Fiche technique LTR-C951-TB - Phototransistor infrarouge et détecteur - Boîtier 5mm - 30V Collecteur-Émetteur - 940nm - Document technique français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTR-C951-TB est un composant discret de phototransistor infrarouge (IR) conçu pour des applications de détection. Il appartient à une vaste famille de dispositifs optoélectroniques destinés aux systèmes nécessitant une détection infrarouge fiable. La fonction principale de ce composant est de convertir la lumière infrarouge incidente en un signal électrique correspondant à ses bornes collecteur-émetteur. Sa conception est optimisée pour une intégration dans les processus d'assemblage automatisé et les lignes standards de technologie de montage en surface (SMT).

L'avantage fondamental de ce dispositif réside dans l'utilisation d'une structure de phototransistor, qui fournit un gain interne, résultant en une sensibilité plus élevée comparée aux photodiodes basiques. La lentille hémisphérique en époxy noire intégrée aide à définir l'angle de vision et peut offrir un certain degré de rejet de la lumière ambiante, bien que la fiche technique ne spécifie pas de filtre dédié pour la réduction du bruit de lumière visible dans ce modèle particulier. Le composant est spécifié comme conforme aux initiatives RoHS et Produit Vert.

Le marché cible et les applications sont clairement orientés vers l'électronique grand public et industrielle à volume élevé et rentable. Les principaux domaines d'application incluent les récepteurs infrarouges pour systèmes de télécommande et les capteurs infrarouges montés sur PCB pour la détection de proximité, la détection d'objets et les liaisons de transmission de données basiques où la performance à haute vitesse n'est pas l'exigence principale.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Il n'est pas recommandé de faire fonctionner le dispositif dans des conditions dépassant ces valeurs.

• Dissipation de puissance (P_D) :100 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (T_A) de 25°C. Dépasser cette limite risque de provoquer un emballement thermique et une défaillance.
• Tension Collecteur-Émetteur (V_CEO) :30 V. La tension maximale qui peut être appliquée entre les broches collecteur et émetteur avec la base ouverte (mode phototransistor).
• Tension Émetteur-Collecteur (V_ECO) :5 V. La tension inverse maximale applicable entre l'émetteur et le collecteur.
• Plage de température de fonctionnement (T_opr) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante sur laquelle le dispositif est garanti de respecter ses spécifications électriques publiées.
• Plage de température de stockage (T_stg) :-55°C à +100°C. La plage de température pour stocker le dispositif sans appliquer d'alimentation.
• Condition de soudage par refusion infrarouge :Température de pic de 260°C pendant un maximum de 10 secondes. Ceci définit la tolérance du profil thermique pour l'assemblage SMT.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test spécifiques à T_A=25°C et définissent la performance typique du dispositif.

• Tension de claquage Collecteur-Émetteur (V_(BR)CEO) :30 V (Min). Confirme la valeur maximale absolue dans une condition de test spécifique (I_R= 100µA, sans illumination).
• Tension de claquage Émetteur-Collecteur (V_(BR)ECO) :5 V (Min). Confirme la valeur de tension inverse.
• Tension de saturation Collecteur-Émetteur (V_CE(SAT)) :0.4 V (Max). Lorsque le phototransistor est complètement "actif" (saturé) sous illumination (E_e=0.5 mW/cm² à 940nm) et avec un courant de collecteur (I_C) de 100µA, la chute de tension entre le collecteur et l'émetteur sera de 0.4V ou moins. Un V_CE(SAT)plus bas est généralement meilleur pour les applications de commutation.
• Temps de montée (T_r) & Temps de descente (T_f) :15 µs (Typ). Ces paramètres spécifient la vitesse du dispositif. Avec une condition de test de V_CE=5V, I_C=1mA, et R_L=1kΩ, la sortie prend environ 15 microsecondes pour monter de 10% à 90% de sa valeur finale lorsqu'elle est illuminée, et encore 15 µs pour redescendre lorsque la lumière est retirée. Ceci indique un dispositif adapté aux applications de basse à moyenne fréquence (jusqu'à des dizaines de kHz), pas à la transmission de données à haute vitesse.
• Courant d'obscurité du collecteur (I_CEO) :100 nA (Max). C'est le courant de fuite qui traverse la jonction collecteur-émetteur lorsque le dispositif est dans l'obscurité totale (E_e= 0 mW/cm²) et avec V_CE=20V. Un courant d'obscurité plus faible est souhaitable pour un meilleur rapport signal/bruit dans des conditions de faible luminosité.
• Courant de collecteur à l'état passant (I_C(ON)) :5.5 mA (Typ). C'est le courant de collecteur typique généré lorsque le dispositif est illuminé avec une irradiance spécifique de 0.5 mW/cm² de lumière infrarouge à 940nm et polarisé avec V_CE=5V. Ce paramètre est directement lié à la sensibilité du dispositif.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à une section pour "Courbes typiques des caractéristiques électriques/optiques." Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, nous pouvons déduire leur contenu standard et leur importance pour la conception.

Les courbes typiques pour un phototransistor comme le LTR-C951-TB incluraient :

• Courant de collecteur (I_C) vs. Irradiance (E_e) :C'est la courbe la plus cruciale, montrant la relation entre la puissance lumineuse incidente et le courant de sortie pour différentes tensions collecteur-émetteur (V_CE). Elle démontre la linéarité (ou non-linéarité) de la réponse et permet aux concepteurs de calculer l'irradiance nécessaire pour obtenir un courant de sortie souhaité.
• Courant de collecteur (I_C) vs. Tension Collecteur-Émetteur (V_CE) :Ce sont les courbes caractéristiques de sortie, tracées pour différents niveaux d'irradiance. Elles montrent les régions de fonctionnement (saturation et active) du phototransistor et aident à sélectionner la résistance de charge appropriée (R_L).
• Réponse spectrale :Une courbe montrant la sensibilité relative du dispositif à travers différentes longueurs d'onde de la lumière. Bien que le dispositif soit testé avec une lumière à 940nm, cette courbe montrerait sa réponse à d'autres longueurs d'onde IR (par ex., 850nm, 880nm) et potentiellement à la lumière visible, indiquant la nécessité d'un filtrage optique si une isolation de longueur d'onde spécifique est requise.
• Dépendance à la température :Courbes montrant comment des paramètres clés comme le courant d'obscurité (I_CEO) et la sensibilité changent sur la plage de température de fonctionnement. Le courant d'obscurité augmente typiquement de manière exponentielle avec la température, ce qui peut être un facteur critique dans les applications à haute température ou de précision.

Les concepteurs doivent consulter ces graphiques pour modéliser avec précision le comportement du dispositif dans leurs conditions de circuit et environnementales spécifiques, car les valeurs typiques tabulées ne fournissent qu'un instantané à 25°C.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions de contour

Le dispositif suit un contour de boîtier standard. Le dessin dimensionnel fourni (référencé dans la fiche technique) spécifie la taille physique, l'espacement des broches et la géométrie de la lentille. Les caractéristiques clés incluent un corps en époxy noir avec une lentille hémisphérique, qui aide à contrôler la réponse directionnelle (angle de vision) du capteur. Le boîtier est conçu pour être compatible avec les équipements automatiques de pick-and-place, facilitant la fabrication à grand volume.

4.2 Identification de la polarité

Les phototransistors sont des dispositifs polarisés. Le dessin de contour de la fiche technique indiquera clairement le brochage : Collecteur (C) et Émetteur (E). Une connexion de polarité incorrecte pendant l'assemblage du PCB empêchera le dispositif de fonctionner.

4.3 Disposition des pastilles de soudure suggérée et dimensions du boîtier

La fiche technique inclut un diagramme "Dimensions suggérées des pastilles de soudure". C'est une référence critique pour les concepteurs de mise en page PCB. Il fournit la géométrie recommandée des pastilles de cuivre (taille et forme) sur la carte de circuit imprimé pour assurer la formation d'une soudure fiable pendant le soudage par refusion tout en minimisant la contrainte sur le composant. Le respect de ces recommandations est essentiel pour le rendement de fabrication et la fiabilité à long terme.

De plus, la section "Dimensions du boîtier de la bande et de la bobine" détaille comment les composants sont fournis pour l'assemblage automatisé. Elle spécifie les dimensions de la bande porteuse, l'espacement des poches, le diamètre de la bobine (7 pouces) et l'orientation des pièces dans la bande. Cette information est vitale pour programmer correctement la machine de placement SMT.

5. Directives d'assemblage, de stockage et de manipulation

5.1 Soudage et profil de refusion

Le dispositif est classé pour les processus de soudage par refusion infrarouge. La condition maximale absolue est une température de pic de 260°C pendant un maximum de 10 secondes. La fiche technique recommande de suivre un profil de refusion standard JEDEC, qui inclut typiquement une étape de préchauffage (150-200°C), une montée contrôlée vers la température de pic et une phase de refroidissement contrôlée. Le respect des spécifications du fabricant de la pâte à souder est également souligné. Pour la réparation manuelle, la température du fer à souder ne doit pas dépasser 300°C, avec un temps de contact de 3 secondes maximum par joint.

5.2 Conditions de stockage

La sensibilité à l'humidité est un facteur critique pour les composants SMD en plastique. Les LED/phototransistors sont emballés dans un sac étanche à l'humidité avec un dessiccant.

• Emballage scellé :Doit être stocké à ≤30°C et ≤90% d'Humidité Relative (HR). La durée de conservation dans ces conditions est d'un an.
• Emballage ouvert :Les composants exposés à l'air ambiant doivent être stockés à ≤30°C et ≤60% HR. Il est fortement recommandé de terminer le processus de refusion IR dans la semaine (168 heures) suivant l'ouverture du sac. Pour un stockage plus long en dehors de l'emballage d'origine, les composants doivent être stockés dans un conteneur scellé avec dessiccant ou dans une atmosphère d'azote. S'ils sont stockés pendant plus d'une semaine, un dégazage à 60°C pendant au moins 20 heures est requis avant le soudage pour éliminer l'humidité absorbée et prévenir les dommages de type "pop-corn" pendant la refusion.

5.3 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est nécessaire, seuls des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique (IPA) doivent être utilisés. Les nettoyants chimiques agressifs peuvent endommager la lentille en époxy ou le boîtier.

6. Emballage et informations de commande

Le LTR-C951-TB est fourni dans un emballage standard EIA pour l'assemblage automatisé. Les composants sont chargés dans une bande porteuse embossée, qui est ensuite enroulée sur des bobines de 7 pouces de diamètre. Chaque bobine contient 1500 pièces. La bande a un couvercle scellé pour protéger les composants pendant la manipulation et l'expédition. La fiche technique note la conformité à la spécification ANSI/EIA 481-1-A-1994 pour l'emballage en bande et bobine.

7. Considérations de conception d'application

7.1 Circuits d'application typiques

La fiche technique fournit une recommandation de circuit de commande fondamental. Un phototransistor est un dispositif à sortie de courant. Dans une application de commutation typique, il est connecté dans une configuration à émetteur commun :

• Le collecteur est connecté à la tension d'alimentation (V_CC) via une résistance de charge (R_L).
• L'émetteur est connecté à la masse.
• Le signal de sortie est pris au nœud du collecteur.

Lorsqu'aucune lumière n'est incidente, le phototransistor est désactivé (haute impédance), et la tension de sortie au collecteur est tirée vers le haut à V_CC(moins une petite chute due au courant d'obscurité à travers R_L). Lorsqu'il est illuminé, le phototransistor s'active, le courant circule, et la tension de sortie chute à un niveau bas (proche de V_CE(SAT)). La valeur de R_Lest choisie en fonction de l'excursion de tension de sortie souhaitée, de la vitesse (car elle forme une constante de temps RC avec les parasites du circuit) et du photocourant disponible (I_C(ON)).

7.2 Notes et précautions de conception

• Immunité à la lumière ambiante :La lentille noire fournit un certain filtrage, mais pour fonctionner dans des environnements avec un fort IR ambiant (lumière du soleil, ampoules à incandescence), un filtre optique externe supplémentaire passe-IR/bloqueur-visible peut être nécessaire pour améliorer le rapport signal/bruit.
• Limitations de vitesse :Avec des temps de montée/descente de l'ordre de dizaines de microsecondes, ce dispositif n'est pas adapté à la communication de données à haute vitesse (par ex., IrDA). Il est idéal pour les codes de télécommande (par ex., RC-5, NEC) et la détection simple marche/arrêt.
• Polarisation pour un fonctionnement linéaire :S'il est utilisé en mode linéaire (analogique) plutôt qu'en tant qu'interrupteur, le dispositif doit fonctionner dans sa région active (V_CE> V_CE(SAT)). Les caractéristiques non linéaires montrées dans les courbes I_Cvs. E_edoivent être prises en compte.
• Champ d'application :La fiche technique inclut une précaution standard indiquant que le composant est destiné à l'électronique générale. Les applications nécessitant une fiabilité exceptionnelle, en particulier dans les systèmes de maintien de la vie, de sécurité ou de transport, nécessitent une consultation préalable et probablement une qualification au niveau du composant.

8. Principe de fonctionnement

Un phototransistor est un transistor bipolaire à jonction (BJT) où la région de base est exposée à la lumière au lieu d'être contactée électriquement. La jonction base-collecteur agit comme une photodiode. Lorsque des photons avec suffisamment d'énergie (infrarouge, dans ce cas) frappent cette jonction, ils génèrent des paires électron-trou. Ce courant photogénéré agit comme le courant de base (I_B) pour le transistor. Le transistor amplifie ensuite ce courant par son gain en courant continu (h_FE), résultant en un courant de collecteur beaucoup plus grand (I_C= h_FE* I_B(photo)). Ce gain interne est ce qui donne au phototransistor sa haute sensibilité comparée à une simple photodiode, qui n'a pas d'amplification interne. Le boîtier en époxy noir abrite la puce semi-conductrice et forme la lentille hémisphérique, qui focalise la lumière entrante sur la zone sensible.

9. FAQ basée sur les paramètres techniques

Q1 : Quel est l'angle de vision typique de ce dispositif ?

R1 : La fiche technique ne spécifie pas d'angle de vision numérique. La lentille hémisphérique noire fournit typiquement un angle de vision modéré (par ex., ±20° à ±40° est courant pour de tels boîtiers), mais la valeur exacte doit être confirmée à partir du dessin de contour détaillé ou en contactant le fabricant.

Q2 : Puis-je l'utiliser avec une LED IR 850nm ?

R2 : Le dispositif est testé et son I_C(ON)spécifié à 940nm. Les phototransistors ont généralement une réponse spectrale large dans la gamme du proche infrarouge. Il répondra probablement à la lumière à 850nm, mais avec une sensibilité potentiellement différente. Pour une performance optimale et des niveaux de signal prévisibles, il est recommandé de l'associer à un émetteur IR à sa longueur d'onde de sensibilité maximale (probablement autour de 940nm). Consultez la courbe de réponse spectrale.

Q3 : Comment choisir la valeur de la résistance de charge (R_L) ?

R3 : R_Lest choisie en fonction de votre tension d'alimentation (V_CC), des niveaux logiques de sortie souhaités et de la vitesse requise. Pour une alimentation de 5V : Pour assurer un bon niveau logique 'bas' (par ex.,<0.8V) lorsque le transistor est actif, R_L≤ (V_CC- V_CE(SAT)) / I_C(ON). Avec V_CC=5V, V_CE(SAT)=0.4V, I_C(ON)=5.5mA, R_L≤ (5-0.4)/0.0055 ≈ 836Ω. Une résistance standard de 1kΩ est un choix courant, offrant un bon compromis entre consommation de courant et excursion de sortie. Pour une vitesse plus rapide, un R_Lplus petit est meilleur (réduit la constante de temps RC), mais cela augmente la consommation d'énergie.

Q4 : Pourquoi le courant d'obscurité est-il important ?

R4 : Le courant d'obscurité (I_CEO) définit le bruit de fond du capteur. Dans un environnement sombre, ce courant circule toujours à travers R_L, créant une petite chute de tension. Ceci limite le signal lumineux minimum détectable. Dans les applications à haute température, le courant d'obscurité augmente significativement et peut saturer la sortie, rendant le capteur inutilisable.