LTR-5888DH Fototransistor Datenblatt - Dunkelgrünes Gehäuse - 30V Kollektor-Emitter-Spannung - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der LTR-5888DH ist ein leistungsstarker Infrarot (IR)-Fototransistor für Sensoranwendungen, die eine zuverlässige Erkennung von Infrarotlicht erfordern. Seine Hauptfunktion ist die Umwandlung einfallender Infrarotstrahlung in einen elektrischen Strom. Das Bauteil ist in einem speziellen dunkelgrünen Kunststoffgehäuse untergebracht, einem Schlüsselmerkmal, das seine Empfindlichkeit gegenüber sichtbarem Licht erheblich reduziert. Dieser Filtereffekt minimiert Störungen durch Umgebungslichtquellen und verbessert so das Signal-Rausch-Verhältnis und die Zuverlässigkeit in dedizierten Infrarotsensorsystemen. Das Bauteil zeichnet sich durch einen weiten Arbeitsbereich für den Kollektorstrom, hohe Empfindlichkeit gegenüber IR-Licht und schnelle Schaltzeiten aus, was es für Anwendungen geeignet macht, die eine schnelle Reaktion erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für den Betrieb unter bestimmten Maximalbedingungen ausgelegt, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten und Schäden zu vermeiden. Die maximale Verlustleistung beträgt 100 mW. Die Kollektor-Emitter-Spannung (V_CEO) kann bis zu 30V standhalten, während die Emitter-Kollektor-Spannung (V_ECO) auf 5V begrenzt ist. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, und es kann in Umgebungen von -55°C bis +100°C gelagert werden. Beim Löten können die Anschlüsse 5 Sekunden lang einer Temperatur von 260°C standhalten, gemessen in 1,6mm Abstand vom Bauteilkörper.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Detaillierte Leistungsparameter sind bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C spezifiziert. Die Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung (V_(BR)CEO) beträgt typischerweise 30V bei einem Kollektorstrom (I_C) von 1mA ohne Bestrahlung. Die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(SAT)) liegt zwischen 0,1V und 0,4V, wenn der Kollektorstrom 100µA unter einer Bestrahlungsstärke von 1 mW/cm² beträgt. Die Schaltgeschwindigkeit wird durch die Anstiegszeit (T_r) und die Abfallzeit (T_f) definiert, die unter den Testbedingungen V_CC=5V, I_C=1mA und einem Lastwiderstand (R_L) von 1 kΩ mit 15 µs bzw. 18 µs angegeben sind. Der Kollektor-Dunkelstrom (I_CEO), der der Leckstrom bei Lichtabwesenheit ist, liegt bei V_CE=10V zwischen 0,1 nA und 100 nA.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Der LTR-5888DH verwendet ein Binning-System, um Bauteile basierend auf ihrem Kollektorstrom im eingeschalteten Zustand (I_C(ON)) zu kategorisieren. Dieser Parameter ist der durchschnittliche Strom, den der Fototransistor unter standardisierten Bedingungen (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm²) erzeugt. Das Datenblatt enthält zwei Binning-Tabellen: eine für die "Einstellung der Produktion" und eine für den garantierten "Kollektorstrombereich im eingeschalteten Zustand".

Jedes Bin (A bis H) entspricht einem bestimmten Bereich von I_C(ON) und wird durch eine Farbmarkierung auf dem Bauteil identifiziert. Beispielsweise hat Bin A (rot markiert) in der Produktionseinstellung einen I_C(ON)-Bereich von 0,20 mA bis 0,26 mA, während sein garantierter Bereich 0,16 mA bis 0,31 mA beträgt. Dieses Binning ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit konsistenter Empfindlichkeit für ihre spezifischen Schaltungsanforderungen auszuwählen und so eine vorhersehbare Leistung in der Serienproduktion sicherzustellen. Die Bins reichen von niedrigerer Empfindlichkeit (Bin A) bis zu höherer Empfindlichkeit (Bin H).

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Kollektor-Dunkelstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Abbildung 1 zeigt, dass der Kollektor-Dunkelstrom (I_CEO) exponentiell mit steigender Umgebungstemperatur zunimmt. Dies ist ein kritischer Aspekt für Hochtemperaturanwendungen, da ein erhöhter Leckstrom das Signalniveau im ausgeschalteten Zustand und das Rauschgrundniveau der Sensorikschaltung beeinflussen kann.

4.2 Kollektor-Leistungsverlust in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Abbildung 2 zeigt die Derating-Kurve für die maximal zulässige Kollektor-Verlustleistung (P_C). Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die maximal sichere Verlustleistung linear ab. Diese Grafik ist für das thermische Management und die Sicherstellung, dass das Bauteil innerhalb seines sicheren Arbeitsbereichs (SOA) arbeitet, unerlässlich.

4.3 Anstiegs- und Abfallzeit in Abhängigkeit vom Lastwiderstand

Abbildung 3 zeigt die Beziehung zwischen der Schaltgeschwindigkeit (Anstiegszeit T_r und Abfallzeit T_f) und dem Lastwiderstand (R_L). Sowohl T_r als auch T_f nehmen mit höherem Lastwiderstand zu. Entwickler können diese Kurve nutzen, um den Kompromiss zwischen Schaltgeschwindigkeit und Ausgangsspannungshub durch Auswahl eines geeigneten R_L value.

zu optimieren.

4.4 Relativer Kollektorstrom in Abhängigkeit von der Bestrahlungsstärke_eAbbildung 4 stellt den relativen Kollektorstrom gegen die Infrarot-Bestrahlungsstärke (E

) dar. Die Kurve zeigt eine sublineare Beziehung, bei der die Zuwachsrate des Kollektorstroms bei höheren Bestrahlungsstärken abnimmt. Diese Eigenschaft definiert die Empfindlichkeit und den Dynamikbereich des Fototransistors.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein Standard-Fototransistorgehäuse. Wichtige Maßangaben umfassen: Alle Maße sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Der maximale Harzüberstand unter dem Flansch beträgt 1,5mm. Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse den Gehäusekörper verlassen. Das dunkelgrüne Kunststoffmaterial wurde speziell für seine optischen Filtereigenschaften ausgewählt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Anschlüsse können bei einer maximalen Temperatur von 260°C für eine Dauer von nicht mehr als 5 Sekunden gelötet werden. Dies sollte in einem Abstand von 1,6mm (0,063 Zoll) vom Gehäusekörper gemessen werden, um thermische Schäden am Halbleiterchip im Inneren zu verhindern. Standard-Wellen- oder Reflow-Lötverfahren, die mit diesem Temperaturprofil kompatibel sind, können verwendet werden. Es sollte darauf geachtet werden, während der Handhabung und Platzierung übermäßige mechanische Belastung der Anschlüsse zu vermeiden.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Der LTR-5888DH ist ideal für verschiedene Infrarot-Erkennungsanwendungen, einschließlich Objekterkennung und -zählung, Schlitzsensoren (z.B. in Druckern oder Verkaufsautomaten), Näherungserkennung und industrielle Automatisierung, bei der das Lichtschrankenprinzip verwendet wird. Sein dunkelgrünes Gehäuse macht ihn besonders geeignet für Umgebungen mit hohem Umgebungslicht, wie bei Tageslicht oder heller Innenbeleuchtung.

7.2 Designüberlegungen_LBei der Schaltungsentwicklung ist der Wert des Lastwiderstands (R_L) entscheidend. Ein kleinerer R_L ermöglicht schnelleres Schalten (wie in Abbildung 3 zu sehen), führt aber bei einem gegebenen Fotostrom zu einem kleineren Ausgangsspannungshub. Ein größerer R

ergibt einen größeren Spannungshub, aber eine langsamere Reaktion. Die Betriebsspannung sollte die absoluten Maximalwerte nicht überschreiten. Die Binning-Auswahl sollte mit der erforderlichen Empfindlichkeit für die erwartete IR-Signalstärke der Anwendung übereinstimmen. Für einen stabilen Betrieb sollte die Temperaturabhängigkeit des Dunkelstroms berücksichtigt werden, insbesondere in Hochtemperaturumgebungen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal des LTR-5888DH ist sein dunkelgrünes Gehäuse. Im Vergleich zu Standardgehäusen in klar oder farblos wirkt dieses Gehäuse als eingebauter Filter für sichtbares Licht. Dies macht einen externen optischen Filter überflüssig oder reduziert den Bedarf, vereinfacht die Montage, reduziert die Bauteilanzahl und kann die Kosten senken. Die Kombination aus hoher Empfindlichkeit, schnellem Schalten und einem weiten Kollektorstrombereich macht ihn zu einer vielseitigen Wahl unter Infrarot-Fototransistoren.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
F: Was ist der Zweck des dunkelgrünen Gehäuses?

A: Der dunkelgrüne Kunststoff filtert einen erheblichen Teil des sichtbaren Lichts heraus, sodass hauptsächlich Infrarotlicht den empfindlichen Bereich des Fototransistors erreicht. Dies verbessert die Leistung in Umgebungen mit hellem Umgebungslicht, indem Fehlauslösungen oder Rauschen reduziert werden.
F: Wie wähle ich das richtige Bin für meine Anwendung aus?

A: Wählen Sie ein Bin basierend auf der erwarteten Infrarotsignalstärke in Ihrer Anwendung. Wenn die IR-Quelle schwach oder weit entfernt ist, kann ein Bin mit höherer Empfindlichkeit (z.B. H, Orange) erforderlich sein. Für starke Signale könnte ein Bin mit niedrigerer Empfindlichkeit (z.B. A, Rot) ausreichen und Vorteile wie einen niedrigeren Dunkelstrom bieten. Konsultieren Sie immer den garantierten Strombereich, nicht nur den Produktionseinstellungsbereich.
F: Warum hängt die Schaltgeschwindigkeit vom Lastwiderstand ab?

A: Der Lastwiderstand und die interne Kapazität des Fototransistors bilden einen RC-Schaltkreis. Ein größerer Widerstand erhöht die RC-Zeitkonstante, verlangsamt das Laden und Entladen dieser Kapazität während der Schaltvorgänge und erhöht so die Anstiegs- und Abfallzeiten.

10. Praktischer Anwendungsfall
Fall: Papiererkennung in einem Bürodrucker

In einem Drucker-Papierfachsensor befindet sich eine Infrarot-LED auf einer Seite des Papierwegs und der LTR-5888DH direkt gegenüber. Wenn Papier vorhanden ist, blockiert es den IR-Strahl, wodurch der Strom des Fototransistors sinkt. Das dunkelgrüne Gehäuse ist hier entscheidend, weil Drucker oft in gut beleuchteten Büros verwendet werden. Es verhindert, dass fluoreszierende oder LED-Raumlichter als IR-Signal von der LED fehlinterpretiert werden, und gewährleistet so eine zuverlässige Papierleererfassung. Typischerweise würde ein Bin mit mittlerer Empfindlichkeit (z.B. C oder D) ausgewählt, und ein Lastwiderstandswert würde gewählt, um ein sauberes digitales Ausgangssignal an den Mikrocontroller des Druckers mit einer angemessenen Ansprechzeit für die Papierbewegung zu liefern.

11. Funktionsprinzip

Ein Fototransistor funktioniert ähnlich wie ein Standard-Bipolartransistor (BJT), jedoch mit einer lichtempfindlichen Basisregion. Anstelle eines Basisstroms erzeugen einfallende Photonen (Lichtteilchen) Elektron-Loch-Paare im Basis-Kollektor-Übergang, wenn ihre Energie ausreicht. Diese photogenerierten Ladungsträger wirken als Basisstrom, der dann durch die Stromverstärkung (Beta, β) des Transistors verstärkt wird. Dies führt zu einem Kollektorstrom, der viel größer ist als der ursprüngliche Fotostrom und somit hohe Empfindlichkeit bietet. Der LTR-5888DH ist optimiert, um auf Photonen im Infrarot-Wellenlängenbereich zu reagieren.

12. Technologietrends