Ficha Técnica do Fototransístor Infravermelho LTR-C950-TB - Lente Preta Vista Superior - 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um componente discreto de fototransístor infravermelho. O dispositivo foi projetado para detecção de luz infravermelha, tipicamente num comprimento de onda de 940nm. Apresenta um encapsulamento de vista superior com uma lente preta em forma de cúpula, que ajuda a definir o ângulo de visão e potencialmente reduzir interferências da luz visível ambiente. O componente é fornecido em fita e bobina, tornando-o compatível com processos de montagem em superfície automatizados de alto volume. Está em conformidade com os padrões ambientais relevantes.

1.1 Características

• Conformidade com regulamentações ambientais para substâncias perigosas.
• Formato de vista superior com lente preta em forma de cúpula.
• Fornecido em fita de 12mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro para colocação automatizada.
• Compatível com processos padrão de soldagem por refluxo infravermelho.
• Contorno do encapsulamento padronizado.

1.2 Aplicações

• Módulos receptores infravermelhos.
• Aplicações de sensoriamento infravermelho montadas em PCB.

2. Dimensões do Componente

O dispositivo está em conformidade com um contorno de encapsulamento padrão. Todas as dimensões críticas são fornecidas nos diagramas da ficha técnica em milímetros, com uma tolerância padrão de ±0,1mm, salvo indicação em contrário. O encapsulamento foi projetado para montagem confiável em PCB.

3. Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Todos os valores são especificados a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C.

• Dissipação de Potência (PD):100 mW
• Tensão Coletor-Emissor (VCEO):30 V
• Tensão Emissor-Coletor (VECO):5 V
• Faixa de Temperatura de Operação:-40°C a +85°C
• Faixa de Temperatura de Armazenamento:-55°C a +100°C
• Soldagem por Refluxo Infravermelho:Temperatura de pico de 260°C por no máximo 10 segundos.

É incluído um perfil de temperatura de refluxo sugerido para processos sem chumbo, enfatizando os parâmetros de pré-aquecimento, temperatura de pico e tempo acima do líquido para garantir juntas de solda confiáveis sem dano térmico.

4. Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo sob condições de teste especificadas a TA=25°C. São cruciais para o projeto do circuito.

• Tensão de Ruptura Coletor-Emissor, V(BR)CEO:30 V (mín.). Condição de teste: IR = 100µA, Irradiância (Ee) = 0 mW/cm².
• Tensão de Ruptura Emissor-Coletor, V(BR)ECO:5 V (mín.). Condição de teste: IE = 100µA, Ee = 0 mW/cm².
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor, VCE(SAT):0,4 V (máx.). Condição de teste: IC = 100µA, Ee = 0,5 mW/cm².
• Tempo de Subida (Tr) & Tempo de Descida (Tf):15 µs (típico). Condição de teste: VCE = 5V, IC = 1mA, RL = 1kΩ.
• Corrente de Escuridão do Coletor (ICEO):100 nA (máx.). Condição de teste: VCE = 20V, Ee = 0 mW/cm². Esta é a corrente de fuga quando nenhuma luz incide.
• Corrente do Coletor em Estado Ligado, IC(ON):Varia de 1,5 mA (mín.) a 9,20 mA (máx.). Condição de teste: VCE = 5V, Ee = 0,5 mW/cm², λ=940nm. Este é o parâmetro chave que indica a sensibilidade.

5. Sistema de Código de Bin

Os dispositivos são classificados em bins de desempenho com base na sua Corrente do Coletor em Estado Ligado (IC(ON)) para garantir consistência na aplicação. A tolerância para a corrente dentro de cada bin é de ±15%.

• BIN A:IC(ON) = 1,5 mA a 2,9 mA
• BIN B:IC(ON) = 2,9 mA a 5,5 mA
• BIN C:IC(ON) = 5,5 mA a 9,2 mA

6. Curvas de Desempenho Típicas

A ficha técnica fornece vários gráficos que ilustram o comportamento do dispositivo sob várias condições. Estes são essenciais para entender o desempenho além das especificações de ponto único.

• Sensibilidade Espectral:Uma curva que mostra a sensibilidade relativa do fototransístor em diferentes comprimentos de onda, atingindo o pico por volta de 940nm.
• Corrente de Escuridão do Coletor vs. Temperatura Ambiente:Mostra como a corrente de fuga (ICEO) aumenta com a temperatura crescente.
• Tempo de Subida e Descida vs. Resistência de Carga:Ilustra como a velocidade de comutação é afetada pelo valor do resistor de carga (RL) no circuito.
• Corrente Relativa do Coletor vs. Irradiância:Demonstra a relação entre a potência da luz incidente (Ee) e a corrente de coletor de saída.
• Diagrama de Sensibilidade:Um gráfico polar que mostra a resposta angular relativa do sensor, que é influenciada pela lente preta em forma de cúpula.

7. Layout dos Terminais de Solda e Informações da Embalagem

São fornecidas as dimensões recomendadas do padrão de terminais (pads de solda) na PCB para garantir soldagem adequada e estabilidade mecânica. É sugerida uma espessura de estêncil de 0,1mm ou 0,12mm para aplicação da pasta de solda. Dimensões detalhadas para a embalagem em fita e bobina também estão incluídas, especificando espaçamento dos bolsos, diâmetro da bobina e tamanho do núcleo para facilitar o manuseio automatizado.

8. Diretrizes de Manuseio, Armazenamento e Montagem

8.1 Condições de Armazenamento

Para sacos não abertos, à prova de umidade com dessecante, armazenar a ≤ 30°C e ≤ 90% UR, com um período de uso recomendado de um ano. Para dispositivos removidos da embalagem original, o ambiente não deve exceder 30°C / 60% UR. Se armazenados fora do saco original por mais de uma semana, recomenda-se um processo de "bake-out" a 60°C por 20 horas antes da soldagem para remover a umidade e prevenir o "efeito pipoca" durante o refluxo.

8.2 Limpeza

Se a limpeza for necessária, use solventes à base de álcool, como álcool isopropílico.

8.3 Recomendações de Soldagem

Parâmetros detalhados para soldagem por refluxo e manual são fornecidos:

• Soldagem por Refluxo:Pré-aquecer a 150-200°C por até 120 segundos, com uma temperatura de pico não excedendo 260°C por no máximo 10 segundos. O refluxo deve ser realizado no máximo duas vezes.
• Soldagem Manual:A temperatura da ponta do ferro não deve exceder 300°C, com um tempo de soldagem de 3 segundos no máximo por junta.

As diretrizes fazem referência aos padrões JEDEC e enfatizam a necessidade de caracterizar o processo para projetos de PCB específicos.

8.4 Considerações sobre o Circuito de Acionamento

O fototransístor é um dispositivo de saída de corrente. Para aplicações envolvendo múltiplos sensores, é fortemente recomendado usar resistores limitadores de corrente individuais em série com cada dispositivo (conforme mostrado no "Circuito A" da ficha técnica) para garantir resposta uniforme e evitar que uma única unidade "roube" a corrente. Conectar dispositivos diretamente em paralelo ("Circuito B") sem resistores individuais pode levar a desempenho desigual devido a variações nas características dos dispositivos.

9. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

9.1 Princípio de Funcionamento

Um fototransístor infravermelho opera convertendo luz infravermelha incidente numa corrente elétrica. Fótons com energia suficiente (correspondente ao comprimento de onda sensível do dispositivo, por volta de 940nm) são absorvidos na região da base do transistor, gerando pares elétron-lacuna. Esta corrente fotogerada atua como uma corrente de base, que é então amplificada pelo ganho do transistor, resultando numa corrente de coletor maior que é proporcional à intensidade da luz incidente. A lente preta em forma de cúpula ajuda a focar a luz incidente e define o campo de visão.

9.2 Cenários de Aplicação Típicos

O uso principal é em sistemas de recepção infravermelha. Isto inclui:

• Receptores de Controle Remoto:Decodificação de sinais de controles remotos de TV, áudio e eletrodomésticos.
• Sensoriamento de Proximidade:Detecção da presença ou ausência de um objeto refletindo um feixe de IR.
• Comutação Óptica Básica:Interrupção de um feixe para contagem ou detecção de posição.
• Enlaces de Dados Simples:Transmissão de dados sem fio de baixa velocidade e curto alcance usando luz IR modulada.

9.3 Lista de Verificação de Projeto

• Selecione o Código de Bin apropriadocom base na sensibilidade necessária para a sua aplicação.
• Escolha um resistor de carga (RL)considerando a excursão de tensão de saída desejada e o compromisso com a velocidade de resposta (veja a curva Tempo de Subida/Descida vs. RL).
• Implemente filtragem adequadano circuito de condicionamento de sinal para rejeitar ruído da luz ambiente (ex.: cintilação de lâmpadas fluorescentes a 100/120Hz).
• Siga as diretrizes de layout de PCB e soldagem recomendadaspara garantir confiabilidade.
• Considere o diagrama de sensibilidade angularao projetar o posicionamento mecânico e a carcaça para garantir que o sensor esteja apontado corretamente.

9.4 Desempenho vs. Temperatura

Os projetistas devem considerar os efeitos da temperatura. A Corrente de Escuridão do Coletor (ICEO) aumenta significativamente com a temperatura, o que pode elevar o piso de ruído em aplicações de baixa luminosidade. A própria fotocorrente também tem um coeficiente de temperatura. Para aplicações críticas numa ampla faixa de temperatura (-40°C a +85°C), é aconselhável testar ou simular nos extremos de temperatura.

10. Comparação Técnica e Orientação de Seleção

Ao selecionar um fotodetector infravermelho, os principais diferenciadores incluem:

• Fototransístor vs. Fotodiodo:Fototransístores fornecem ganho interno, produzindo um sinal de saída maior para um determinado nível de luz, simplificando o projeto do amplificador subsequente. No entanto, eles geralmente têm um tempo de resposta mais lento do que os fotodiodos. Este dispositivo, com tempo de subida/descida de 15µs, é adequado para sinais de controle remoto padrão (ex.: portadora de 38kHz), mas pode ser muito lento para comunicação de dados de muito alta velocidade.
• Comprimento de Onda:A sensibilidade de pico de 940nm é ideal para emparelhar com emissores infravermelhos de GaAs comuns e é menos visível ao olho humano em comparação com fontes de 850nm, reduzindo a poluição luminosa percebida.
• Encapsulamento e Lente:O encapsulamento de lente preta de vista superior é otimizado para montagem em superfície e fornece um ângulo de visão controlado, o que pode ajudar a rejeitar luz difusa proveniente dos lados.

11. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é o propósito do Código de Bin?

R: O Código de Bin garante uma faixa previsível de sensibilidade (IC(ON)). Para um desempenho consistente na produção, especifique o bin necessário ao fazer o pedido.

P: Posso usar este sensor sob luz solar?

R: A luz solar direta contém uma quantidade massiva de radiação infravermelha e provavelmente saturará o sensor. Ele foi projetado para uso interno ou em ambientes controlados. Filtragem óptica ou operação pulsada com detecção síncrona podem ser necessárias para uso externo.

P: Por que o procedimento de armazenamento e "bake-out" é tão importante?

R: Os encapsulamentos de montagem em superfície podem absorver umidade do ar. Durante o processo de soldagem por refluxo em alta temperatura, essa umidade pode vaporizar rapidamente, causando delaminação interna ou trincas ("efeito pipoca"), o que destrói o componente. O armazenamento e "bake-out" adequados previnem isso.

P: Como calculo a tensão de saída?

R: O fototransístor atua como uma fonte de corrente. A tensão de saída no coletor é aproximadamente VCC - (IC * RL). Escolha RL e VCC com base na excursão de saída desejada e na IC esperada da fonte de luz.

12. Exemplo Prático de Projeto

Cenário:Projetando um receptor IR simples para um sinal de controle remoto modulado a 38kHz.

1. Seleção de Componentes:Use este fototransístor (ex.: BIN B para sensibilidade média) e emparelhe-o com um filtro passa-banda de 38kHz ou um CI decodificador dedicado.
2. Circuito de Polarização:Conecte o coletor a uma fonte de alimentação de 5V (VCC) através de um resistor de carga RL. O emissor conecta-se ao terra. Um valor de RL = 1kΩ é um ponto de partida comum, proporcionando um bom equilíbrio entre excursão de tensão de saída e velocidade.
3. Condicionamento de Sinal:A tensão no coletor cairá quando a luz IR for detectada. Este sinal acoplado em AC é então alimentado num estágio de amplificador ou comparador para limpar a forma de onda digital. Um capacitor em paralelo com RL pode ajudar a filtrar ruído de alta frequência, mas irá desacelerar a resposta.
4. Layout:Posicione o sensor na frente da PCB com uma abertura clara na carcaça. Mantenha-o afastado de fontes de ruído, como reguladores chaveados. Siga o layout de terminais de solda recomendado.

13. Tendências Tecnológicas

O campo dos componentes infravermelhos discretos continua a evoluir. As tendências incluem o desenvolvimento de fotodetectores com circuitos integrados de condicionamento de sinal num único encapsulamento, fornecendo saída digital e rejeição aprimorada de luz ambiente. Há também um impulso para dispositivos de maior velocidade para permitir transmissão de dados mais rápida para aplicações como associação de dados por infravermelho (IrDA) e sensoriamento de gestos. Além disso, melhorias na embalagem visam fornecer ângulos de visão mais estreitos e consistentes para aplicações de sensoriamento preciso, mantendo a compatibilidade com processos de montagem automatizados. O dispositivo descrito nesta ficha técnica representa uma solução madura e confiável para aplicações de alto volume e sensíveis ao custo, onde é necessária detecção infravermelha básica.