hole standard, passo terminali ampio e tecnologia a montaggio superficiale (SMD). Il vantaggio principale di questa serie è l'elevato isolamento elettrico (5000 V_rms) tra i circuiti di ingresso e uscita, fondamentale per la sicurezza e l'immunità al rumore in sistemi con potenziali di massa differenti.

2. Caratteristiche Principali e Omologazioni

La serie offre diverse caratteristiche significative per un funzionamento robusto e affidabile in applicazioni impegnative. L'elevata tensione di isolamento di 5000 V_rms e una distanza di isolamento superiore a 7,62 mm garantiscono un funzionamento sicuro in ambienti ad alta tensione. Questi dispositivi sono classificati per un'estesa gamma di temperatura operativa fino a +110°C. Inoltre, la serie di prodotti è conforme alle principali norme internazionali di sicurezza e ambientali, incluse le omologazioni UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC. I dispositivi sono anche conformi al regolamento UE REACH e disponibili in versioni compatibili RoHS.

3. Applicazioni

Questi fotocoupler sono progettati per un'ampia gamma di applicazioni dove sono richiesti isolamento elettrico e accoppiamento di segnale. Usi tipici includono:

• Interfacciamento di circuiti logici a bassa potenza e traslazione di livello.
• Apparecchiature di telecomunicazioni per l'isolamento del segnale.
• Elettronica portatile e alimentata a batteria.
• Sistemi di interfacciamento e accoppiamento che operano a potenziali e impedenze elettriche differenti, come nei sistemi di controllo industriale, alimentatori e apparecchiature di misura.

4. Configurazione Pin e Schema Elettrico

I dispositivi utilizzano una configurazione DIP a 6 pin standard. La disposizione dei pin è la seguente:

• Pin 1: Anodo del LED di ingresso.
• Pin 2: Catodo del LED di ingresso.
• Pin 3: Nessun Collegamento (NC).
• Pin 4: Emettitore del transistor fotodarlington di uscita.
• Pin 5: Collettore del transistor fotodarlington di uscita.
• Pin 6: Base del transistor fotodarlington di uscita (tipicamente lasciata aperta o collegata per reti di accelerazione).

Lo schema interno mostra il LED infrarosso collegato tra i pin 1 e 2, e il transistor fotodarlington collegato tra i pin 4 (Emettitore), 5 (Collettore) e 6 (Base).

5. Valori Massimi Assoluti

Sollecitazioni oltre questi limiti possono causare danni permanenti al dispositivo. Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (T_a) di 25°C salvo diversa indicazione.

• Ingresso (LED):Corrente Diretta (I_F): 60 mA; Corrente Diretta di Picco (I_FP, impulso 1µs): 1 A; Tensione Inversa (V_R): 6 V; Dissipazione di Potenza (P_D): 120 mW (derating richiesto sopra T_a= 100°C a 3,8 mW/°C).
• Uscita (Transistor):Dissipazione di Potenza (P_C): 150 mW (derating richiesto sopra T_a= 80°C a 6,5 mW/°C); Tensione Collettore-Emettitore (V_CEO): 55 V; Tensione Collettore-Base (V_CBO): 55 V; Tensione Emettitore-Collettore (V_ECO): 7 V; Tensione Emettitore-Base (V_EBO): 7 V.
• Dispositivo Totale:Dissipazione di Potenza Totale (P_TOT): 200 mW; Tensione di Isolamento (V_ISO): 5000 V_rms(AC per 1 minuto, UR 40-60%).
• Temperatura:Temperatura Operativa (T_OPR): -55°C a +100°C; Temperatura di Magazzinaggio (T_STG): -55°C a +125°C; Temperatura di Saldatura (T_SOL): 260°C (per 10 secondi).

6. Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni elettriche e ottiche in condizioni operative normali, tipicamente a T_a=25°C.

6.1 Caratteristiche di Ingresso (LED)

• Tensione Diretta (V_F): Tipicamente 1,2V, Massimo 1,5V a I_F= 10mA (50mA per H11B3).
• Corrente Inversa (I_R): Massimo 10 µA a V_R= 6V.
• Capacità di Ingresso (C_in): Tipicamente 50 pF a V=0, f=1MHz.

6.2 Caratteristiche di Uscita (Fototransistor Darlington)

• Corrente di Buio Collettore-Emettitore (I_CEO): Massimo 100 nA a V_CE= 10V.
• Tensione di Breakdown Collettore-Emettitore (BV_CEO): Minimo 55 V a I_C=1mA.
• Tensione di Breakdown Collettore-Base (BV_CBO): Minimo 55 V a I_C=0,1mA.
• Tensione di Breakdown Emettitore-Collettore (BV_ECO): Minimo 7 V a I_E=0,1mA.

6.3 Caratteristiche di Trasferimento

Questi parametri definiscono l'efficienza di accoppiamento e le prestazioni di commutazione.

• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR):È il rapporto tra la corrente di collettore in uscita e la corrente diretta del LED in ingresso, espresso in percentuale. Varia in base al numero di parte:
  • 4N32, 4N33, H11B1: CTR ≥ 500% (a I_F=10mA, V_CE=10V o I_F=1mA, V_CE=5V).
  • 4N29, 4N30: CTR ≥ 100%.
  • 4N31, H11B3, H11B255: CTR ≥ 100%.
  • H11B2: CTR ≥ 200%.
  • TIL113: CTR ≥ 300% (a I_F=10mA, V_CE=1V).
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(sat)):Massimo da 1,0V a 1,2V a seconda della serie, sotto specificati I_Fe I_C conditions.
• Resistenza di Isolamento (R_IO):Minimo 10¹¹Ω a V_IO=500V DC.
• Capacità Ingresso-Uscita (C_IO):Tipicamente 0,8 pF a V_IO=0, f=1MHz.
• Tempi di Commutazione:Il tempo di accensione (t_on) e il tempo di spegnimento (t_off) sono specificati per le diverse serie in specifiche condizioni di test (V_CC=10V, con specificati I_Fe resistenza di carico R_L=100Ω). Ad esempio, per la serie H11Bx t_onè tipicamente 25µs e t_offè tipicamente 18µs. Le serie 4Nxx e TIL113 hanno un'accensione più rapida (max 5µs) ma uno spegnimento potenzialmente più lento (fino a 100µs per alcune varianti).

7. Curve di Prestazione e Caratteristiche di Commutazione

La scheda tecnica include tipiche curve di prestazione (sebbene non dettagliate nel testo fornito). Queste curve illustrano tipicamente la relazione tra CTR e temperatura, corrente diretta o corrente di collettore. Sono essenziali per i progettisti per comprendere le deviazioni delle prestazioni in condizioni non standard. È definito un circuito di test per i tempi di commutazione, che mostra l'impulso in ingresso che pilota il LED e l'impulso in uscita risultante sul collettore. Parametri temporali chiave come tempo di salita (t_r), tempo di discesa (t_f), ritardo di accensione (t_on) e ritardo di spegnimento (t_off) sono misurati tra il 10% e il 90% dei rispettivi impulsi.

8. Informazioni Meccaniche e Package

I dispositivi sono offerti in diverse varianti di package per adattarsi a diversi processi di assemblaggio.

• Tipo DIP Standard:Il classico package through-hole.
• Tipo Opzione M:Presenta una piegatura ampia dei terminali, fornendo un passo terminali di 0,4 pollici (circa 10,16mm) per applicazioni che richiedono una maggiore distanza di isolamento o un'inserimento manuale più facile.
• Tipo Opzione S:Forma terminali per montaggio superficiale per saldatura a rifusione.
• Tipo Opzione S1:Una variante a profilo basso per montaggio superficiale.

Per ogni tipo di package sono forniti disegni dimensionati dettagliati, inclusi lunghezza, larghezza, altezza del corpo, passo terminali e dimensioni dei terminali. È inclusa anche una disposizione consigliata dei pad per le opzioni SMD per garantire la formazione di giunzioni saldate affidabili durante l'assemblaggio del PCB.

9. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il valore massimo assoluto specifica una temperatura di saldatura di 260°C per 10 secondi. Questo è un parametro critico per i processi di saldatura a rifusione o a onda. I progettisti devono assicurarsi che il profilo termico durante l'assemblaggio non superi questo limite per prevenire danni al die semiconduttore interno o al package plastico. Per le varianti SMD, seguire la disposizione consigliata dei pad è cruciale per prevenire l'effetto "tombstoning" o giunzioni saldate scadenti. Prima dell'uso, devono essere mantenute condizioni di magazzinaggio adeguate, secondo la classificazione della temperatura di magazzinaggio (-55°C a +125°C), per preservare l'integrità del dispositivo.

10. Confezionamento e Informazioni d'Ordine

Il sistema di numerazione delle parti è strutturato per indicare la serie, il numero di parte specifico, l'opzione della forma terminali, l'opzione nastro e bobina e l'omologazione di sicurezza opzionale.

Formato Numero di Parte:[Serie][PartNo][LeadForm][TapeReel]-[Safety]

• Serie: 4NXX, H11BX o TIL113.
• PartNo: Per 4NXX: 29,30,31,32,33. Per H11BX: 1,2,3,255.
• LeadForm (Y): S (SMD), S1 (SMD a profilo basso), M (Terminali ampi), o nessuno (DIP standard).
• TapeReel (Z): TA, TB (per opzioni SMD), o nessuno.
• Safety (V): Omologazione VDE opzionale.

Quantità di Confezionamento:

• Opzioni DIP standard e M: 65 unità per tubo.
• Opzioni S e S1 con TA/TB: 1000 unità per bobina.

11. Considerazioni di Progettazione per l'Applicazione

Quando si progetta con questi fototransistor darlington, devono essere considerati diversi fattori. L'elevato CTR consente di portare il transistor di uscita in saturazione con una corrente del LED relativamente bassa, il che è vantaggioso per l'interfacciamento con microcontrollori. Tuttavia, la struttura darlington è intrinsecamente più lenta in commutazione rispetto ai fototransistor o ai fotocoupler a IC, rendendoli più adatti per applicazioni a frequenza più bassa (tipicamente fino alla gamma delle decine di kHz a seconda delle condizioni di carico). Il pin di base (Pin 6) può essere utilizzato per collegare una resistenza esterna per deviare a massa parte della corrente di base fotogenerata, il che può migliorare significativamente il tempo di spegnimento a scapito di un CTR ridotto. Il progettista deve assicurarsi che i valori di tensione del transistor di uscita (V_CEO, V_CBO) non vengano superati dal circuito di carico. È sempre richiesta una resistenza limitatrice di corrente in serie con il LED di ingresso. Il suo valore è calcolato in base alla tensione di alimentazione, alla I_Fdesiderata e alla V_F.

del LED.

12. Confronto Tecnico e Guida alla Selezione

La differenziazione principale all'interno di questa serie è il Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR). Parti come 4N32/33 e H11B1 offrono una sensibilità molto alta (CTR ≥ 500%), rendendole ideali per applicazioni dove il segnale di pilotaggio è molto debole. Le 4N29/30 e H11B2 offrono una sensibilità media. Le 4N31, H11B3 e H11B255 forniscono un CTR standard del 100%. La TIL113 offre un buon equilibrio al 300%. La scelta tra package DIP e SMD dipende dal processo di produzione. L'opzione a terminali ampi (M) è vantaggiosa per applicazioni ad alta tensione che richiedono una maggiore distanza di isolamento sul PCB. Rispetto ai fotocoupler a fototransistor più semplici, i fotodarlington forniscono un guadagno molto più alto ma sono più lenti. Per l'isolamento digitale ad altissima velocità, altre tecnologie come gli isolatori digitali o fotocoupler più veloci con uscite logiche sarebbero più appropriate.

13. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è il vantaggio principale di un fotodarlington rispetto a un fototransistor standard?

R: Il vantaggio principale è un rapporto di trasferimento di corrente (CTR) molto più alto, spesso di un fattore da 10 a 100. Ciò significa che una corrente del LED di ingresso molto piccola può controllare una corrente di uscita molto più grande, semplificando il circuito di pilotaggio.

D: Perché i tempi di commutazione sono più lenti per i fotodarlington?

R: La configurazione a coppia darlington ha uno stadio transistor aggiuntivo, che aumenta l'accumulo di carica e riduce la velocità di commutazione, in particolare durante lo spegnimento.

D: Come posso migliorare il tempo di spegnimento del fotodarlington?

R: Collegando una resistenza esterna (tipicamente nell'intervallo da 10kΩ a 100kΩ) tra il pin di base (6) e il pin di emettitore (4) si fornisce un percorso per scaricare la carica accumulata, riducendo significativamente il tempo di spegnimento._{D: Cosa significa per il mio progetto la classificazione di isolamento di 5000 V}rms

?

R: Questa classificazione certifica che il dispositivo può sopportare una differenza di potenziale AC di 5000 Volt tra il lato di ingresso e quello di uscita per un minuto senza breakdown. Definisce la barriera di sicurezza per il tuo sistema, proteggendo gli utenti e i circuiti a bassa tensione da guasti ad alta tensione.

D: Posso usarli per segnali di ingresso AC?

R: L'ingresso è un LED, che è un diodo. Condurrà solo durante il semiperiodo positivo di un segnale AC. Per il rilevamento di ingressi AC veri, è necessario un raddrizzatore a ponte o un optocoupler dedicato per ingressi AC.

14. Esempi di Progettazione e UtilizzoEsempio 1: Driver Relè per Microcontrollore:_FUn uso comune è isolare un microcontrollore a 3,3V o 5V da una bobina di relè a 12V o 24V. Il pin GPIO del microcontrollore, attraverso una resistenza limitatrice di corrente (es. 220Ω per alimentazione 5V e I

~10mA), pilota il lato LED. Il collettore del fotodarlington è collegato alla bobina del relè e l'emettitore a massa. Un diodo di ricircolo deve essere posto in parallelo alla bobina del relè. L'elevato CTR garantisce che il relè sia completamente eccitato anche se il pin del microcontrollore può fornire solo una corrente modesta.Esempio 2: Rilevamento Attraversamento Zero Tensione di Rete:

Sebbene non per il collegamento diretto alla rete, questi accoppiatori possono essere utilizzati nel percorso di feedback isolato di un alimentatore a commutazione o in un circuito di rilevamento dello zero in cui un segnale isolato a tensione più alta deve essere comunicato a un circuito logico a bassa tensione. L'elevata tensione di isolamento è fondamentale qui.Esempio 3: Modulo di Ingresso Digitale Industriale:

In un modulo di ingresso PLC, questi optocoupler possono isolare i segnali dei sensori di campo (es. sensori di prossimità 24V DC) dal circuito logico interno, fornendo immunità al rumore e proteggendo il controllore centrale da transitori di tensione sul lato campo.

15. Principio di Funzionamento_FIl principio fondamentale è la conversione elettro-ottico-elettrica. Quando una corrente diretta (I_C) è applicata al LED infrarosso di ingresso, esso emette fotoni (luce). Questa luce attraversa un gap isolante trasparente all'interno del package e colpisce la regione di base del transistor fotodarlington di silicio in uscita. I fotoni assorbiti generano coppie elettrone-lacuna, creando una fotocorrente che agisce come corrente di base per il primo transistor della coppia darlington. Questa piccola fotocorrente è amplificata dall'alto guadagno dei due transistor, risultando in una corrente di collettore molto più grande (I

) che può commutare un carico esterno. Il punto chiave è che l'unica connessione tra ingresso e uscita è il fascio di luce, fornendo l'isolamento elettrico.

16. Tendenze Tecnologiche