LTR-S971-TB IR-Fototransistor Datenblatt - Seitenansichtsgehäuse - Vce 30V - Deutsche technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der LTR-S971-TB ist ein diskreter Infrarot (IR)-Fototransistor, der für Erfassungsanwendungen konzipiert ist. Er gehört zu einer breiten Familie optoelektronischer Bauteile, die für den Einsatz in Umgebungen vorgesehen sind, die eine zuverlässige Erkennung von Infrarotlicht erfordern. Die Hauptfunktion dieser Komponente ist die Umwandlung einfallender Infrarotstrahlung in ein elektrisches Signal, speziell einen Kollektorstrom, der proportional zur empfangenen IR-Leistungsdichte ist.

Seine Kernvorteile umfassen eine Kuppellinse in Seitenansicht, die in einem schwarzen Gehäuse untergebracht ist. Dies hilft, das Sichtfeld zu lenken und potenziell Störungen durch Umgebungslicht aus anderen Winkeln zu reduzieren. Das Bauteil ist für moderne Montageprozesse verpackt, wird auf 8-mm-Band auf 13-Zoll-Rollen geliefert und ist somit kompatibel mit automatischen Bestückungsgeräten und Infrarot-Reflow-Lötprozessen. Es entspricht auch den RoHS- und Green-Product-Standards.

Die Zielmärkte und Anwendungen für diesen Fototransistor liegen hauptsächlich in der Unterhaltungselektronik und der industriellen Sensorik. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen zählen der Einsatz als Infrarotempfänger in Systemen wie Fernbedienungen sowie die Ermöglichung von leiterplattenmontierter Infrarotsensorik für Funktionen wie Annäherungserkennung, Objekterfassung und grundlegende Datenübertragungsstrecken, bei denen IR das Medium ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die Leistung des LTR-S971-TB wird durch eine Reihe absoluter Grenzwerte und detaillierter elektrischer/optischer Kennwerte definiert, alle spezifiziert bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):100 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
• Kollektor-Emitter-Spannung (V_CE):30 V. Die maximale Spannung, die zwischen den Kollektor- und Emitter-Anschlüssen angelegt werden kann.
• Emitter-Kollektor-Spannung (V_EC):5 V. Die maximale Sperrspannung, die zwischen Emitter und Kollektor angelegt werden kann.
• Betriebstemperaturbereich (T_op):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für einen zuverlässigen Betrieb des Bauteils.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-55°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält 260°C für maximal 10 Sekunden stand, was seine Reflow-Lötfähigkeit definiert.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter spezifizierten Testbedingungen und repräsentieren das typische Betriebsverhalten.

• Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung (V_(BR)CEO):30 V (Min). Gemessen mit einem Sperrstrom (I_R) von 100µA und ohne einfallende IR-Beleuchtung (E_e= 0 mW/cm²).
• Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung (V_(BR)ECO):5 V (Min). Gemessen mit I_E= 100µA und ohne Beleuchtung.
• Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(SAT)):0,4 V (Max). Die Spannung über dem Bauteil, wenn es vollständig "eingeschaltet" ist, getestet bei I_C= 100µA unter einer Bestrahlungsstärke von 0,5 mW/cm².
• Anstiegszeit (T_r) & Abfallzeit (T_f):15 µs (Typ). Diese Schaltgeschwindigkeitsparameter werden gemessen mit V_CE=5V, I_C=1mA und R_L=1kΩ, was seine Eignung für die Erkennung mittlerer Geschwindigkeiten anzeigt.
• Kollektor-Dunkelstrom (I_CEO):100 nA (Max). Der Leckstrom, der von Kollektor zu Emitter fließt, wenn kein Licht vorhanden ist, bei V_CE=20V. Ein niedrigerer Wert ist besser für das Signal-Rausch-Verhältnis.
• Kollektorstrom im eingeschalteten Zustand (I_C(ON)):4,0 mA (Typ). Der Ausgangsstrom, wenn das Bauteil beleuchtet wird, getestet bei V_CE=5V unter einer Bestrahlungsstärke von 0,5 mW/cm² von einer 940nm-Quelle. Dies ist ein wichtiger Empfindlichkeitsparameter.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf einen Abschnitt für typische elektrische/optische Kennlinien. Diese grafischen Darstellungen sind für Entwicklungsingenieure entscheidend, um das Bauteilverhalten über Einzelpunktspezifikationen hinaus zu verstehen.

Während die spezifischen Kurven im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Diagramme für einen Fototransistor wie den LTR-S971-TB Folgendes umfassen:

• Kollektorstrom (I_C) gegenüber Kollektor-Emitter-Spannung (V_CE):Eine Kurvenschar, parametrisiert durch verschiedene Pegel der einfallenden Infrarot-Bestrahlungsstärke (E_e). Dies zeigt die Ausgangskennlinien und den Sättigungsbereich.
• Kollektorstrom (I_C) gegenüber einfallender Bestrahlungsstärke (E_e):Diese Darstellung, oft bei festem V_CE, zeigt die Linearität (oder Nichtlinearität) der Reaktion des Fototransistors auf die Lichtintensität, was für seine Empfindlichkeit zentral ist.
• Spektrale Empfindlichkeit:Eine Kurve, die die relative Empfindlichkeit des Bauteils über verschiedene Lichtwellenlängen zeigt. Während die Testbedingung 940nm spezifiziert, würde diese Kurve die Spitzenantwortwellenlänge und die Empfindlichkeitsbandbreite zeigen, wichtig zum Ausfiltern unerwünschter Lichtquellen.
• Temperaturabhängigkeit:Diagramme, die zeigen, wie Schlüsselparameter wie Dunkelstrom (I_CEO) und Kollektorstrom (I_C) sich mit der Umgebungstemperatur ändern, was für Designs, die außerhalb der Raumtemperatur arbeiten, kritisch ist.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Umrissabmessungen

Das Bauteil verfügt über ein Seitenansichtsgehäuse mit einer Kuppellinse. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Die genaue mechanische Zeichnung definiert die Gehäusegröße, Anschlussabstände, Linsenposition und den Gesamtplatzbedarf, die für das Leiterplattenlayout entscheidend sind.

4.2 Vorgeschlagene Lötpad-Abmessungen

Ein empfohlenes Landmuster (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt. Die Einhaltung dieser Abmessungen gewährleistet eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, mechanische Stabilität und Wärmeableitung während des Lötprozesses.

4.3 Verpackungsabmessungen von Band und Rolle

Detaillierte Zeichnungen spezifizieren die Trägerbandabmessungen (Taschengröße, Teilung), das Deckband und die Rollenabmessungen. Diese Informationen sind für den Aufbau der automatisierten Montagelinie unerlässlich. Wichtige spezifizierte Angaben sind eine 13-Zoll-Rolle mit 9000 Stück, wobei maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile erlaubt sind, gemäß ANSI/EIA 481-1-A-1994-Standards.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Lagerbedingungen

Das Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich. In seinem versiegelten feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel sollte es bei ≤30°C und ≤90% r.F. gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Nach dem Öffnen darf die Lagerumgebung 30°C und 60% r.F. nicht überschreiten. Bauteile, die länger als eine Woche außerhalb ihrer Originalverpackung waren, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebrannt) werden, um "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

5.2 Lötparameter

Reflow-Löten:Ein JEDEC-konformes Profil wird empfohlen.

• Vorwärmen: 150–200°C für maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur: Maximal 260°C.
• Zeit über 260°C: Maximal 10 Sekunden, wobei maximal zwei Reflow-Zyklen erlaubt sind.

Handlöten (Lötkolben):

• Kolbentemperatur: Maximal 300°C.
• Kontaktzeit: Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.

Das Datenblatt betont, dass das optimale Profil vom spezifischen Leiterplattendesign, den verwendeten Bauteilen und dem Lotpaste abhängt.

5.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden.

6. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

6.1 Treiberschaltungs-Design

Ein Fototransistor ist im Grunde ein stromausgebendes Bauteil. Das Datenblatt bietet entscheidende Anleitung für den Betrieb mehrerer Bauteile.Schaltungsmodell (A)ist die empfohlene Konfiguration, bei der jeder Fototransistor seinen eigenen seriellen strombegrenzenden Widerstand hat, der mit der Versorgungsspannung verbunden ist. Dies gewährleistet Intensitätsgleichmäßigkeit, indem geringfügige Variationen in den Strom-Spannungs (I-V)-Kennlinien zwischen einzelnen Bauteilen kompensiert werden.Schaltungsmodell (B), bei dem mehrere Bauteile einen einzelnen Widerstand teilen, wird abgeraten, da es aufgrund von Bauteiltoleranzen zu ungleichmäßiger Helligkeit oder Stromaufteilung führen kann.

6.2 Anwendungsbereich und Vorsichtsmaßnahmen

Die Komponente ist für Standard-Elektronikgeräte (Büro, Kommunikation, Haushalt) vorgesehen. Das Datenblatt enthält einen spezifischen Hinweis, sie nicht in sicherheitskritischen oder hochzuverlässigen Anwendungen – wie Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltung oder Verkehrssteuerungssysteme – ohne vorherige Konsultation und Qualifizierung zu verwenden, da ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte.

6.3 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarot-Fernbedienungsempfänger:Erkennung modulierter IR-Signale von Fernbedienungen.
• Annäherungs- und Objekterkennung:Erfassung der An- oder Abwesenheit eines Objekts durch Erkennung von reflektiertem oder blockiertem IR-Licht.
• Grundlegende IR-Datenverbindungen:Für drahtlose Datenübertragung über kurze Entfernungen und mit niedriger Geschwindigkeit.
• Sicherheitsalarmsensoren:Als Teil eines auf Lichtschranken oder Reflexion basierenden Eindringlingserkennungssystems.

7. Funktionsprinzip

Ein Fototransistor arbeitet nach dem Prinzip des photoelektrischen Effekts innerhalb einer Bipolartransistor (BJT)-Struktur. Einfallende Photonen mit ausreichender Energie (im Infrarotspektrum für dieses Bauteil) werden in der Basis-Kollektor-Sperrschichtregion absorbiert und erzeugen Elektron-Loch-Paare. Diese photogenerierten Ladungsträger werden durch die Stromverstärkung (Beta, β) des Transistors effektiv verstärkt. Der Basis-Anschluss ist oft unverbunden oder wird mit einem Widerstand zur Vorspannungskontrolle verwendet. Das resultierende Ausgangssignal ist ein Kollektorstrom (I_C), der viel größer ist als der primäre Photostrom und somit eine inhärente Signalverstärkung bietet. Die Seitenansichtslinse fokussiert und lenkt einfallendes IR-Licht auf den empfindlichen Halbleiterbereich und definiert so das Sichtfeld des Bauteils.

8. Verpackung und Bestellinformationen

Die Standardverpackung ist 9000 Stück pro 13-Zoll-Rolle. Die Band- und Rollenspezifikationen entsprechen ANSI/EIA-Standards, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsmaschinen sicherzustellen. Die Teilenummer LTR-S971-TB identifiziert eindeutig diese spezifische Variante (wahrscheinlich deutet 'TB' auf den Seitenansichts-Gehäusetyp hin).

9. FAQs basierend auf technischen Parametern

F: Wie hoch ist die typische Ansprechgeschwindigkeit dieses Sensors?

A: Die typischen Anstiegs- und Abfallzeiten betragen 15 Mikrosekunden, was ihn für die Erkennung modulierter IR-Signale geeignet macht, wie sie in Fernbedienungen üblich sind, die typischerweise mit Trägerfrequenzen wie 38 kHz arbeiten.

F: Wie empfindlich ist der LTR-S971-TB?

A: Unter einer Testbedingung von 0,5 mW/cm² bei 940nm und V_CE=5V liefert er typischerweise 4,0 mA Kollektorstrom. Je geringer die benötigte Bestrahlungsstärke für einen nutzbaren Ausgangsstrom ist, desto höher ist die Empfindlichkeit.

F: Kann ich ihn im Freien oder in Hochtemperaturumgebungen verwenden?

A: Sein Betriebstemperaturbereich liegt bei -40°C bis +85°C, was den Einsatz in einem breiten Spektrum von Umgebungen ermöglicht. Entwickler müssen jedoch die Temperaturabhängigkeit seines Dunkelstroms und Ausgangsstroms berücksichtigen, die das Signal-Rausch-Verhältnis in Extrembereichen beeinflussen kann.

F: Warum wird für jeden parallel geschalteten Fototransistor ein separater Widerstand benötigt?

A: Aufgrund natürlicher Fertigungstoleranzen unterscheiden sich die I-V-Kennlinien einzelner Fototransistoren leicht. Ein gemeinsamer Widerstand zwingt sie zur gleichen Spannung, was zu erheblicher Stromungleichheit führen kann. Individuelle Widerstände ermöglichen es jedem Bauteil, sich selbst vorzuspannen, was eine gleichmäßigere Stromaufteilung und Leistung gewährleistet.

10. Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines einfachen Objektzählers mit einem IR-Lichtschrankensensor.

1. Aufbau:Ein IR-Emitter (IRED) wird auf einer Seite eines Förderbands platziert, und der LTR-S971-TB Fototransistor wird direkt gegenüber platziert.
2. Schaltung:Der Fototransistor ist in einer Emitterschaltung konfiguriert. Ein Pull-up-Widerstand (z.B. 1kΩ bis 10kΩ) ist vom Kollektor zu V_CC(z.B. 5V) geschaltet. Der Emitter ist mit Masse verbunden. Das Ausgangssignal wird vom Kollektor-Knoten abgenommen.
3. Betrieb:Wenn der IR-Strahl ununterbrochen ist, wird der Fototransistor beleuchtet, wodurch er leitet und die Kollektorspannung niedrig zieht (nahe V_CE(SAT)). Wenn ein Objekt den Strahl unterbricht, hört die Beleuchtung auf, der Fototransistor schaltet ab, und die Kollektorspannung wird durch den Widerstand hochgezogen.
4. Signalverarbeitung:Dieser digitale Spannungsübergang (niedrig nach hoch) kann in einen digitalen Eingangspin eines Mikrocontrollers oder einen Komparator eingespeist werden, um eine Zählroutine auszulösen.
5. Design-Überlegungen:Der Wert des Pull-up-Widerstands beeinflusst die Schaltgeschwindigkeit und den Stromverbrauch. Umgebungs-IR-Licht (z.B. von Sonnenlicht) kann Fehlauslösungen verursachen, daher benötigt das System möglicherweise optische Filterung, ein Gehäuse zum Abschirmen von Umgebungslicht oder Modulation/Demodulation des IR-Strahls.

Hinweis: Produktaussehen und -spezifikationen können ohne vorherige Ankündigung zur Verbesserung geändert werden.