Ficha Técnica da Série 6N135 6N136 EL450x - Fotocoplador de Transístor de Alta Velocidade 1Mbit/s em Pacote DIP-8 - Isolamento 5000Vrms - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Os modelos 6N135, 6N136, EL4502 e EL4503 constituem uma família de fotocopladores (optoisoladores) de saída em transístor de alta velocidade, projetados para aplicações que requerem isolamento rápido de sinais digitais. Cada dispositivo integra um díodo emissor de luz (LED) infravermelho acoplado opticamente a um fototransístor de alta velocidade. A vantagem central desta série reside no seu diagrama de terminais dedicado, que separa a polarização do fotodíodo e o coletor do transístor de saída. Esta escolha arquitetónica reduz significativamente a capacitância base-coletor do transístor de entrada, permitindo velocidades de comutação de até 1 Megabit por segundo (1Mbit/s), o que é ordens de magnitude mais rápido do que os fotocopladores convencionais baseados em fototransístor.

Os dispositivos são fornecidos num pacote padrão Dual In-line (DIP) de 8 pinos e estão disponíveis com opções de espaçamento alargado entre terminais e configurações para montagem em superfície (SMD). São caracterizados para operação numa ampla gama de temperaturas e estão em conformidade com as principais normas internacionais de segurança, tornando-os adequados para aplicações industriais, de telecomunicações e de eletrónica de potência.

2. Interpretação Objetiva dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

As Especificações Máximas Absolutas definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é recomendado operar o dispositivo continuamente nestes limites ou próximo deles. As especificações principais incluem:

• Corrente Direta de Entrada (I_F): 25 mA contínuos. A corrente direta de pico (I_FP) é especificada em 50 mA para pulsos com um ciclo de trabalho de 50% e largura de pulso de 1ms.
• Tensão Reversa (V_R): Máximo de 5 V através do LED de entrada.
• Tensão de Saída (V_O): Intervalo de -0,5 V a +20 V no terminal de saída.
• Tensão de Alimentação (V_CC): Intervalo de -0,5 V a +30 V para a alimentação do lado da saída.
• Tensão de Isolamento (V_ISO): 5000 V_rmsdurante 1 minuto. Este é um parâmetro de segurança crítico, testado ao curto-circuitar os terminais do lado de entrada (1-4) entre si e os terminais do lado de saída (5-8) entre si.
• Temperatura de Operação (T_OPR): -55°C a +100°C. Esta ampla gama garante desempenho fiável em ambientes adversos.
• Dissipação de Potência Total (P_TOT): 200 mW, combinando os limites de potência de entrada e saída.

2.2 Características Elétricas e de Transferência

Estes parâmetros são garantidos na gama de temperatura de operação de 0°C a 70°C, salvo indicação em contrário. Eles definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação.

• Tensão Direta (V_F): Tipicamente 1,45V a I_F= 16 mA. Isto é importante para projetar o circuito limitador de corrente do lado de entrada.
• Taxa de Transferência de Corrente (CTR): Esta é a razão entre a corrente de coletor do transístor de saída e a corrente direta do LED de entrada, expressa em percentagem. O 6N135 tem um CTR mínimo de 7% (cenário típico), enquanto o 6N136, EL4502 e EL4503 têm um mínimo de 19%. Este parâmetro afeta diretamente a corrente de acionamento necessária para uma determinada corrente de saída.
• Tensão de Saída em Nível Lógico Baixo (V_OL): A tensão no terminal de saída quando o dispositivo está no estado "LIGADO". Para o 6N135, é garantido estar abaixo de 0,4V (máx.) a I_F=16mA e I_O=1,1mA. Para o 6N136/EL450x, está abaixo de 0,4V a I_O=3mA. Um V_OLbaixo é crucial para sinais de nível lógico baixo limpos.
• Correntes de Alimentação (I_CCL, I_CCH): I_CCLé a corrente consumida de V_CCquando a saída está baixa (LED ligado), tipicamente 140 µA. I_CCHé a corrente quando a saída está alta (LED desligado), tipicamente 0,01 µA, indicando um consumo de energia muito baixo no estado de repouso.

3. Características de Comutação

Estes parâmetros quantificam a velocidade do dispositivo, que é o seu principal diferencial. Os testes são realizados a I_F=16mA e V_CC=5V.

• Atraso de Propagação (t_PHL, t_PLH): Este é o atraso de tempo entre a transição do sinal de entrada e a resposta correspondente na saída.
  • 6N135: t_PHL(para Baixo) é tipicamente 0,35 µs (máx. 2,0 µs); t_PLH(para Alto) é tipicamente 0,5 µs (máx. 2,0 µs) com R_L=4,1kΩ.
  • 6N136/EL450x: t_PHLé tipicamente 0,35 µs (máx. 1,0 µs); t_PLHé tipicamente 0,3 µs (máx. 1,0 µs) com R_L=1,9kΩ.
  Estes atrasos de propagação rápidos permitem uma transmissão de dados fiável a 1Mbit/s.
• Imunidade a Transientes de Modo Comum (CM_H, CM_L): Mede a capacidade do dispositivo de rejeitar transientes de tensão rápidos (ruído) que aparecem igualmente em ambos os lados da barreira de isolamento. É especificada em Volts por microssegundo (V/µs).
  • 6N135/6N136/EL4502: Mínimo de 1000 V/µs para ambos os estados alto e baixo.
  • EL4503: Significativamente mais elevada, com um valor típico de 20.000 V/µs e um mínimo de 15.000 V/µs, tornando-o ideal para ambientes muito ruidosos como acionamentos de motores.

4. Informações Mecânicas e de Pacote

4.1 Configuração dos Terminais

Os dispositivos utilizam um pacote DIP de 8 pinos. O diagrama de terminais difere ligeiramente entre o 6N135/6N136 e o EL4502/EL4503, principalmente na função do pino 7.

Para 6N135 / 6N136:

1. Sem Ligação (NC)
2. Ânodo (Ânodo do LED de Entrada)
3. Cátodo (Cátodo do LED de Entrada)
4. Sem Ligação (NC)
5. Massa (Massa do lado da saída, GND)
6. Tensão de Saída (V_OUT)
7. Tensão de Polarização (V_B) - Este terminal fornece uma ligação separada para polarizar o fotodíodo interno, o que é fundamental para alcançar alta velocidade.
8. Tensão de Alimentação (V_CC)

Para EL4502 / EL4503:

1. Sem Ligação (NC)
2. Ânodo (Ânodo do LED de Entrada)
3. Cátodo (Cátodo do LED de Entrada)
4. Sem Ligação (NC)
5. Massa (Massa do lado da saída, GND)
6. Tensão de Saída (V_OUT)
7. Sem Ligação (NC) - Nota: O pino 7 não está ligado nestas variantes.
8. Tensão de Alimentação (V_CC)

5. Sugestões de Aplicação

5.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Receptores de Linha & Equipamentos de Telecomunicações: Isolar linhas de dados digitais (ex., RS-232, RS-485) para evitar malhas de terra e proteger circuitos sensíveis de sobretensões.
• Isolamento de Transístores de Potência em Acionamentos de Motores & Fontes de Alimentação Comutadas (SMPS): Fornecer sinais de acionamento de porta a MOSFETs/IGBTs de potência do lado alto (high-side) mantendo o isolamento galvânico. A alta imunidade a transientes de modo comum (especialmente do EL4503) é crítica aqui.
• Isolamento de Massa em Lógica de Alta Velocidade: Quebrar malhas de terra entre subsistemas digitais operando a diferentes potenciais, prevenindo o acoplamento de ruído.
• Substituição para Fotocopladores de Baixa Velocidade com Fototransístor: Atualizar projetos existentes para taxas de dados mais elevadas sem grandes alterações no circuito.
• Eletrodomésticos & Controlos Industriais: Isolar microcontroladores da interface do utilizador dos estágios de potência.

5.2 Considerações de Projeto

• Limitação da Corrente de Entrada: Um resistor externo deve ser usado em série com o LED de entrada para limitar a corrente direta (I_F) ao valor desejado, tipicamente cerca de 16 mA para velocidade e CTR ótimos. O valor do resistor é calculado como (Tensão de Alimentação - V_F) / I_F.
• Resistor de Pull-Up na Saída: É necessário um resistor de pull-up (R_L) entre V_OUT(pino 6) e V_CC(pino 8). O seu valor afeta tanto a velocidade de comutação como a capacidade de corrente de saída. A ficha técnica especifica condições de teste com R_L=4,1kΩ para o 6N135 e 1,9kΩ para o 6N136/EL450x. Valores mais baixos aumentam a velocidade mas também aumentam a dissipação de potência.
• Condensadores de Desacoplamento: Coloque um condensador cerâmico de 0,1 µF próximo dos terminais V_CCe GND no lado da saída para desacoplar ruído de alta frequência.
• Layout para Alta Rejeição de Modo Comum (CMR): Para manter uma alta rejeição de modo comum, minimize a capacitância parasita entre os lados de entrada e saída no layout da placa de circuito. Mantenha os trilhos de cada lado da barreira de isolamento bem separados.

6. Comparação Técnica e Guia de Seleção

As principais diferenças dentro desta série estão na Taxa de Transferência de Corrente (CTR) e na Rejeição de Modo Comum (CMR).

• 6N135 vs. 6N136/EL4502: O 6N135 tem um CTR mínimo mais baixo (7% vs. 19%). Isto significa que pode necessitar de uma corrente de entrada ligeiramente mais elevada para alcançar a mesma excursão de corrente de saída. O 6N136/EL4502 oferece uma margem melhor.
• EL4503 vs. Outros: O EL4503 destaca-se pela sua imunidade a transientes de modo comum excecionalmente alta (15.000 V/µs mín.). Isto torna-o a escolha preferencial para aplicações com ruído elétrico extremamente elevado, como em variadores de frequência (VFDs) ou controladores industriais de motores, onde picos de tensão rápidos (dV/dt) são comuns.
• Resumo da Seleção:
  • Para isolamento de alta velocidade de uso geral com bom CTR: Escolha 6N136 ou EL4502.
  • Se o custo for um fator principal e um CTR mais baixo for aceitável: O 6N135 pode ser suficiente.
  • Para os ambientes de eletrónica de potência mais exigentes e ruidosos: O EL4503 é especificamente projetado para esta função.

7. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a principal vantagem deste fotocoplador em relação a um 4N35 padrão?

R: Velocidade. A arquitetura com terminal de polarização dedicado (V_Bno 6N135/136) reduz a capacitância interna, permitindo operação a 1Mbit/s, enquanto um fotocoplador padrão com fototransístor como o 4N35 está tipicamente limitado a abaixo de 100 kbit/s.

P: Posso usar uma única fonte de alimentação de 5V para ambos os lados, entrada e saída?

R: Eletricamente, sim, mas isso anula o propósito do isolamento. Para um isolamento verdadeiro, o lado de entrada (LED) e o lado de saída (detetor, V_CC, GND) devem ser alimentados por fontes de alimentação separadas e não ligadas entre si, ou por um conversor DC-DC isolado.

P: Por que existem dois valores recomendados diferentes para o resistor de pull-up (4,1kΩ vs. 1,9kΩ)?

R: As diferentes especificações de CTR dos dispositivos levam a pontos de operação ótimos diferentes. O 6N135, com CTR mais baixo, usa um resistor de pull-up mais elevado para limitar a corrente de saída para uma dada especificação de tensão baixa na saída, enquanto ainda atinge a velocidade alvo. O 6N136/EL450x, com CTR mais elevado, pode usar um valor de resistor mais baixo, o que pode melhorar ainda mais a velocidade de comutação.

P: O que significa "sem chumbo e em conformidade com RoHS" para o meu processo de montagem?

R: Significa que o dispositivo é fabricado sem chumbo (Pb) e está em conformidade com a diretiva de Restrição de Substâncias Perigosas. Isto permite que seja usado em produtos vendidos em regiões com estas regulamentações ambientais. A classificação de temperatura de soldadura (260°C durante 10 segundos) é especificada para processos de soldadura sem chumbo.

8. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um fotocoplador de saída em transístor opera com base no princípio do isolamento óptico. Uma corrente elétrica aplicada ao lado de entrada faz com que um Díodo Emissor de Luz (LED) infravermelho emita luz. Esta luz atravessa uma pequena lacuna dentro do pacote e atinge a região da base de um fototransístor no lado da saída. Os fotões incidentes geram pares eletrão-lacuna na base, atuando efetivamente como uma corrente de base. Esta "corrente de base óptica" liga o transístor, permitindo que uma corrente de coletor muito maior flua de V_CCpara o terminal de saída, puxado para baixo através do transístor. Quando a corrente de entrada é zero, o LED está desligado, nenhuma luz atinge o transístor e este permanece no estado desligado, permitindo que o terminal de saída seja puxado para alto pelo resistor externo. A chave para a alta velocidade nesta série é a ligação separada para o fotodíodo interno que alimenta a base do transístor, o que minimiza a capacitância de Miller que normalmente desacelera os fototransístores.

9. Informações de Embalagem e Codificação

Os dispositivos seguem um esquema de numeração de peças específico:6N13XY(Z)-VouEL450XY(Z)-V.

• X: Identificador do número de peça (5 ou 6 para a série 6N; 2 ou 3 para a série EL450).
• Y: Opção de formato dos terminais.
  • Nenhum: DIP-8 padrão (espaçamento entre filas de 0,3"), embalado em tubos de 45 unidades.
  • M: Dobra alargada dos terminais (espaçamento de 0,4"), embalado em tubos de 45 unidades.
  • S: Formato de terminais para montagem em superfície (SMD).
• Z: Opção de fita e bobina (ex., TA). Usado com a opção 'S' para peças SMD, tipicamente 1000 unidades por bobina.
• V: Sufixo opcional indicando que a aprovação VDE está incluída.