LTR-C951-TB IR-Emitter und -Detektor Datenblatt - 5mm Gehäuse - 30V Collector-Emitter - 940nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTR-C951-TB ist ein diskretes Infrarot (IR)-Fototransistor-Bauteil für Erfassungsanwendungen. Er gehört zu einer breiten Familie optoelektronischer Bauelemente, die für Systeme mit zuverlässiger Infrarot-Erkennung vorgesehen sind. Die Hauptfunktion dieser Komponente ist die Umwandlung einfallenden Infrarotlichts in ein entsprechendes elektrisches Signal an seinen Collector-Emitter-Anschlüssen. Das Design ist für die Integration in automatisierte Bestückungsprozesse und Standard-Oberflächenmontagetechnik (SMT)-Linien optimiert.

Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung einer Fototransistor-Struktur, die eine interne Verstärkung bietet und somit eine höhere Empfindlichkeit im Vergleich zu einfachen Fotodioden ermöglicht. Die integrierte schwarze Epoxid-Linsenkuppel hilft bei der Definition des Blickwinkels und kann ein gewisses Maß an Umgebungslichtunterdrückung bieten, obwohl das Datenblatt für dieses spezielle Modell keinen speziellen Filter zur Reduzierung von sichtbarem Lichtrauschen angibt. Die Komponente ist als konform mit RoHS und Green Product-Initiativen spezifiziert.

Der Zielmarkt und die Anwendungen sind klar auf kostengünstige, hochvolumige Konsum- und Industrie-Elektronik ausgerichtet. Wichtige Anwendungsbereiche umfassen Infrarot-Empfänger für Fernbedienungssysteme und leiterplattenmontierte Infrarotsensoren für Annäherungserkennung, Objekterkennung und einfache Datenübertragungsstrecken, bei denen hohe Geschwindigkeit nicht die primäre Anforderung ist.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb des Bauteils unter Bedingungen, die diese Werte überschreiten, wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung (P_D):100 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieser Grenze birgt das Risiko eines thermischen Durchgehens und Ausfalls.
• Collector-Emitter-Spannung (V_CEO):30 V. Die maximale Spannung, die zwischen den Collector- und Emitter-Anschlüssen bei offener Basis (Fototransistor-Betrieb) angelegt werden kann.
• Emitter-Collector-Spannung (V_ECO):5 V. Die maximale Sperrspannung, die zwischen Emitter und Collector angelegt werden kann.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem garantiert wird, dass das Bauteil seine veröffentlichten elektrischen Spezifikationen erfüllt.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-55°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung des Bauteils ohne Stromversorgung.
• Bedingung für Infrarot-Reflow-Lötung:Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden. Dies definiert die Toleranz des thermischen Profils für die SMT-Montage.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter werden unter spezifischen Testbedingungen bei T_A=25°C gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Collector-Emitter-Durchbruchspannung (V_(BR)CEO):30 V (Min). Bestätigt den absoluten Maximalwert unter einer spezifischen Testbedingung (I_R= 100µA, keine Beleuchtung).
• Emitter-Collector-Durchbruchspannung (V_(BR)ECO):5 V (Min). Bestätigt den Sperrspannungs-Nennwert.
• Collector-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(SAT)):0,4 V (Max). Wenn der Fototransistor unter Beleuchtung (E_e=0,5 mW/cm² bei 940nm) und mit einem Collector-Strom (I_C) von 100µA vollständig "ein" (gesättigt) ist, beträgt der Spannungsabfall zwischen Collector und Emitter 0,4V oder weniger. Ein niedrigerer V_CE(SAT)ist im Allgemeinen besser für Schaltanwendungen.
• Anstiegszeit (T_r) & Abfallzeit (T_f):15 µs (Typ). Diese Parameter spezifizieren die Geschwindigkeit des Bauteils. Unter einer Testbedingung von V_CE=5V, I_C=1mA und R_L=1kΩ benötigt der Ausgang etwa 15 Mikrosekunden, um von 10% auf 90% seines Endwerts anzusteigen, wenn er beleuchtet wird, und weitere 15 µs, um zurückzufallen, wenn das Licht entfernt wird. Dies deutet auf ein Bauteil hin, das für niedrige bis moderate Frequenzanwendungen (bis zu Zehner-kHz) geeignet ist, nicht für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung.
• Collector-Dunkelstrom (I_CEO):100 nA (Max). Dies ist der Leckstrom, der durch den Collector-Emitter-Übergang fließt, wenn das Bauteil in völliger Dunkelheit (E_e= 0 mW/cm²) und mit V_CE=20V ist. Ein niedrigerer Dunkelstrom ist für ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis bei schwachen Lichtverhältnissen wünschenswert.
• Collector-Strom im Ein-Zustand (I_C(ON)):5,5 mA (Typ). Dies ist der typische Collector-Strom, der erzeugt wird, wenn das Bauteil mit einer spezifischen Bestrahlungsstärke von 0,5 mW/cm² bei 940nm Infrarotlicht beleuchtet und mit V_CE=5V vorgespannt wird. Dieser Parameter steht in direktem Zusammenhang mit der Empfindlichkeit des Bauteils.

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf einen Abschnitt für "Typische elektrische / optische Kennlinien." Obwohl die spezifischen Grafiken im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung für das Design ableiten.

Typische Kurven für einen Fototransistor wie den LTR-C951-TB würden umfassen:

• Collector-Strom (I_C) vs. Bestrahlungsstärke (E_e):Dies ist die wichtigste Kurve, die die Beziehung zwischen einfallender Lichtleistung und Ausgangsstrom für verschiedene Collector-Emitter-Spannungen (V_CE) zeigt. Sie demonstriert die Linearität (oder Nichtlinearität) der Antwort und ermöglicht es Designern, die erforderliche Bestrahlungsstärke zur Erzielung eines gewünschten Ausgangsstroms zu berechnen.
• Collector-Strom (I_C) vs. Collector-Emitter-Spannung (V_CE):Dies sind Ausgangskennlinien, die für verschiedene Bestrahlungsstärken aufgezeichnet sind. Sie zeigen die Arbeitsbereiche (Sättigung und Aktiv) des Fototransistors und helfen bei der Auswahl des geeigneten Lastwiderstands (R_L).
• Spektrale Empfindlichkeit:Eine Kurve, die die relative Empfindlichkeit des Bauteils über verschiedene Lichtwellenlängen zeigt. Während das Bauteil mit 940nm-Licht getestet wird, würde diese Kurve seine Reaktion auf andere IR-Wellenlängen (z.B. 850nm, 880nm) und möglicherweise sichtbares Licht zeigen, was auf die Notwendigkeit einer optischen Filterung hinweist, wenn eine spezifische Wellenlängenisolierung erforderlich ist.
• Temperaturabhängigkeit:Kurven, die zeigen, wie sich Schlüsselparameter wie Dunkelstrom (I_CEO) und Empfindlichkeit über den Betriebstemperaturbereich ändern. Der Dunkelstrom steigt typischerweise exponentiell mit der Temperatur an, was ein kritischer Faktor in Hochtemperatur- oder Präzisionsanwendungen sein kann.

Designer müssen diese Grafiken konsultieren, um das Verhalten des Bauteils unter ihren spezifischen Schaltungs- und Umweltbedingungen genau zu modellieren, da die tabellierten typischen Werte nur eine Momentaufnahme bei 25°C liefern.

4. Mechanische & Gehäuseinformationen

4.1 Umrissabmessungen

Das Bauteil folgt einem standardisierten Gehäuseumriss. Die bereitgestellte Maßzeichnung (im Datenblatt referenziert) spezifiziert die physikalische Größe, Anschlussabstände und Linsengeometrie. Wichtige Merkmale sind ein schwarzer Epoxidkörper mit einer Linsenkuppel, die bei der Steuerung der Richtungsantwort (Blickwinkel) des Sensors hilft. Das Gehäuse ist für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten ausgelegt und erleichtert die Serienfertigung.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Fototransistoren sind polarisierte Bauteile. Die Umrisszeichnung im Datenblatt zeigt den Pinout eindeutig an: Collector (C) und Emitter (E). Eine falsche Polaritätsverbindung während der Leiterplattenbestückung verhindert die Funktion des Bauteils.

4.3 Vorgeschlagene Lötpad-Anordnung & Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält ein Diagramm "Vorgeschlagene Lötpad-Abmessungen". Dies ist eine kritische Referenz für Leiterplatten-Layout-Designer. Es liefert die empfohlene Kupferpad-Geometrie (Größe und Form) auf der Leiterplatte, um eine zuverlässige Lötstellenbildung während der Reflow-Lötung zu gewährleisten und gleichzeitig die Belastung der Komponente zu minimieren. Die Einhaltung dieser Empfehlungen ist für die Fertigungsausbeute und Langzeitzuverlässigkeit wesentlich.

Darüber hinaus detailliert der Abschnitt "Gehäuseabmessungen von Band und Rolle", wie die Komponenten für die automatisierte Montage geliefert werden. Er spezifiziert die Abmessungen des Trägerbands, die Taschenabstände, den Rolldurchmesser (7 Zoll) und die Ausrichtung der Teile innerhalb des Bandes. Diese Informationen sind für die korrekte Programmierung der SMT-Bestückungsmaschine von entscheidender Bedeutung.

5. Montage-, Lager- & Handhabungsrichtlinien

5.1 Löt- und Reflow-Profil

Das Bauteil ist für Infrarot-Reflow-Lötprozesse ausgelegt. Die absolute Maximalbedingung ist eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden. Das Datenblatt empfiehlt die Einhaltung eines JEDEC-Standard-Reflow-Profils, das typischerweise eine Vorwärmphase (150-200°C), einen kontrollierten Anstieg zur Spitzentemperatur und eine kontrollierte Abkühlphase umfasst. Die Einhaltung der Spezifikationen des Lotpastenherstellers wird ebenfalls betont. Für manuelle Reparaturen sollte die Lötkolbentemperatur 300°C nicht überschreiten, mit einer Kontaktzeit von maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.

5.2 Lagerbedingungen

Feuchtigkeitsempfindlichkeit ist ein kritischer Faktor für Kunststoff-SMD-Komponenten. Die LEDs/Fototransistoren sind in einer feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel verpackt.

• Versiegelte Verpackung:Sollte bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert werden. Die Haltbarkeit unter diesen Bedingungen beträgt ein Jahr.
• Geöffnete Verpackung:Komponenten, die der Umgebungsluft ausgesetzt sind, sollten bei ≤30°C und ≤60% RH gelagert werden. Es wird dringend empfohlen, den IR-Reflow-Prozess innerhalb einer Woche (168 Stunden) nach dem Öffnen des Beutels abzuschließen. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung müssen die Komponenten in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre gelagert werden. Wenn sie länger als eine Woche gelagert werden, ist vor dem Löten ein Ausheizen bei 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning"-Schäden während des Reflows zu verhindern.

5.3 Reinigung

Wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol (IPA) verwendet werden. Aggressive chemische Reiniger können die Epoxydlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

Der LTR-C951-TB wird in einer standardmäßigen EIA-Verpackung für die automatisierte Montage geliefert. Die Komponenten werden in ein geprägtes Trägerband geladen, das dann auf 7-Zoll-Rollen aufgewickelt wird. Jede Rolle enthält 1500 Stück. Das Band hat eine Deckfolie, um die Komponenten während der Handhabung und des Versands zu schützen. Das Datenblatt vermerkt die Konformität mit der ANSI/EIA 481-1-A-1994-Spezifikation für Band- und Rollenverpackung.

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Das Datenblatt bietet eine grundlegende Treiberschaltungsempfehlung. Ein Fototransistor ist ein stromausgebendes Bauteil. In einer typischen Schaltanwendung wird er in einer Common-Emitter-Konfiguration geschaltet:

• Der Collector ist über einen Lastwiderstand (R_CC) mit der Versorgungsspannung (V_L) verbunden.
• Der Emitter ist mit Masse verbunden.
• Das Ausgangssignal wird vom Collector-Knoten abgenommen.

Wenn kein Licht einfällt, ist der Fototransistor aus (hohe Impedanz), und die Ausgangsspannung am Collector wird auf V_CChochgezogen (abzüglich eines kleinen Dunkelstromabfalls über R_L). Bei Beleuchtung schaltet der Fototransistor ein, Strom fließt, und die Ausgangsspannung sinkt auf ein niedriges Niveau (nahe V_CE(SAT)). Der Wert von R_Lwird basierend auf der gewünschten Ausgangsspannungsauslenkung, der Geschwindigkeit (da er mit den Schaltungsparasiten eine RC-Zeitkonstante bildet) und dem verfügbaren Fotostrom (I_C(ON)) gewählt.

7.2 Designhinweise und Vorsichtsmaßnahmen

• Unempfindlichkeit gegen Umgebungslicht:Die schwarze Linse bietet eine gewisse Filterung, aber für den Betrieb in Umgebungen mit starkem Umgebungs-IR (Sonnenlicht, Glühlampen) kann ein zusätzlicher externer IR-Durchlass-/Sichtlicht-Sperrfilter erforderlich sein, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
• Geschwindigkeitsbegrenzungen:Mit Anstiegs-/Abfallzeiten im Bereich von Zehnermikrosekunden ist dieses Bauteil nicht für Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation (z.B. IrDA) geeignet. Es ist ideal für Fernbedienungscodes (z.B. RC-5, NEC) und einfache Ein/Aus-Erkennung.
• Vorspannung für linearen Betrieb:Wenn es in einem linearen (analogen) Modus anstelle eines Schalters verwendet wird, muss das Bauteil in seinem aktiven Bereich (V_CE> V_CE(SAT)) betrieben werden. Die in den I_Cvs. E_e-Kurven gezeigten nichtlinearen Eigenschaften müssen berücksichtigt werden.
• Anwendungsbereich:Das Datenblatt enthält einen Standardhinweis, dass die Komponente für allgemeine Elektronikanwendungen vorgesehen ist. Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, insbesondere in lebenserhaltenden, sicherheitskritischen oder Transportsystemen, erfordern eine vorherige Konsultation und wahrscheinlich eine Bauteilqualifizierung.

8. Funktionsprinzip

Ein Fototransistor ist ein bipolarer Transistor (BJT), bei dem die Basisregion Licht ausgesetzt ist, anstatt elektrisch kontaktiert zu werden. Der Basis-Collector-Übergang wirkt als Fotodiode. Wenn Photonen mit ausreichender Energie (in diesem Fall Infrarot) auf diesen Übergang treffen, erzeugen sie Elektron-Loch-Paare. Dieser photogenerierte Strom wirkt als Basisstrom (I_B) für den Transistor. Der Transistor verstärkt diesen Strom dann um seine Gleichstromverstärkung (h_FE), was zu einem viel größeren Collector-Strom (I_C= h_FE* I_B(photo)) führt. Diese interne Verstärkung ist es, die dem Fototransistor im Vergleich zu einer einfachen Fotodiode, die keine interne Verstärkung hat, seine hohe Empfindlichkeit verleiht. Das schwarze Epoxidgehäuse beherbergt den Halbleiterchip und bildet die Linsenkuppel, die einfallendes Licht auf den empfindlichen Bereich fokussiert.

9. FAQ basierend auf technischen Parametern

F1: Was ist der typische Blickwinkel dieses Bauteils?

A1: Das Datenblatt gibt keinen numerischen Blickwinkel an. Die schwarze Linsenkuppel bietet typischerweise einen moderaten Blickwinkel (z.B. ±20° bis ±40° ist für solche Gehäuse üblich), aber der genaue Wert sollte aus der detaillierten Umrisszeichnung oder durch Kontaktaufnahme mit dem Hersteller bestätigt werden.

F2: Kann ich diesen mit einer 850nm IR-LED verwenden?

A2: Das Bauteil wird getestet und sein I_C(ON)bei 940nm spezifiziert. Fototransistoren haben im Allgemeinen eine breite spektrale Empfindlichkeit im nahen Infrarotbereich. Es wird wahrscheinlich auf 850nm-Licht reagieren, aber mit möglicherweise unterschiedlicher Empfindlichkeit. Für optimale Leistung und vorhersehbare Signalpegel wird die Paarung mit einem IR-Emitter bei seiner Spitzenempfindlichkeitswellenlänge (wahrscheinlich um 940nm) empfohlen. Konsultieren Sie die spektrale Empfindlichkeitskurve.

F3: Wie wähle ich den Wert des Lastwiderstands (R_L)?

A3: R_Lwird basierend auf Ihrer Versorgungsspannung (V_CC), den gewünschten Ausgangslogikpegeln und der erforderlichen Geschwindigkeit gewählt. Für eine 5V-Versorgung: Um einen guten Logik-'Low'-Pegel (z.B.<0,8V) sicherzustellen, wenn der Transistor eingeschaltet ist, gilt: R_L≤ (V_CC- V_CE(SAT)) / I_C(ON). Mit V_CC=5V, V_CE(SAT)=0,4V, I_C(ON)=5,5mA, R_L≤ (5-0,4)/0,0055 ≈ 836Ω. Ein Standard-1kΩ-Widerstand ist eine übliche Wahl, die einen guten Kompromiss zwischen Stromverbrauch und Ausgangsspannungsauslenkung bietet. Für höhere Geschwindigkeit ist ein kleinerer R_Lbesser (reduziert die RC-Zeitkonstante), erhöht aber den Stromverbrauch.

F4: Warum ist der Dunkelstrom wichtig?

A4: Der Dunkelstrom (I_CEO) setzt das Grundrauschen des Sensors. In einer dunklen Umgebung fließt dieser Strom immer noch durch R_L, was einen kleinen Spannungsabfall erzeugt. Dies begrenzt das minimal detektierbare Lichtsignal. In Hochtemperaturanwendungen steigt der Dunkelstrom signifikant an und kann den Ausgang sättigen, wodurch der Sensor unbrauchbar wird.