Scheda Tecnica del Fototransistor LTR-516AD - Involucro Verde Scuro - Tensione Inversa 30V - Dissipazione 150mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTR-516AD è un fototransistor al silicio NPN ad alte prestazioni progettato per rilevare la radiazione infrarossa. La sua funzione principale è convertire la luce infrarossa incidente in una corrente elettrica. Una caratteristica chiave di questo componente è il suo speciale involucro in plastica verde scuro, progettato per filtrare la maggior parte dello spettro della luce visibile. Ciò lo rende particolarmente adatto per applicazioni in cui il sensore deve rispondere principalmente ai segnali infrarossi, minimizzando le interferenze della luce visibile ambientale. Il dispositivo offre una combinazione di alta fotosensibilità, bassa capacità di giunzione e tempi di commutazione rapidi, posizionandosi come scelta ideale per vari sistemi di rilevamento e comunicazione a infrarossi.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è classificato per funzionare entro specifici limiti ambientali ed elettrici per garantire l'affidabilità e prevenire danni. La massima dissipazione di potenza è di 150 mW a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C. Può sopportare una tensione inversa (V_R) fino a 30 V. L'intervallo di temperatura operativa è compreso tra -40°C e +85°C, mentre può essere conservato a temperature comprese tra -55°C e +100°C. Per il montaggio, i terminali possono essere saldati a 260°C per una durata massima di 5 secondi, con il punto di saldatura situato ad almeno 1,6 mm dal corpo dell'involucro.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Tutti i parametri elettrici e ottici sono specificati a T_A= 25°C. La tensione di breakdown inversa (V_(BR)R) è tipicamente di 30V con una corrente inversa (I_R) di 100µA. La corrente inversa al buio (I_D(R)), ovvero la corrente di dispersione quando non incide luce, ha un valore massimo di 30 nA a V_R= 10V. Sotto un'irradianza (E_e) di 0,5 mW/cm² da una sorgente a 940nm, il fototransistor genera una tensione a circuito aperto (V_OC) di 350 mV. Le sue prestazioni dinamiche sono caratterizzate da tempi di salita e discesa (T_r, T_f) di 50 nanosecondi ciascuno quando testati con V_R=10V, un impulso a 940nm e una resistenza di carico da 1 kΩ. La corrente di cortocircuito (I_S), una misura chiave della sensibilità, è di 2 µA (tipico) in condizioni di V_R=5V, λ=940nm e E_e=0,1 mW/cm². La capacità totale di giunzione (C_T) è di 25 pF massimo a V_R=3V e 1 MHz. La lunghezza d'onda di picco della sensibilità spettrale (λ_SMAX) è di 900 nm.

3. Analisi delle Curve Prestazionali

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche cruciali per la progettazione del circuito. La Figura 1 traccia la corrente al buio (I_D) in funzione della tensione inversa (V_R), mostrando il comportamento di dispersione del dispositivo al buio. La Figura 2 illustra come la capacità di giunzione (C_T) diminuisca all'aumentare della tensione inversa, aspetto importante per le applicazioni ad alta frequenza. La Figura 3 mostra la variazione della fotocorrente con la temperatura ambiente, indicando come l'uscita del sensore possa variare con i cambiamenti di temperatura. La Figura 4 traccia similmente la corrente al buio in funzione della temperatura. La Figura 5 è la curva della sensibilità spettrale relativa, che conferma graficamente la risposta di picco a 900nm e l'efficacia dell'involucro verde scuro nell'attenuare la sensibilità nella gamma della luce visibile. La Figura 6 mostra la relazione lineare tra fotocorrente (I_p) e irradianza infrarossa (E_e). La Figura 7 è un diagramma polare che mostra la dipendenza angolare della sensibilità. La Figura 8 dettaglia come la massima dissipazione di potenza totale ammissibile si riduca all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C.

4. Informazioni Meccaniche e sull'Involucro

L'LTR-516AD è alloggiato in un speciale involucro in plastica verde scuro. Le note dimensionali chiave includono: tutte le dimensioni sono in millimetri, con una tolleranza generale di ±0,25 mm se non diversamente specificato. La massima sporgenza della resina sotto la flangia è di 1,5 mm. L'interasse dei terminali è misurato nel punto in cui essi escono dal corpo dell'involucro. L'involucro è progettato per il montaggio a foro passante. La colorazione verde scuro è parte integrante della sua funzione, agendo come filtro per la luce visibile per migliorare il rapporto segnale/rumore nel rilevamento a infrarossi.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Per una saldatura affidabile, è fondamentale rispettare le condizioni specificate. I terminali devono essere saldati a una temperatura di 260°C per un massimo di 5 secondi. Il punto di saldatura deve trovarsi ad almeno 1,6 mm (0,063 pollici) dal corpo dell'involucro in plastica per prevenire danni termici al die del semiconduttore e all'incapsulamento plastico. Possono essere utilizzate tecniche standard di saldatura a onda o saldatura manuale, purché i limiti di temperatura e tempo siano rigorosamente osservati. Un'esposizione prolungata a temperature superiori al limite specificato può degradare le prestazioni o causare guasti permanenti.

6. Suggerimenti per l'Applicazione

6.1 Scenari Applicativi Tipici

L'LTR-516AD è ben adatto a una varietà di applicazioni basate sugli infrarossi. Queste includono il rilevamento di oggetti e la sensibilità di prossimità nei sistemi di automazione e sicurezza, sensori di fessura in stampanti e distributori automatici, interruttori senza contatto e collegamenti di comunicazione dati a infrarossi (come le vecchie interfacce IRDA). Il suo tempo di commutazione rapido lo rende applicabile in sistemi che richiedono il rilevamento rapido di impulsi.

6.2 Considerazioni di Progettazione

Quando si progetta con questo fototransistor, devono essere considerati diversi fattori. Innanzitutto, il punto di lavoro deve essere scelto considerando la sensibilità e la velocità richieste; una tensione inversa più alta generalmente riduce la capacità e migliora la velocità ma aumenta la corrente al buio. Il valore della resistenza di carico (R_L) è una scelta progettuale critica: una R_Lpiù grande fornisce un'uscita di tensione più alta ma rallenta il tempo di risposta (aumenta la costante di tempo RC). L'involucro verde scuro riduce le interferenze della luce visibile ambientale, ma il progettista dovrebbe comunque considerare il fondo infrarosso nell'ambiente applicativo. Per un funzionamento stabile in temperatura, le variazioni mostrate nelle Figure 3 e 4 dovrebbero essere prese in conto, possibilmente attraverso una compensazione di temperatura nel circuito di condizionamento del segnale.

7. Confronto e Differenziazione Tecnica

La caratteristica differenziante primaria dell'LTR-516AD è il suo involucro verde scuro dedicato alla soppressione della luce visibile, non presente in tutti i fototransistor standard. Ciò gli conferisce un vantaggio significativo in ambienti con luce visibile fluttuante. La sua combinazione di parametri - una corrente di cortocircuito relativamente alta (2 µA tipico), bassa capacità (25 pF max) e tempi di commutazione rapidi (50 ns) - lo rende un componente bilanciato adatto sia per applicazioni sensibili che a velocità moderatamente elevate. Rispetto ai fotodiodi, fototransistor come l'LTR-516AD forniscono un guadagno interno, risultando in una corrente di uscita più elevata per lo stesso ingresso di luce, semplificando gli stadi amplificatori successivi.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è lo scopo dell'involucro verde scuro?

R: La plastica verde scuro funge da filtro ottico integrato. Attutisce significativamente le lunghezze d'onda nello spettro visibile mentre permette il passaggio della luce infrarossa (specialmente intorno a 900-940nm). Ciò minimizza la risposta del sensore alla luce ambientale della stanza, alla luce solare o ad altre sorgenti visibili, rendendolo più affidabile per rilevare segnali infrarossi dedicati.

D: Come interpreto il parametro "Corrente di Cortocircuito (I_S)"?

R: I_Sè misurata con collettore ed emettitore in cortocircuito (V_CE= 0V). Rappresenta la corrente fotogenerata per unità di irradianza in specifiche condizioni di test (940nm, 0,1 mW/cm²). Nel tuo circuito, la corrente di uscita effettiva sarà inferiore a I_Squando viene applicata una resistenza di carico o una tensione di polarizzazione, ma I_Sè un dato chiave per confrontare la sensibilità di base di dispositivi diversi.

D: Perché i tempi di salita e discesa sono importanti?

R: Questi parametri (T_re T_f) definiscono quanto velocemente il fototransistor può rispondere ai cambiamenti nell'intensità della luce. Un valore di 50 ns significa che il dispositivo può teoricamente gestire frequenze del segnale fino a diversi megahertz, rendendolo adatto per sistemi IR pulsati, trasmissione dati o applicazioni di conteggio ad alta velocità.

D: In che modo la temperatura influisce sulle prestazioni?

R: Come mostrato nelle curve, sia la corrente al buio (rumore) che la fotocorrente (segnale) aumentano con la temperatura. L'aumento della corrente al buio può essere significativo, potenzialmente alzando il livello di rumore di fondo. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di condizionamento del segnale possa gestire questa variazione, specialmente se il dispositivo opera nell'intero intervallo da -40°C a +85°C.

9. Caso Pratico di Progettazione

Consideriamo la progettazione di un semplice circuito di rilevamento oggetti a infrarossi. L'LTR-516AD è accoppiato a un LED emettitore a infrarossi. Il fototransistor è collegato in configurazione emettitore comune: il collettore è collegato a una tensione di alimentazione (es. 5V) attraverso una resistenza di carico R_L, e l'emettitore è messo a massa. Quando non è presente alcun oggetto, la luce IR dal LED raggiunge il fototransistor, facendolo condurre e portando la tensione del collettore (V_OUT) bassa. Quando un oggetto interrompe il fascio, il fototransistor si spegne e V_OUTdiventa alta. Il valore di R_Ldeve essere scelto in base all'escursione di tensione di uscita e alla velocità desiderate. Per un'alimentazione di 5V e una I_Stipica di 2µA, una R_Ldi 10 kΩ darebbe una caduta di tensione di circa 20 mV quando illuminato, che è piuttosto piccola. Pertanto, uno stadio comparatore con amplificatore operazionale sarebbe tipicamente aggiunto dopo il fototransistor per fornire un'uscita digitale pulita. L'involucro verde scuro aiuta a respingere la luce ambientale, rendendo il sistema robusto per l'uso in varie condizioni di illuminazione.

10. Principio di Funzionamento

Un fototransistor è fondamentalmente un transistor a giunzione bipolare (BJT) in cui la corrente di base è generata dalla luce invece di essere fornita elettricamente. Nell'LTR-516AD (tipo NPN), i fotoni incidenti con energia maggiore del bandgap del silicio creano coppie elettrone-lacuna nella regione della giunzione base-collettore. Questi portatori fotogenerati sono spazzati via dal campo elettrico, creando efficacemente una corrente di base. Questa corrente di base viene poi amplificata dal guadagno di corrente del transistor (beta, β), risultando in una corrente di collettore molto più grande. Il dispositivo è tipicamente operato con il terminale di base lasciato aperto o scollegato, e una polarizzazione inversa è applicata attraverso la giunzione collettore-base per allargare la regione di svuotamento, migliorando sensibilità e velocità.

11. Tendenze del Settore

Il campo del rilevamento ottico continua a evolversi. C'è una tendenza verso l'integrazione, dove il fotorivelatore, l'amplificatore e la logica digitale sono combinati in un singolo chip (es. sensori di luce ambientale integrati, sensori di prossimità). Gli involucri per dispositivi a montaggio superficiale (SMD) stanno diventando più diffusi rispetto a quelli a foro passante per il montaggio automatizzato. C'è anche uno sviluppo continuo nei materiali e nei design per migliorare la sensibilità, ridurre il rumore (corrente al buio) ed estendere l'intervallo spettrale. Tuttavia, componenti discreti come l'LTR-516AD rimangono vitali per applicazioni che richiedono caratteristiche prestazionali specifiche, percorsi ottici personalizzati o gestione di alta tensione che potrebbero non essere disponibili nelle soluzioni integrate. Il principio di utilizzare involucri filtrati per risposte spettrali specifiche rimane una pratica di progettazione comune ed efficace.