Te has metido de lleno en el diseño de un interruptor óptico de infrarrojos y ahora estás mirando las hojas de datos para averiguar qué fototransistor de 940 nm no te fallará. Yo he pasado por eso más veces de las que puedo contar: retocando circuitos a altas horas de la noche porque la pieza equivocada provocaba falsos disparos o respuestas lentas. Elegir el fototransistor de infrarrojos de 940 nm adecuado puede ser la clave de tu proyecto, especialmente cuando se trata de una detección fiable en todo tipo de condiciones de iluminación.
Los interruptores ópticos por infrarrojos están por todas partes: desde sensores industriales que detectan objetos en cintas transportadoras hasta simples interruptores en aparatos de consumo. La clave está en emparejar un LED de infrarrojos (que suele alcanzar un pico de 940 nm) con un transistor receptor de infrarrojos. Si el emparejamiento es incorrecto, el interruptor puede ignorar la señal o apagarse con la luz solar que entra por una ventana.
Vamos a explicarlo paso a paso, como si estuviéramos charlando tomando un café. Compartiré lo que he aprendido en proyectos reales, aportaré algunos datos sólidos de los estándares del sector y te ayudaré a evitar los quebraderos de cabeza que he visto (y causado) por el camino.
Por qué 940 nm es la longitud de onda preferida para la mayoría de los conmutadores ópticos IR
Bien, lo primero es lo primero: ¿por qué molestarse con 940 nm? Resulta que no es aleatorio. Casi todos los mandos a distancia por infrarrojos utilizan 940 nm porque es un punto dulce. La eficiencia del LED es decente, la sensibilidad del fototransistor alcanza su punto máximo en esa zona y, como gran ventaja, se reducen las interferencias de la luz ambiental.
La luz solar y las luces de interior emiten una gran cantidad de energía infrarroja, pero ésta disminuye en torno a los 940 nm en comparación con longitudes de onda más cortas, como 850 nm. Los datos reales muestran que las configuraciones de 940 nm se enfrentan a menos interferencias del ambiente exterior porque la radiación solar tiene una caída en ese rango. Por eso, los equipos de visión nocturna o las cámaras de seguridad suelen inclinarse por los de 940 nm cuando necesitan sigilo y fiabilidad sin ese tenue resplandor rojo que se obtiene con los de 850 nm.
En el diseño de interruptores ópticos, esto significa que su fototransistor infrarrojo de 940 nm no se asustará tanto por el ruido IR de fondo. He trabajado en un proyecto de sensor de fábrica en el que el cambio a una pieza de 940 nm correctamente adaptada redujo las falsas detecciones en más de 70% cuando la máquina estaba cerca de luces fluorescentes.
La longitud de onda de máxima sensibilidad es clave aquí. La mayoría de los fototransistores de calidad están ajustados para alcanzar su máxima respuesta en torno a los 940 nm. Si tu LED es de 940nm pero el detector alcanza su pico en 880nm, estás perdiendo una gran cantidad de intensidad de señal, a veces 30-50% menos de corriente de salida.
Fototransistor de Si Serie PTCP PTCP001-102
Fototransistor de silicio de alta sensibilidad diseñado para la detección de precisión en el rango espectral de 800-1100 nm. Este sensor IR de plástico negro garantiza un ruido mínimo y una alta fiabilidad. Ideal para aplicaciones industriales que requieren un fototransistor de silicio robusto con una excelente velocidad de respuesta.
Desglose de las especificaciones que debe comprobar para su fototransistor de 940 nm
Muy bien, ya se ha decidido por 940 nm, ¿qué más importa? No todos los fototransistores de 940 nm se fabrican igual. Estas son las cosas que siempre miro primero en una hoja de datos.
- Corriente luminosa del colector (sensibilidad): Indica cuánta corriente de salida se obtiene con una ráfaga IR estándar (normalmente 1mW/cm² a 940nm). Un valor más alto es mejor para señales débiles, pero un valor demasiado alto puede amplificar el ruido.
- Corriente oscura: La fuga cuando no incide la luz. Debe ser muy baja, por debajo de 100 nA, para evitar falsos disparos en habitaciones luminosas.
- Tiempo de subida/bajada (velocidad de respuesta): Para los objetos que se mueven rápidamente en el conmutador óptico, el objetivo debe ser inferior a 10-15µs. Los más lentos (más de 50µs) funcionan bien para la detección estática, pero son un lastre en las configuraciones dinámicas.
- Respuesta angular: La amplitud del ángulo de detección. Un ángulo medio de unos 20-30° es habitual en los interruptores enfocados.
Ejemplos reales de grandes empresas como Everlight y Vishay: sus piezas de 940 nm suelen mostrar un pico de sensibilidad de exactamente 940 nm, corrientes oscuras de entre 10 y 100 nA y tiempos de respuesta de entre 5 y 15 µs. La serie PT91-21C de Everlight, por ejemplo, alcanza una sensibilidad sólida con una lente negra para filtrar la luz visible.
Aquí hay una tabla rápida comparando algunas especificaciones típicas que he sacado de partes comunes (basadas en hojas de datos reales de Everlight y similares):
| Parámetro | Orificio pasante típico (por ejemplo, estilo PT204-6C) | SMD típico (por ejemplo, estilo PT91-21C) | Por qué es importante en los conmutadores ópticos |
|---|---|---|---|
| Sensibilidad máxima Longitud de onda | 940 nm | 940 nm | Debe coincidir con su IR LED para la señal máxima |
| Corriente de colector (a 1mW/cm²) | 1-5 mA | 0,5-3 mA | Más alto para una detección de mayor alcance |
| Corriente oscura | <100nA | <50nA | Menor reduce los falsos disparos ambientales |
| Hora de subida/bajada | 15µs | 10µs | Más rápido para el paso rápido de objetos |
| Ángulo de visión (medio) | ±30° | ±20° | Más ancho para interrupciones del haz más amplias |
Estas cifras no están sacadas de la nada, sino que proceden directamente de las especificaciones de los fabricantes y pueden verificarse.
Fototransistor pasante frente a SMD: Elección de los lados para su construcción
Éste es un debate clásico. Los fototransistores de agujero pasante son los fiables de la vieja escuela, con patas que atraviesan la placa. Las versiones SMD se colocan planas sobre la superficie.
Los taladros pasantes son ideales para prototipos y entornos difíciles. Las soldaduras son más resistentes y soportan mejor las vibraciones y los ciclos de calor. Los he utilizado en prototipos de sensores de automoción en los que las placas sufren golpes y no fallan.
Los fototransistores SMD brillan en la producción. Son diminutos, permiten empaquetar más en una placa y el montaje automatizado los adora. Los cables más cortos implican menos inductancia parásita, lo que ayuda a velocidades de conmutación más altas. ¿El inconveniente? Soldarlos a mano es un asco si tienes que hacer muchos ajustes.
En el proyecto de un cliente (en el anonimato), empezamos con un taladro pasante para probar rápidamente un interruptor óptico en el mecanismo de una impresora. Una vez ajustado, cambiamos a SMD para el diseño compacto final: ahorramos espacio y redujimos costes en volumen.
Si lo que quieres es hacer un prototipo, opta por los agujeros pasantes. Para un diseño de interruptor óptico moderno y elegante, utilice SMD.
Fototransistor de Si Serie PTCP PTCP001-202
Mejore sus soluciones de conmutación con este fototransistor NPN de 800-1100 nm. Perfecto para interruptores fotoeléctricos, ofrece una alta disipación de potencia de hasta 90 mW. Este fototransistor de silicio ofrece un rendimiento constante en entornos adversos de -40°C a +85°C.
Consejos de la vida real tras años de trastear con conmutadores ópticos
A lo largo de los años, he visto fracasar diseños porque la gente ignoraba pequeños detalles. Por ejemplo, añadir un filtro de luz diurna (esas lentes negras de epoxi), que bloquea la luz visible y deja pasar la de 940 nm, lo que reduce en gran medida las interferencias ambientales.
Otro truco: Pulsa tu LED IR a 38kHz (frecuencia estándar del mando a distancia) y filtra el lado del receptor. El fototransistor de infrarrojos de 940 nm ignora los infrarrojos ambientales estables, pero se fija en la señal pulsada.
Una historia de éxito: un equipo que construye puertas de seguridad para maquinaria. Las primeras versiones se activaban aleatoriamente con las luces del taller. Adaptamos una pieza de 940 nm de alta sensibilidad con una respuesta angular ajustada, añadimos modulación y, ¡bum!.
Opciones sólidas que utilizamos en Bee Photon
En Bee Photon, tenemos algunos favoritos que se adaptan perfectamente a estas aplicaciones. Nuestro PTCP001-102 es un campeón de orificio pasante: picos nítidos a 940 nm, baja corriente oscura, ideal para prototipos resistentes. El PTCP001-202 es su hermano SMD, supercompacto y de respuesta rápida.
Consulte nuestra gama completa de fototransistores de silicio - se construyen teniendo en cuenta exactamente estas necesidades.
Hemos ayudado a montones de ingenieros a dar en el clavo con sus diseños de conmutadores ópticos. Si tienes problemas, merece la pena echarles un vistazo.
Preguntas frecuentes sobre fototransistores de 940 nm
¿Por qué la longitud de onda del pico de sensibilidad tiene que coincidir exactamente con 940 nm?
Si se desvía incluso 50 nm, se pierde intensidad de señal, a veces la mitad de la corriente. Por eso, los mandos a distancia de verdad se ciñen a 940 nm; un desajuste implica un alcance menor o una conmutación poco fiable.
¿Debo optar por un fototransistor con orificio pasante o SMD para un pequeño dispositivo de consumo?
SMD seguro si vas a la producción - ahorra espacio, más barato de montar. Pero si vas a crear un prototipo, empieza por un agujero pasante, más fácil de intercambiar y soldar a mano.
¿Cómo puedo evitar que la luz ambiental interfiera con el transistor de mi receptor de infrarrojos?
Utilice una pieza con una lente de filtro de luz diurna, mantenga baja la corriente oscura y module su LED. 940 nm ya ayuda frente a longitudes de onda más cortas, ya que la interferencia de la luz solar disminuye allí.
¿Cuál es un buen tiempo de respuesta para los conmutadores ópticos rápidos?
Menos de 15µs de subida/bajada para objetos que se mueven más rápido que unos pocos cm/s. Más lento está bien para la detección de presencia estática.
Para terminar: ordenemos su diseño
La elección del fototransistor de 940 nm adecuado se reduce a la coincidencia de longitud de onda, la precisión de las especificaciones y la elección del paquete que se adapte a su etapa de construcción. Si lo haces bien, tu interruptor óptico de infrarrojos funcionará a la perfección.
Si algo de esto le suena a su proyecto, pásese por Fotón abeja para más detalles. Tenemos muestras preparadas, y al equipo le encanta charlar sobre detalles concretos.
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