Ficha Técnica do Fototransístor Infravermelho LTR-516AB - Dimensões do Pacote - Tensão Reversa 30V - Comprimento de Onda 940nm - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTR-516AB é um fototransístor de silício NPN especificamente concebido para aplicações de deteção de infravermelhos (IR). A sua função principal é converter luz infravermelha incidente numa corrente elétrica. Uma característica fundamental é o seu invólucro especial de epóxi plástico azul-escuro, que atua como um filtro de luz visível. Este design reduz significativamente a sensibilidade do sensor à luz visível ambiente, tornando-o altamente adequado para aplicações que dependem exclusivamente de sinais de infravermelhos, tais como sistemas de controlo remoto, deteção de objetos e transmissão de dados por IR.

O dispositivo oferece uma combinação de alta fotossensibilidade e tempos de resposta rápidos, permitindo uma deteção fiável de sinais de IR modulados. A sua baixa capacitância de junção contribui para uma frequência de corte elevada, o que é benéfico para aplicações de comutação de alta velocidade.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. O LTR-516AB pode suportar uma tensão reversa máxima (V_R) de 30V. A sua dissipação de potência máxima é de 150 mW a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C. O dispositivo está classificado para operar dentro de uma gama de temperaturas de -40°C a +85°C e pode ser armazenado em ambientes de -55°C a +100°C. Para soldadura, os terminais podem tolerar 260°C durante até 5 segundos quando medidos a 1,6mm do corpo do invólucro.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes parâmetros são medidos em condições de teste específicas a T_A=25°C e definem o desempenho do dispositivo.

• Tensão de Ruptura Reversa (V_(BR)R): Mínimo de 30V a I_R=100µA. Esta é a tensão à qual a junção entra em ruptura.
• Corrente de Escuridão Reversa (I_D(R)): Máximo de 30 nA a V_R=10V. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando não há luz incidente no dispositivo.
• Tensão em Circuito Aberto (V_OC): Típico de 350 mV quando iluminado com luz IR de 940nm a uma irradiância (E_e) de 0,5 mW/cm². Esta é a tensão gerada nos terminais em aberto.
• Corrente de Curto-Circuito (I_S): Típico de 2 µA (mín. 1,7 µA) a V_R=5V, λ=940nm, e E_e=0,1 mW/cm². Este parâmetro representa a fotocorrente gerada quando a saída está em curto-circuito.
• Tempo de Subida/Descida (T_r, T_f): Máximo de 50 ns cada. Estes parâmetros definem a velocidade de comutação do fototransístor quando excitado por uma fonte de luz pulsada, com uma resistência de carga (R_L) de 1 kΩ e V_R=10V.
• Capacitância Total (C_T): Máximo de 25 pF a V_R=3V e f=1 MHz. Uma baixa capacitância é crucial para operação em alta frequência.
• Comprimento de Onda de Sensibilidade de Pico (λ_SMAX): Aproximadamente 900 nm. O dispositivo é mais sensível à luz infravermelha próxima deste comprimento de onda.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características que ilustram o comportamento do dispositivo em condições variáveis.

3.1 Corrente de Escuridão vs. Tensão Reversa

A Figura 1 mostra a relação entre a corrente de escuridão reversa (I_D) e a tensão reversa aplicada (V_R). A corrente de escuridão mantém-se muito baixa (na gama de pA a nA baixos) ao longo da gama de tensão especificada, o que é essencial para manter uma boa relação sinal-ruído na deteção com pouca luz.

3.2 Capacitância vs. Tensão Reversa

A Figura 2 descreve como a capacitância da junção (C_t) diminui à medida que a tensão de polarização reversa aumenta. Esta é uma característica típica das junções PN. Operar com uma polarização reversa mais elevada pode reduzir a capacitância, melhorando assim a resposta em alta frequência.

3.3 Dependência da Temperatura

A Figura 3 mostra que a fotocorrente (I_P) tem um coeficiente de temperatura positivo; geralmente aumenta com a temperatura ambiente para um nível de irradiância constante. A Figura 4 ilustra que a corrente de escuridão (I_D) aumenta exponencialmente com a temperatura. Os projetistas devem ter em conta estas variações em aplicações com amplas gamas de temperatura de operação.

3.4 Resposta Espectral

A Figura 5 é um gráfico crítico que mostra a sensibilidade espectral relativa em função do comprimento de onda. A resposta atinge o pico por volta dos 900 nm e estende-se aproximadamente de 700 nm a 1100 nm, cobrindo o espectro do infravermelho próximo. O invólucro azul-escuro atenua eficazmente a sensibilidade abaixo de aproximadamente 700 nm (luz visível).

3.5 Fotocorrente vs. Irradiância

A Figura 6 demonstra a relação linear entre a fotocorrente gerada (I_P) e a irradiância infravermelha incidente (E_e) a 940 nm. Esta linearidade é importante para aplicações de sensoriamento analógico.

3.6 Curva de Derating

A Figura 8 apresenta a curva de derating da dissipação de potência total em função da temperatura ambiente. A dissipação de potência máxima permitida diminui linearmente à medida que a temperatura ambiente sobe acima de 25°C. Esta curva é vital para garantir uma operação fiável e prevenir a fuga térmica.

4. Informações Mecânicas e do Pacote

4.1 Dimensões do Pacote

O LTR-516AB é fornecido num pacote radial com terminais padrão de 3mm. As dimensões principais incluem o diâmetro do corpo, o espaçamento dos terminais e o comprimento total. A resina epóxi azul-escura é moldada numa forma de lente. Existe uma pequena saliência no corpo do invólucro, com uma nota de que a resina projetada sob esta saliência tem uma altura máxima de 1,5mm. O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais emergem do invólucro. Todas as tolerâncias dimensionais são de ±0,25mm, salvo indicação em contrário.

4.2 Identificação da Polaridade

O terminal mais longo é tipicamente o coletor, e o terminal mais curto é o emissor. O lado plano na borda do invólucro também pode servir como um indicador visual para a orientação correta. Consulte sempre o diagrama do pacote para uma identificação definitiva dos pinos.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

O dispositivo é adequado para processos de soldadura por onda ou soldadura manual. O valor máximo absoluto especifica que os terminais podem suportar 260°C durante 5 segundos quando medidos a 1,6mm (0,063\") do corpo do invólucro. Recomenda-se o uso de um ferro de soldar com controlo de temperatura e minimizar o tempo total de exposição ao calor para evitar danos ao invólucro de epóxi ou ao chip semicondutor interno. Evite aplicar tensão mecânica aos terminais durante e após a soldadura.

6. Sugestões de Aplicação

6.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O LTR-516AB é comumente usado numa configuração simples de emissor comum. O coletor é ligado a uma tensão de alimentação positiva (V_CC) através de uma resistência de carga (R_L). O emissor é ligado ao terra. Quando a luz IR incide sobre o fototransístor, este liga, causando uma queda de tensão em R_L. Este sinal de tensão pode ser enviado para um comparador, ADC de microcontrolador ou amplificador para processamento adicional. O valor de R_Lafeta o ganho, a largura de banda e a excursão de saída; uma resistência de 1 kΩ é usada na condição de teste de tempo de subida/descida.

6.2 Considerações de Projeto

• Polarização: Aplicar uma polarização reversa (V_R) reduz a capacitância da junção, melhorando a velocidade, mas pode aumentar ligeiramente a corrente de escuridão.
• Rejeição de Luz Ambiente: O invólucro azul-escuro proporciona uma excelente rejeição da luz visível. No entanto, para aplicações em ambientes com fontes fortes de IR (por exemplo, luz solar, lâmpadas incandescentes), pode ser necessário filtragem ótica adicional ou design da carcaça.
• Velocidade vs. Sensibilidade: Uma resistência de carga menor (R_L) melhora a velocidade de comutação, mas reduz a excursão da tensão de saída para uma determinada fotocorrente. Os projetistas devem equilibrar estes fatores com base nas necessidades da aplicação.
• Compensação de Temperatura: Para sensoriamento analógico de precisão numa ampla gama de temperaturas, pode ser necessário um circuito para compensar a variação da corrente de escuridão e da fotocorrente.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

A principal característica diferenciadora do LTR-516AB é o seu invólucro azul-escuro, que não se encontra nos fototransístores padrão transparentes ou "water-clear". Este filtro integrado torna-o superior para aplicações exclusivas de IR, simplificando o design ótico. Comparado com fotodíodos, os fototransístores fornecem ganho interno, resultando numa corrente de saída mais elevada para o mesmo nível de luz, mas tipicamente têm tempos de resposta mais lentos. O tempo de subida/descida de 50 ns do LTR-516AB posiciona-o bem para protocolos de comunicação IR de velocidade média.

8. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a finalidade do invólucro azul-escuro?

R: Atua como um filtro para bloquear a maior parte da luz visível, permitindo que principalmente a luz infravermelha atinja o chip semicondutor. Isto melhora o desempenho em sistemas de IR, reduzindo o ruído da luz visível ambiente.

P: Posso usar este sensor para detetar luz visível?

R: Não, a sua sensibilidade no espectro visível é severamente atenuada pelo filtro do invólucro. Foi especificamente concebido para deteção de infravermelhos.

P: Como escolho o valor da resistência de carga (R_L)?

R: A escolha envolve um compromisso. Um R_Lmais elevado dá mais tensão de saída por unidade de fotocorrente (ganho mais alto), mas aumenta a constante de tempo RC, abrandando a resposta. Comece com o valor de 1 kΩ da condição de teste e ajuste com base na velocidade e nível de sinal necessários.

P: Qual é a diferença entre a corrente de curto-circuito (I_S) e a fotocorrente num circuito?

R: I_Sé um parâmetro medido em condições específicas de curto-circuito. Num circuito prático com uma resistência de carga, a corrente de saída será ligeiramente menor devido à resistência interna do transístor e à polarização aplicada.

9. Princípio de Funcionamento

Um fototransístor é um transístor de junção bipolar (BJT) onde a junção base-coletor é exposta à luz. Fotões incidentes com energia superior ao bandgap do semicondutor geram pares eletrão-lacuna na região de depleção desta junção. Estes portadores são arrastados pelo campo elétrico, criando uma corrente de base. Esta corrente de base fotogerada é então amplificada pelo ganho de corrente do transístor (h_FE), resultando numa corrente de coletor muito maior. Assim, um pequeno sinal de luz controla uma corrente de saída maior.

10. Tendências de Desenvolvimento

O campo da optoelectrónica continua a avançar no sentido de maior integração, invólucros mais pequenos (como dispositivos de montagem em superfície) e desempenho melhorado. As tendências incluem fototransístores e fotodíodos integrados com circuitos de amplificação e condicionamento de sinal num único chip (circuitos integrados optoelectrónicos), reduzindo a complexidade do sistema. Existe também um desenvolvimento contínuo em materiais e embalagens para melhorar a sensibilidade, velocidade e seletividade de comprimento de onda para aplicações emergentes em sensoriamento, LiDAR e comunicações óticas.