Scheda Tecnica Fototransistor LTR-5888DHP1 - Involucro Verde Scuro - Vce 30V - Pc 100mW - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTR-5888DHP1 è un fototransistor ad alta sensibilità progettato per applicazioni di rilevamento a infrarossi (IR). La sua funzione principale è convertire la luce infrarossa incidente in una corrente elettrica. Una caratteristica chiave è il suo speciale involucro in plastica verde scuro, progettato per attenuare o bloccare le lunghezze d'onda della luce visibile. Questo design minimizza le interferenze delle sorgenti di luce visibile ambientale, rendendo il dispositivo particolarmente adatto per applicazioni in cui il segnale di interesse è puramente nello spettro infrarosso, come il rilevamento di prossimità, il rilevamento di oggetti e i ricevitori per telecomandi IR.

Il dispositivo offre un'ampia gamma operativa per la corrente di collettore ed è caratterizzato da tempi di commutazione rapidi, consentendogli di rispondere velocemente alle variazioni dell'illuminazione IR. Questa combinazione di filtraggio ottico, sensibilità e velocità lo rende un componente versatile per vari sistemi elettronici che richiedono un rilevamento IR affidabile.

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. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Dissipazione di Potenza (P_C):100 mW. Questa è la potenza massima che il dispositivo può dissipare sotto forma di calore a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C. Superare questo limite rischia di causare fuga termica e guasto.
• Tensione Collettore-Emettitore (V_CEO):30 V. La tensione massima applicabile tra i terminali collettore ed emettitore quando la base (regione fotosensibile) è aperta.
• 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 progettato per funzionare correttamente.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-55°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per lo stoccaggio non operativo.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 5 secondi a una distanza di 1,6mm dal corpo del componente. Questo definisce il vincolo del profilo di saldatura a rifusione per prevenire danni all'involucro.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono specificati a T_A=25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Tensioni di Breakdown: V_(BR)CEO(30V min) e V_(BR)ECO(5V min). Queste sono le tensioni alle quali la giunzione va in breakdown sotto correnti di test specificate senza illuminazione (E_e= 0 mW/cm²).
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(SAT)):0,4V max a I_C= 100µA e E_e= 1 mW/cm². Questa è la caduta di tensione ai capi del transistor quando è completamente "acceso" (saturato) sotto illuminazione. Un V_CE(SAT)più basso è desiderabile per una commutazione efficiente.
• Tempi di Commutazione:Tempo di Salita (T_r) tipico 15 µs e Tempo di Discesa (T_f) tipico 18 µs, misurati in V_CC=5V, I_C=1mA e R_L=1kΩ. Questi tempi determinano la velocità con cui l'uscita può rispondere a un ingresso di luce pulsata.
• Corrente di Buio del Collettore (I_CEO):100 nA max a V_CE=10V senza illuminazione. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il dispositivo è in completa oscurità. Una corrente di buio più bassa indica un migliore rapporto segnale/rumore nel rilevamento a bassa luce.
• Rapporto di Corrente del Collettore (R):0,8 a 1,25. Questo parametro specifica probabilmente la corrispondenza tra due fototransistor o canali, importante per applicazioni di sensing differenziale.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

L'LTR-5888DHP1 utilizza un sistema di binning completo basato sulla sua Corrente di Collettore in Stato Acceso (I_C(ON)). Il binning è un processo di controllo qualità che raggruppa componenti con caratteristiche di prestazione simili. Vengono fornite due tabelle di binning: una per l'intervallo di impostazione di produzione e una per l'intervallo garantito finale.

Il parametro I_C(ON)è definito come la corrente media del collettore in condizioni standardizzate (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm²). I dispositivi sono suddivisi in bin etichettati da A a H, ciascuno con un intervallo specifico di I_C(ON)(es. Bin A: 0,20mA a 0,26mA per l'impostazione di produzione). Ogni bin è associato a una marcatura di colore distinta (Rosso, Nero, Verde, Blu, Bianco, Viola, Giallo, Arancione). Ciò consente ai progettisti di selezionare dispositivi con sensibilità strettamente controllata per i requisiti specifici del loro circuito, garantendo prestazioni di sistema coerenti. Ad esempio, un'applicazione che richiede una soglia di attivazione precisa trarrebbe vantaggio dall'uso di dispositivi di un singolo bin ristretto.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diverse curve caratteristiche tipiche, che forniscono una visione visiva del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

• Figura 1: Corrente di Buio del Collettore vs. Temperatura Ambiente:Questo grafico mostra come I_CEOaumenti esponenzialmente con l'aumentare della temperatura. Questa è una considerazione critica per applicazioni ad alta temperatura, poiché l'aumento della corrente di buio può mascherare segnali ottici deboli.
• Figura 2: Dissipazione di Potenza del Collettore vs. Temperatura Ambiente:Questa curva di derating illustra che la massima dissipazione di potenza consentita (P_C) diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente. A 85°C, la potenza massima che il dispositivo può gestire è significativamente inferiore al valore nominale di 100mW a 25°C. I progettisti devono utilizzare questa curva per garantire un funzionamento termico sicuro.
• Figura 3: Tempo di Salita e Discesa vs. Resistenza di Carico:Questo grafico dimostra che i tempi di commutazione (T_re T_f) aumentano con una resistenza di carico (R_L) più alta. Per applicazioni che richiedono la massima velocità, dovrebbe essere scelto un valore più basso di R_L, anche se ciò influenzerà l'escursione della tensione di uscita.
• Figura 4: Corrente Relativa del Collettore vs. Irradianza:Questa è la funzione di trasferimento fondamentale del fototransistor. Mostra che la corrente del collettore aumenta linearmente con l'irradianza infrarossa incidente (E_e) entro un certo intervallo. La pendenza di questa linea rappresenta la responsività o sensibilità del dispositivo.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

Il dispositivo utilizza un involucro speciale in plastica verde scuro. Le dimensioni dell'involucro sono fornite nella scheda tecnica con tutte le misure in millimetri. Le note dimensionali chiave includono: una tolleranza di ±0,25mm se non diversamente specificato, una sporgenza massima della resina sotto la flangia di 1,5mm e la spaziatura dei terminali misurata nel punto in cui essi escono dall'involucro. Il materiale verde scuro è cruciale per le sue proprietà di filtraggio ottico, bloccando la luce visibile per migliorare le prestazioni specifiche per l'IR.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La linea guida principale fornita riguarda lo stress termico della saldatura. I terminali possono essere sottoposti a una temperatura di 260°C per una durata massima di 5 secondi, misurata a un punto a 1,6mm (0,063 pollici) dal corpo del componente. Questa specifica è fondamentale per definire un profilo di saldatura a rifusione sicuro. Superare questo limite tempo-temperatura può causare danni interni al die del semiconduttore, ai fili di connessione o all'involucro in plastica stesso, portando a guasti immediati o a una ridotta affidabilità a lungo termine. Dovrebbero essere seguite anche le pratiche standard del settore per la gestione dei dispositivi sensibili all'umidità (MSL), salvo diversa indicazione.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Ricevitori per Telecomandi a Infrarossi:Rilevamento di segnali IR modulati da telecomandi TV, condizionatori d'aria, ecc.
• Rilevamento di Prossimità e Oggetti:Utilizzato in rubinetti automatici, asciugamani ad aria, distributori di carta e robotica per rilevare la presenza di un oggetto.
• Conteggio e Selezione Industriale:Rilevamento di oggetti su nastri trasportatori se accoppiato a un emettitore IR.
• Encoder Ottici:Rilevamento di fessure o segni su un disco rotante per la misurazione di posizione o velocità.
• Rilevatori di Fumo:In alcuni progetti di camere ottiche, per rilevare la luce diffusa dalle particelle di fumo.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Polarizzazione:Il fototransistor può essere utilizzato in modalità interruttore (saturazione) o lineare (attiva). In modalità interruttore (configurazione emettitore comune con resistore di pull-up), fornisce un'uscita digitale. In modalità lineare (spesso con un amplificatore operazionale), fornisce un'uscita analogica proporzionale all'intensità della luce.
• Resistore di Carico (R_L):Il valore di R_Lnel circuito del collettore è una scelta progettuale chiave. Un R_Lpiù piccolo fornisce una commutazione più rapida (vedi Fig. 3) ma risulta in un'escursione della tensione di uscita più piccola per una data fotocorrente. Un R_Lpiù grande dà un'escursione di tensione maggiore ma una risposta più lenta.
• Reiezione della Luce Ambientale:Sebbene l'involucro verde scuro aiuti, per ambienti con forte IR ambientale (es. luce solare, lampadine a incandescenza), potrebbe essere necessario un filtraggio elettrico aggiuntivo. L'uso di una sorgente IR modulata e di un circuito ricevitore demodulatore è una tecnica altamente efficace.
• Gestione Termica:Fare riferimento alla Figura 2 (curva di derating) per garantire che la dissipazione di potenza del dispositivo rimanga entro limiti sicuri alla massima temperatura ambiente operativa prevista.
• Selezione del Binning:Scegliere il bin di sensibilità appropriato (A-H) in base al livello di segnale richiesto e all'intensità della sorgente IR prevista per ottimizzare le prestazioni e la coerenza del circuito.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il principale elemento di differenziazione dell'LTR-5888DHP1 è il suo involucro verde scuro dedicato alla soppressione della luce visibile. Rispetto a fototransistor trasparenti o non filtrati, offre prestazioni superiori in ambienti con elevata luce visibile ambientale, poiché è meno probabile che venga attivato erroneamente. La sua combinazione di una V_CEOrelativamente alta (30V), velocità di commutazione rapida (intervallo µs) e un sistema di binning dettagliato per la sensibilità lo rende una scelta robusta e facile da progettare per un'ampia gamma di compiti di sensing IR. Il binning completo consente un abbinamento di precisione nelle applicazioni che richiedono più sensori o punti di attivazione molto consistenti.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

R: Funge da filtro per la luce visibile. Attenua la luce nello spettro visibile (circa 400-700nm) mentre consente il passaggio delle lunghezze d'onda infrarosse (tipicamente >700nm) al chip semiconduttore. Ciò migliora il rapporto segnale/rumore nelle applicazioni esclusivamente IR.

D: Come interpreto le due diverse tabelle di binning?

R: La tabella "Impostazione di Produzione" mostra gli intervalli interni più stretti utilizzati durante la produzione per classificare i dispositivi. La tabella "Intervallo in Stato Acceso" mostra l'intervallo di specifica garantito più ampio su cui il cliente può fare affidamento. I dispositivi di un singolo bin di produzione avranno prestazioni più consistenti di quelli che semplicemente soddisfano l'intervallo garantito più ampio.

D: Posso utilizzare questo dispositivo alla luce diretta del sole?

R: Sebbene l'involucro filtri la luce visibile, la luce solare contiene una quantità significativa di radiazione infrarossa. Questo può saturare il sensore. Per uso esterno o in presenza di forte IR ambientale, è fortemente consigliato l'uso di schermature ottiche, filtraggio elettrico o un sistema a sorgente IR modulata.

D: Cosa succede se supero la temperatura/tempo di saldatura dei terminali?

R: Può causare danni irreversibili: fusione dell'involucro, rottura dei fili di connessione interni o degrado delle proprietà del semiconduttore. Rispettare sempre la linea guida di 260°C per 5 secondi a 1,6mm dal corpo.

10. Caso Pratico di Progettazione

Scenario: Progettazione di un Sensore di Prossimità per un Erogatore Automatico di Sapone.

L'obiettivo è rilevare una mano posta a ~5-10cm sotto un ugello. Un LED emettitore IR è posizionato di fronte al rilevatore LTR-5888DHP1, entrambi rivolti verso la zona di rilevamento.

Passaggi di Progettazione:

1. Configurazione del Circuito:Utilizzare il fototransistor in modalità interruttore emettitore comune. Collegare l'emettitore a massa, il collettore a una resistenza di pull-up (R_L) collegata a una tensione di alimentazione (es. 5V). Il segnale di uscita viene prelevato dal nodo del collettore.

2. Selezione dei Componenti:Scegliere un LED IR con una lunghezza d'onda corrispondente alla sensibilità di picco del fototransistor. Selezionare un valore di R_L(es. 10kΩ) che fornisca una buona escursione di tensione. In base all'intensità IR riflessa prevista, selezionare un fototransistor dal Bin D o E per una sensibilità media.

3. Modulazione (Opzionale ma Consigliata):Per respingere la luce ambientale, pilotare il LED IR con una corrente pulsata (es. 38kHz). Seguire l'uscita del fototransistor con un filtro passa-banda o un IC ricevitore IR dedicato sintonizzato sulla stessa frequenza. Ciò rende il sistema immune all'IR ambientale costante.

4. Rilevamento della Soglia:La tensione di uscita al collettore diminuirà quando una mano riflette la luce IR sul rilevatore. Un comparatore o l'ADC di un microcontrollore può essere utilizzato per rilevare questo cambiamento di tensione e attivare la pompa del sapone.

5. Considerazioni:Tenere conto dell'aumento della corrente di buio con la temperatura (Fig. 1) quando si imposta la soglia di rilevamento. Assicurarsi che la dissipazione di potenza del dispositivo rientri nei limiti secondo la Fig. 2.

11. Principio di Funzionamento

Un fototransistor è fondamentalmente un transistor a giunzione bipolare (BJT) in cui la regione di base è esposta alla luce e non è collegata a un terminale elettrico. I fotoni incidenti con energia maggiore del bandgap del semiconduttore vengono assorbiti nella regione della giunzione base-collettore. Questa assorbimento crea coppie elettrone-lacuna. Il campo elettrico nella giunzione base-collettore polarizzata inversamente spazza via questi portatori di carica, generando una fotocorrente. Questa fotocorrente agisce come corrente di base per il transistor. A causa del guadagno di corrente del transistor (β o h_FE), la corrente di collettore risultante è la fotocorrente moltiplicata per il guadagno (I_C≈ β * I_photo). Questa amplificazione interna è ciò che conferisce a un fototransistor una sensibilità molto più alta di un semplice fotodiodo. Il materiale dell'involucro verde scuro assorbe la maggior parte dei fotoni della luce visibile, mentre i fotoni infrarossi possono passare e essere assorbiti dal silicio per generare la corrente di segnale.

12. Tendenze Tecnologiche

Il campo dell'optoelettronica per il sensing continua a evolversi. Le tendenze rilevanti per dispositivi come l'LTR-5888DHP1 includono:

Integrazione:Spostamento verso soluzioni integrate che combinano il fotorilevatore, l'amplificatore e la logica digitale (come un trigger di Schmitt o un modulatore/demodulatore) in un unico involucro (es. moduli ricevitore IR).

Miniaturizzazione:Sviluppo di fototransistor in involucri surface-mount più piccoli per soddisfare le esigenze dell'elettronica di consumo compatta.

Filtraggio Avanzato:Uso di filtri interferenziali più sofisticati depositati direttamente sul chip o sull'involucro per fornire una selettività di lunghezza d'onda più netta, migliorando il rigetto delle sorgenti di luce ambientale indesiderate.

Ottimizzazione Specifica per l'Applicazione:I dispositivi vengono sempre più caratterizzati e classificati in bin per applicazioni molto specifiche (es. rilevamento di impulsi specifici per la comunicazione dati, corrente di buio molto bassa per misurazioni di precisione), piuttosto che come componenti generici.