Ficha Técnica do Fotodíodo LTR-C155DD-G - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Tensão Reversa 5V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTR-C155DD-G é um componente discreto de fotodíodo infravermelho projetado para aplicações de sensoriamento no espectro do infravermelho próximo. Faz parte de uma ampla família de dispositivos optoeletrônicos destinados a sistemas que exigem detecção confiável de sinais infravermelhos. Sua função principal é converter luz infravermelha incidente em corrente elétrica, permitindo seu uso como elemento receptor ou sensor.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Este componente oferece várias vantagens-chave para os projetistas. Apresenta uma alta relação sinal-ruído, crucial para distinguir comandos infravermelhos válidos do ruído da luz ambiente em locais como salas de estar ou escritórios. O dispositivo é compatível com equipamentos de colocação automática e processos de soldagem por refluxo infravermelho, tornando-o adequado para linhas de produção automatizadas de alto volume. Seus principais mercados-alvo incluem eletrônicos de consumo para sistemas de controle remoto, sistemas de segurança e alarme para detecção de movimento ou feixe, e várias aplicações envolvendo transmissão de dados infravermelhos de curto alcance.

1.2 Características

• Conforme com as diretivas RoHS e Produto Verde.
• Apresenta um encapsulamento de visão superior com lente plana transparente para resposta angular consistente.
• Fornecido em fita de 8mm em bobinas de diâmetro de 7 polegadas para montagem automatizada.
• Compatível com equipamentos de colocação automática (pick-and-place).
• Suporta processos padrão de soldagem por refluxo infravermelho.
• Encapsulado em um formato padrão EIA.

1.3 Aplicações

• Módulos receptores infravermelhos para controles remotos (TV, AC, decodificadores).
• Sensores infravermelhos montados em PCB para sensoriamento de proximidade ou detecção de objetos.
• Sistemas de alarme de segurança que utilizam feixes infravermelhos.
• Enlaces simples de transmissão de dados sem fio por infravermelho.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Detalhada

As características elétricas e ópticas definem os limites operacionais e o desempenho do fotodíodo. Compreender estes parâmetros é essencial para o projeto adequado do circuito e para garantir a operação confiável na aplicação pretendida.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Elas não são para operação contínua.

• Dissipação de Potência (Pd):Máximo de 150 mW. Esta é a potência total que o dispositivo pode dissipar como calor, principalmente da corrente de polarização reversa e de qualquer fotocorrente sob alta iluminação.
• Tensão Reversa (VR):Máximo de 30 V. A aplicação de uma tensão superior a esta na direção reversa pode causar ruptura e danificar a junção do fotodíodo.
• Faixa de Temperatura de Operação (TA):-40°C a +85°C. O funcionamento do dispositivo é garantido dentro desta faixa de temperatura ambiente.
• Faixa de Temperatura de Armazenamento (Tstg):-55°C a +100°C. O dispositivo pode ser armazenado sem operação dentro destes limites.
• Condição de Soldagem por Infravermelho:Suporta temperatura de pico de 260°C por 10 segundos, o que se alinha com perfis típicos de refluxo sem chumbo (Pb-free).

2.2 Características Elétricas e Ópticas (TA=25°C)

Estes são os parâmetros de desempenho típicos e garantidos sob condições de teste especificadas.

• Tensão Direta (Vf):0,4V a 1,0V em If=1mA. Este parâmetro é relevante se o fotodíodo for inadvertidamente polarizado diretamente; não é seu modo de operação normal.
• Tensão de Ruptura Reversa V(BR):Mínimo de 30V em IR=100µA. Isto confirma que o dispositivo pode lidar com segurança com a tensão reversa máxima especificada.
• Corrente de Escuro Reversa (ID):Máximo de 100 nA em VR=5V, Ee=0mW/cm². Esta é a corrente de fuga quando não há luz presente. Uma corrente de escuro mais baixa melhora a sensibilidade a sinais fracos.
• Tensão de Circuito Aberto (VOC):Máximo de 0,4V em λ=940nm, Ee=0,5mW/cm². Esta é a tensão gerada pelo fotodíodo no modo fotovoltaico (sem polarização externa) sob iluminação.
• Tempo de Subida (Tr) e Tempo de Descida (Tf):0,30µs e 0,28µs típicos, respectivamente, em VR=10V, RL=1kΩ. Estes parâmetros definem a velocidade de comutação, tornando o dispositivo adequado para decodificar sinais infravermelhos modulados (ex.: de controles remotos operando a 38-40 kHz).
• Corrente de Luz Reversa (Ip):16 µA típico (10 µA mínimo) em VR=5V, λ=940nm, Ee=1mW/cm². Esta é a fotocorrente gerada quando o diodo está polarizado reversamente, que é o modo de operação padrão para resposta linear e velocidade.
• Corrente de Curto-Circuito (Is):16 µA típico sob as mesmas condições de Ip. No modo fotovoltaico, esta é a corrente máxima que o dispositivo pode fornecer.
• Capacitância Total (CT):14 pF típico em VR=3V, f=1MHz. Esta capacitância de junção afeta a resposta de alta frequência; uma capacitância menor permite uma largura de banda maior.
• Comprimento de Onda de Sensoriamento de Pico (λp):910 nm típico. O fotodíodo é mais sensível à luz infravermelha neste comprimento de onda, tornando-o ideal para emparelhar com diodos emissores de infravermelho (IREDs) de 940nm.

3. Análise das Curvas de Desempenho

Os gráficos fornecidos oferecem insights visuais sobre o comportamento do dispositivo sob condições variáveis.

3.1 Fotocorrente vs. Irradiância

A curva mostra a relação entre a potência da luz incidente (irradiância Ee) e a fotocorrente gerada (Ip). Para um fotodíodo operando na região linear (polarizado reversamente), esta relação é tipicamente linear. O gráfico confirma que a 1 mW/cm² de luz a 940nm, a fotocorrente é aproximadamente 16 µA, conforme declarado na tabela. Esta linearidade é crucial para aplicações de sensoriamento analógico.

3.2 Sensibilidade Espectral

Este gráfico traça a sensibilidade radiante relativa em função do comprimento de onda. Mostra um pico em torno de 910nm e uma resposta significativa na faixa de aproximadamente 800nm a 1050nm. A sensibilidade cai abruptamente para a luz visível (abaixo de 700nm), o que é benéfico para rejeitar ruído de luz ambiente de fontes como lâmpadas incandescentes ou luz solar. A inclusão de um filtro, como mencionado na descrição, aguçaria ainda mais este corte.

3.3 Dissipação de Potência Total vs. Temperatura Ambiente

Esta curva de derating ilustra como a dissipação de potência máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. A 25°C, os 150 mW completos são permitidos. Conforme a temperatura sobe em direção ao limite máximo de operação de 85°C, a dissipação de potência permitida diminui linearmente. Isto é crítico para o gerenciamento térmico no projeto da aplicação para evitar superaquecimento.

3.4 Diagrama de Sensibilidade Angular

O diagrama polar descreve a sensibilidade relativa em diferentes ângulos da luz incidente. Um fotodíodo com lente plana, como este, tipicamente tem um ângulo de visão relativamente amplo (frequentemente em torno de ±60 graus onde a sensibilidade cai para 50%). Este ângulo amplo é vantajoso para receptores que precisam capturar sinais de uma área ampla sem alinhamento preciso.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões de Contorno

O dispositivo está em conformidade com um contorno de encapsulamento padrão da indústria. As dimensões-chave incluem o tamanho do corpo, o espaçamento dos terminais e a altura total. O encapsulamento é projetado para tecnologia de montagem em superfície (SMT). Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,1mm, salvo indicação em contrário.

4.2 Identificação de Polaridade e Projeto do *Pad*

O cátodo é tipicamente marcado no encapsulamento. A ficha técnica fornece as dimensões sugeridas dos *pads* de solda para o *layout* da PCB. Um projeto de *pad* recomendado garante uma junta de solda confiável e estabilidade mecânica adequada durante e após o processo de refluxo. É aconselhável usar um estêncil metálico com espessura de 0,1mm a 0,12mm para aplicação da pasta de solda.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

O componente é qualificado para processos de soldagem por refluxo sem chumbo (Pb-free). Um perfil de temperatura sugerido é fornecido, aderindo aos padrões JEDEC. Os parâmetros-chave incluem uma zona de pré-aquecimento (150-200°C), uma temperatura de pico não excedendo 260°C, e um tempo acima do líquido (TAL) que garante a formação adequada da junta de solda sem expor o componente a estresse térmico excessivo. O dispositivo pode suportar este perfil por um máximo de 10 segundos na temperatura de pico, até duas vezes.

5.2 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, deve ser realizada com a temperatura da ponta do ferro de soldar não excedendo 300°C, e o tempo de contato deve ser limitado a um máximo de 3 segundos por junta. Isto minimiza o risco de dano térmico ao *die* semicondutor ou ao encapsulamento plástico.

5.3 Condições de Armazenamento

Para evitar a absorção de umidade, que pode causar "*popcorning*" durante o refluxo, condições específicas de armazenamento são exigidas. Em sua bolsa selada à prova de umidade original com dessecante, o dispositivo deve ser armazenado a ≤30°C e ≤90% de UR e usado dentro de um ano. Uma vez aberta a bolsa, os componentes devem ser armazenados a ≤30°C e ≤60% de UR e idealmente processados dentro de uma semana. Para armazenamento mais longo fora da embalagem original, é necessário um cozimento a aproximadamente 60°C por pelo menos 20 horas antes da soldagem.

5.4 Limpeza

Se a limpeza pós-soldagem for necessária, apenas solventes à base de álcool, como álcool isopropílico, devem ser usados. Limpadores químicos agressivos devem ser evitados, pois podem danificar o material do encapsulamento ou a lente.

6. Embalagem e Informações de Pedido

6.1 Especificações da Fita e Bobina

O componente é fornecido em fita transportadora relevada com uma fita de cobertura protetora. A largura da fita é de 8mm, enrolada em uma bobina padrão de diâmetro de 7 polegadas (178mm). Cada bobina contém 3000 peças. A embalagem está em conformidade com as especificações ANSI/EIA 481-1-A-1994, garantindo compatibilidade com alimentadores automatizados.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Configuração de Circuito Típica

O modo de operação mais comum para um fotodíodo como o LTR-C155DD-G é o modo fotocondutivo. Aqui, o diodo é polarizado reversamente com uma tensão (ex.: 5V, como na condição de teste). A fotocorrente gerada é proporcional à intensidade da luz. Esta corrente pode ser convertida em uma tensão usando um resistor de carga (RL). O valor de RL afeta tanto a amplitude da tensão de saída quanto a largura de banda (velocidade) do circuito devido à constante de tempo RC formada com a capacitância de junção do fotodíodo (CT). Para aplicações de alta velocidade como a decodificação de controles remotos IR de 38 kHz, um RL menor (ex.: 1kΩ a 10kΩ) é usado. Para maior sensibilidade em condições de pouca luz, um RL maior ou um circuito de amplificador de transimpedância (TIA) é recomendado.

7.2 Considerações de Projeto Óptico

Para otimizar o desempenho, a fonte infravermelha (IRED) deve ter um comprimento de onda de emissão correspondente à sensibilidade de pico do fotodíodo (em torno de 940nm). Um filtro óptico pode ser colocado na frente do fotodíodo para bloquear a luz visível, melhorando significativamente a relação sinal-ruído em ambientes com forte luz ambiente. O amplo ângulo de visão do fotodíodo simplifica o alinhamento óptico, mas também pode torná-lo mais suscetível à luz difusa; um anteparo mecânico pode ajudar a definir o campo de visão.

7.3 Considerações de *Layout*

Siga o *layout* de *pads* de solda recomendado para garantir boa soldabilidade e resistência mecânica. Em circuitos analógicos sensíveis, mantenha os traços do ânodo e cátodo do fotodíodo o mais curtos possível para minimizar a captação de ruído e a capacitância parasita. Aterramento e blindagem adequados podem ser necessários em ambientes eletricamente ruidosos.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a um fototransistor, um fotodíodo como o LTR-C155DD-G oferece um tempo de resposta mais rápido (sub-microssegundo vs. microssegundos), tornando-o superior para transmissão de dados de alta velocidade ou recepção de sinais modulados. Ele também fornece uma saída mais linear em relação à intensidade da luz. Comparado a outros fotodiodos, suas características-chave incluem um encapsulamento padronizado para montagem automatizada, compatibilidade com refluxo sem chumbo e um desempenho de alta velocidade especificado adequado para protocolos IR de consumo.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

9.1 Qual é a diferença entre Corrente de Luz Reversa (Ip) e Corrente de Curto-Circuito (Is)?

A Corrente de Luz Reversa (Ip) é medida com o fotodíodo sob uma tensão de polarização reversa (ex.: 5V). Esta é a condição de operação padrão para resposta linear e velocidade. A Corrente de Curto-Circuito (Is) é medida com zero volts através do diodo (modo fotovoltaico). O valor típico é similar, mas o modo fotovoltaico tem uma resposta mais lenta e uma saída de corrente dependente da tensão.

9.2 Como escolho o valor do resistor de carga (RL)?

A escolha envolve um compromisso entre largura de banda e amplitude do sinal. Para um sinal IR de 38kHz, o período é de cerca de 26µs. O tempo de subida/descida do fotodíodo (0,3µs) é muito mais rápido que isso, então não é o fator limitante. A constante de tempo RC (RL * CT) deve ser significativamente menor que a largura do pulso que você precisa detectar. Para um resistor de 1kΩ e capacitância de 14pF, a constante de tempo é de 14ns, o que é excelente para alta velocidade. Um RL maior dá uma tensão de saída maior para o mesmo nível de luz, mas reduz a largura de banda e pode aumentar o ruído.

9.3 Por que o cozimento é necessário se as peças forem armazenadas fora da bolsa?

Encapsulamentos SMT plásticos podem absorver umidade do ar. Durante o processo de soldagem por refluxo em alta temperatura, essa umidade retida pode vaporizar rapidamente, criando pressão interna que pode delaminar o encapsulamento ou rachar o *die* — um fenômeno conhecido como "*popcorning*". O cozimento remove essa umidade absorvida, prevenindo este modo de falha.

10. Introdução ao Princípio de Operação

Um fotodíodo é uma junção PN semicondutora. Quando fótons com energia maior que a banda proibida do semicondutor atingem a região de depleção da junção, eles podem excitar elétrons da banda de valência para a banda de condução, criando pares elétron-lacuna. Sob a influência do campo elétrico interno (inerente à junção ou intensificado por uma tensão de polarização reversa externa), esses portadores de carga são separados, gerando uma corrente mensurável em um circuito externo. Esta fotocorrente é diretamente proporcional à intensidade da luz incidente, desde que o dispositivo opere dentro de sua região linear. O comprimento de onda de pico de sensibilidade é determinado pela energia da banda proibida do material semicondutor utilizado.

11. Tendências de Desenvolvimento

A tendência em sensores infravermelhos discretos como fotodiodos é em direção a uma maior miniaturização dos encapsulamentos, mantendo ou melhorando parâmetros de desempenho como menor corrente de escuro, maior velocidade e maior resistência à interferência da luz ambiente. A integração é outra tendência-chave, com dispositivos combinando o fotodíodo com um amplificador dedicado, filtro e lógica digital em um único encapsulamento para criar "módulos receptores IR" completos que simplificam o projeto do produto final. Há também um impulso contínuo para maior confiabilidade e compatibilidade com padrões ambientais e de fabricação cada vez mais rigorosos, como os para aplicações automotivas ou industriais.