LTR-5576D Fototransistor Datenblatt - Gehäuse 3,0x2,8x1,9mm - Vce 30V - Leistung 100mW - Dunkelgrüner Filter - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTR-5576D ist ein Silizium-NPN-Fototransistor, der für Infrarot-Erkennungsanwendungen konzipiert ist. Seine Hauptfunktion besteht darin, einfallendes Infrarotlicht in einen elektrischen Strom an seinem Kollektoranschluss umzuwandeln. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal dieses Bauteils ist sein spezielles dunkelgrünes Kunststoffgehäuse. Dieses Verpackungsmaterial wurde speziell ausgewählt, um sichtbare Lichtwellenlängen zu dämpfen oder zu blockieren, wodurch die Empfindlichkeit und Selektivität des Bauteils für Infrarotstrahlung verbessert wird. Dies macht es besonders geeignet für Anwendungen, bei denen die Unterscheidung zwischen Umgebungslicht und dem beabsichtigten Infrarotsignal entscheidend ist.

Die Kernvorteile des LTR-5576D umfassen einen breiten Arbeitsbereich für den Kollektorstrom, der Designflexibilität bietet. Er bietet eine hohe Empfindlichkeit für Infrarotlicht und gewährleistet so eine zuverlässige Detektion auch bei geringeren Bestrahlungsstärken. Darüber hinaus verfügt er über schnelle Schaltzeiten, charakterisiert durch Anstiegs- und Abfallzeiten im Mikrosekundenbereich, was seinen Einsatz in Anwendungen ermöglicht, die eine schnelle Reaktion erfordern, wie z.B. Datenkommunikationsverbindungen, Objekterkennung und Geschwindigkeitsmessung.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C spezifiziert.

• Verlustleistung (P_D):100 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Grenzwerts riskiert thermisches Durchgehen und Ausfall.
• Kollektor-Emitter-Spannung (V_CEO):30 V. Die maximale Spannung, die zwischen Kollektor und Emitter bei offener (floating) Basis angelegt werden kann.
• Emitter-Kollektor-Spannung (V_ECO):5 V. Die maximale Sperrspannung, die zwischen Emitter und Kollektor angelegt werden kann.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem die Funktionsfähigkeit des Bauteils gemäß seinen elektrischen Spezifikationen garantiert ist.
• Lagertemperaturbereich:-55°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebenen Zustand ohne Degradation.
• Lötemperatur der Anschlüsse:260°C für 5 Sekunden, gemessen 1,6 mm vom Gehäusekörper entfernt. Dies definiert die Einschränkungen für das Reflow-Lötprofil.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

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

• Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung, V_(BR)CEO:30 V (Min). Gemessen bei I_C= 1mA und Null-Bestrahlungsstärke (E_e= 0 mW/cm²).
• Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung, V_(BR)ECO:5 V (Min). Gemessen bei I_E= 100μA und Null-Bestrahlungsstärke.
• Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung, V_CE(SAT):0,4 V (Max). Der Spannungsabfall über dem Bauteil, wenn es vollständig "eingeschaltet" (leitend) ist, getestet bei I_C= 50μA und E_e= 0,5 mW/cm². Ein niedriger V_CE(SAT)ist für effizientes Schalten wünschenswert.
• Schaltzeiten:
  • Anstiegszeit (T_r):15 μs (Typ). Die Zeit, die der Ausgangsstrom benötigt, um von 10% auf 90% seines Endwerts anzusteigen.
  • Abfallzeit (T_f):18 μs (Typ). Die Zeit, die der Ausgangsstrom benötigt, um von 90% auf 10% seines Anfangswerts abzufallen. Getestet bei V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ.
• Kollektor-Dunkelstrom (I_CEO):100 nA (Max). Der Leckstrom, der durch den Kollektor fließt, wenn kein Licht einfällt (E_e= 0 mW/cm²) und V_CE= 10V. Ein niedriger Dunkelstrom ist entscheidend für ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis bei der Schwachlichtdetektion.
• Verhältnis des Kollektorstroms im eingeschalteten Zustand (R):Definiert als I_L1/I_L2, mit einem typischen Wert von 1,0 und Min/Max von 0,8/1,25. Dieser Parameter bezieht sich auf die Konsistenz des Stromausgangs unter spezifischen Testbedingungen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Der LTR-5576D verwendet ein Binning-System basierend auf dem mittleren Kollektorstrom im eingeschalteten Zustand (I_C(ON)). Dieser Strom wird unter standardisierten Bedingungen gemessen: V_CE= 5V und einer Bestrahlungsstärke (E_e) von 1 mW/cm². Die Bauteile werden entsprechend ihrem gemessenen I_C(ON)-Bereich in verschiedene Bins (A bis F) sortiert. Jeder Bin ist mit einer spezifischen Farbmarkierung zur einfachen Identifikation versehen.

Es werden zwei Grenzwertsätze angegeben: die engerenProduktionseinstellungen-Bereiche, die während der Herstellungssortierung verwendet werden, und die weiterenQualitätskontroll- (Q.C.) Grenzwerte, die für die endgültige Abnahmeprüfung verwendet werden.

Dieses Binning ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit konsistenter Empfindlichkeit für ihre spezifischen Schaltungsanforderungen auszuwählen und so eine vorhersehbare Leistung in der Serienproduktion sicherzustellen.

4. Analyse der Leistungskurven

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

4.1 Kollektor-Dunkelstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb. 1)

Diese Kurve zeigt, dass der Kollektor-Dunkelstrom (I_CEO) exponentiell mit steigender Umgebungstemperatur zunimmt. Bei 25°C liegt er im Nanoampere-Bereich, kann aber am oberen Ende des Betriebstemperaturbereichs (+85°C) signifikant ansteigen. Diese Eigenschaft ist entscheidend für den Entwurf von Schaltungen, die über einen weiten Temperaturbereich stabil bleiben müssen, da der ansteigende Dunkelstrom als Offset- oder Rauschquelle wirkt.

4.2 Kollektor-Leistungsderating vs. Umgebungstemperatur (Abb. 2)

Dieses Diagramm zeigt das Derating der maximal zulässigen Verlustleistung mit steigender Umgebungstemperatur. Bei 25°C kann das Bauteil die vollen 100 mW abführen. Mit steigender Temperatur muss diese maximale Leistung linear reduziert werden, um das Überschreiten der Sperrschichttemperaturgrenze zu verhindern. Diese Kurve ist wesentlich für das thermische Management und die Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs in Umgebungen mit erhöhter Temperatur.

4.3 Anstiegs- & Abfallzeit vs. Lastwiderstand (Abb. 3)

Diese Darstellung zeigt die Beziehung zwischen Schaltgeschwindigkeit (T_r, T_f) und dem am Kollektor angeschlossenen Lastwiderstand (R_L). Die Schaltzeiten verringern sich mit abnehmendem Lastwiderstand. Dies liegt daran, dass ein kleinerer R_Lein schnelleres Laden und Entladen der Sperrschichtkapazität des Fototransistors und eventueller parasitären Kapazitäten in der Schaltung ermöglicht. Entwickler können diese Kurve nutzen, um R_Lfür eine gewünschte Balance zwischen Schaltgeschwindigkeit und Ausgangssignalamplitude zu optimieren.

4.4 Relativer Kollektorstrom vs. Bestrahlungsstärke (Abb. 4)

Diese Kurve zeigt die Übertragungsfunktion des Fototransistors: die Beziehung zwischen einfallender Infrarot-Bestrahlungsstärke (E_e, in mW/cm²) und dem resultierenden Kollektorstrom (I_C). Die Kurve ist typischerweise über einen bestimmten Bereich linear. Diese Linearität ist wichtig für analoge Erfassungsanwendungen, bei denen der Ausgangsstrom direkt proportional zur Lichtintensität sein soll. Die Darstellung erfolgt bei V_CE= 5V.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Der LTR-5576D ist in einem standardmäßigen 3-poligen Seitensichtgehäuse erhältlich. Wichtige Abmessungen (in Millimetern) sind wie folgt, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,15 mm, sofern nicht anders angegeben:

• Gehäusekörper: Etwa 3,0 mm Länge, 2,8 mm Höhe und 1,9 mm Tiefe (ohne Anschlüsse).
• Anschlussabstand: Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Anschlüsse ist ein Standardwert, gemessen an der Stelle, an der sie aus dem Gehäusekörper austreten.
• Überstehendes Harz: Maximal 1,5 mm Harz können unter dem Flansch überstehen.

Das dunkelgrüne Kunststoffmaterial des Gehäuses ist integraler Bestandteil seiner Funktion, da es sichtbares Licht herausfiltert.

5.2 Polaritätsidentifikation

Das Bauteil hat drei Anschlüsse: Emitter, Kollektor und Basis (oft unverbunden oder für einen Vorspannungswiderstand in einigen Konfigurationen verwendet). Die Pinbelegung ist für diesen Gehäusetyp standardmäßig, aber Entwickler müssen stets die detaillierte Gehäusezeichnung im Datenblatt für die korrekte Ausrichtung konsultieren. Eine falsche Verbindung kann das Bauteil beschädigen.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Der Umgang mit und die Montage von Fototransistoren erfordert Sorgfalt, um Schäden durch elektrostatische Entladung (ESD) und übermäßige Hitze zu vermeiden.

• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Das Bauteil ist ESD-empfindlich. Es müssen geeignete ESD-sichere Handhabungsverfahren eingehalten werden, einschließlich der Verwendung geerdeter Handgelenkbänder und leitfähiger Arbeitsflächen.
• Reflow-Löten:Der absolute Maximalwert für das Löten der Anschlüsse beträgt 260°C für 5 Sekunden, gemessen 1,6 mm vom Gehäusekörper entfernt. Dies entspricht einem Standard-bleifreien Reflow-Profil. Das Profil muss sorgfältig kontrolliert werden, um thermischen Schock oder das Überschreiten dieses Grenzwerts zu vermeiden.
• Wellenlöten:Falls verwendet, sollte Wellenlöten mit angemessener Vorwärmung durchgeführt werden, um die thermische Belastung des Kunststoffgehäuses zu minimieren.
• Reinigung:Verwenden Sie Reinigungsmittel, die mit dem dunkelgrünen Kunststoffmaterial kompatibel sind, um Verfärbungen oder Degradation zu vermeiden.
• Lagerung:Lagern Sie das Bauteil in einer trockenen, ESD-geschützten Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -55°C bis +100°C.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Objekterkennung und Annäherungssensorik:Verwendung in Geräten wie automatischen Wasserhähnen, Händetrocknern, Papierhandtuchspendern und Sicherheitssystemen, um die An- oder Abwesenheit eines Objekts durch Reflexion eines Infrarotstrahls zu erkennen.
• Industrieautomatisierung:Zum Zählen von Objekten auf einem Förderband, Erkennen der Position von Maschinenteilen oder in optischen Encodern für Geschwindigkeits- und Positionsrückmeldung.
• In Fernbedienungsempfängern (oft gepaart mit einer speziellen IC), Umgebungslichtsensoren zur Display-Helligkeitssteuerung und Schlitzsensoren in Druckern oder Laufwerken.Einfache Datenverbindungen:
• Für einfache, kurze Infrarot-Datenübertragung (z.B. IrDA-konforme Systeme mit niedrigeren Geschwindigkeiten).7.2 Designüberlegungen

Vorspannungsschaltung:

• Der Fototransistor kann in zwei gängigen Konfigurationen verwendet werden: als einfacher Schalter (mit einem Pull-up-Widerstand) oder im linearen Modus für analoge Erfassung. Der Wert des Lastwiderstands (R) ist kritisch und beeinflusst Verstärkung, Bandbreite (Schaltgeschwindigkeit) und Ausgangsspannungsausschlag._LUnterdrückung von Umgebungslicht:
• Das dunkelgrüne Gehäuse bietet eine signifikante Unterdrückung von sichtbarem Licht, ist aber nicht perfekt. Für Umgebungen mit hohem Umgebungslichtanteil können zusätzliche optische Filterung, modulierte IR-Signale oder synchrone Detektionstechniken erforderlich sein, um die Signalintegrität zu verbessern.Temperaturkompensation:
• Wie in den Kurven gezeigt, steigt der Dunkelstrom mit der Temperatur. Für präzise analoge Erfassung benötigen Schaltungen möglicherweise Temperaturkompensation oder den Einsatz des Bauteils in einer Differenzialkonfiguration, um den temperaturabhängigen Offset zu eliminieren.Linsen- und Gehäusedesign:
• Das Sichtfeld des Sensors wird durch sein Gehäuse bestimmt. Externe Linsen oder Blenden können verwendet werden, um den Erfassungsbereich nach Bedarf für die Anwendung zu fokussieren oder einzuschränken.8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal des LTR-5576D ist sein

dunkelgrünes Kunststoffgehäuse. Im Vergleich zu standardmäßigen klaren oder farblosen Gehäusen bietet dies eine inhärente Filterung von sichtbarem Licht und vereinfacht das optische Design in Umgebungen mit schwankendem Umgebungslicht. Seineschnellen Schaltzeiten(im Bereich von 15-18 μs) machen ihn geeignet für Anwendungen, die eine schnellere Reaktion erfordern als typische Fototransistoren, die Schaltzeiten im Bereich von zehn bis hundert Mikrosekunden haben können. Dasumfassende Binning-System(Bins A-F) bietet Entwicklern einen garantierten Empfindlichkeitsbereich und ermöglicht eine konsistentere Leistung in der Serienproduktion im Vergleich zu nicht gebinnten Teilen mit größeren Parameterschwankungen.9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck des dunkelgrünen Gehäuses?

A: Der dunkelgrüne Kunststoff fungiert als eingebauter optischer Filter. Er dämpft den größten Teil des sichtbaren Lichtspektrums, während Infrarotwellenlängen zum Siliziumchip durchgelassen werden. Dies reduziert die Reaktion des Sensors auf Umgebungsraumlicht, Sonnenlicht oder andere sichtbare Quellen erheblich, sodass er hauptsächlich auf das beabsichtigte Infrarotsignal reagiert.
F: Wie wähle ich den richtigen Lastwiderstand (R

)?_LA: Die Wahl beinhaltet einen Kompromiss. Ein größerer R
bietet einen höheren Ausgangsspannungsausschlag für einen gegebenen Fotostrom (höhere Verstärkung), führt aber zu langsameren Schaltzeiten (siehe Abb. 3). Ein kleinerer R_Lbietet eine schnellere Reaktion, aber geringere Verstärkung. Wählen Sie R_Lbasierend darauf, ob Ihre Priorität Empfindlichkeit (analoge Erfassung) oder Geschwindigkeit (digitales Schalten) ist._LF: Was bedeutet das Binning (A-F) für mein Design?

A: Binning gewährleistet Empfindlichkeitskonsistenz. Wenn Ihre Schaltung für einen bestimmten Stromschwellenwert ausgelegt ist, garantiert die Verwendung von Bauteilen aus demselben Bin, dass sie alle bei etwa demselben Lichtpegel auslösen. Das Mischen von Bins könnte dazu führen, dass einige Einheiten empfindlicher oder weniger empfindlich sind als andere. Wählen Sie einen Bin, dessen I
C(ON)_{-Bereich zum Arbeitspunkt Ihrer Schaltung passt.}F: Kann ich diesen Sensor bei direktem Sonnenlicht verwenden?

A: Obwohl das dunkelgrüne Gehäuse hilft, enthält direktes Sonnenlicht eine enorme Menge an Infrarotstrahlung, die den Sensor sättigen kann. Für Outdoor- oder Anwendungen mit hohem Umgebungs-IR-Anteil sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, wie optische Bandpassfilter, die auf die spezifische Wellenlänge Ihrer IR-Quelle abgestimmt sind, physikalische Abschirmung oder die Verwendung einer modulierten IR-Quelle mit synchroner Detektion.
10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Sensors für einen Papierhandtuchspender.

Das Ziel ist es, eine Hand unter dem Spender zu erkennen und den Motor zu aktivieren. Eine IR-LED-Emitter ist gegenüber dem LTR-5576D-Detektor platziert. Normalerweise trifft der IR-Strahl auf den Detektor und erzeugt einen Strom. Wenn eine Hand den Strahl unterbricht, sinkt der Strom.
Designschritte:

Schaltungskonfiguration:
1. Verwenden Sie den Fototransistor in einer Emitterschalter-Konfiguration. Verbinden Sie den Kollektor über einen Lastwiderstand Rmit einer Versorgungsspannung (z.B. 5V). Der Emitter ist mit Masse verbunden. Die Ausgangsspannung wird am Kollektorknoten abgegriffen._LAuswahl von R
2. Da Geschwindigkeit nicht kritisch ist (Handbewegung ist langsam), priorisieren Sie einen guten Signalausschlag. Aus Abb. 4 ergibt sich bei einer angemessenen Bestrahlungsstärke ein I_L:von ~500μA (Bin C). Die Wahl von R_C= 10kΩ ergibt einen Spannungsausschlag von ΔV = I_L* R_C≈ 5V, was hervorragend für das Ansteuern eines Logikeingangs ist._LBinning-Auswahl:
3. Wählen Sie einen Bin (z.B. Bin C oder D), der mit der Ausgabe der gewählten IR-LED bei der erforderlichen Erfassungsentfernung ausreichend Strom liefert. Dies gewährleistet ein zuverlässiges Auslösen.Immunität gegen Umgebungslicht:
4. Das dunkelgrüne Gehäuse des LTR-5576D unterdrückt automatisch die meisten Schwankungen der Raumbeleuchtung, wodurch das System robust ist, ohne komplexe Filterung.Ausgangssignalaufbereitung:
5. Die Kollektorspannung (hoch, wenn Strahl vorhanden, niedrig, wenn unterbrochen) kann direkt in einen Komparator oder einen Mikrocontroller-GPIO-Pin zur Verarbeitung eingespeist werden.11. Funktionsprinzip

Ein Fototransistor ist im Wesentlichen ein bipolarer Sperrschichttransistor (BJT), bei dem der Basisstrom durch Licht anstelle einer elektrischen Verbindung erzeugt wird. Beim LTR-5576D (NPN-Typ) erzeugen auf die Basis-Kollektor-Sperrschicht einfallende Infrarotphotonen Elektron-Loch-Paare. Diese photogenerierten Ladungsträger werden durch das elektrische Feld über die in Sperrrichtung vorgespannte Basis-Kollektor-Sperrschicht gezogen und erzeugen einen Fotostrom. Dieser Fotostrom wirkt als Basisstrom (I

) für den Transistor. Aufgrund der Stromverstärkung (β oder h_B) des Transistors ist der Kollektorstrom (I_FE) viel größer als der ursprüngliche Fotostrom (I_C≈ β * I_C). Diese interne Verstärkung ist es, die einem Fototransistor im Vergleich zu einer einfachen Fotodiode seine hohe Empfindlichkeit verleiht._B12. Technologietrends

Das Gebiet der optischen Sensorik entwickelt sich ständig weiter. Trends, die für Komponenten wie den LTR-5576D relevant sind, umfassen:

Integration:
Zunehmende Integration des Fotodetektors mit analoger Front-End-Schaltung (Transimpedanzverstärker, ADCs) und digitaler Logik in Ein-Chip-Lösungen oder Module.Wellenlängenspezifität:
Entwicklung von Detektoren mit schärferen spektralen Ansprechkurven oder Abstimmbarkeit für spezifische Anwendungen wie Gasdetektion oder biologische Analyse.Miniaturisierung:
Fortlaufende Verkleinerung der Gehäusegröße, um in immer kleinere Verbraucher- und Medizingeräte zu passen.Verbesserte Leistung:
Bemühungen, den Dunkelstrom weiter zu reduzieren, die Geschwindigkeit zu erhöhen und die Empfindlichkeit für Niedrigenergieanwendungen zu steigern. Das grundlegende Prinzip des Fototransistors bleibt gültig, aber seine Implementierung und die unterstützende Systemarchitektur schreiten weiter voran.Efforts to further reduce dark current, enhance speed, and increase sensitivity for low-power applications. The fundamental principle of the phototransistor remains valid, but its implementation and supporting system architecture continue to advance.