مشخصات فنی ترانزیستور نوری مادون قرمز LTR-S971-TB - بسته‌بندی نمای جانبی - ولتاژ کلکتور-امیتر 30 ولت - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTR-S971-TB یک قطعه گسسته ترانزیستور نوری مادون قرمز (IR) است که برای کاربردهای سنجش طراحی شده است. این قطعه متعلق به خانواده گسترده‌ای از دستگاه‌های اپتوالکترونیک است که برای استفاده در محیط‌هایی که نیاز به تشخیص قابل اطمینان نور مادون قرمز دارند، در نظر گرفته شده است. عملکرد اصلی این قطعه تبدیل تابش مادون قرمز فرودی به یک سیگنال الکتریکی، به ویژه یک جریان کلکتور متناسب با چگالی توان IR دریافتی است.

مزایای اصلی آن شامل یک لنز گنبدی نمای جانبی است که در یک بسته‌بندی مشکی قرار دارد و به هدایت میدان دید کمک کرده و به طور بالقوه تداخل نور محیطی از زوایای دیگر را کاهش می‌دهد. این دستگاه برای فرآیندهای مونتاژ مدرن بسته‌بندی شده و بر روی نوار 8 میلی‌متری روی قرقره‌های 13 اینچی عرضه می‌شود که آن را با تجهیزات قرارگیری خودکار و فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز سازگار می‌کند. همچنین با استانداردهای RoHS و محصولات سبز مطابقت دارد.

بازارها و کاربردهای هدف این ترانزیستور نوری عمدتاً در الکترونیک مصرفی و سنجش صنعتی است. حوزه‌های کاربردی کلیدی شامل عملکرد به عنوان گیرنده مادون قرمز در سیستم‌هایی مانند کنترل‌های از راه دور و فعال‌سازی سنجش مادون قرمز نصب شده روی PCB برای عملکردهایی مانند تشخیص مجاورت، سنجش شیء و پیوندهای انتقال داده پایه که در آن IR رسانه است، می‌باشد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

عملکرد LTR-S971-TB توسط مجموعه‌ای از مقادیر حداکثر مطلق و مشخصات الکتریکی/نوری دقیق تعریف می‌شود که همگی در دمای محیط (TA) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند.

• توان اتلافی (Pd):100 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که دستگاه می‌تواند به صورت گرما تلف کند.
• ولتاژ کلکتور-امیتر (V_CE):30 ولت. حداکثر ولتاژی که می‌توان بین پایه‌های کلکتور و امیتر اعمال کرد.
• ولتاژ امیتر-کلکتور (V_EC):5 ولت. حداکثر ولتاژ معکوس قابل اعمال بین امیتر و کلکتور.
• محدوده دمای کاری (T_op):40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیط برای عملکرد قابل اطمینان دستگاه.
• محدوده دمای نگهداری (T_stg):55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرفعال.
• شرایط لحیم‌کاری مادون قرمز:مقاومت در برابر 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه، که قابلیت لحیم‌کاری رفلو آن را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها عملکرد دستگاه را تحت شرایط آزمایش مشخص شده تعریف می‌کنند که نمایانگر رفتار عملیاتی معمول است.

• ولتاژ شکست کلکتور-امیتر (V_(BR)CEO):30 ولت (حداقل). اندازه‌گیری شده با جریان نشتی معکوس (I_R) برابر 100 میکروآمپر و بدون تابش IR فرودی (E_e= 0 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع).
• ولتاژ شکست امیتر-کلکتور (V_(BR)ECO):5 ولت (حداقل). اندازه‌گیری شده با I_E= 100 میکروآمپر و بدون تابش.
• ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (V_CE(SAT)):0.4 ولت (حداکثر). ولتاژ دو سر دستگاه هنگامی که کاملاً "روشن" است، آزمایش شده در I_C= 100 میکروآمپر تحت تابش 0.5 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع.
• زمان صعود (T_r) و زمان سقوط (T_f):15 میکروثانیه (معمولی). این پارامترهای سرعت سوئیچینگ با V_CE=5 ولت، I_C=1 میلی‌آمپر و R_L=1 کیلواهم اندازه‌گیری شده‌اند که نشان‌دهنده مناسب بودن آن برای تشخیص با سرعت متوسط است.
• جریان تاریک کلکتور (I_CEO):100 نانوآمپر (حداکثر). جریان نشتی جاری از کلکتور به امیتر هنگامی که نور وجود ندارد، در V_CE=20 ولت. مقدار کمتر برای نسبت سیگنال به نویز بهتر است.
• جریان کلکتور در حالت روشن (I_C(ON)):4.0 میلی‌آمپر (معمولی). جریان خروجی هنگامی که دستگاه روشن است، آزمایش شده در V_CE=5 ولت تحت تابش 0.5 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع از یک منبع 940 نانومتر. این یک پارامتر کلیدی حساسیت است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

مشخصات فنی به بخشی برای منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول ارجاع می‌دهد. این نمایش‌های گرافیکی برای مهندسان طراحی جهت درک رفتار دستگاه فراتر از مشخصات تک نقطه‌ای بسیار مهم هستند.

در حالی که منحنی‌های خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، نمودارهای معمول برای یک ترانزیستور نوری مانند LTR-S971-TB شامل موارد زیر خواهد بود:

• جریان کلکتور (I_C) در مقابل ولتاژ کلکتور-امیتر (V_CE):خانواده‌ای از منحنی‌ها که توسط سطوح مختلف تابش مادون قرمز فرودی (E_e) پارامتری شده‌اند. این مشخصه‌های خروجی و ناحیه اشباع را نشان می‌دهد.
• جریان کلکتور (I_C) در مقابل تابش فرودی (E_e):این نمودار، اغلب در یک V_CE ثابت، خطی بودن (یا غیرخطی بودن) پاسخ ترانزیستور نوری به شدت نور را نشان می‌دهد که برای حساسیت آن مرکزی است.
• پاسخ طیفی:منحنی که حساسیت نسبی دستگاه را در طول‌موج‌های مختلف نور نشان می‌دهد. در حالی که شرایط آزمایش 940 نانومتر را مشخص می‌کند، این منحنی طول‌موج پاسخ اوج و پهنای باند حساسیت را نشان می‌دهد که برای فیلتر کردن منابع نور ناخواسته مهم است.
• وابستگی دمایی:نمودارهایی که نشان می‌دهند پارامترهای کلیدی مانند جریان تاریک (I_CEO) و جریان کلکتور (I_C) چگونه با دمای محیط تغییر می‌کنند، که برای طراحی‌هایی که خارج از دمای اتاق کار می‌کنند حیاتی است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد کلی

این دستگاه دارای یک بسته‌بندی نمای جانبی با لنز گنبدی است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.1 میلی‌متر ارائه شده‌اند مگر اینکه خلاف آن ذکر شود. نقشه مکانیکی دقیق اندازه بدنه، فاصله پایه‌ها، موقعیت لنز و ردپای کلی را که برای چیدمان PCB حیاتی است، تعریف می‌کند.

4.2 ابعاد پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک الگوی لند (ردپا) توصیه شده برای PCB ارائه شده است. رعایت این ابعاد تشکیل صحیح اتصال لحیم، پایداری مکانیکی و تخلیه حرارتی در طی فرآیند لحیم‌کاری را تضمین می‌کند.

4.3 ابعاد بسته‌بندی نوار و قرقره

نقشه‌های دقیق ابعاد نوار حامل (اندازه جیب، گام)، نوار پوششی و ابعاد قرقره را مشخص می‌کنند. این اطلاعات برای راه‌اندازی خط مونتاژ خودکار ضروری است. مشخصات کلیدی ذکر شده شامل یک قرقره 13 اینچی حاوی 9000 قطعه است که حداکثر دو قطعه مفقود شده متوالی مجاز است و از استانداردهای ANSI/EIA 481-1-A-1994 پیروی می‌کند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 شرایط نگهداری

این دستگاه به رطوبت حساس است. در کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده با ماده خشک‌کننده، باید در دمای ≤30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری شده و ظرف یک سال استفاده شود. پس از باز شدن، محیط نگهداری نباید از 30 درجه سلسیوس و 60% رطوبت نسبی تجاوز کند. قطعاتی که بیش از یک هفته از بسته‌بندی اصلی خود خارج شده‌اند، باید قبل از لحیم‌کاری در حدود 60 درجه سلسیوس به مدت حداقل 20 ساعت پخته شوند تا از "پاپ کورن شدن" در حین رفلو جلوگیری شود.

5.2 پارامترهای لحیم‌کاری

لحیم‌کاری رفلو:یک پروفایل مطابق با JEDEC توصیه می‌شود.

• پیش‌گرم: 150 تا 200 درجه سلسیوس برای حداکثر 120 ثانیه.
• دمای اوج: حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان بالای 260 درجه سلسیوس: حداکثر 10 ثانیه، با حداکثر دو سیکل رفلو مجاز.

لحیم‌کاری دستی (هویه):

• دمای هویه: حداکثر 300 درجه سلسیوس.
• زمان تماس: حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال.

مشخصات فنی تأکید می‌کند که پروفایل بهینه به طراحی خاص PCB، قطعات و خمیر لحیم استفاده شده بستگی دارد.

5.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده شود.

6. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 طراحی مدار درایو

یک ترانزیستور نوری اساساً یک دستگاه خروجی جریان است. مشخصات فنی راهنمایی حیاتی برای درایو چندین دستگاه ارائه می‌دهد.مدل مدار (A)پیکربندی توصیه شده است، جایی که هر ترانزیستور نوری مقاومت محدودکننده جریان سری مخصوص به خود را دارد که به ولتاژ تغذیه متصل است. این امر یکنواختی شدت را با جبران تغییرات جزئی در مشخصات جریان-ولتاژ (I-V) بین دستگاه‌های منفرد تضمین می‌کند.مدل مدار (B)، جایی که چندین دستگاه یک مقاومت را به اشتراک می‌گذارند، توصیه نمی‌شود زیرا می‌تواند به دلیل عدم تطابق دستگاه‌ها منجر به روشنایی یا تقسیم جریان نابرابر شود.

6.2 محدوده کاربرد و احتیاط‌ها

این قطعه برای تجهیزات الکترونیکی استاندارد (اداری، ارتباطی، خانگی) در نظر گرفته شده است. مشخصات فنی شامل یک احتیاط خاص در برابر استفاده از آن در کاربردهای ایمنی-بحرانی یا با قابلیت اطمینان بالا - مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی یا سیستم‌های کنترل حمل و نقل - بدون مشاوره و صلاحیت قبلی است، زیرا خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد.

6.3 سناریوهای کاربردی متداول

• گیرنده‌های کنترل از راه دور مادون قرمز:تشخیص سیگنال‌های IR مدوله شده از کنترل‌ها.
• تشخیص مجاورت و شیء:تشخیص حضور یا عدم حضور یک شیء با تشخیص نور IR منعکس شده یا مسدود شده.
• پیوندهای داده IR پایه:برای انتقال داده بی‌سیم برد کوتاه و سرعت پایین.
• سنسورهای آلارم امنیتی:به عنوان بخشی از یک سیستم تشخیص نفوذ مبتنی بر شکست پرتو یا انعکاس.

7. اصل عملکرد

یک ترانزیستور نوری بر اساس اصل اثر فوتوالکتریک در ساختار ترانزیستور پیوندی دو قطبی (BJT) عمل می‌کند. فوتون‌های فرودی با انرژی کافی (در طیف مادون قرمز برای این دستگاه) در ناحیه اتصال بیس-کلکتور جذب شده و جفت‌های الکترون-حفره تولید می‌کنند. این حامل‌های فوتوژنیک به طور مؤثری توسط بهره جریان ترانزیستور (بتا، β) تقویت می‌شوند. پایه بیس اغلب بدون اتصال رها می‌شود یا با یک مقاومت برای کنترل بایاس استفاده می‌شود. خروجی حاصل یک جریان کلکتور (I_C) است که بسیار بزرگتر از جریان فوتوی اولیه است و تقویت سیگنال ذاتی را فراهم می‌کند. لنز نمای جانبی نور IR ورودی را روی ناحیه نیمه‌هادی حساس متمرکز و هدایت می‌کند و میدان دید دستگاه را تعریف می‌کند.

8. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

بسته‌بندی استاندارد 9000 قطعه در هر قرقره 13 اینچی است. مشخصات نوار و قرقره با استانداردهای ANSI/EIA مطابقت دارد تا سازگاری با ماشین‌آلات برداشت و قرارگیری خودکار تضمین شود. شماره قطعه LTR-S971-TB به طور منحصر به فرد این نوع خاص (احتمالاً نشان‌دهنده نوع بسته‌بندی 'TB' برای نمای جانبی) را شناسایی می‌کند.

9. پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی

س: سرعت پاسخ معمول این سنسور چقدر است؟

ج: زمان‌های صعود و سقوط معمول 15 میکروثانیه است که آن را برای تشخیص سیگنال‌های IR مدوله شده رایج در کنترل‌های از راه دور که معمولاً در فرکانس‌های حامل مانند 38 کیلوهرتز کار می‌کنند، مناسب می‌سازد.

س: LTR-S971-TB چقدر حساس است؟

ج: تحت یک شرایط آزمایش 0.5 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع در 940 نانومتر و V_CE=5 ولت، معمولاً 4.0 میلی‌آمپر جریان کلکتور ارائه می‌دهد. هرچه تابش کمتری برای تولید یک جریان خروجی قابل استفاده مورد نیاز باشد، حساسیت بالاتر است.

س: آیا می‌توانم از آن در فضای باز یا محیط‌های با دمای بالا استفاده کنم؟

ج: محدوده دمای کاری آن 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس است که امکان استفاده در طیف گسترده‌ای از محیط‌ها را فراهم می‌کند. با این حال، طراحان باید وابستگی دمایی جریان تاریک و جریان خروجی آن را در نظر بگیرند که می‌تواند نسبت سیگنال به نویز را در شرایط حدی تحت تأثیر قرار دهد.

س: چرا برای هر ترانزیستور نوری به صورت موازی یک مقاومت جداگانه لازم است؟

ج: به دلیل تغییرات طبیعی ساخت، مشخصات I-V ترانزیستورهای نوری منفرد کمی متفاوت است. یک مقاومت مشترک آن‌ها را مجبور می‌کند که ولتاژ یکسانی داشته باشند که می‌تواند باعث عدم تعادل جریان قابل توجهی شود. مقاومت‌های جداگانه به هر دستگاه اجازه می‌دهد تا خود-بایاس شود و تقسیم جریان و عملکرد یکنواخت‌تری را تضمین کند.

10. مثال طراحی و مورد استفاده

سناریو: طراحی یک شمارنده شیء ساده با استفاده از یک سنسور شکست پرتو IR.

1. تنظیمات:یک فرستنده IR (IRED) در یک طرف نوار نقاله قرار می‌گیرد و ترانزیستور نوری LTR-S971-TB دقیقاً در مقابل آن قرار می‌گیرد.
2. مدار:ترانزیستور نوری در یک پیکربندی امیتر مشترک تنظیم شده است. یک مقاومت پول‌آپ (مثلاً 1 کیلواهم تا 10 کیلواهم) از کلکتور به V_CC(مثلاً 5 ولت) متصل می‌شود. امیتر به زمین متصل است. سیگنال خروجی از نود کلکتور گرفته می‌شود.
3. عملکرد:هنگامی که پرتو IR قطع نشده است، ترانزیستور نوری روشن می‌شود و باعث می‌شود هدایت کند و ولتاژ کلکتور را پایین بکشد (نزدیک به V_CE(SAT)). هنگامی که یک شیء پرتو را قطع می‌کند، تابش متوقف می‌شود، ترانزیستور نوری خاموش می‌شود و ولتاژ کلکتور توسط مقاومت بالا کشیده می‌شود.
4. پردازش سیگنال:این انتقال ولتاژ دیجیتال (پایین به بالا) می‌تواند به پین ورودی دیجیتال یک میکروکنترلر یا یک مقایسه‌گر برای راه‌اندازی یک روال شمارش تغذیه شود.
5. ملاحظات طراحی:مقدار مقاومت پول‌آپ بر سرعت سوئیچینگ و مصرف جریان تأثیر می‌گذارد. نور IR محیطی (مثلاً از نور خورشید) می‌تواند باعث راه‌اندازی اشتباه شود، بنابراین سیستم ممکن است نیاز به فیلتر نوری، محفظه برای محافظت از نور محیط یا مدولاسیون/دمدولاسیون پرتو IR داشته باشد.

توجه: ظاهر و مشخصات محصول ممکن است بدون اطلاع قبلی برای بهبود تغییر کند.