Ficha Técnica do Fototransistor LTR-5888DHP1 - Embalagem Verde Escuro - Vce 30V - Pc 100mW - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTR-5888DHP1 é um fototransistor de alta sensibilidade concebido para aplicações de deteção de infravermelhos (IR). A sua função principal é converter a luz infravermelha incidente numa corrente elétrica. Uma característica fundamental é a sua embalagem especial de plástico verde escuro, projetada para atenuar ou bloquear os comprimentos de onda da luz visível. Este projeto minimiza a interferência de fontes de luz visível ambiente, tornando o dispositivo particularmente adequado para aplicações onde o sinal de interesse está puramente no espectro infravermelho, como sensores de proximidade, deteção de objetos e recetores de telecomandos IR.

O dispositivo oferece uma ampla gama de operação para a corrente do coletor e caracteriza-se por tempos de comutação rápidos, permitindo-lhe responder rapidamente a alterações na iluminação IR. Esta combinação de filtragem óptica, sensibilidade e velocidade torna-o um componente versátil para vários sistemas eletrónicos que requerem uma deteção IR fiável.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. O funcionamento nestas condições não é garantido.

• Dissipação de Potência (P_C):100 mW. Esta é a potência máxima que o dispositivo pode dissipar sob a forma de calor a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Exceder este limite arrisca fuga térmica e falha.
• Tensão Coletor-Emissor (V_CEO):30 V. A tensão máxima que pode ser aplicada entre os terminais do coletor e do emissor quando a base (região sensível à luz) está em aberto.
• Tensão Emissor-Coletor (V_ECO):5 V. A tensão reversa máxima aplicável entre o emissor e o coletor.
• Gama de Temperatura de Funcionamento:-40°C a +85°C. A gama de temperatura ambiente para a qual o dispositivo foi projetado para funcionar corretamente.
• Gama de Temperatura de Armazenamento:-55°C a +100°C. A gama de temperatura para armazenamento não operacional.
• Temperatura de Soldadura dos Terminais:260°C durante 5 segundos a uma distância de 1,6mm do corpo do encapsulamento. Isto define a restrição do perfil de soldadura por refluxo para evitar danos no encapsulamento.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são especificados a T_A=25°C e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Tensões de Ruptura: V_(BR)CEO(30V mín.) e V_(BR)ECO(5V mín.). Estas são as tensões às quais a junção entra em ruptura sob correntes de teste especificadas sem iluminação (E_e= 0 mW/cm²).
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(SAT)):0,4V máx. a I_C= 100µA e E_e= 1 mW/cm². Esta é a queda de tensão no transistor quando está totalmente "ligado" (saturado) sob iluminação. Um V_CE(SAT)mais baixo é desejável para uma comutação eficiente.
• Tempos de Comutação:Tempo de Subida (T_r) é 15 µs típico e Tempo de Descida (T_f) é 18 µs típico, medidos sob V_CC=5V, I_C=1mA, e R_L=1kΩ. Estes tempos determinam a rapidez com que a saída pode responder a uma entrada de luz pulsada.
• Corrente de Escuridão do Coletor (I_CEO):100 nA máx. a V_CE=10V sem iluminação. Esta é a pequena corrente de fuga que flui quando o dispositivo está em completa escuridão. Uma corrente de escuridão mais baixa indica uma melhor relação sinal-ruído na deteção com pouca luz.
• Rácio de Corrente do Coletor (R):0,8 a 1,25. Este parâmetro provavelmente especifica a correspondência entre dois fototransistores ou canais, importante para aplicações de sensoriamento diferencial.

3. Explicação do Sistema de Binning

O LTR-5888DHP1 emprega um sistema de binning abrangente baseado na sua Corrente do Coletor em Estado Ligado (I_C(ON)). O binning é um processo de controlo de qualidade que agrupa componentes com características de desempenho semelhantes. São fornecidas duas tabelas de binning: uma para a gama de ajuste de produção e outra para a gama final garantida.

O parâmetro I_C(ON)é definido como a corrente média do coletor em condições padronizadas (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm²). Os dispositivos são classificados em bins rotulados de A a H, cada um com uma gama específica de I_C(ON)(ex., Bin A: 0,20mA a 0,26mA para ajuste de produção). Cada bin está associado a uma marcação de cor distinta (Vermelho, Preto, Verde, Azul, Branco, Roxo, Amarelo, Laranja). Isto permite aos projetistas selecionar dispositivos com sensibilidade rigorosamente controlada para os requisitos específicos do seu circuito, garantindo um desempenho consistente do sistema. Por exemplo, uma aplicação que requer um limiar de ativação preciso beneficiaria da utilização de dispositivos de um único bin, de gama estreita.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas características típicas, que fornecem uma visão visual do comportamento do dispositivo em condições variáveis.

• Figura 1: Corrente de Escuridão do Coletor vs. Temperatura Ambiente:Este gráfico mostra como I_CEOaumenta exponencialmente com o aumento da temperatura. Esta é uma consideração crítica para aplicações de alta temperatura, uma vez que o aumento da corrente de escuridão pode mascarar sinais ópticos fracos.
• Figura 2: Dissipação de Potência do Coletor vs. Temperatura Ambiente:Esta curva de derating ilustra que a dissipação de potência máxima permitida (P_C) diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. A 85°C, a potência máxima que o dispositivo pode suportar é significativamente inferior à especificação de 100mW a 25°C. Os projetistas devem usar esta curva para garantir uma operação térmica segura.
• Figura 3: Tempo de Subida e Descida vs. Resistência de Carga:Este gráfico demonstra que os tempos de comutação (T_re T_f) aumentam com uma maior resistência de carga (R_L). Para aplicações que requerem velocidade máxima, deve ser escolhido um valor mais baixo de R_L, embora isto afete a excursão da tensão de saída.
• Figura 4: Corrente Relativa do Coletor vs. Irradiância:Esta é a função de transferência fundamental do fototransistor. Mostra que a corrente do coletor aumenta linearmente com a irradiância infravermelha incidente (E_e) numa determinada gama. A inclinação desta linha representa a responsividade ou sensibilidade do dispositivo.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

O dispositivo utiliza uma embalagem especial de plástico verde escuro. As dimensões da embalagem são fornecidas na ficha técnica com todas as medidas em milímetros. Notas dimensionais importantes incluem: uma tolerância de ±0,25mm salvo indicação em contrário, uma protuberância máxima da resina sob o flange de 1,5mm, e o espaçamento dos terminais medido no ponto onde estes saem da embalagem. O material verde escuro é crucial pelas suas propriedades de filtragem óptica, bloqueando a luz visível para melhorar o desempenho específico para IR.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

A diretriz principal fornecida está relacionada com o stress térmico da soldadura. Os terminais podem ser sujeitos a uma temperatura de 260°C durante um máximo de 5 segundos, medidos num ponto a 1,6mm (0,063 polegadas) do corpo do encapsulamento. Esta especificação é crítica para definir um perfil de soldadura por refluxo seguro. Exceder este limite de tempo-temperatura pode causar danos internos no chip semicondutor, nas ligações por fio ou no próprio encapsulamento de plástico, levando a falha imediata ou fiabilidade reduzida a longo prazo. As práticas padrão da indústria para o manuseamento de dispositivos sensíveis à humidade (MSL) também devem ser seguidas, salvo indicação em contrário.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Recetores de Telecomandos por Infravermelhos:Deteção de sinais IR modulados de telecomandos de TV, ar condicionado, etc.
• Deteção de Proximidade e Objetos:Utilizado em torneiras automáticas, secadores de mãos, dispensadores de toalhas de papel e robótica para detetar a presença de um objeto.
• Contagem e Triagem Industrial:Deteção de objetos em correias transportadoras quando emparelhado com um emissor IR.
• Codificadores Ópticos:Deteção de ranhuras ou marcas num disco rotativo para medição de posição ou velocidade.
• Detetores de Fumo:Em alguns desenhos de câmara óptica, para detetar luz dispersa por partículas de fumo.

7.2 Considerações de Projeto

• Polarização:O fototransistor pode ser usado em modo interruptor (saturado) ou modo linear (ativo). No modo interruptor (configuração de emissor comum com uma resistência de pull-up), fornece uma saída digital. No modo linear (frequentemente com um amplificador operacional), fornece uma saída analógica proporcional à intensidade da luz.
• Resistência de Carga (R_L):O valor de R_Lno circuito do coletor é uma escolha de projeto fundamental. Um R_Lmenor proporciona uma comutação mais rápida (ver Fig. 3) mas resulta numa excursão de tensão de saída menor para uma determinada fotocorrente. Um R_Lmaior dá uma excursão de tensão maior mas uma resposta mais lenta.
• Rejeição de Luz Ambiente:Embora a embalagem verde escuro ajude, para ambientes com IR ambiente forte (ex., luz solar, lâmpadas incandescentes), pode ser necessária uma filtragem elétrica adicional. Utilizar uma fonte IR modulada e um circuito recetor demodulador é uma técnica altamente eficaz.
• Gestão Térmica:Consulte a Figura 2 (curva de derating) para garantir que a dissipação de potência do dispositivo permanece dentro dos limites seguros à temperatura ambiente máxima de funcionamento esperada.
• Seleção de Binning:Escolha o bin de sensibilidade apropriado (A-H) com base no nível de sinal requerido e na intensidade esperada da fonte IR para otimizar o desempenho e a consistência do circuito.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O principal diferenciador do LTR-5888DHP1 é a sua embalagem verde escuro dedicada para supressão de luz visível. Comparado com fototransistores transparentes ou não filtrados, oferece um desempenho superior em ambientes com luz visível ambiente elevada, sendo menos provável que seja ativado falsamente. A sua combinação de uma V_CEOrelativamente alta (30V), velocidade de comutação rápida (gama dos µs) e um sistema de binning detalhado para sensibilidade torna-o uma escolha robusta e amigável para o projeto para uma vasta gama de tarefas de sensoriamento IR. O binning abrangente permite uma correspondência precisa em aplicações que requerem múltiplos sensores ou pontos de ativação muito consistentes.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é o propósito da embalagem verde escuro?

R: Atua como um filtro de luz visível. Atenua a luz no espectro visível (aprox. 400-700nm) enquanto permite que os comprimentos de onda infravermelhos (tipicamente >700nm) passem para o chip semicondutor. Isto melhora a relação sinal-ruído em aplicações exclusivamente de IR.

P: Como interpreto as duas tabelas de binning diferentes?

R: A tabela "Ajuste de Produção" mostra as gamas internas mais apertadas usadas durante a fabricação para classificar os dispositivos. A tabela "Gama em Estado Ligado" mostra a gama de especificação mais ampla e garantida em que o cliente pode confiar. Dispositivos de um único bin de produção terão um desempenho mais consistente do que aqueles que simplesmente cumprem a gama garantida mais ampla.

P: Posso usar este dispositivo sob luz solar direta?

R: Embora a embalagem filtre a luz visível, a luz solar contém uma quantidade significativa de radiação infravermelha. Isto pode saturar o sensor. Para uso exterior ou em ambientes com IR ambiente forte, é fortemente recomendado o uso de blindagem óptica, filtragem elétrica ou um sistema de fonte IR modulada.

P: O que acontece se exceder a temperatura/tempo de soldadura dos terminais?

R: Pode causar danos irreversíveis: fusão do encapsulamento, rutura das ligações internas por fio ou degradação das propriedades do semicondutor. Respeite sempre a diretriz de 260°C durante 5 segundos a 1,6mm do corpo.

10. Estudo de Caso de Projeto Prático

Cenário: Projetar um Sensor de Proximidade para um Dispensador Automático de Sabão.

O objetivo é detetar uma mão colocada a ~5-10cm abaixo de um bico. Um LED emissor IR é colocado em frente ao detetor LTR-5888DHP1, ambos virados para a zona de deteção.

Passos do Projeto:

1. Configuração do Circuito:Use o fototransistor em modo interruptor de emissor comum. Ligue o emissor ao terra, o coletor a uma resistência de pull-up (R_L) ligada a uma tensão de alimentação (ex., 5V). O sinal de saída é retirado do nó do coletor.

2. Seleção de Componentes:Escolha um LED IR com um comprimento de onda correspondente à sensibilidade de pico do fototransistor. Selecione um valor de R_L(ex., 10kΩ) que proporcione uma boa excursão de tensão. Com base na intensidade IR refletida esperada, selecione um fototransistor do Bin D ou E para sensibilidade média.

3. Modulação (Opcional mas Recomendada):Para rejeitar a luz ambiente, acione o LED IR com uma corrente pulsada (ex., 38kHz). Siga a saída do fototransistor com um filtro passa-banda ou um CI recetor IR dedicado sintonizado na mesma frequência. Isto torna o sistema imune ao IR ambiente constante.

4. Deteção de Limiar:A tensão de saída no coletor diminuirá quando uma mão refletir a luz IR para o detetor. Um comparador ou o ADC de um microcontrolador pode ser usado para detetar esta alteração de tensão e acionar a bomba de sabão.

5. Considerações:Tenha em conta o aumento da corrente de escuridão com a temperatura (Fig. 1) ao definir o limiar de deteção. Certifique-se de que a dissipação de potência do dispositivo está dentro dos limites de acordo com a Fig. 2.

11. Princípio de Funcionamento

Um fototransistor é fundamentalmente um transistor de junção bipolar (BJT) onde a região da base é exposta à luz e não está ligada a um terminal elétrico. Os fotões incidentes com energia superior ao bandgap do semicondutor são absorvidos na região da junção base-coletor. Esta absorção cria pares eletrão-lacuna. O campo elétrico na junção base-coletor polarizada inversamente varre estes portadores de carga, gerando uma fotocorrente. Esta fotocorrente atua como a corrente de base do transistor. Devido ao ganho de corrente do transistor (β ou h_FE), a corrente resultante do coletor é a fotocorrente multiplicada pelo ganho (I_C≈ β * I_photo). Esta amplificação interna é o que dá a um fototransistor uma sensibilidade muito maior do que um simples fotodíodo. O material da embalagem verde escuro absorve a maioria dos fotões de luz visível, enquanto os fotões infravermelhos podem passar e ser absorvidos pelo silício para gerar a corrente de sinal.

12. Tendências Tecnológicas

O campo da optoelectrónica para sensoriamento continua a evoluir. Tendências relevantes para dispositivos como o LTR-5888DHP1 incluem:

Integração:Movimento em direção a soluções integradas que combinam o fotodetector, o amplificador e a lógica digital (como um disparador de Schmitt ou modulador/demodulador) num único encapsulamento (ex., módulos recetores IR).

Miniaturização:Desenvolvimento de fototransistores em embalagens de montagem em superfície mais pequenas para atender às exigências da eletrónica de consumo compacta.

Filtragem Aprimorada:Uso de filtros de interferência mais sofisticados depositados diretamente no chip ou na embalagem para fornecer uma seletividade de comprimento de onda mais acentuada, melhorando a rejeição de fontes de luz ambiente indesejadas.

Otimização para Aplicação Específica:Os dispositivos estão cada vez mais a ser caracterizados e classificados em bins para aplicações muito específicas (ex., deteção de pulsos específicos para comunicação de dados, corrente de escuridão muito baixa para medição de precisão), em vez de serem componentes de uso geral.