Ficha Técnica do Fototransístor LTR-516AD - Embalagem Verde-Escuro - Tensão Reversa de 30V - Dissipação de Potência de 150mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTR-516AD é um fototransístor de silício NPN de alto desempenho projetado para detetar radiação infravermelha. A sua função principal é converter a luz infravermelha incidente numa corrente elétrica. Uma característica fundamental deste componente é a sua embalagem plástica especial verde-escura, concebida para filtrar a maior parte do espetro de luz visível. Isto torna-o particularmente adequado para aplicações em que o sensor deve responder principalmente a sinais infravermelhos, minimizando a interferência da luz visível ambiente. O dispositivo oferece uma combinação de alta fotossensibilidade, baixa capacitância de junção e tempos de comutação rápidos, posicionando-o como uma escolha ideal para vários sistemas de deteção e comunicação por infravermelhos.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

O dispositivo é classificado para operar dentro de limites ambientais e elétricos específicos para garantir fiabilidade e prevenir danos. A dissipação máxima de potência é de 150 mW a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Pode suportar uma tensão reversa (V_R) de até 30 V. A gama de temperaturas de operação é de -40°C a +85°C, enquanto pode ser armazenado em temperaturas de -55°C a +100°C. Para montagem, os terminais podem ser soldados a 260°C por um período máximo de 5 segundos, com o ponto de soldadura localizado a pelo menos 1,6 mm do corpo da embalagem.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Todos os parâmetros elétricos e óticos são especificados a T_A= 25°C. A tensão de rutura reversa (V_(BR)R) é tipicamente 30V a uma corrente reversa (I_R) de 100µA. A corrente de escuro reversa (I_D(R)), que é a corrente de fuga quando não há luz incidente, tem um valor máximo de 30 nA a V_R= 10V. Sob uma irradiância (E_e) de 0,5 mW/cm² de uma fonte de 940nm, o fototransístor gera uma tensão de circuito aberto (V_OC) de 350 mV. O seu desempenho dinâmico é caracterizado por tempos de subida e descida (T_r, T_f) de 50 nanossegundos cada, quando testado com V_R=10V, um pulso de 940nm e uma resistência de carga de 1 kΩ. A corrente de curto-circuito (I_S), uma medida chave de sensibilidade, é de 2 µA (típico) sob V_R=5V, λ=940nm e E_e=0,1 mW/cm². A capacitância total da junção (C_T) é de 25 pF no máximo a V_R=3V e 1 MHz. O comprimento de onda de sensibilidade espectral de pico (λ_SMAX) é de 900 nm.

3. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características cruciais para o projeto de circuitos. A Figura 1 traça a corrente de escuro (I_D) em função da tensão reversa (V_R), mostrando o comportamento de fuga do dispositivo no escuro. A Figura 2 ilustra como a capacitância da junção (C_T) diminui com o aumento da tensão reversa, o que é importante para aplicações de alta frequência. A Figura 3 mostra a variação da fotocorrente com a temperatura ambiente, indicando como a saída do sensor pode variar com mudanças de temperatura. A Figura 4 traça igualmente a corrente de escuro em função da temperatura. A Figura 5 é a curva de sensibilidade espectral relativa, que confirma graficamente a resposta de pico a 900nm e a eficácia da embalagem verde-escura em atenuar a sensibilidade na gama da luz visível. A Figura 6 mostra a relação linear entre a fotocorrente (I_p) e a irradiância infravermelha (E_e). A Figura 7 é um diagrama polar que mostra a dependência angular da sensibilidade. A Figura 8 detalha como a dissipação de potência total máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

O LTR-516AD é alojado numa embalagem plástica especial verde-escura. Notas dimensionais importantes incluem: todas as dimensões estão em milímetros, com uma tolerância geral de ±0,25 mm, salvo indicação em contrário. A protrusão máxima da resina sob o flange é de 1,5 mm. O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde estes saem do corpo da embalagem. A embalagem é projetada para montagem através de orifício. A coloração verde-escura é integral à sua função, atuando como um filtro de luz visível para melhorar a relação sinal-ruído na deteção de infravermelhos.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

Para uma soldadura fiável, é fundamental aderir às condições especificadas. Os terminais devem ser soldados a uma temperatura de 260°C por um máximo de 5 segundos. O ponto de soldadura deve estar a pelo menos 1,6 mm (0,063 polegadas) do corpo da embalagem plástica para evitar danos térmicos ao chip semicondutor e à encapsulação plástica. Técnicas padrão de soldadura por onda ou soldadura manual podem ser utilizadas, desde que os limites de temperatura e tempo sejam rigorosamente observados. A exposição prolongada a temperaturas acima do limite especificado pode degradar o desempenho ou causar falha permanente.

6. Sugestões de Aplicação

6.1 Cenários de Aplicação Típicos

O LTR-516AD é muito adequado para uma variedade de aplicações baseadas em infravermelhos. Estas incluem deteção de objetos e sensoriamento de proximidade em sistemas de automação e segurança, sensores de ranhura em impressoras e máquinas de venda automática, interruptores sem contacto e ligações de comunicação de dados por infravermelhos (como antigas interfaces IRDA). O seu tempo de comutação rápido torna-o aplicável em sistemas que requerem deteção rápida de pulsos.

6.2 Considerações de Projeto

Ao projetar com este fototransístor, vários fatores devem ser considerados. Primeiro, o ponto de operação deve ser escolhido considerando a sensibilidade e velocidade necessárias; uma tensão reversa mais alta geralmente reduz a capacitância e melhora a velocidade, mas aumenta a corrente de escuro. O valor da resistência de carga (R_L) é uma escolha de projeto crítica: um R_Lmaior fornece uma saída de tensão mais alta, mas retarda o tempo de resposta (aumenta a constante de tempo RC). A embalagem verde-escura reduz a interferência da luz visível ambiente, mas o projetista deve ainda considerar o fundo infravermelho no ambiente de aplicação. Para uma operação estável ao longo da temperatura, as variações mostradas nas Figuras 3 e 4 devem ser consideradas, possivelmente através de compensação de temperatura no circuito de condicionamento de sinal.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

A principal característica diferenciadora do LTR-516AD é a sua embalagem verde-escura dedicada para supressão de luz visível, que não se encontra em todos os fototransístores padrão. Isto dá-lhe uma vantagem significativa em ambientes com luz visível flutuante. A sua combinação de parâmetros — uma corrente de curto-circuito relativamente alta (2 µA típico), baixa capacitância (25 pF máx.) e tempos de comutação rápidos (50 ns) — torna-o um componente equilibrado adequado para aplicações sensíveis e de velocidade moderadamente alta. Comparado com fotodíodos, fototransístores como o LTR-516AD fornecem ganho interno, resultando numa corrente de saída mais alta para a mesma entrada de luz, simplificando os estágios de amplificação subsequentes.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é o propósito da embalagem verde-escura?

R: O plástico verde-escuro atua como um filtro ótico incorporado. Atenua significativamente os comprimentos de onda no espetro visível, permitindo que a luz infravermelha (especialmente em torno de 900-940nm) passe. Isto minimiza a resposta do sensor à luz ambiente da sala, luz solar ou outras fontes visíveis, tornando-o mais fiável para detetar sinais infravermelhos dedicados.

P: Como interpreto o parâmetro "Corrente de Curto-Circuito (I_S)"?

R: I_Sé medida com o coletor e o emissor em curto-circuito (V_CE= 0V). Representa a corrente fotogerada por unidade de irradiância sob condições de teste específicas (940nm, 0,1 mW/cm²). No seu circuito, a corrente de saída real será menor que I_Squando uma resistência de carga ou uma tensão de polarização for aplicada, mas I_Sé um valor chave para comparar a sensibilidade básica de diferentes dispositivos.

P: Por que os tempos de subida e descida são importantes?

R: Estes parâmetros (T_re T_f) definem a rapidez com que o fototransístor pode responder a mudanças na intensidade da luz. Um valor de 50 ns significa que o dispositivo pode, teoricamente, lidar com frequências de sinal de até vários megahertz, tornando-o adequado para sistemas de IR pulsado, transmissão de dados ou aplicações de contagem de alta velocidade.

P: Como a temperatura afeta o desempenho?

R: Como mostrado nas curvas, tanto a corrente de escuro (ruído) como a fotocorrente (sinal) aumentam com a temperatura. O aumento da corrente de escuro pode ser significativo, potencialmente elevando o piso de ruído. Os projetistas devem garantir que o circuito de condicionamento de sinal possa lidar com esta variação, especialmente se o dispositivo operar em toda a gama de -40°C a +85°C.

9. Caso Prático de Projeto

Considere projetar um circuito simples de deteção de objetos por infravermelhos. O LTR-516AD é emparelhado com um LED emissor de infravermelhos. O fototransístor é conectado numa configuração de emissor comum: o coletor é conectado a uma tensão de alimentação (ex.: 5V) através de uma resistência de carga R_L, e o emissor é ligado à terra. Quando não há objeto presente, a luz IR do LED atinge o fototransístor, fazendo-o conduzir e puxando a tensão do coletor (V_OUT) para baixo. Quando um objeto interrompe o feixe, o fototransístor desliga e V_OUTsobe. O valor de R_Ldeve ser escolhido com base na excursão de tensão de saída e velocidade desejadas. Para uma alimentação de 5V e um I_Stípico de 2µA, um R_Lde 10 kΩ daria uma queda de tensão de cerca de 20 mV quando iluminado, o que é bastante pequeno. Portanto, um estágio comparador com amplificador operacional seria tipicamente adicionado após o fototransístor para fornecer uma saída digital limpa. A embalagem verde-escura ajuda a rejeitar a luz ambiente, tornando o sistema robusto para uso em várias condições de iluminação.

10. Princípio de Funcionamento

Um fototransístor é fundamentalmente um transístor bipolar de junção (BJT) onde a corrente de base é gerada pela luz em vez de ser fornecida eletricamente. No LTR-516AD (um tipo NPN), fotões incidentes com energia maior que a banda proibida do silício criam pares eletrão-lacuna na região da junção base-coletor. Estes portadores fotogerados são varridos pelo campo elétrico, criando efetivamente uma corrente de base. Esta corrente de base é então amplificada pelo ganho de corrente do transístor (beta, β), resultando numa corrente de coletor muito maior. O dispositivo é tipicamente operado com o terminal da base aberto ou desconectado, e uma polarização reversa é aplicada através da junção coletor-base para alargar a região de depleção, melhorando a sensibilidade e a velocidade.

11. Tendências da Indústria

O campo da deteção ótica continua a evoluir. Há uma tendência para a integração, onde o fotodetector, o amplificador e a lógica digital são combinados num único chip (ex.: sensores de luz ambiente integrados, sensores de proximidade). As embalagens de dispositivo de montagem em superfície (SMD) estão a tornar-se mais prevalentes do que os tipos através de orifício para montagem automatizada. Há também desenvolvimento contínuo em materiais e projetos para melhorar a sensibilidade, reduzir o ruído (corrente de escuro) e estender a gama espectral. No entanto, componentes discretos como o LTR-516AD permanecem vitais para aplicações que requerem características de desempenho específicas, trajetos óticos personalizados ou manuseamento de alta tensão que podem não estar disponíveis em soluções integradas. O princípio de usar embalagens filtradas para respostas espectrais específicas permanece uma prática de projeto comum e eficaz.