دیتاشیت فوتوترانزیستور مادون قرمز LTR-C950-TB - لنز سیاه نمای بالا - 940 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک قطعه گسسته فوتوترانزیستور مادون قرمز را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه برای حس کردن نور مادون قرمز، معمولاً در طول موج 940 نانومتر طراحی شده است. این قطعه دارای بسته‌بندی نمای بالا با لنز گنبدی سیاه است که به تعریف زاویه دید و کاهش احتمالی تداخل از نور محیطی مرئی کمک می‌کند. قطعه بر روی نوار و قرقره بسته‌بندی شده است که آن را با فرآیندهای مونتاژ سطحی خودکار و با حجم بالا سازگار می‌سازد. این قطعه با استانداردهای زیست‌محیطی مرتبط مطابقت دارد.

1.1 ویژگی‌ها

• مطابق با مقررات زیست‌محیطی برای مواد خطرناک.
• فرم فاکتور نمای بالا با لنز گنبدی سیاه.
• تامین شده بر روی نوار 12 میلی‌متری و قرقره با قطر 7 اینچ برای جایگذاری خودکار.
• سازگار با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز.
• طرح کلی بسته‌بندی استاندارد شده.

1.2 کاربردها

• ماژول‌های گیرنده مادون قرمز.
• کاربردهای حسگری مادون قرمز نصب شده روی PCB.

2. ابعاد کلی

این قطعه با طرح کلی بسته‌بندی استاندارد مطابقت دارد. تمام ابعاد حیاتی در نمودارهای دیتاشیت بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند، با تلرانس استاندارد ±0.1 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. بسته‌بندی برای نصب قابل اعتماد روی PCB طراحی شده است.

3. حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. تمام مقادیر در دمای محیط (TA) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• اتلاف توان (PD):100 میلی‌وات
• ولتاژ کلکتور-امیتر (VCEO):30 ولت
• ولتاژ امیتر-کلکتور (VECO):5 ولت
• محدوده دمای کاری:40- درجه تا 85+ درجه سلسیوس
• محدوده دمای انبارداری:55- درجه تا 100+ درجه سلسیوس
• لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز:دمای اوج 260 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 10 ثانیه.

یک پروفیل دمای رفلو پیشنهادی برای فرآیندهای بدون سرب گنجانده شده است که بر پارامترهای پیش‌گرم، دمای اوج و زمان بالاتر از نقطه ذوب تاکید دارد تا اتصالات لحیم قابل اعتماد بدون آسیب حرارتی تضمین شود.

4. مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها عملکرد قطعه را تحت شرایط آزمایش مشخص شده در TA=25 درجه سلسیوس تعریف می‌کنند. این پارامترها برای طراحی مدار حیاتی هستند.

• ولتاژ شکست کلکتور-امیتر، V(BR)CEO:30 ولت (حداقل). شرایط آزمایش: IR = 100µA، تابندگی (Ee) = 0 mW/cm².
• ولتاژ شکست امیتر-کلکتور، V(BR)ECO:5 ولت (حداقل). شرایط آزمایش: IE = 100µA، Ee = 0 mW/cm².
• ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر، VCE(SAT):0.4 ولت (حداکثر). شرایط آزمایش: IC = 100µA، Ee = 0.5 mW/cm².
• زمان صعود (Tr) و زمان سقوط (Tf):15 میکروثانیه (معمول). شرایط آزمایش: VCE = 5V، IC = 1mA، RL = 1kΩ.
• جریان تاریک کلکتور (ICEO):100 نانوآمپر (حداکثر). شرایط آزمایش: VCE = 20V، Ee = 0 mW/cm². این جریان نشتی در زمانی است که هیچ نوری به قطعه نمی‌تابد.
• جریان کلکتور در حالت روشن، IC(ON):از 1.5 میلی‌آمپر (حداقل) تا 9.20 میلی‌آمپر (حداکثر) متغیر است. شرایط آزمایش: VCE = 5V، Ee = 0.5 mW/cm²، λ=940nm. این پارامتر کلیدی نشان‌دهنده حساسیت است.

5. سیستم کدگذاری بین

قطعات بر اساس جریان کلکتور در حالت روشن (IC(ON)) به دسته‌های عملکردی (بین) طبقه‌بندی می‌شوند تا یکنواختی در کاربرد تضمین شود. تلرانس جریان در هر بین ±15% است.

• بین A:IC(ON) = 1.5 میلی‌آمپر تا 2.9 میلی‌آمپر
• بین B:IC(ON) = 2.9 میلی‌آمپر تا 5.5 میلی‌آمپر
• بین C:IC(ON) = 5.5 میلی‌آمپر تا 9.2 میلی‌آمپر

6. منحنی‌های عملکرد معمول

دیتاشیت چندین نمودار ارائه می‌دهد که رفتار قطعه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهند. این نمودارها برای درک عملکرد فراتر از مشخصات تک نقطه‌ای ضروری هستند.

• حساسیت طیفی:منحنی که حساسیت نسبی فوتوترانزیستور را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد و در حدود 940 نانومتر به اوج می‌رسد.
• جریان تاریک کلکتور در مقابل دمای محیط:نشان می‌دهد که جریان نشتی (ICEO) چگونه با افزایش دما افزایش می‌یابد.
• زمان صعود و سقوط در مقابل مقاومت بار:نشان می‌دهد که سرعت سوئیچینگ چگونه تحت تأثیر مقدار مقاومت بار (RL) در مدار قرار می‌گیرد.
• جریان کلکتور نسبی در مقابل تابندگی:رابطه بین توان نور تابیده (Ee) و جریان خروجی کلکتور را نشان می‌دهد.
• نمودار حساسیت:یک نمودار قطبی که پاسخ زاویه‌ای نسبی سنسور را نشان می‌دهد که تحت تأثیر لنز گنبدی سیاه قرار دارد.

7. طرح‌بندی پد لحیم‌کاری و اطلاعات بسته‌بندی

ابعاد الگوی زمین PCB (پد لحیم) توصیه شده ارائه شده است تا لحیم‌کاری مناسب و پایداری مکانیکی تضمین شود. ضخامت استنسیل 0.1 میلی‌متر یا 0.12 میلی‌متر برای اعمال خمیر لحیم پیشنهاد می‌شود. ابعاد دقیق بسته‌بندی نوار و قرقره نیز گنجانده شده است که فاصله جیب‌ها، قطر قرقره و اندازه هاب را مشخص می‌کند تا جابجایی خودکار تسهیل شود.

8. راهنمای نگهداری، انبارداری و مونتاژ

8.1 شرایط انبارداری

برای کیسه‌های ضد رطوبت بازنشده همراه با جاذب رطوبت، در دمای ≤ 30°C و رطوبت نسبی ≤ 90% انبار شود، با دوره استفاده توصیه شده یک سال. برای قطعاتی که از بسته‌بندی اصلی خارج شده‌اند، محیط نباید از 30°C / 60% RH تجاوز کند. اگر قطعات به مدت بیش از یک هفته خارج از کیسه اصلی نگهداری شوند، پخت در دمای 60°C به مدت 20 ساعت قبل از لحیم‌کاری توصیه می‌شود تا رطوبت زدوده شده و از "ترکیدن" در حین رفلو جلوگیری شود.

8.2 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری، از حلال‌های الکلی مانند ایزوپروپیل الکل استفاده کنید.

8.3 توصیه‌های لحیم‌کاری

پارامترهای دقیق برای هر دو روش لحیم‌کاری رفلو و دستی ارائه شده است:

• لحیم‌کاری رفلو:پیش‌گرم تا 150-200°C حداکثر به مدت 120 ثانیه، با دمای اوج حداکثر 260°C به مدت حداکثر 10 ثانیه. رفلو حداکثر باید دو بار انجام شود.
• لحیم‌کاری دستی:دمای نوک هویه نباید از 300°C تجاوز کند، با زمان لحیم‌کاری حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال.

راهنماها به استانداردهای JEDEC ارجاع داده و بر نیاز به مشخصه‌یابی فرآیند برای طراحی‌های خاص PCB تأکید می‌کنند.

8.4 ملاحظات مدار درایو

فوتوترانزیستور یک قطعه خروجی جریان است. برای کاربردهایی که شامل چندین سنسور هستند، اکیداً توصیه می‌شود از مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه به صورت سری با هر قطعه استفاده شود (همانطور که در "مدار A" دیتاشیت نشان داده شده است) تا پاسخ یکنواخت تضمین شده و از جذب جریان بیش از حد توسط هر واحد جلوگیری شود. اتصال مستقیم قطعات به صورت موازی ("مدار B") بدون مقاومت‌های جداگانه می‌تواند به دلیل تغییرات در ویژگی‌های قطعات منجر به عملکرد نامتناسب شود.

9. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

9.1 اصل عملکرد

یک فوتوترانزیستور مادون قرمز با تبدیل نور مادون قرمز تابیده به جریان الکتریکی کار می‌کند. فوتون‌هایی با انرژی کافی (متناظر با طول‌موج حساس قطعه، حدود 940 نانومتر) در ناحیه بیس ترانزیستور جذب می‌شوند و جفت‌های الکترون-حفره تولید می‌کنند. این جریان فوتوژنریک شده به عنوان جریان بیس عمل می‌کند که سپس توسط بهره ترانزیستور تقویت می‌شود و منجر به جریان کلکتور بزرگتری می‌شود که متناسب با شدت نور تابیده است. لنز گنبدی سیاه به متمرکز کردن نور ورودی و تعریف میدان دید کمک می‌کند.

9.2 سناریوهای کاربردی معمول

استفاده اصلی در سیستم‌های دریافت مادون قرمز است. این شامل موارد زیر می‌شود:

• گیرنده‌های کنترل از راه دور:رمزگشایی سیگنال‌ها از ریموت تلویزیون، صوتی و لوازم خانگی.
• حسگری مجاورتی:تشخیص حضور یا عدم حضور یک شیء با انعکاس پرتو IR.
• سوئیچینگ نوری پایه:قطع یک پرتو برای شمارش یا تشخیص موقعیت.
• پیوندهای داده ساده:انتقال داده بی‌سیم کم‌سرعت و کوتاه‌برد با استفاده از نور مادون قرمز مدوله شده.

9.3 چک‌لیست طراحی

• بین مناسب را انتخاب کنیدبر اساس حساسیت مورد نیاز برای کاربرد شما.
• یک مقاومت بار (RL) انتخاب کنیدبا در نظر گرفتن نوسان ولتاژ خروجی مطلوب و مصالحه با سرعت پاسخ (به منحنی زمان صعود/سقوط در مقابل RL مراجعه کنید).
• فیلتر کردن مناسب را پیاده‌سازی کنیددر مدار شکل‌دهی سیگنال برای حذف نویز از نور محیط (مانند سوسو زدن لامپ فلورسنت در 100/120 هرتز).
• از طرح‌بندی PCB و راهنمای لحیم‌کاری توصیه شده پیروی کنیدتا قابلیت اطمینان تضمین شود.
• نمودار حساسیت زاویه‌ای را در نظر بگیریدهنگام طراحی جایگذاری مکانیکی و محفظه تا مطمئن شوید سنسور به درستی هدف‌گیری شده است.

9.4 عملکرد در مقابل دما

طراحان باید اثرات دما را در نظر بگیرند. جریان تاریک کلکتور (ICEO) به طور قابل توجهی با دما افزایش می‌یابد، که می‌تواند سطح نویز در کاربردهای کم‌نور را افزایش دهد. خود جریان فوتو نیز دارای ضریب دمایی است. برای کاربردهای حیاتی در محدوده دمایی وسیع (40- تا 85+ درجه سلسیوس)، آزمایش یا شبیه‌سازی در سرتاسر محدوده دمایی توصیه می‌شود.

10. مقایسه فنی و راهنمای انتخاب

هنگام انتخاب یک آشکارساز نوری مادون قرمز، تمایزهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• فوتوترانزیستور در مقابل فوتودیود:فوتوترانزیستورها بهره داخلی ارائه می‌دهند و برای یک سطح نوری معین، سیگنال خروجی بزرگتری تولید می‌کنند که طراحی تقویت کننده بعدی را ساده می‌کند. با این حال، آنها عموماً از نظر زمان پاسخ کندتر از فوتودیودها هستند. این قطعه، با زمان صعود/سقوط 15 میکروثانیه، برای سیگنال‌های کنترل از راه دور استاندارد (مانند حامل 38 کیلوهرتز) مناسب است اما ممکن است برای ارتباط داده بسیار پرسرعت بسیار کند باشد.
• طول‌موج:حساسیت اوج 940 نانومتر برای جفت شدن با گسیلنده‌های مادون قرمز GaAs معمول ایده‌آل است و در مقایسه با منابع 850 نانومتر برای چشم انسان کمتر قابل مشاهده است که آلودگی نوری درک شده را کاهش می‌دهد.
• بسته‌بندی و لنز:بسته‌بندی لنز سیاه نمای بالا برای مونتاژ سطحی بهینه شده است و یک زاویه دید کنترل شده ارائه می‌دهد که می‌تواند به حذف نور سرگردان از کناره‌ها کمک کند.

11. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: هدف کد بین چیست؟

پ: کد بین یک محدوده قابل پیش‌بینی از حساسیت (IC(ON)) را تضمین می‌کند. برای عملکرد یکنواخت در تولید، هنگام سفارش، بین مورد نیاز را مشخص کنید.

س: آیا می‌توانم از این سنسور در نور خورشید استفاده کنم؟

پ: نور مستقیم خورشید حاوی مقدار عظیمی از تابش مادون قرمز است و احتمالاً سنسور را اشباع خواهد کرد. این قطعه برای استفاده در محیط داخلی یا محیط‌های کنترل شده طراحی شده است. فیلتر کردن نوری یا کارکرد پالسی با آشکارسازی همزمان ممکن است برای استفاده در فضای باز ضروری باشد.

س: چرا روش انبارداری و پخت اینقدر مهم است؟

پ: بسته‌بندی‌های نصب سطحی می‌توانند رطوبت را از هوا جذب کنند. در طول فرآیند لحیم‌کاری رفلو با دمای بالا، این رطوبت می‌تواند به سرعت تبخیر شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی یا ترک خوردگی ("ترکیدن") شود که قطعه را از بین می‌برد. انبارداری و پخت مناسب از این امر جلوگیری می‌کند.

س: چگونه ولتاژ خروجی را محاسبه کنم؟

پ: فوتوترانزیستور به عنوان یک منبع جریان عمل می‌کند. ولتاژ خروجی در کلکتور تقریباً برابر است با VCC - (IC * RL). RL و VCC را بر اساس نوسان خروجی مطلوب و IC مورد انتظار از منبع نور انتخاب کنید.

12. مثال عملی طراحی

سناریو:طراحی یک گیرنده IR ساده برای سیگنال کنترل از راه دور مدوله شده 38 کیلوهرتز.

1. انتخاب قطعه:از این فوتوترانزیستور استفاده کنید (مثلاً بین B برای حساسیت متوسط) و آن را با یک فیلتر میان‌گذر 38 کیلوهرتز یا یک IC رمزگشای اختصاصی جفت کنید.
2. مدار بایاس:کلکتور را از طریق یک مقاومت بار RL به منبع تغذیه 5 ولت (VCC) وصل کنید. امیتر به زمین متصل می‌شود. مقدار RL = 1kΩ یک نقطه شروع رایج است که تعادل خوبی بین نوسان ولتاژ خروجی و سرعت ارائه می‌دهد.
3. شکل‌دهی سیگنال:ولتاژ در کلکتور هنگامی که نور IR تشخیص داده می‌شود افت می‌کند. این سیگنال کوپل شده AC سپس به یک مرحله تقویت کننده یا مقایسه‌گر تغذیه می‌شود تا شکل موج دیجیتال تمیز شود. یک خازن موازی با RL می‌تواند به فیلتر کردن نویز فرکانس بالا کمک کند اما پاسخ را کند می‌کند.
4. طرح‌بندی:سنسور را در جلوی PCB با یک دهانه واضح در محفظه قرار دهید. آن را از منابع نویز مانند رگولاتورهای سوئیچینگ دور نگه دارید. از طرح‌بندی پد لحیم توصیه شده پیروی کنید.

13. روندهای فناوری

حوزه قطعات گسسته مادون قرمز همچنان در حال تکامل است. روندها شامل توسعه آشکارسازهای نوری با ICهای شکل‌دهی سیگنال یکپارچه در یک بسته واحد است که خروجی دیجیتال و حذف نور محیطی بهبود یافته ارائه می‌دهد. همچنین تلاش برای دستگاه‌های پرسرعت‌تر برای فعال‌سازی انتقال داده سریع‌تر برای کاربردهایی مانند انجمن داده IR (IrDA) و حسگری حرکتی وجود دارد. علاوه بر این، بهبودهای در بسته‌بندی هدف ارائه زوایای دید باریک‌تر و یکنواخت‌تر برای کاربردهای حسگری دقیق در حالی که سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار حفظ می‌شود را دنبال می‌کند. قطعه توصیف شده در این دیتاشیت یک راه‌حل بالغ و قابل اعتماد برای کاربردهای با حساسیت هزینه و حجم بالا که در آنها تشخیص مادون قرمز پایه مورد نیاز است، ارائه می‌دهد.