Ficha Técnica do Fototransistor LTR-536AD - Invólucro Verde Escuro - Tensão Reversa de 30V - Dissipação de Potência de 150mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTR-536AD é um fototransistor de silício NPN de alto desempenho, especificamente projetado para aplicações de detecção de infravermelho (IR). A sua função principal é converter radiação infravermelha incidente numa corrente elétrica. Uma característica definidora deste componente é o seu invólucro especial de epóxi plástico verde escuro. Este material é formulado para atenuar ou "cortar" os comprimentos de onda da luz visível, melhorando significativamente a sua sensibilidade e relação sinal-ruído especificamente dentro do espectro infravermelho, tipicamente em torno de 940nm. Isto torna-o uma escolha ideal para aplicações onde a discriminação contra a luz visível ambiente é crucial.

Vantagens Principais:

• Alta Sensibilidade Fotoelétrica:Fornece um sinal elétrico de saída forte para um determinado nível de irradiância infravermelha.
• Otimizado para Infravermelho:O invólucro verde escuro atua como um filtro de luz visível, tornando o dispositivo particularmente adequado para deteção de IR puro.
• Baixa Capacitância de Junção:Este parâmetro é crítico para operação em alta frequência, permitindo tempos de resposta mais rápidos.
• Características de Comutação Rápida:Apresenta tempos de subida e descida rápidos, adequado para sistemas de IR pulsado e comunicação de dados.
• Alta Frequência de Corte:Suporta operação em circuitos de frequência mais elevada.

Mercado-Alvo:Este fototransistor é direcionado a projetistas e engenheiros que trabalham em sistemas baseados em infravermelho. Aplicações comuns incluem sensores de proximidade, deteção de objetos, interruptores sem contacto, ligações de transmissão de dados por IR (como comandos à distância), automação industrial e qualquer sistema que necessite de deteção fiável de sinais infravermelhos enquanto rejeita interferências de fontes de luz visível.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Todos os parâmetros são especificados a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C, salvo indicação em contrário. Compreender estes parâmetros é essencial para um correto projeto do circuito e para garantir uma operação fiável dentro dos limites do dispositivo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estes são os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação deve ser sempre mantida dentro destes limites.

• Dissipação de Potência (P_D):150 mW. Esta é a potência máxima permitida que o dispositivo pode dissipar na forma de calor.
• Tensão Reversa (V_R):30 V. A tensão máxima que pode ser aplicada em polarização reversa através da junção coletor-emissor.
• Gama de Temperatura de Operação (T_oper):-40°C a +85°C. A gama de temperatura ambiente para operação normal do dispositivo.
• Gama de Temperatura de Armazenamento (T_stg):-55°C a +100°C. A gama de temperatura para armazenamento não operacional.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais:260°C durante 5 segundos, medido a 1,6mm do corpo do invólucro. Isto define as restrições do perfil de soldagem por refluxo.

2.2 Características Elétricas e Óticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo sob condições de teste especificadas.

• Tensão de Ruptura Reversa (V_(BR)R):30 V (Mín.). A tensão à qual a corrente reversa (I_R) aumenta abruptamente (testado a 100µA). Isto está correlacionado com a Especificação Máxima Absoluta.
• Corrente de Escuro Reversa (I_D(R)):30 nA (Máx.). A corrente de fuga que flui quando o dispositivo está em polarização reversa (V_R=10V) e em completa escuridão (E_e=0). Um valor mais baixo indica melhor desempenho em condições de pouca luz.
• Tensão em Circuito Aberto (V_OC):350 mV (Típ.). A tensão gerada através do dispositivo sob iluminação (λ=940nm, E_e=0,5mW/cm²) sem carga externa (circuito aberto).
• Corrente de Curto-Circuito (I_S):1,7 µA (Mín.), 2 µA (Típ.). A corrente que flui quando o dispositivo é iluminado (λ=940nm, E_e=0,1mW/cm²) e a saída está em curto-circuito (V_R=5V). Esta é uma medida chave da sensibilidade.
• Tempo de Subida (T_r) & Tempo de Descida (T_f):50 nseg (Típ.). O tempo necessário para a corrente de saída subir de 10% para 90% (subida) ou descer de 90% para 10% (descida) do seu valor final em resposta a uma mudança abrupta na iluminação. Crítico para aplicações de alta velocidade.
• Capacitância Total (C_T):25 pF (Típ.). A capacitância de junção medida a V_R=3V e f=1MHz no escuro. Uma capacitância mais baixa permite velocidades de comutação mais rápidas.
• Comprimento de Onda de Sensibilidade Máxima (λ_SMAX):900 nm (Típ.). O comprimento de onda de pico da luz infravermelha ao qual o fototransistor é mais sensível. Está otimizado para emissores em torno de 940nm.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece vários gráficos que ilustram o comportamento do dispositivo sob condições variáveis. Estes são inestimáveis para trabalhos de projeto detalhado que vão além dos números típicos/mín./máx.

3.1 Corrente de Escuro vs. Tensão Reversa (Fig.1)

Esta curva mostra como a corrente de escuro reversa (I_D) aumenta com a tensão reversa aplicada (V_R). Normalmente mostra uma corrente muito baixa e relativamente constante a tensões mais baixas, com um aumento gradual à medida que a tensão sobe, culminando no aumento abrupto na tensão de ruptura. Os projetistas devem garantir que a V_R de operação esteja suficientemente abaixo do "joelho" desta curva para minimizar o ruído da corrente de fuga.

3.2 Capacitância vs. Tensão Reversa (Fig.2)

Este gráfico descreve a relação entre a capacitância de junção (C_T) e a tensão de polarização reversa. A capacitância diminui com o aumento da tensão reversa. Para o projeto de circuitos de alta velocidade, operar a uma tensão reversa mais elevada (dentro dos limites) pode reduzir C_T e melhorar a largura de banda, mas isto deve ser equilibrado com o aumento da corrente de escuro (da Fig.1).

3.3 Fotocorrente & Corrente de Escuro vs. Temperatura Ambiente (Fig.3 & Fig.4)

A Figura 3 ilustra como a fotocorrente (I_P) muda com a temperatura ambiente. A sensibilidade do fototransistor geralmente diminui à medida que a temperatura aumenta. A Figura 4 mostra o aumento exponencial da corrente de escuro (I_D) com o aumento da temperatura. Estas duas curvas são críticas para projetar sistemas que devem operar de forma fiável numa ampla gama de temperaturas (ex., -40°C a +85°C). A altas temperaturas, o aumento da corrente de escuro pode "afogar" um sinal ótico fraco, reduzindo a relação sinal-ruído.

3.4 Sensibilidade Espectral Relativa (Fig.5)

Esta é talvez a curva mais importante para o casamento de aplicações. Ela traça a responsividade normalizada do fototransistor numa gama de comprimentos de onda (tipicamente ~800nm a 1100nm). O LTR-536AD mostra sensibilidade de pico em torno de 900nm e atenuação significativa no espectro de luz visível (<800nm), um resultado direto do seu invólucro verde escuro. Esta curva deve ser cruzada com o espectro de emissão do LED IR ou fonte de luz pretendida para garantir um acoplamento ótimo.

3.5 Fotocorrente vs. Irradiância (Fig.6)

Este gráfico mostra a relação linear entre a potência da luz infravermelha incidente (irradiância E_e) e a fotocorrente resultante (I_P). A inclinação desta linha representa a responsividade do dispositivo. Confirma que o dispositivo opera numa região linear para a gama de irradiância testada, o que é desejável para aplicações de sensoriamento analógico.

3.6 Dissipação de Potência Total vs. Temperatura Ambiente (Fig.8)

Esta curva de derating mostra a dissipação de potência máxima permitida (P_D) em função da temperatura ambiente. A especificação máxima absoluta de 150mW aplica-se apenas até uma certa temperatura (provavelmente 25°C). À medida que a temperatura ambiente aumenta, a capacidade do dispositivo de dissipar calor diminui, pelo que a potência máxima permitida deve ser reduzida linearmente para evitar sobreaquecimento. Isto é crucial para cálculos de fiabilidade.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Invólucro

O LTR-536AD vem num invólucro padrão de 3mm (T-1) para montagem através de orifício. Notas dimensionais chave da ficha técnica incluem:

• Todas as dimensões estão em milímetros (polegadas fornecidas entre parênteses).
• Aplica-se uma tolerância padrão de ±0,25mm (0,010") salvo indicação em contrário.
• A protrusão máxima da resina sob o flange é de 1,5mm (0,059").
• O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais emergem do corpo do invólucro.

Identificação de Polaridade:O dispositivo tem um lado plano na lente, que normalmente indica o terminal do coletor. O terminal mais longo é geralmente o emissor. No entanto, os projetistas devem sempre verificar a polaridade com um multímetro no modo de teste de diodo antes da instalação.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

Para garantir a integridade do dispositivo durante a montagem, as seguintes condições devem ser observadas:

• Soldagem por Refluxo:Os terminais podem suportar uma temperatura de 260°C por um máximo de 5 segundos. Esta medição é feita a 1,6mm (0,063") do corpo do invólucro. Os perfis padrão de soldagem por onda ou refluxo devem ser ajustados para cumprir este limite, a fim de evitar danos ao chip semicondutor interno ou ao invólucro de epóxi.
• Soldagem Manual:Se for necessária soldagem manual, use um ferro de soldar com controlo de temperatura e minimize o tempo de contacto para menos de 3 segundos por terminal. Use uma pinça dissipadora de calor no terminal entre a junta e o corpo do invólucro, se possível.
• Limpeza:Use apenas solventes de limpeza aprovados que sejam compatíveis com o material de epóxi verde escuro. Evite a limpeza ultrassónica, a menos que a sua compatibilidade e configurações de potência/tempo sejam verificadas, pois pode danificar o invólucro ou as ligações internas.
• Condições de Armazenamento:Armazene num ambiente seco e antiestático dentro da gama de temperatura de armazenamento especificada de -55°C a +100°C. A bolsa de barreira de humidade original deve ser usada se for antecipado armazenamento a longo prazo.

6. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O LTR-536AD pode ser usado em duas configurações principais:

1. Modo Comutação (Saída Digital):O fototransistor é ligado em série com um resistor de pull-up entre a tensão de alimentação (V_CC) e o terra. A saída é retirada do nó do coletor. Quando a luz IR incide no sensor, ele liga, puxando a tensão de saída para baixo. No escuro, ele desliga, e o resistor de pull-up puxa a saída para alto. O valor do resistor de pull-up determina a velocidade de comutação e o consumo de corrente (um resistor menor dá comutação mais rápida mas maior potência).
2. Modo Linear (Saída Analógica):Configuração semelhante, mas o fototransistor é polarizado na sua região ativa usando uma corrente de base fixa (muitas vezes zero, dependendo apenas da fotocorrente) e um resistor de coletor. A tensão no coletor varia linearmente com a intensidade da luz IR incidente. Este modo é usado para sensoriamento analógico, como medição de distância ou deteção de nível de luz.

6.2 Considerações Críticas de Projeto

• Casamento da Fonte:Emparelhe sempre o LTR-536AD com um emissor IR (LED) que tenha um comprimento de onda de pico próximo de 940nm e alinhado com o pico de sensibilidade espectral do fototransistor (900nm) para máxima eficiência.
• Rejeição de Luz Ambiente:Embora o invólucro verde escuro ajude, para operação em ambientes claros, pode ser necessário filtragem ótica adicional (um filtro IR-pass dedicado) ou técnicas de modulação/demodulação (pulsar a fonte IR e detetar o sinal sincronamente) para rejeitar o ruído da luz ambiente.
• Polarização para Velocidade:Para alcançar o tempo de resposta mais rápido possível (50ns típ.), opere o dispositivo com uma tensão reversa (V_CE) de cerca de 10V e use um resistor de carga pequeno (ex., 1kΩ como na condição de teste). Isto minimiza a constante de tempo RC formada pela capacitância de junção (C_T) e a resistência de carga (R_L).
• Compensação de Temperatura:Para aplicações de precisão numa ampla gama de temperaturas, considere técnicas de circuito para compensar a variação da corrente de escuro e da sensibilidade. Isto pode envolver o uso de um fototransistor emparelhado num canal de referência escuro ou a implementação de ajuste de ganho dependente da temperatura no circuito de condicionamento de sinal.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

O LTR-536AD diferencia-se no mercado de fototransistores através do seu invólucro especializado. Comparado com fototransistores de epóxi transparente ou "water-clear", a sua principal vantagem é o corte de luz visível incorporado. Isto elimina a necessidade de um filtro IR externo em muitas aplicações, reduzindo a contagem de componentes, custo e complexidade de montagem. A sua combinação de velocidade de comutação relativamente rápida (50ns), baixa capacitância (25pF) e boa sensibilidade (2µA típ. a 0,1mW/cm²) torna-o uma escolha equilibrada tanto para sensoriamento analógico como para ligações de comunicação IR digitais de velocidade moderada.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

8.1 Posso usar este componente com um LED vermelho (650nm)?

Resposta:Não, não é recomendado. A curva de Sensibilidade Espectral Relativa (Fig.5) mostra uma responsividade muito baixa a 650nm (vermelho visível). O invólucro verde escuro bloqueia ativamente este comprimento de onda. Para detetar luz vermelha, deve ser selecionado um fototransistor com invólucro transparente e um pico de sensibilidade na gama visível.

8.2 Por que o meu sinal de saída está ruidoso em um ambiente quente?

Resposta:Consulte a Figura 4 (Corrente de Escuro vs. Temperatura). A corrente de escuro aumenta exponencialmente com a temperatura. Se o seu circuito foi projetado para detetar um sinal IR fraco, a corrente de escuro gerada termicamente pode tornar-se significativa a temperaturas elevadas, aparecendo como ruído ou um desvio DC. As soluções incluem arrefecer o sensor, usar uma fonte de luz modulada com deteção síncrona, ou selecionar uma topologia de circuito que subtraia a corrente de escuro.

8.3 Como escolho o valor do resistor de carga (R_L)?

Resposta:Envolve um compromisso entre velocidade, sensibilidade e potência.
Para Velocidade (Comutação Digital):Escolha um R_L pequeno (ex., 1kΩ a 4,7kΩ). Isto dá uma constante de tempo RC pequena (C_T* R_L) para transições rápidas, mas consome mais corrente.
Para Grande Excursão de Tensão (Sensoriamento Analógico):Escolha um R_L maior (ex., 10kΩ a 100kΩ). Isto proporciona uma maior variação da tensão de saída para uma dada mudança na luz, mas desacelera o tempo de resposta.
Garanta sempre que a queda de tensão em R_L quando o fototransistor está totalmente ligado não faz com que a tensão coletor-emissor caia abaixo do nível de saturação, e que a dissipação de potência no fototransistor permaneça abaixo do limite de derating para a sua temperatura de operação.

9. Exemplo Prático de Caso de Uso

Aplicação:Deteção de Objetos Sem Contacto num Contador Industrial.
Implementação:Um LED IR (940nm) e o LTR-536AD são montados em lados opostos de uma correia transportadora (configuração de feixe atravessado). O LED é pulsado a 10kHz usando um circuito de acionamento. O fototransistor é ligado em modo comutação com um resistor de pull-up de 4,7kΩ para 5V. A sua saída é enviada para um pino de captura de entrada de um microcontrolador. Em condições normais (sem objeto), a luz IR pulsada atinge o sensor, fazendo com que a saída pulse a 10kHz. O firmware do microcontrolador deteta esta frequência. Quando um objeto passa pelo feixe, bloqueia a luz, e a saída do fototransistor fica e permanece alta (ou baixa, dependendo da lógica). O microcontrolador deteta a ausência do sinal de 10kHz e incrementa um contador. O invólucro verde escuro do LTR-536AD impede que a luz ambiente fluorescente ou incandescente na fábrica dispare falsamente o contador.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um fototransistor é fundamentalmente um transistor de junção bipolar (BJT) onde a corrente de base é gerada pela luz em vez de ser fornecida eletricamente. No LTR-536AD (tipo NPN), fotões incidentes com energia maior que a banda proibida do silício (correspondente a comprimentos de onda menores que ~1100nm) são absorvidos na região da junção base-coletor. Esta absorção cria pares eletrão-lacuna. O campo elétrico na junção coletor-base polarizada reversamente varre estes portadores, gerando uma fotocorrente. Esta fotocorrente atua exatamente como uma corrente de base injetada no transistor. Devido ao ganho de corrente do transistor (beta, β), a corrente de coletor é muito maior que a fotocorrente inicial (I_C= β * I_photo). Esta amplificação interna é o que confere aos fototransistores a sua alta sensibilidade em comparação com fotodiodos. O epóxi verde escuro absorve a maioria dos fotões de luz visível, permitindo que principalmente fotões infravermelhos atinjam o chip de silício, tornando assim o dispositivo seletivamente sensível ao IR.

11. Tendências Tecnológicas

O campo da optoeletrónica continua a evoluir. Embora fototransistores discretos de montagem através de orifício como o LTR-536AD permaneçam vitais para muitas aplicações, as tendências incluem:
Integração:Aumento da integração do fotodetector com circuitos de front-end analógico (amplificadores, filtros) e lógica digital (comparadores, saídas lógicas) em soluções ou módulos de chip único.
Tecnologia de Montagem em Superfície (SMT):Uma forte mudança para invólucros SMT mais pequenos para montagem automatizada e redução do espaço na placa, embora muitas vezes com um compromisso na sensibilidade devido a áreas ativas mais pequenas.
Especialização:Desenvolvimento de dispositivos com respostas espectrais ainda mais específicas, velocidades mais rápidas para comunicação de dados óticos e maior resiliência a ambientes adversos (temperatura mais elevada, humidade).
O princípio central do fototransistor permanece inalterado, mas as suas implementações estão a tornar-se mais específicas para a aplicação e integradas.