Ficha Técnica do Fototransístor Infravermelho LTR-C950-TB-T - Pacote de Visão Lateral - Vce 30V - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTR-C950-TB-T é um componente discreto de fototransístor infravermelho (IR) projetado para aplicações de sensoriamento. Pertence a uma ampla família de dispositivos optoeletrônicos destinados a sistemas que requerem detecção confiável de luz infravermelha. A função principal deste componente é converter a radiação infravermelha incidente numa corrente elétrica correspondente no seu terminal coletor. O seu pacote de visão lateral com lente em domo e invólucro preto é otimizado para montagem em PCB e ajuda a gerir interferências da luz ambiente.

O dispositivo é projetado para compatibilidade com processos modernos de montagem automatizada, incluindo equipamentos de colocação e soldagem por refluxo infravermelho. Caracteriza-se pela sua resposta à luz infravermelha com comprimento de onda de 940nm, comumente usada em vários sistemas de controle remoto e sensoriamento para evitar ruído da luz visível.

1.1 Características e Vantagens Principais

• Conformidade RoHS e Produto Ecológico:Fabricado sem substâncias perigosas, aderindo a normas ambientais.
• Design Óptico:Apresenta uma lente em domo preta de visão lateral que proporciona um campo de visão específico e ajuda a proteger o sensor da luz ambiente indesejada.
• Compatibilidade com a Fabricação:Fornecido em fita de 8mm em bobinas de 7 polegadas de diâmetro, tornando-o totalmente compatível com máquinas de colocação automática de alta velocidade (pick-and-place).
• Compatibilidade com o Processo:Classificado para suportar os perfis padrão de soldagem por refluxo infravermelho usados nas linhas de montagem de tecnologia de montagem em superfície (SMT).
• Pacote Padronizado:Conforme aos contornos de pacote padrão EIA, garantindo previsibilidade no projeto da área de montagem na PCB.

1.2 Aplicações Alvo

Este fototransístor é adequado para uma gama de aplicações eletrónicas onde é necessária deteção ou sensoriamento sem contacto. Casos de uso típicos incluem:

• Receptores Infravermelhos:Descodificação de sinais de controlos remotos em eletrónica de consumo (TVs, sistemas de áudio, set-top boxes).
• Sensores de Proximidade/Objeto Montados em PCB:Deteção da presença, ausência ou posição de um objeto em eletrodomésticos, equipamentos de automação e dispositivos de segurança.
• Comutação Óptica Básica:Usado em interruptores do tipo ranhura ou sensores reflexivos.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

As secções seguintes fornecem uma descrição detalhada dos limites operacionais e características de desempenho do dispositivo sob condições de teste especificadas.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Não é garantida a operação sob ou nestes limites.

• Dissipação de Potência (P_D):100 mW. A potência contínua máxima que o dispositivo pode dissipar como calor.
• Tensão Coletor-Emissor (V_CEO):30 V. A tensão máxima que pode ser aplicada entre os terminais coletor e emissor.
• Tensão Emissor-Coletor (V_ECO):5 V. A tensão reversa máxima entre emissor e coletor.
• Gama de Temperatura de Operação (T_A):-40°C a +85°C. A gama de temperatura ambiente para operação funcional normal.
• Gama de Temperatura de Armazenamento (T_stg):-55°C a +100°C. A gama de temperatura segura para o dispositivo quando não está energizado.
• Condição de Soldagem Infravermelha:Suporta uma temperatura de pico de 260°C por um máximo de 10 segundos durante o refluxo.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são medidos a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Tensão de Ruptura Coletor-Emissor (V_(BR)CEO):30 V (Mín.). A tensão à qual flui uma pequena corrente reversa especificada (I_R= 100µA) sem iluminação (E_e= 0 mW/cm²).
• Tensão de Ruptura Emissor-Coletor (V_(BR)ECO):5 V (Mín.). Semelhante a V_(BR)CEOmas para a condição de polarização reversa.
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(SAT)):0.4 V (Máx.). A tensão entre o coletor e o emissor quando o transístor está totalmente "ligado" (a conduzir) sob uma irradiância de 0.5 mW/cm² e uma corrente de coletor (I_C) de 100µA. Um valor mais baixo indica melhor desempenho.
• Tempo de Subida (T_r) & Tempo de Descida (T_f):15 µs (Tip.). O tempo necessário para a corrente de saída subir de 10% para 90% (tempo de subida) ou descer de 90% para 10% (tempo de descida) do seu valor máximo em resposta a uma entrada de luz pulsada. Medido com V_CE=5V, I_C=1mA, e R_L=1kΩ.
• Corrente de Escuridão do Coletor (I_CEO):100 nA (Máx.). A pequena corrente de fuga que flui do coletor para o emissor quando nenhuma luz incide no dispositivo (V_CE= 20V). Quanto menor, melhor para a sensibilidade.
• Corrente do Coletor em Estado Ligado (I_C(ON)):1.5 a 9.2 mA. A corrente de coletor gerada quando o dispositivo é iluminado com uma fonte infravermelha padronizada (E_e=0.5 mW/cm², λ=940nm, V_CE=5V). Este é o parâmetro de sensibilidade chave.

3. Explicação do Sistema de Binning

Os dispositivos são classificados em bins de desempenho com base na sua Corrente do Coletor em Estado Ligado (I_C(ON)). Isto permite aos projetistas selecionar componentes com sensibilidade consistente para os requisitos específicos do seu circuito.

• BIN A: I_C(ON)varia de 1.5 mA (Mín.) a 2.9 mA (Máx.).
• BIN B: I_C(ON)varia de 2.9 mA (Mín.) a 5.5 mA (Máx.).
• BIN C: I_C(ON)varia de 5.5 mA (Mín.) a 9.2 mA (Máx.).

Uma tolerância de ±15% é aplicada aos limites de cada bin. Os projetistas devem ter em conta esta variação ao calcular o ganho do circuito e os níveis de limiar.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece vários gráficos característicos que ilustram o comportamento do dispositivo sob várias condições.

4.1 Sensibilidade Espectral

Um gráfico (Fig.1) mostra a sensibilidade espectral relativa versus comprimento de onda. O LTR-C950-TB-T exibe sensibilidade de pico por volta de 940nm, que corresponde aos emissores infravermelhos comuns (IREDs). A sensibilidade cai abruptamente para comprimentos de onda inferiores a 800nm e superiores a 1100nm, fornecendo uma filtragem inerente contra grande parte do espectro de luz visível.

4.2 Corrente de Escuridão do Coletor vs. Temperatura

A curva (Fig.3) traça a Corrente de Escuridão do Coletor (I_CEO) em função da Temperatura Ambiente (T_A). I_CEOaumenta exponencialmente com a temperatura. Esta é uma consideração crítica para aplicações de alta temperatura, uma vez que o aumento da corrente de escuro eleva o piso de ruído e pode afetar a relação sinal-ruído do sensor.

4.3 Resposta Dinâmica vs. Carga

Gráficos (Fig.4) mostram como o Tempo de Subida (T_r) e o Tempo de Descida (T_f) variam com a Resistência de Carga (R_L). Ambos os tempos aumentam com uma resistência de carga mais alta. Para aplicações que requerem comutação rápida, uma resistência de carga menor é benéfica, embora reduza a excursão da tensão de saída.

4.4 Corrente Relativa do Coletor vs. Irradiância

Este gráfico (Fig.5) demonstra a relação entre a corrente de saída e a potência da luz incidente (irradiância). A resposta é geralmente linear numa gama significativa, o que é desejável para aplicações de sensoriamento analógico. Confirma a função do dispositivo como um conversor proporcional de luz para corrente.

4.5 Diagrama de Radiação

Um diagrama polar (Fig.6) ilustra a sensibilidade angular do pacote de visão lateral. A intensidade radiante (ou sensibilidade) relativa é traçada em função do ângulo da luz incidente. Este diagrama é essencial para o projeto mecânico, mostrando o campo de visão efetivo (FOV) dentro do qual o sensor detetará de forma confiável uma fonte IR.

5. Informações Mecânicas e do Pacote

5.1 Dimensões do Componente

O dispositivo tem um pacote padrão de fototransístor de visão lateral. As dimensões-chave incluem o tamanho do corpo, o espaçamento dos terminais e a posição da lente. Todas as dimensões são fornecidas em milímetros com uma tolerância típica de ±0.1mm, salvo indicação em contrário. O pinout identifica os terminais Coletor e Emissor.

5.2 Projeto Recomendado para as Ilhas de Solda

É fornecido um padrão de ilhas (footprint) para projeto de PCB. As dimensões recomendadas para as ilhas de solda são 1.0mm x 1.8mm, com um espaçamento de 1.8mm entre elas. Seguir este padrão garante uma junta de solda confiável durante o refluxo e um alinhamento mecânico adequado.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

6.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

É incluído um perfil de refluxo sugerido para processos sem chumbo (Pb-free). Os parâmetros-chave são:

• Pré-aquecimento:150-200°C por até 120 segundos no máximo.
• Temperatura de Pico:260°C no máximo.
• Tempo Acima do Líquidus:O dispositivo não deve ser exposto a temperaturas superiores a 260°C por mais de 10 segundos.

O perfil é baseado em normas JEDEC. Os engenheiros devem caracterizar o perfil para o seu projeto de PCB específico, pasta de solda e forno.

6.2 Soldagem Manual

Se for necessária soldagem manual, use um ferro de soldar com temperatura não superior a 300°C e limite o tempo de contacto a 3 segundos por junta. Evite aplicar tensão aos terminais do componente.

6.3 Limpeza

Se for necessária limpeza pós-soldagem, use apenas solventes à base de álcool, como álcool isopropílico. Evite limpadores químicos agressivos ou desconhecidos que possam danificar o pacote plástico ou a lente.

7. Embalagem e Manuseio

7.1 Especificações da Fita e da Bobina

Os componentes são embalados em fita transportadora relevada de 8mm de largura enrolada em bobinas de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. Cada bobina contém 2000 peças. A embalagem está em conformidade com as normas ANSI/EIA 481-1-A-1994. As notas especificam que no máximo dois compartimentos de componentes consecutivos podem estar vazios (conforme a vedação da fita) e que a orientação das peças dentro da fita está marcada.

7.2 Condições de Armazenamento

Embalagem Selada:Armazenar a ≤30°C e ≤90% de Humidade Relativa (HR). A vida útil na bolsa de barreira de humidade selada (com dessecante) é de um ano.
Embalagem Aberta:Para componentes removidos da bolsa selada, o ambiente de armazenamento não deve exceder 30°C / 60% HR. É fortemente recomendado completar a soldagem por refluxo IR dentro de uma semana após a abertura. Para armazenamento mais longo fora da bolsa original, armazene num recipiente selado com dessecante ou num dessecador de azoto. Componentes armazenados abertos por mais de uma semana devem ser pré-aquecidos a aproximadamente 60°C durante pelo menos 20 horas antes da soldagem para remover a humidade absorvida e evitar o "efeito pipoca" durante o refluxo.

8. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Projeto do Circuito de Acionamento

O fototransístor é um dispositivo de saída de corrente. Num circuito típico, é ligado numa configuração de emissor comum. Uma resistência de carga (R_L) é colocada entre o coletor e a tensão de alimentação (V_CC). O emissor é ligado ao terra. A luz incidente faz com que a corrente de coletor (I_C) flua, criando uma queda de tensão em R_L. Esta tensão (V_OUT= V_CC- I_C*R_L) é o sinal de saída.

Escolhas de Projeto-Chave:

• Resistência de Carga (R_L):Uma R_Lmaior dá uma maior excursão da tensão de saída para uma determinada mudança de luz, mas aumenta o tempo de resposta (ver Fig.4). Uma R_Lmenor proporciona uma resposta mais rápida, mas um sinal menor.
• Polarização:O dispositivo não requer corrente de polarização externa para a base; é totalmente controlado pela luz.
• Múltiplos Dispositivos:Se vários fototransístores precisarem de ser ligados em paralelo numa aplicação, não é recomendado ligá-los diretamente uns aos outros. Variações na sua I_C(ON)(mesmo dentro de um bin) causarão partilha de corrente desigual. Uma resistência limitadora de corrente deve ser colocada em série com cada dispositivo para garantir um comportamento uniforme.

8.2 Melhorando a Relação Sinal-Ruído (SNR)

• Modulação:Para aplicações de controlo remoto, a fonte IR (IRED) é pulsada a uma frequência de portadora específica (ex.: 38kHz). O circuito recetor inclui um filtro passa-banda sintonizado nesta frequência, que rejeita a luz ambiente constante e o ruído.
• Filtragem Óptica:O pacote preto e a sensibilidade espectral natural (pico a 940nm) fornecem alguma filtragem contra a luz visível. Para ambientes extremamente ruidosos, pode ser usado um filtro externo adicional de passagem IR/bloqueio visível sobre o sensor.
• Filtragem Elétrica:Seguir o fototransístor com um estágio de amplificador que inclua filtragem passa-alto ou passa-banda pode melhorar ainda mais o SNR para sinais AC.

8.3 Considerações de Layout

• Coloque o sensor longe de componentes que geram calor para minimizar a deriva da corrente de escuro induzida pela temperatura.
• Certifique-se de que é utilizada a geometria recomendada para as ilhas de solda para evitar o efeito "tombstone" ou desalinhamento durante o refluxo.
• Considere o diagrama de radiação (Fig.6) ao projetar a carcaça mecânica para garantir que a fonte IR se encontre dentro do ângulo de visão sensível do sensor.

9. Princípio de Funcionamento

Um fototransístor é fundamentalmente um transístor de junção bipolar (BJT) onde a corrente de base é gerada pela luz em vez de uma ligação elétrica. A junção base-coletor atua como um fotodíodo. Quando fotões com energia suficiente (infravermelha, neste caso) atingem esta junção, criam pares eletrão-lacuna. Esta corrente fotogerada é então amplificada pelo ganho de corrente do transístor (β ou h_FE), resultando numa corrente de coletor muito maior que é proporcional à intensidade da luz incidente. O pacote de visão lateral posiciona o chip semicondutor sensível de forma a que possa detetar luz que chega paralela à superfície da PCB.

10. Exemplo Prático de Projeto

Cenário: Deteção de Objeto numa Máquina de Vendas Automáticas.É necessário um sensor de interrupção de feixe para detetar quando um produto passa por uma calha.

1. Seleção do Componente:Um LTR-C950-TB-T (BIN B) é escolhido pelo seu pacote de visão lateral, adequado para montagem na borda de uma PCB virada para a calha. Um IRED correspondente de 940nm é selecionado como fonte de luz.
2. Projeto do Circuito:O fototransístor é configurado num circuito de emissor comum com V_CC= 5V. Uma resistência de carga R_L= 2.2kΩ é escolhida como um compromisso entre uma boa excursão de tensão e velocidade aceitável para esta aplicação. A saída é enviada para um comparador com um limiar definido para diferenciar entre "feixe presente" (saída alta) e "feixe bloqueado" (saída baixa).
3. Integração Mecânica:O IRED e o fototransístor são montados em lados opostos da calha do produto, alinhados de acordo com os seus padrões de radiação/sensibilidade. Podem ser adicionadas anteparas para limitar a luz difusa.
4. Considerações:A temperatura ambiente dentro da máquina é monitorizada para garantir que permanece dentro da gama de operação. A tensão de saída inicial é medida e o limiar do comparador é definido com margem para ter em conta a tolerância do componente (bin ±15%) e o potencial acúmulo de poeira nas lentes ao longo do tempo.