LTR-S320-TB-L Infrarot-Fototransistor Datenblatt - Seitenansicht-Gehäuse - 940nm Spitzenwellenlänge - Deutsche technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der LTR-S320-TB-L ist ein diskreter Infrarot-Fototransistor, der für Erfassungsanwendungen im nahen Infrarotbereich konzipiert ist. Er gehört zu einer breiten Familie optoelektronischer Bauteile, die für Systeme mit zuverlässiger Infrarot-Erkennung vorgesehen sind. Das Bauteil ist darauf ausgelegt, einfallende Infrarotstrahlung an seinen Ausgangsklemmen in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln.

Die Kernfunktion dieses Bauteils basiert auf dem photoelektrischen Effekt in einem Halbleiterübergang. Wenn Infrarotlicht mit ausreichender Energie (entsprechend seiner Spitzenempfindlichkeits-Wellenlänge) auf den lichtempfindlichen Bereich trifft, erzeugt es Elektronen-Loch-Paare. In einem Fototransistor wird dieser Fotostrom intern verstärkt, was zu einem wesentlich größeren Kollektorstrom im Vergleich zu einer einfachen Fotodiode führt. Dies macht ihn für die Erkennung geringerer Lichtpegel oder für den Einsatz mit einfacherer Schaltungstechnik geeignet.

Zu seinen primären Designzielen gehören die Kompatibilität mit modernen automatisierten Bestückungsprozessen, Robustheit für Infrarot-Reflow-Lötung und ein Bauformfaktor, der die Integration in platzbeschränkte Leiterplattenlayouts (PCB) erleichtert.

1.1 Merkmale

• Konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und als "Green Product" klassifiziert.
• Verfügt über eine Seitenansicht-Gehäuseausführung mit einer dunklen Epoxid-Domlinse. Die Seitenansicht-Orientierung ermöglicht es dem Sensor, Infrarotsignale parallel zur PCB-Ebene zu erfassen, was für Kantenerkennungsanwendungen oder bei nicht senkrecht zur Platine angeordneten IR-Quellen nützlich ist.
• Das dunkle Linsenmaterial hilft, sichtbares Licht zu dämpfen, reduziert Störungen durch Umgebungslichtquellen und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis für Infrarotsignale.
• Geliefert auf 8-mm-Trägerband auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen, optimiert für schnelle, automatisierte Pick-and-Place-Bestückungsgeräte.
• Gehäuse und Materialien sind für die Belastung durch Standard-Infrarot-Reflow-Lötprofile ausgelegt, wie sie in Oberflächenmontage-Technologie (SMT)-Fertigungslinien verwendet werden.
• Entspricht den EIA-Standard-Gehäuseumrissen (Electronic Industries Alliance) und gewährleistet so mechanische Kompatibilität mit industrieüblichen Footprints und Handhabungsgeräten.

1.2 Anwendungen

• Infrarot-Empfängermodule:Hauptsächlich als Sensorelement in Empfängern für Fernbedienungssysteme (z.B. für Fernseher, Audiogeräte, Klimaanlagen) verwendet. Er erfasst die modulierten Infrarotsignale von einer Fernbedienung.
• PCB-montierte Infrarotsensoren:Direkt auf Leiterplatten integriert für Näherungserkennung, Objekterkennung oder Datenübertragung in Geräten wie Smartphones, Tablets, Haushaltsgeräten und Industrieausrüstung.
• Sicherheits- und Alarmsysteme:Kann in Lichtschranken oder reflektierenden Objektsensoren für Einbruchmeldeanwendungen eingesetzt werden.
• Industrieautomatisierung:Eingesetzt in Geräten zum Zählen, Positionieren oder Erkennen der Anwesenheit/Abwesenheit von Objekten auf Fertigungsbändern.

2. Technische Parameter im Detail

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wichtigsten elektrischen und optischen Parameter, die die Leistung und Betriebsgrenzen des LTR-S320-TB-L Fototransistors definieren.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte in zuverlässigen Designs vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):75 mW bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten. Die Derating-Kurve (Abb. 2 im Datenblatt) zeigt, wie dieser Wert mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt.
• Kollektor-Emitter-Spannung (V_CEO):30 V. Die maximale Spannung, die zwischen den Kollektor- und Emitter-Anschlüssen bei offener 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 das Bauteil für einen korrekten Betrieb spezifiziert ist.
• Lagertemperaturbereich:-55°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung des Bauteils im stromlosen Zustand.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden stand. Dies definiert seine Kompatibilität mit bleifreien (Pb-free) Reflow-Lötprozessen.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Dies sind die typischen und garantierten Leistungsparameter, gemessen unter spezifischen Testbedingungen bei 25°C.

• Spitzen-Erfassungswellenlänge (λ_p):940 nm. Die Infrarot-Wellenlänge, bei der der Fototransistor am empfindlichsten ist. Sie ist optimal auf die Emissionswellenlänge gängiger 940nm GaAs-Infrarot-Emissionsdioden (IREDs) abgestimmt.
• Kollektor-Dunkelstrom (I_CEO):Maximal 100 nA bei V_CE=20V, E_e=0 mW/cm². Dies ist der kleine Leckstrom, der durch den Kollektor fließt, wenn kein Infrarotlicht einfällt (Dunkelzustand). Ein niedrigerer Dunkelstrom ist im Allgemeinen besser für die Empfindlichkeit gegenüber schwachen Signalen.
• Kollektorstrom im leitenden Zustand (I_C(ON)):Typisch 2,0 mA, Minimum 1,0 mA bei V_CE=5V und einer Bestrahlungsstärke (E_e) von 0,5 mW/cm² mit einer 940nm-Quelle. Dieser Parameter gibt den Ausgangsstrompegel für eine gegebene Standard-Lichteinstrahlung an. Die Testtoleranz beträgt ±15%.
• Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(SAT)):Maximal 0,4 V bei I_C=100µA, E_e=0,5 mW/cm². Dies ist der Spannungsabfall über dem Transistor, wenn er unter der spezifizierten Niedrigstrombedingung vollständig "eingeschaltet" (gesättigt) ist.
• Anstiegszeit (T_r) & Abfallzeit (T_f):Typisch jeweils 15 µs bei V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ. Diese Parameter definieren die Schaltgeschwindigkeit des Fototransistors – wie schnell der Ausgangsstrom als Reaktion auf eine sprunghafte Lichtänderung von 10% auf 90% seines Endwerts ansteigen (Anstiegszeit) und von 90% auf 10% abfallen (Abfallzeit) kann. Diese Geschwindigkeit ist für Standard-Fernbedienungsprotokolle (z.B. 36-40kHz Träger) geeignet.

3. Kennliniendiagramm-Analyse

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die zeigen, wie sich Schlüsselparameter mit den Betriebsbedingungen ändern. Das Verständnis dieser Kurven ist entscheidend für ein robustes Schaltungsdesign.

3.1 Spektrale Empfindlichkeit (Abb. 5)

Diese Kurve zeigt die relative Empfindlichkeit des Fototransistors über einen Wellenlängenbereich. Sie bestätigt die Spitzenempfindlichkeit bei 940nm und zeigt einen signifikanten Abfall bei kürzeren (sichtbaren) und längeren (fernen Infrarot) Wellenlängen. Die dunkle Linse trägt zur Dämpfung der Empfindlichkeit im sichtbaren Spektrum bei und reduziert so Rauschen durch Umgebungslicht.

3.2 Relativer Kollektorstrom vs. Bestrahlungsstärke (Abb. 3)

Dieses Diagramm zeigt die Beziehung zwischen dem Ausgangs-Kollektorstrom und der einfallenden Infrarot-Lichtleistungsdichte (Bestrahlungsstärke). Es ist über einen bestimmten Bereich im Allgemeinen linear, was bedeutet, dass der Ausgangsstrom direkt proportional zur Lichtintensität ist – was für analoge Erfassungsanwendungen wünschenswert ist. Die Kurve hilft Entwicklern, den erwarteten Ausgang für einen gegebenen Lichteinfall zu bestimmen.

3.3 Kollektor-Dunkelstrom vs. Temperatur (Abb. 1) & Verlustleistungs-Derating (Abb. 2)

Abbildung 1 zeigt, dass der Dunkelstrom (I_CEO) exponentiell mit steigender Umgebungstemperatur zunimmt. Dies ist eine kritische Überlegung für Hochtemperaturanwendungen, da ein erhöhter Dunkelstrom das Grundrauschen erhöht und die effektive Empfindlichkeit verringern kann. Abbildung 2 zeigt das Derating der maximal zulässigen Verlustleistung mit steigender Umgebungstemperatur. Über 25°C kann das Bauteil sicher weniger Leistung verarbeiten, da seine Fähigkeit, Wärme an die Umgebung abzugeben, reduziert ist.

3.4 Anstiegs-/Abfallzeit vs. Lastwiderstand (Abb. 4)

Diese Kurve veranschaulicht einen grundlegenden Kompromiss im Fototransistor-Schaltungsdesign. Die Schaltgeschwindigkeit (Anstiegs-/Abfallzeit) hängt stark vom Lastwiderstand (R_L) ab, der mit dem Kollektor verbunden ist. Ein größerer R_Lerhöht den Ausgangsspannungshub, erhöht aber auch die RC-Zeitkonstante und verlangsamt so die Ansprechzeit. Ein kleinerer R_Lführt zu schnellerem Schalten, aber einem kleineren Ausgangssignal. Entwickler müssen R_Lbasierend darauf wählen, ob Geschwindigkeit oder Signalamplitude für ihre Anwendung kritischer ist.

4. Mechanische & Verpackungsinformationen

4.1 Abmessungen

Das Bauteil ist in einem Seitenansicht-Oberflächenmontagegehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen sind Gehäusegröße, Anschlussabstand und Linsenposition. Alle kritischen Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Die Seitenansicht-Orientierung ist in der Zeichnung klar angegeben.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Das Bauteil hat zwei Anschlüsse. Die Datenblattzeichnung zeigt, welcher Anschluss der Kollektor und welcher der Emitter ist. Die korrekte Polarität muss während der PCB-Montage beachtet werden. Typischerweise zeigt der längere Anschluss (falls im Band vorhanden) oder eine markierte Ecke auf dem Band den Kollektor an.

4.3 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout (Abschnitt 6)

Ein empfohlenes Land Pattern (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt. Dies umfasst die Pad-Abmessungen, Abstände und Form, um eine zuverlässige Lötstelle nach dem Reflow zu gewährleisten. Die Empfehlung beinhaltet die Verwendung einer Metallschablone mit einer Dicke von 0,1mm (4 mils) oder 0,12mm (5 mils) für den Lotpastenauftrag.

5. Löt- & Bestückungsrichtlinien

5.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Infrarot-Reflow-Profil wird für bleifreie (Pb-free) Bestückungsprozesse empfohlen. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:Anstieg auf 150-200°C.
• Einweich-/Vorwärmzeit:Bis zu maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus (TAL):Die Zeit innerhalb 5°C der Spitzentemperatur sollte 10 Sekunden nicht überschreiten. Das Bauteil sollte unter diesen Bedingungen nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen ausgesetzt werden.

Das Profil basiert auf JEDEC-Standards, um eine zuverlässige Lötung ohne Beschädigung des Epoxidgehäuses oder der internen Struktur des Bauteils zu gewährleisten.

5.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, sollte ein Lötkolben mit einer Temperatur von nicht mehr als 300°C verwendet werden. Die Kontaktzeit für jeden Anschluss sollte auf maximal 3 Sekunden pro Lötstelle begrenzt werden.

5.3 Lagerung & Handhabung

• Verschweißte Verpackung:Bauteile werden in feuchtigkeitsdichten Beuteln mit Trockenmittel geliefert. Sie sollten bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Sobald der versiegelte Beutel geöffnet ist, gelten die Bauteile als feuchtigkeitsempfindlich.
• Floor Life:Nach dem Öffnen der Originalverpackung wird empfohlen, den IR-Reflow-Prozess innerhalb einer Woche (168 Stunden) abzuschließen.
• Erweiterte Lagerung/Baking:Für eine Lagerung von mehr als einer Woche nach dem Öffnen sollten die Bauteile in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel aufbewahrt werden. Wenn sie länger dieser Zeit ausgesetzt waren, ist vor dem Löten ein Baking bei 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserissbildung) während des Reflows zu verhindern.

5.4 Reinigung

Isopropylalkohol oder ähnliche alkoholbasierte Lösungsmittel werden zur Reinigung von Flussmittelrückständen empfohlen, falls erforderlich. Scharfe oder aggressive chemische Reiniger sollten vermieden werden.

6. Verpackungs- & Bestellinformationen

6.1 Band- und Spulenspezifikationen

Das Bauteil wird auf Standard-7-Zoll (178mm) Durchmesser-Spulen geliefert. Wichtige Verpackungsdetails sind:

• Trägerbandbreite: 8mm.
• Menge pro Spule:3000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Taschenabdeckung:Leere Bauteiltaschen sind mit Deckband versiegelt.
• Fehlende Bauteile:Gemäß Verpackungsstandard sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile zulässig.
• Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-1-A-Spezifikationen.

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Treiberschaltungskonfiguration

Der Fototransistor ist ein Stromausgangsbauteil. Die häufigste Schaltungskonfiguration ist der Anschluss in einer Emitterschaltung:

• Der Emitter ist mit Masse verbunden.
• Der Kollektor ist über einen Lastwiderstand (R_CC) mit der positiven Versorgungsspannung (V_L) verbunden.
• Das Ausgangssignal wird vom Kollektorknoten abgenommen. Wenn Licht auf den Sensor trifft, schaltet der Transistor ein und zieht die Kollektorspannung niedrig (in Richtung V_CE(SAT)). Im Dunkeln ist der Transistor aus, und die Kollektorspannung ist hoch (durch R_CCauf V_Lgezogen).

Der Wert von R_List kritisch und beinhaltet einen Kompromiss zwischen Ausgangsspannungshub, Ansprechgeschwindigkeit (siehe Abb. 4) und Leistungsaufnahme. Ein typischer Startwert liegt zwischen 1kΩ und 10kΩ.

7.2 Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR)

• Optische Filterung:Die eingebaute dunkle Linse bietet eine gewisse Filterung. Für Umgebungen mit starkem Umgebungslicht kann ein zusätzlicher externer Infrarot-Bandpassfilter mit einer Mittenfrequenz von 940nm verwendet werden, um unerwünschtes Licht zu blockieren.
• Elektrische Filterung:Da viele IR-Fernbedienungen eine modulierte Trägerfrequenz (z.B. 38kHz) verwenden, kann ein Bandpassfilter, der auf diese Frequenz abgestimmt ist, in der nachfolgenden Verstärkerstufe das SNR dramatisch verbessern, indem es DC-Umgebungslicht und niederfrequentes Rauschen unterdrückt.
• Abschirmung:Eine mechanische Abschirmung des Sensors vor direkter Exposition gegenüber Umgebungslichtquellen (z.B. Sonnenlicht, Lampen) kann Rauschen reduzieren.

7.3 Kombination mit einem IR-Emitter

Für reflektierende oder Näherungserkennungsanwendungen sollte der LTR-S320-TB-L mit einer Infrarot-LED kombiniert werden, die bei oder nahe 940nm emittiert. Stellen Sie sicher, dass der Treiberstrom für den Emitter ausreicht, um das erforderliche reflektierte Signal am Detektor zu erzeugen. Das Pulsieren des Emitters und die synchrone Erfassung des Ausgangs des Fototransistors kann helfen, das Signal vom Umgebungslicht zu unterscheiden.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu einer Standard-Fotodiode bietet der LTR-S320-TB-L Fototransistor eine inhärente Stromverstärkung (Beta/h_FE), was ein viel größeres Ausgangssignal für denselben Lichteinfall liefert. Dies vereinfacht das Schaltungsdesign, da oft weniger nachfolgende Verstärkung benötigt wird. Diese Verstärkung geht jedoch auf Kosten langsamerer Ansprechzeiten (Mikrosekunden vs. Nanosekunden bei Fotodioden) und eines höheren Dunkelstroms. Das Seitenansicht-Gehäuse unterscheidet ihn von Aufsicht-Sensoren und bietet Designflexibilität für die Erfassung entlang der Leiterplattenkante. Seine Kompatibilität mit automatisierter SMT-Bestückung und Standard-Reflow-Profilen macht ihn im Vergleich zu Durchsteckalternativen zu einer kosteneffektiven Wahl für die Serienfertigung.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

9.1 Was ist der Zweck der dunklen Linse?

Die dunkle Epoxidlinse fungiert als sichtbares Lichtfilter. Sie dämpft Licht im sichtbaren Spektrum, während sie Infrarotwellenlängen (um 940nm) durchlässt. Dies verringert die Empfindlichkeit des Sensors gegenüber Raumlicht, Leuchtstofflampen und Sonnenlicht, minimiert so Rauschen und verbessert die Zuverlässigkeit der Erkennung des beabsichtigten Infrarotsignals.

9.2 Wie wähle ich den Wert des Lastwiderstands (R_L)?

Die Wahl beinhaltet einen Kompromiss. Verwenden Sie Abbildung 4 im Datenblatt als Leitfaden. Fürmaximale Geschwindigkeit(schnellste Anstiegs-/Abfallzeiten) wählen Sie einen kleineren R_L(z.B. 1kΩ oder weniger). Fürmaximalen Ausgangsspannungshub(höhere Signalamplitude) wählen Sie einen größeren R_L(z.B. 10kΩ oder mehr), aber dies verlangsamt die Reaktion. Stellen Sie sicher, dass der Spannungsabfall über R_L, wenn der Transistor eingeschaltet ist (I_C(ON)* R_L), Ihre Versorgungsspannung minus V_CE(SAT).

nicht überschreitet.

9.3 Kann dieser Sensor im Freien verwendet werden?

Er kann mit sorgfältigem Design im Freien verwendet werden. Direktes Sonnenlicht enthält eine erhebliche Menge an Infrarotstrahlung und kann den Sensor sättigen oder Rauschen verursachen. Effektive optische Filterung (ein schmaler 940nm-Bandpassfilter), ein geeignetes Gehäuse zur Abschirmung vor direkter Sonne und modulierte Signalerfassungstechniken sind für einen zuverlässigen Außeneinsatz unerlässlich.

9.4 Warum ist Baking vor dem Löten erforderlich, wenn die Tüte länger als eine Woche geöffnet war?

Das Kunststoff-Epoxidgehäuse kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und einen hohen Innendruck erzeugen. Dies kann zu Rissen oder Delamination des Gehäuses führen, ein Fehler, der als "Popcorning" bekannt ist. Baking bei 60°C treibt diese aufgenommene Feuchtigkeit aus und macht das Bauteil für den Reflow sicher.

10. Praktisches Designbeispiel

1. Szenario: Entwurf eines einfachen IR-Näherungssensors für ein Spielzeug.Ziel:
2. Erkennen, wenn sich ein Objekt innerhalb von ~5cm vom Sensor befindet.Komponenten:
3. LTR-S320-TB-L Fototransistor, 940nm IR-LED, Mikrocontroller (MCU).Schaltung:_LDer Fototransistor ist mit R_CC= 4,7kΩ an V
4. (3,3V) angeschlossen. Sein Kollektorausgang ist mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC)-Pin des MCU verbunden. Die IR-LED wird neben dem Fototransistor platziert und von einem MCU-Ausgangspin über einen strombegrenzenden Widerstand (z.B. für 20mA) angesteuert.Betrieb:
5. Der MCU pulst die IR-LED mit einer bestimmten Frequenz (z.B. 1kHz) für einen kurzen Burst. Anschließend liest er den ADC-Wert vom Fototransistor. Wenn kein Objekt vorhanden ist, ist das reflektierte Signal niedrig. Wenn sich ein Objekt im Bereich befindet, reflektiert Infrarotlicht zurück zum Fototransistor und verursacht einen messbaren Anstieg des ADC-Werts. Im MCU-Software wird ein Schwellenwert gesetzt, um die Nähe zu erkennen.Überlegungen:_LDer Sensor muss vor Umgebungs-IR-Quellen abgeschirmt werden. Die Puls-und-Mess-Technik hilft, das Signal vom Umgebungslicht zu unterscheiden. Der Wert von R