LTR-5888DHP1 Fototransistor Datenblatt - Dunkelgrünes Gehäuse - Vce 30V - Pc 100mW - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der LTR-5888DHP1 ist ein hochempfindlicher Fototransistor, der für Infrarot- (IR) Detektionsanwendungen konzipiert ist. Seine Kernfunktion besteht darin, einfallendes Infrarotlicht in einen elektrischen Strom umzuwandeln. Ein wesentliches Merkmal ist sein spezielles dunkelgrünes Kunststoffgehäuse, das entwickelt wurde, um sichtbare Lichtwellenlängen zu dämpfen oder zu blockieren. Dieses Design minimiert Störungen durch Umgebungslichtquellen und macht das Bauteil besonders geeignet für Anwendungen, bei denen das Nutzsignal ausschließlich im Infrarotspektrum liegt, wie z.B. Näherungserkennung, Objekterkennung und IR-Fernbedienungsempfänger.

Das Bauteil bietet einen weiten Arbeitsbereich für den Kollektorstrom und zeichnet sich durch schnelle Schaltzeiten aus, wodurch es schnell auf Änderungen der IR-Beleuchtung reagieren kann. Diese Kombination aus optischer Filterung, Empfindlichkeit und Geschwindigkeit macht es zu einer vielseitigen Komponente für verschiedene elektronische Systeme, die eine zuverlässige IR-Erkennung erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (P_C):100 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Grenzwerts birgt das Risiko von thermischem Durchgehen und Ausfall.
• Kollektor-Emitter-Spannung (V_CEO):30 V. Die maximale Spannung, die zwischen den Kollektor- und Emitter-Anschlüssen angelegt werden kann, wenn die Basis (lichtempfindliche Region) offen ist.
• 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, für den das Bauteil für einen korrekten Betrieb ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich:-55°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Löt-Temperatur der Anschlüsse:260°C für 5 Sekunden in einem Abstand von 1,6mm vom Gehäuse. Dies definiert die Einschränkung für das Reflow-Lötprofil, um Gehäuseschäden zu verhindern.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter sind bei T_A=25°C spezifiziert und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Durchbruchspannungen: V_(BR)CEO(30V min) und V_(BR)ECO(5V min). Dies sind die Spannungen, bei denen der Übergang unter spezifizierten Testströmen ohne Beleuchtung (E_e= 0 mW/cm²) durchbricht.
• Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(SAT)):0,4V max bei I_C= 100µA und E_e= 1 mW/cm². Dies ist der Spannungsabfall über dem Transistor, wenn er unter Beleuchtung vollständig "eingeschaltet" (gesättigt) ist. Ein niedrigerer V_CE(SAT)ist für effizientes Schalten wünschenswert.
• Schaltzeiten:Anstiegszeit (T_r) beträgt typisch 15 µs und Abfallzeit (T_f) beträgt typisch 18 µs, gemessen unter V_CC=5V, I_C=1mA und R_L=1kΩ. Diese Zeiten bestimmen, wie schnell der Ausgang auf einen gepulsten Lichteingang reagieren kann.
• Kollektor-Dunkelstrom (I_CEO):100 nA max bei V_CE=10V ohne Beleuchtung. Dies ist der geringe Leckstrom, der fließt, wenn sich das Bauteil in völliger Dunkelheit befindet. Ein niedrigerer Dunkelstrom zeigt ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis bei der Schwachlichtdetektion an.
• Kollektorstrom-Verhältnis (R):0,8 bis 1,25. Dieser Parameter spezifiziert wahrscheinlich die Übereinstimmung zwischen zwei Fototransistoren oder Kanälen, was für differenzielle Erfassungsanwendungen wichtig ist.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Der LTR-5888DHP1 verwendet ein umfassendes Binning-System basierend auf seinem Kollektorstrom im eingeschalteten Zustand (I_C(ON)). Binning ist ein Qualitätskontrollprozess, der Bauteile mit ähnlichen Leistungsmerkmalen gruppiert. Es werden zwei Binning-Tabellen bereitgestellt: eine für den Produktionseinstellbereich und eine für den endgültigen garantierten Bereich.

Der Parameter I_C(ON)ist definiert als der mittlere Kollektorstrom unter standardisierten Bedingungen (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm²). Die Bauteile werden in Bins von A bis H sortiert, wobei jedes einen spezifischen I_C(ON)Bereich hat (z.B. Bin A: 0,20mA bis 0,26mA für die Produktionseinstellung). Jeder Bin ist mit einer bestimmten Farbmarkierung (Rot, Schwarz, Grün, Blau, Weiß, Violett, Gelb, Orange) verbunden. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile mit eng kontrollierter Empfindlichkeit für ihre spezifischen Schaltungsanforderungen auszuwählen und so eine konsistente Systemleistung sicherzustellen. Eine Anwendung, die einen präzisen Auslöseschwellenwert erfordert, würde beispielsweise von der Verwendung von Bauteilen aus einem einzigen, engen Bin profitieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinienkurven, die einen visuellen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen geben.

• Abbildung 1: Kollektor-Dunkelstrom vs. Umgebungstemperatur:Dieses Diagramm zeigt, wie I_CEOexponentiell mit steigender Temperatur zunimmt. Dies ist eine kritische Überlegung für Hochtemperaturanwendungen, da der ansteigende Dunkelstrom schwache optische Signale überdecken kann.
• Abbildung 2: Kollektor-Verlustleistung vs. Umgebungstemperatur:Diese Entlastungskurve zeigt, dass die maximal zulässige Verlustleistung (P_C) mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Bei 85°C ist die maximale Leistung, die das Bauteil verarbeiten kann, deutlich geringer als der Nennwert von 100mW bei 25°C. Designer müssen diese Kurve verwenden, um einen sicheren thermischen Betrieb zu gewährleisten.
• Abbildung 3: Anstiegs- und Abfallzeit vs. Lastwiderstand:Diese Darstellung zeigt, dass die Schaltzeiten (T_rund T_f) mit höherem Lastwiderstand (R_L) zunehmen. Für Anwendungen, die maximale Geschwindigkeit erfordern, sollte ein niedrigerer Wert für R_Lgewählt werden, obwohl dies den Ausgangsspannungshub beeinflusst.
• Abbildung 4: Relativer Kollektorstrom vs. Bestrahlungsstärke:Dies ist die grundlegende Übertragungsfunktion des Fototransistors. Sie zeigt, dass der Kollektorstrom über einen bestimmten Bereich linear mit der einfallenden Infrarot-Bestrahlungsstärke (E_e) zunimmt. Die Steigung dieser Linie repräsentiert die Empfindlichkeit (Responsivity) des Bauteils.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein spezielles dunkelgrünes Kunststoffgehäuse. Die Gehäuseabmessungen sind im Datenblatt mit allen Maßen in Millimetern angegeben. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen: eine Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben, einen maximalen Harzvorsprung unter dem Flansch von 1,5mm und den Anschlussabstand gemessen an der Stelle, an der die Anschlüsse das Gehäuse verlassen. Das dunkelgrüne Material ist entscheidend für seine optischen Filtereigenschaften, da es sichtbares Licht blockiert, um die IR-spezifische Leistung zu verbessern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre bereitgestellte Richtlinie betrifft die Lötthermische Belastung. Die Anschlüsse können einer Temperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden ausgesetzt werden, gemessen an einem Punkt 1,6mm (0,063 Zoll) vom Gehäuse entfernt. Diese Spezifikation ist entscheidend für die Definition eines sicheren Reflow-Lötprofils. Das Überschreiten dieser Zeit-Temperatur-Grenze kann zu internen Schäden am Halbleiterchip, an Bonddrähten oder am Kunststoffgehäuse selbst führen, was zu sofortigem Ausfall oder reduzierter Langzeitzuverlässigkeit führt. Sofern nicht anders angegeben, sollten auch die Standard-Industriepraktiken für den Umgang mit feuchtigkeitsempfindlichen Bauteilen (MSL) befolgt werden.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarot-Fernbedienungsempfänger:Erkennung modulierter IR-Signale von TV-Fernbedienungen, Klimaanlagen usw.
• Näherungs- und Objekterkennung:Verwendung in automatischen Wasserhähnen, Händetrocknern, Papierspendern und Robotik, um die Anwesenheit eines Objekts zu erfassen.
• Industrielles Zählen und Sortieren:Erkennung von Objekten auf Förderbändern in Kombination mit einem IR-Emitter.
• Optische Encoder:Erfassung von Schlitzen oder Markierungen auf einer rotierenden Scheibe zur Positions- oder Geschwindigkeitsmessung.
• Rauchmelder:In einigen optischen Kammerdesigns, um von Rauchpartikeln gestreutes Licht zu detektieren.

7.2 Design-Überlegungen

• Vorspannung:Der Fototransistor kann entweder im Schalter- (gesättigt) oder im Linear- (aktiv) Modus verwendet werden. Im Schaltermodus (Common-Emitter-Konfiguration mit Pull-up-Widerstand) liefert er ein digitales Ausgangssignal. Im Linearmodus (oft mit einem Operationsverstärker) liefert er ein analoges Ausgangssignal proportional zur Lichtintensität.
• Lastwiderstand (R_L):Der Wert von R_Lim Kollektorkreis ist eine zentrale Designentscheidung. Ein kleinerer R_Lermöglicht schnelleres Schalten (siehe Abb. 3), führt aber bei einem gegebenen Fotostrom zu einem kleineren Ausgangsspannungshub. Ein größerer R_Lergibt einen größeren Spannungshub, aber eine langsamere Ansprechzeit.
• Unterdrückung von Umgebungslicht:Obwohl das dunkelgrüne Gehäuse hilft, kann in Umgebungen mit starkem Umgebungs-IR (z.B. Sonnenlicht, Glühlampen) zusätzliche elektrische Filterung erforderlich sein. Die Verwendung einer modulierten IR-Quelle und einer demodulierenden Empfängerschaltung ist eine hocheffektive Technik.
• Thermisches Management:Beziehen Sie sich auf Abbildung 2 (Entlastungskurve), um sicherzustellen, dass die Verlustleistung des Bauteils bei der maximal erwarteten Betriebsumgebungstemperatur innerhalb sicherer Grenzen bleibt.
• Binning-Auswahl:Wählen Sie den geeigneten Empfindlichkeits-Bin (A-H) basierend auf dem erforderlichen Signalpegel und der erwarteten IR-Quellenintensität, um die Schaltungsleistung und Konsistenz zu optimieren.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal des LTR-5888DHP1 ist sein dediziertes dunkelgrünes Gehäuse zur Unterdrückung von sichtbarem Licht. Im Vergleich zu klaren oder nicht gefilterten Fototransistoren bietet es eine überlegene Leistung in Umgebungen mit hohem Umgebungslicht, da es weniger wahrscheinlich falsch ausgelöst wird. Seine Kombination aus einer relativ hohen V_CEO(30V), schneller Schaltgeschwindigkeit (µs-Bereich) und einem detaillierten Binning-System für die Empfindlichkeit macht ihn zu einer robusten und designfreundlichen Wahl für eine Vielzahl von IR-Erkennungsaufgaben. Das umfassende Binning ermöglicht eine präzise Abstimmung in Anwendungen, die mehrere Sensoren oder sehr konsistente Auslösepunkte erfordern.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck des dunkelgrünen Gehäuses?

A: Es fungiert als Filter für sichtbares Licht. Es dämpft Licht im sichtbaren Spektrum (ca. 400-700nm), während es Infrarotwellenlängen (typischerweise >700nm) zum Halbleiterchip durchlässt. Dies verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis in reinen IR-Anwendungen.

F: Wie interpretiere ich die beiden verschiedenen Binning-Tabellen?

A: Die Tabelle "Produktionseinstellung" zeigt die engeren internen Bereiche, die während der Fertigung zur Sortierung der Bauteile verwendet werden. Die Tabelle "Eingeschalteter Zustand Bereich" zeigt den breiteren, garantierten Spezifikationsbereich, auf den sich der Kunde verlassen kann. Bauteile aus einem einzigen Produktions-Bin haben eine konsistentere Leistung als solche, die lediglich den breiteren garantierten Bereich erfüllen.

F: Kann ich dieses Bauteil bei direktem Sonnenlicht verwenden?

A: Während das Gehäuse sichtbares Licht filtert, enthält Sonnenlicht einen erheblichen Anteil an Infrarotstrahlung. Dies kann den Sensor sättigen. Für den Außeneinsatz oder bei starkem Umgebungs-IR wird optische Abschirmung, elektrische Filterung oder die Verwendung eines modulierten IR-Quellensystems dringend empfohlen.

F: Was passiert, wenn ich die Löttemperatur/-zeit überschreite?

A: Es kann irreversiblen Schaden verursachen: Schmelzen des Gehäuses, Brechen interner Bonddrähte oder Verschlechterung der Halbleitereigenschaften. Halten Sie sich stets an die Richtlinie von 260°C für 5 Sekunden in 1,6mm Abstand vom Gehäuse.

10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Näherungssensors für einen automatischen Seifenspender.

Das Ziel ist es, eine Hand in ~5-10cm Entfernung unter einer Düse zu erkennen. Eine IR-LED als Emitter wird gegenüber dem LTR-5888DHP1-Detektor platziert, beide zeigen auf die Detektionszone.

Designschritte:

1. Schaltungskonfiguration:Verwenden Sie den Fototransistor im Common-Emitter-Schaltermodus. Schließen Sie den Emitter an Masse an, den Kollektor an einen Pull-up-Widerstand (R_L), der an eine Versorgungsspannung (z.B. 5V) angeschlossen ist. Das Ausgangssignal wird vom Kollektor-Knoten abgenommen.

2. Bauteilauswahl:Wählen Sie eine IR-LED mit einer Wellenlänge, die auf die maximale Empfindlichkeit des Fototransistors abgestimmt ist. Wählen Sie einen R_L-Wert (z.B. 10kΩ), der einen guten Spannungshub bietet. Basierend auf der erwarteten reflektierten IR-Intensität wählen Sie einen Fototransistor aus Bin D oder E für mittlere Empfindlichkeit.

3. Modulation (optional, aber empfohlen):Um Umgebungslicht zu unterdrücken, treiben Sie die IR-LED mit einem gepulsten Strom (z.B. 38kHz) an. Schalten Sie dem Ausgang des Fototransistors einen Bandpassfilter oder einen dedizierten IR-Empfänger-IC nach, der auf die gleiche Frequenz abgestimmt ist. Dies macht das System unempfindlich gegenüber konstantem Umgebungs-IR.

4. Schwellenwert-Erkennung:Die Ausgangsspannung am Kollektor sinkt, wenn eine Hand das IR-Licht auf den Detektor reflektiert. Ein Komparator oder der ADC eines Mikrocontrollers kann verwendet werden, um diese Spannungsänderung zu erkennen und die Seifenpumpe auszulösen.

5. Überlegungen:Berücksichtigen Sie die Zunahme des Dunkelstroms mit der Temperatur (Abb. 1) bei der Einstellung der Erkennungsschwelle. Stellen Sie sicher, dass die Verlustleistung des Bauteils gemäß Abb. 2 innerhalb der Grenzwerte liegt.

11. Funktionsprinzip

Ein Fototransistor ist im Grunde ein bipolarer Transistor (BJT), bei dem die Basisregion Licht ausgesetzt ist und nicht mit einem elektrischen Anschluss verbunden ist. Einfallende Photonen mit einer Energie größer als die Bandlücke des Halbleiters werden in der Basis-Kollektor-Übergangsregion absorbiert. Diese Absorption erzeugt Elektron-Loch-Paare. Das elektrische Feld im in Sperrrichtung vorgespannten Basis-Kollektor-Übergang trennt diese Ladungsträger und erzeugt einen Fotostrom. Dieser Fotostrom wirkt als Basisstrom für den Transistor. Aufgrund der Stromverstärkung (β oder h_FE) des Transistors ist der resultierende Kollektorstrom der Fotostrom multipliziert mit der Verstärkung (I_C≈ β * I_photo). Diese interne Verstärkung ist es, die einem Fototransistor eine viel höhere Empfindlichkeit verleiht als einer einfachen Fotodiode. Das dunkelgrüne Gehäusematerial absorbiert die meisten sichtbaren Lichtphotonen, während Infrarotphotonen passieren und vom Silizium absorbiert werden können, um den Signalstrom zu erzeugen.

12. Technologietrends

Das Gebiet der Optoelektronik für die Sensorik entwickelt sich weiter. Trends, die für Bauteile wie den LTR-5888DHP1 relevant sind, umfassen:

Integration:Bewegung hin zu integrierten Lösungen, die den Fotodetektor, Verstärker und digitale Logik (wie einen Schmitt-Trigger oder Modulator/Demodulator) in einem einzigen Gehäuse kombinieren (z.B. IR-Empfängermodule).

Miniaturisierung:Entwicklung von Fototransistoren in kleineren Oberflächenmontagegehäusen, um den Anforderungen kompakter Unterhaltungselektronik gerecht zu werden.

Verbesserte Filterung:Verwendung anspruchsvollerer Interferenzfilter, die direkt auf dem Chip oder Gehäuse aufgebracht werden, um eine schärfere Wellenlängenselektivität zu bieten und die Unterdrückung unerwünschter Umgebungslichtquellen zu verbessern.

Anwendungsspezifische Optimierung:Bauteile werden zunehmend für sehr spezifische Anwendungen charakterisiert und gebinnt (z.B. spezifische Pulsdetektion für Datenkommunikation, sehr niedriger Dunkelstrom für Präzisionsmessungen), anstatt als Allzweckkomponenten.