Scheda Tecnica Fototransistor LTR-5576D - Package 3.0x2.8x1.9mm - Vce 30V - Potenza 100mW - Filtro Verde Scuro - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTR-5576D è un fototransistor al silicio NPN progettato per applicazioni di rilevamento a infrarossi. La sua funzione principale è convertire la luce infrarossa incidente in una corrente elettrica al suo terminale di collettore. Una caratteristica distintiva chiave di questo componente è il suo speciale package in plastica verde scuro. Questo materiale di incapsulamento è scelto specificamente per attenuare o bloccare le lunghezze d'onda della luce visibile, migliorando così la sensibilità e la selettività del dispositivo alla radiazione infrarossa. Ciò lo rende particolarmente adatto per applicazioni in cui la discriminazione tra la luce visibile ambientale e il segnale infrarosso desiderato è cruciale.

I vantaggi principali del LTR-5576D includono un'ampia gamma operativa per la corrente di collettore, che fornisce flessibilità di progettazione. Offre un'alta sensibilità alla luce infrarossa, garantendo un rilevamento affidabile anche a livelli di irradianza inferiori. Inoltre, vanta tempi di commutazione rapidi, caratterizzati da tempi di salita e discesa nell'ordine dei microsecondi, consentendone l'uso in applicazioni che richiedono una risposta rapida, come collegamenti per comunicazione dati, rilevamento di oggetti e sensori di velocità.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Sono specificati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C.

• Dissipazione di Potenza (P_D):100 mW. Questa è la potenza massima che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore. Superare questo limite rischia di causare fuga termica e guasto.
• Tensione Collettore-Emettitore (V_CEO):30 V. La tensione massima che può essere applicata tra collettore ed emettitore con la base aperta (flottante).
• Tensione Emettitore-Collettore (V_ECO):5 V. La massima tensione inversa applicabile tra emettitore e collettore.
• Intervallo di Temperatura Operativa:-40°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è garantito funzionare secondo le sue specifiche elettriche.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-55°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio non operativo senza degradazione.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 5 secondi, misurata a 1,6mm dal corpo del package. Questo definisce i vincoli del profilo di saldatura a rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni di test specifiche a T_A=25°C.

• Tensione di Breakdown Collettore-Emettitore, V_(BR)CEO:30 V (Min). Misurata a I_C= 1mA con irradianza zero (E_e= 0 mW/cm²).
• Tensione di Breakdown Emettitore-Collettore, V_(BR)ECO:5 V (Min). Misurata a I_E= 100μA con irradianza zero.
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore, V_CE(SAT):0,4 V (Max). La caduta di tensione ai capi del dispositivo quando è completamente "acceso" (in conduzione), testata a I_C= 50μA e E_e= 0,5 mW/cm². Un basso V_CE(SAT)è desiderabile per una commutazione efficiente.
• Tempi di Commutazione:
  • Tempo di Salita (T_r):15 μs (Tip.). Il tempo impiegato dalla corrente di uscita per salire dal 10% al 90% del suo valore finale.
  • Tempo di Discesa (T_f):18 μs (Tip.). Il tempo impiegato dalla corrente di uscita per scendere dal 90% al 10% del suo valore iniziale. Testato a V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ.
• Corrente di Buio del Collettore (I_CEO):100 nA (Max). La corrente di dispersione che scorre attraverso il collettore quando non c'è luce incidente (E_e= 0 mW/cm²) e V_CE= 10V. Una bassa corrente di buio è fondamentale per un buon rapporto segnale/rumore nel rilevamento a bassa luminosità.
• Rapporto Corrente Collettore in Stato Acceso (R):Definito come I_L1/I_L2, con un valore tipico di 1,0 e min/max di 0,8/1,25. Questo parametro riguarda la coerenza dell'uscita di corrente in specifiche condizioni di test.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il LTR-5576D utilizza un sistema di binning basato sulla corrente media di collettore in stato acceso (I_C(ON)). Questa corrente è misurata in condizioni standardizzate: V_CE= 5V e un'irradianza (E_e) di 1 mW/cm². I dispositivi vengono suddivisi in diversi bin (da A a F) in base al loro intervallo misurato di I_C(ON). A ciascun bin è associato un contrassegno di colore specifico per una facile identificazione.

Vengono forniti due set di limiti: gli intervalli più stretti delleImpostazioni di Produzioneutilizzati durante lo smistamento in fabbrica, e i limiti più ampi deiLimiti di Controllo Qualità (Q.C.)utilizzati per i test finali di accettazione.

Questo binning consente ai progettisti di selezionare dispositivi con sensibilità coerente per le specifiche esigenze del circuito, garantendo prestazioni prevedibili nella produzione di massa.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

4.1 Corrente di Buio del Collettore vs. Temperatura Ambiente (Fig. 1)

Questa curva mostra che la corrente di buio del collettore (I_CEO) aumenta esponenzialmente con l'aumentare della temperatura ambiente. A 25°C, è nell'ordine dei nanoampere, ma può aumentare significativamente all'estremità superiore dell'intervallo di temperatura operativa (+85°C). Questa caratteristica è cruciale per progettare circuiti che devono mantenere la stabilità su un'ampia gamma di temperature, poiché l'aumento della corrente di buio agisce come un offset o una fonte di rumore.

4.2 Derating della Potenza del Collettore vs. Temperatura Ambiente (Fig. 2)

Questo grafico rappresenta il derating della massima dissipazione di potenza consentita all'aumentare della temperatura ambiente. A 25°C, il dispositivo può dissipare i pieni 100 mW. All'aumentare della temperatura, questa potenza massima deve essere ridotta linearmente per evitare di superare il limite di temperatura di giunzione. Questa curva è essenziale per la gestione termica e per garantire un funzionamento affidabile in ambienti a temperatura elevata.

4.3 Tempo di Salita e Discesa vs. Resistenza di Carico (Fig. 3)

Questo grafico dimostra la relazione tra la velocità di commutazione (T_r, T_f) e la resistenza di carico (R_L) collegata al collettore. I tempi di commutazione diminuiscono al diminuire della resistenza di carico. Questo perché una R_Lpiù piccola consente una carica e scarica più rapida della capacità di giunzione del fototransistor e di eventuali capacità parassite nel circuito. I progettisti possono utilizzare questa curva per ottimizzare R_Lper un equilibrio desiderato tra velocità di commutazione e ampiezza del segnale di uscita.

4.4 Corrente Relativa del Collettore vs. Irradianza (Fig. 4)

Questa curva mostra la funzione di trasferimento del fototransistor: la relazione tra l'irradianza infrarossa incidente (E_e, in mW/cm²) e la conseguente corrente di collettore (I_C). La curva è tipicamente lineare in un certo intervallo. Questa linearità è importante per le applicazioni di sensing analogico in cui la corrente di uscita dovrebbe essere direttamente proporzionale all'intensità luminosa. Il grafico è rilevato a V_CE= 5V.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LTR-5576D è disponibile in un package laterale standard a 3 pin. Le dimensioni chiave (in millimetri) sono le seguenti, con una tolleranza generale di ±0,15mm se non diversamente specificato:

• Corpo del Package: Lunghezza circa 3,0mm, altezza 2,8mm e profondità 1,9mm (esclusi i terminali).
• Distanza tra i Terminali: La distanza tra i centri dei terminali è un valore standard, misurata dove emergono dal corpo del package.
• Resina Sporgente: Un massimo di 1,5mm di resina può sporgere sotto la flangia.

Il materiale plastico verde scuro del package è parte integrante della sua funzione, filtrando la luce visibile.

5.2 Identificazione della Polarità

Il dispositivo ha tre terminali: Emettitore, Collettore e Base (spesso lasciata non collegata o utilizzata per una resistenza di polarizzazione in alcune configurazioni). Il pinout è standard per questo tipo di package, ma i progettisti devono sempre consultare il disegno dettagliato del package nella scheda tecnica per l'orientamento corretto. Una connessione errata può danneggiare il dispositivo.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La manipolazione e l'assemblaggio dei fototransistor richiedono attenzione per evitare danni da scariche elettrostatiche (ESD) e calore eccessivo.

• Precauzioni ESD:Il dispositivo è sensibile alle ESD. Devono essere seguite le corrette procedure di manipolazione in sicurezza ESD, inclusi l'uso di braccialetti collegati a terra e superfici di lavoro conduttive.
• Saldatura a Rifusione:Il valore massimo assoluto per la saldatura dei terminali è 260°C per 5 secondi, misurato a 1,6mm dal corpo del package. Questo corrisponde a un profilo di rifusione standard senza piombo. Il profilo deve essere controllato attentamente per evitare shock termici o il superamento di questo limite.
• Saldatura a Onda:Se utilizzata, la saldatura a onda deve essere eseguita con un appropriato preriscaldamento per minimizzare lo stress termico sul package plastico.
• Pulizia:Utilizzare solventi per la pulizia compatibili con il materiale plastico verde scuro per evitare scolorimento o degrado.
• Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto, protetto dalle ESD, entro l'intervallo di temperatura specificato da -55°C a +100°C.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Rilevamento di Oggetti e Sensori di Prossimità:Utilizzato in dispositivi come rubinetti automatici, asciugamani ad aria, distributori di carta e sistemi di sicurezza per rilevare la presenza o l'assenza di un oggetto riflettendo un fascio infrarosso.
• Automazione Industriale:Per contare oggetti su un nastro trasportatore, rilevare la posizione di parti meccaniche o negli encoder ottici per feedback di velocità e posizione.
• Elettronica di Consumo:Collegamenti Dati di Base:
• Per trasmissione dati infrarossi semplice e a corto raggio (ad es., sistemi conformi IrDA a velocità inferiori).7.2 Considerazioni di Progettazione

Circuito di Polarizzazione:

• Il fototransistor può essere utilizzato in due configurazioni comuni: come interruttore semplice (con una resistenza di pull-up) o in modalità lineare per il sensing analogico. Il valore della resistenza di carico (R) è critico e influenza il guadagno, la larghezza di banda (velocità di commutazione) e l'escursione della tensione di uscita._LReiezione della Luce Ambientale:
• Il package verde scuro fornisce una significativa reiezione della luce visibile, ma non è perfetto. Per ambienti con luce ambientale elevata, potrebbero essere necessari filtri ottici aggiuntivi, segnali IR modulati o tecniche di rilevamento sincrono per migliorare l'integrità del segnale.Compensazione della Temperatura:
• Come mostrato nelle curve, la corrente di buio aumenta con la temperatura. Per il sensing analogico di precisione, i circuiti potrebbero aver bisogno di compensazione della temperatura o dell'uso del dispositivo in una configurazione differenziale per annullare l'offset dipendente dalla temperatura.Progettazione di Lenti e Alloggiamenti:
• Il campo visivo del sensore è determinato dal suo package. Lenti esterne o aperture possono essere utilizzate per focalizzare o limitare l'area di rilevamento secondo le necessità dell'applicazione.8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il principale elemento di differenziazione del LTR-5576D è il suo

package in plastica verde scuro. Rispetto ai package standard trasparenti o incolori, questo offre un filtraggio intrinseco della luce visibile, semplificando la progettazione ottica in ambienti con luce visibile ambientale fluttuante. I suoitempi di commutazione rapidi(nell'intervallo di 15-18 μs) lo rendono adatto per applicazioni che richiedono una risposta più rapida rispetto ai tipici fototransistor, che possono avere tempi di commutazione nell'ordine delle decine o centinaia di microsecondi. Ilsistema di binning completo(Bin da A a F) fornisce ai progettisti un intervallo di sensibilità garantito, consentendo prestazioni più coerenti nella produzione di massa rispetto a componenti non binnati con una diffusione di parametri più ampia.9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è lo scopo del package verde scuro?

R: La plastica verde scuro funge da filtro ottico integrato. Attutisce la maggior parte dello spettro della luce visibile mentre consente alle lunghezze d'onda infrarosse di passare attraverso il chip di silicio. Ciò riduce significativamente la risposta del sensore alla luce ambientale della stanza, alla luce solare o ad altre fonti visibili, facendolo rispondere principalmente al segnale infrarosso desiderato.
D: Come scelgo la giusta resistenza di carico (R

)?_LR: La scelta comporta un compromesso. Una R
più grande fornisce una maggiore escursione della tensione di uscita per una data fotocorrente (guadagno più alto) ma risulta in velocità di commutazione più lente (vedi Fig. 3). Una R_Lpiù piccola offre una risposta più rapida ma un guadagno inferiore. Seleziona R_Lin base al fatto che la tua priorità sia la sensibilità (sensing analogico) o la velocità (commutazione digitale)._LD: Cosa significa il binning (da A a F) per il mio progetto?

R: Il binning garantisce la coerenza della sensibilità. Se il tuo circuito è progettato per una specifica soglia di corrente, utilizzare dispositivi dello stesso bin garantisce che si attiveranno tutti approssimativamente allo stesso livello di luce. Mescolare bin diversi potrebbe causare una sensibilità maggiore o minore in alcune unità rispetto ad altre. Seleziona un bin il cui intervallo di I
C(ON)_{si adatti al punto di lavoro del tuo circuito.}D: Posso utilizzare questo sensore alla luce solare diretta?

R: Sebbene il package verde scuro aiuti, la luce solare diretta contiene una quantità enorme di radiazione infrarossa che può saturare il sensore. Per applicazioni all'aperto o con IR ambientale elevato, sono necessarie misure aggiuntive, come filtri passa-banda ottici sintonizzati sulla lunghezza d'onda specifica della tua sorgente IR, schermatura fisica o l'uso di una sorgente IR modulata con rilevamento sincrono.
10. Studio di Caso Pratico di Progettazione

Scenario: Progettazione di un Sensore per Distributore di Carta Asciugamani.

L'obiettivo è rilevare una mano posta sotto il distributore e attivare il motore. Un emettitore a LED IR è posizionato di fronte al rilevatore LTR-5576D. Normalmente, il fascio IR colpisce il rilevatore, generando una corrente. Quando una mano interrompe il fascio, la corrente diminuisce.
Passaggi di Progettazione:

Configurazione del Circuito:
1. Utilizzare il fototransistor in una configurazione a interruttore a emettitore comune. Collegare il collettore a una tensione di alimentazione (es. 5V) attraverso una resistenza di carico R. L'emettitore è collegato a massa. La tensione di uscita è prelevata al nodo del collettore._LScelta di R
2. Poiché la velocità non è critica (il movimento della mano è lento), dare priorità a una buona escursione del segnale. Dalla Fig. 4, a un'irradianza ragionevole, I_L:potrebbe essere ~500μA (Bin C). Scegliendo R_C= 10kΩ si ottiene un'escursione di tensione di ΔV = I_L* R_C≈ 5V, che è eccellente per pilotare un ingresso logico._LSelezione del Binning:
3. Scegliere un bin (es. Bin C o D) che fornisca una corrente sufficiente con l'output del LED IR scelto alla distanza di rilevamento richiesta. Ciò garantisce un'attivazione affidabile.Immunità alla Luce Ambientale:
4. Il package verde scuro del LTR-5576D respinge automaticamente la maggior parte delle variazioni dell'illuminazione della stanza, rendendo il sistema robusto senza filtraggi complessi.Condizionamento dell'Uscita:
5. La tensione del collettore (alta quando il fascio è presente, bassa quando interrotto) può essere inviata direttamente a un comparatore o a un pin GPIO di un microcontrollore per l'elaborazione.11. Principio di Funzionamento

Un fototransistor è fondamentalmente un transistor a giunzione bipolare (BJT) in cui la corrente di base è generata dalla luce invece che da una connessione elettrica. Nel LTR-5576D (tipo NPN), i fotoni infrarossi incidenti sulla giunzione base-collettore generano coppie elettrone-lacuna. Questi portatori fotogenerati sono spazzati via dal campo elettrico attraverso la giunzione base-collettore polarizzata inversamente, creando una fotocorrente. Questa fotocorrente agisce come corrente di base (I

) per il transistor. A causa del guadagno di corrente del transistor (β o h_B), la corrente di collettore (I_FE) è molto più grande della fotocorrente originale (I_C≈ β * I_C). Questa amplificazione interna è ciò che conferisce a un fototransistor la sua alta sensibilità rispetto a un semplice fotodiodo._B12. Tendenze Tecnologiche

Il campo del sensing ottico continua a evolversi. Le tendenze rilevanti per componenti come il LTR-5576D includono:

Integrazione:
Aumento dell'integrazione del fotorivelatore con circuiti di front-end analogico (amplificatori transimpedenza, ADC) e logica digitale in soluzioni o moduli a chip singolo.Specificità della Lunghezza d'Onda:
Sviluppo di rivelatori con curve di risposta spettrale più nette o sintonizzabilità per applicazioni specifiche come il rilevamento di gas o l'analisi biologica.Miniaturizzazione:
Riduzione continua delle dimensioni del package per adattarsi a dispositivi consumer e medici sempre più piccoli.Miglioramento delle Prestazioni:
Sforzi per ridurre ulteriormente la corrente di buio, aumentare la velocità e migliorare la sensibilità per applicazioni a basso consumo. Il principio fondamentale del fototransistor rimane valido, ma la sua implementazione e l'architettura del sistema di supporto continuano ad avanzare.Efforts to further reduce dark current, enhance speed, and increase sensitivity for low-power applications. The fundamental principle of the phototransistor remains valid, but its implementation and supporting system architecture continue to advance.