Fiche technique du phototransistor LTR-5576D - Boîtier 3.0x2.8x1.9mm - Vce 30V - Puissance 100mW - Filtre vert foncé - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTR-5576D est un phototransistor NPN en silicium conçu pour les applications de détection infrarouge. Sa fonction principale est de convertir la lumière infrarouge incidente en un courant électrique à sa borne de collecteur. Une caractéristique distinctive clé de ce composant est son boîtier plastique spécial vert foncé. Ce matériau d'encapsulation est spécifiquement choisi pour atténuer ou couper les longueurs d'onde de la lumière visible, améliorant ainsi la sensibilité et la sélectivité du dispositif au rayonnement infrarouge. Cela le rend particulièrement adapté aux applications où la distinction entre la lumière visible ambiante et le signal infrarouge souhaité est cruciale.

Les avantages principaux du LTR-5576D incluent une large plage de fonctionnement pour le courant collecteur, offrant une flexibilité de conception. Il présente une haute sensibilité à la lumière infrarouge, assurant une détection fiable même à de faibles niveaux d'éclairement énergétique. De plus, il se caractérise par des temps de commutation rapides, avec des temps de montée et de descente de l'ordre de la microseconde, permettant son utilisation dans des applications nécessitant une réponse rapide, telles que les liaisons de communication de données, la détection d'objets et la mesure de vitesse.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces caractéristiques définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles sont spécifiées à une température ambiante (T_A) de 25°C.

• Puissance dissipée (P_D) :100 mW. C'est la puissance maximale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur. Dépasser cette limite risque d'entraîner un emballement thermique et une défaillance.
• Tension collecteur-émetteur (V_CEO) :30 V. La tension maximale pouvant être appliquée entre le collecteur et l'émetteur avec la base ouverte (flottante).
• Tension émetteur-collecteur (V_ECO) :5 V. La tension inverse maximale applicable entre l'émetteur et le collecteur.
• Plage de température de fonctionnement :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le fonctionnement du dispositif est garanti conformément à ses spécifications électriques.
• Plage de température de stockage :-55°C à +100°C. La plage de température pour un stockage non opérationnel sans dégradation.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm du corps du boîtier. Cela définit les contraintes du profil de soudure par refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres définissent les performances du dispositif dans des conditions de test spécifiques à T_A=25°C.

• Tension de claquage collecteur-émetteur, V_(BR)CEO:30 V (Min). Mesurée à I_C= 1mA avec un éclairement énergétique nul (E_e= 0 mW/cm²).
• Tension de claquage émetteur-collecteur, V_(BR)ECO:5 V (Min). Mesurée à I_E= 100μA avec un éclairement énergétique nul.
• Tension de saturation collecteur-émetteur, V_CE(SAT):0,4 V (Max). La chute de tension aux bornes du dispositif lorsqu'il est complètement "passant" (conducteur), testée à I_C= 50μA et E_e= 0,5 mW/cm². Un V_CE(SAT)faible est souhaitable pour une commutation efficace.
• Temps de commutation :
  • Temps de montée (T_r) :15 μs (Typ). Temps nécessaire au courant de sortie pour passer de 10% à 90% de sa valeur finale.
  • Temps de descente (T_f) :18 μs (Typ). Temps nécessaire au courant de sortie pour passer de 90% à 10% de sa valeur initiale. Testé à V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ.
• Courant d'obscurité du collecteur (I_CEO) :100 nA (Max). Le courant de fuite circulant dans le collecteur en l'absence de lumière incidente (E_e= 0 mW/cm²) et V_CE= 10V. Un faible courant d'obscurité est essentiel pour un bon rapport signal/bruit dans la détection en faible luminosité.
• Rapport de courant collecteur à l'état passant (R) :Défini comme I_L1/I_L2, avec une valeur typique de 1,0 et des valeurs min/max de 0,8/1,25. Ce paramètre concerne la cohérence du courant de sortie dans des conditions de test spécifiques.

3. Explication du système de classement (binning)

Le LTR-5576D utilise un système de classement basé sur le courant collecteur moyen à l'état passant (I_C(ON)). Ce courant est mesuré dans des conditions standardisées : V_CE= 5V et un éclairement énergétique (E_e) de 1 mW/cm². Les dispositifs sont triés en différentes classes (A à F) selon leur plage de I_C(ON)mesurée. Chaque classe est associée à un marquage couleur spécifique pour une identification facile.

Deux ensembles de limites sont fournis : les plages plus strictes deRéglage de productionutilisées lors du tri en fabrication, et les limites plus larges deContrôle Qualité (C.Q.)utilisées pour les tests d'acceptation finaux.

Ce classement permet aux concepteurs de sélectionner des dispositifs avec une sensibilité cohérente pour leurs besoins de circuit spécifiques, garantissant des performances prévisibles en production de volume.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques illustrant le comportement du dispositif dans différentes conditions.

4.1 Courant d'obscurité du collecteur en fonction de la température ambiante (Fig. 1)

Cette courbe montre que le courant d'obscurité du collecteur (I_CEO) augmente de façon exponentielle avec la température ambiante. À 25°C, il est de l'ordre du nanoampère, mais il peut augmenter significativement à l'extrémité supérieure de la plage de température de fonctionnement (+85°C). Cette caractéristique est cruciale pour concevoir des circuits qui doivent maintenir leur stabilité sur une large plage de températures, car l'augmentation du courant d'obscurité agit comme un décalage ou une source de bruit.

4.2 Dérating de puissance du collecteur en fonction de la température ambiante (Fig. 2)

Ce graphique représente la réduction de la puissance maximale dissipable autorisée lorsque la température ambiante augmente. À 25°C, le dispositif peut dissiper la totalité des 100 mW. Lorsque la température augmente, cette puissance maximale doit être réduite linéairement pour éviter de dépasser la limite de température de jonction. Cette courbe est essentielle pour la gestion thermique et pour garantir un fonctionnement fiable dans des environnements à température élevée.

4.3 Temps de montée et de descente en fonction de la résistance de charge (Fig. 3)

Ce tracé démontre la relation entre la vitesse de commutation (T_r, T_f) et la résistance de charge (R_L) connectée au collecteur. Les temps de commutation diminuent lorsque la résistance de charge diminue. En effet, un R_Lplus petit permet une charge et une décharge plus rapides de la capacité de jonction du phototransistor et de toute capacité parasite dans le circuit. Les concepteurs peuvent utiliser cette courbe pour optimiser R_Lafin d'obtenir un équilibre souhaité entre la vitesse de commutation et l'amplitude du signal de sortie.

4.4 Courant collecteur relatif en fonction de l'éclairement énergétique (Fig. 4)

Cette courbe montre la fonction de transfert du phototransistor : la relation entre l'éclairement énergétique infrarouge incident (E_e, en mW/cm²) et le courant collecteur résultant (I_C). La courbe est typiquement linéaire sur une certaine plage. Cette linéarité est importante pour les applications de détection analogique où le courant de sortie doit être directement proportionnel à l'intensité lumineuse. Le tracé est réalisé à V_CE= 5V.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le LTR-5576D est fourni dans un boîtier standard à 3 broches avec vue latérale. Les dimensions clés (en millimètres) sont les suivantes, avec une tolérance générale de ±0,15 mm sauf indication contraire :

• Corps du boîtier : Environ 3,0 mm de longueur, 2,8 mm de hauteur et 1,9 mm de profondeur (hors broches).
• Espacement des broches : La distance entre les centres des broches est une valeur standard, mesurée à l'endroit où elles sortent du corps du boîtier.
• Résine en saillie : Un maximum de 1,5 mm de résine peut dépasser sous la collerette.

Le matériau plastique vert foncé du boîtier est essentiel à sa fonction, filtrant la lumière visible.

5.2 Identification de la polarité

Le dispositif possède trois broches : Émetteur, Collecteur et Base (souvent laissée non connectée ou utilisée pour une résistance de polarisation dans certaines configurations). Le brochage est standard pour ce type de boîtier, mais les concepteurs doivent toujours consulter le dessin détaillé du boîtier dans la fiche technique pour une orientation correcte. Une connexion incorrecte peut endommager le dispositif.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

La manipulation et l'assemblage des phototransistors nécessitent des précautions pour éviter les dommages dus aux décharges électrostatiques (ESD) et à la chaleur excessive.

• Précautions ESD :Le dispositif est sensible aux ESD. Des procédures de manipulation appropriées en environnement protégé contre les ESD, incluant l'utilisation de bracelets de mise à la terre et de surfaces de travail conductrices, doivent être suivies.
• Soudure par refusion :La caractéristique maximale absolue pour la soudure des broches est de 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm du corps du boîtier. Cela correspond à un profil de refusion standard sans plomb. Le profil doit être soigneusement contrôlé pour éviter un choc thermique ou dépasser cette limite.
• Soudure à la vague :Si elle est utilisée, la soudure à la vague doit être effectuée avec une préchauffe appropriée pour minimiser la contrainte thermique sur le boîtier plastique.
• Nettoyage :Utiliser des solvants de nettoyage compatibles avec le matériau plastique vert foncé pour éviter la décoloration ou la dégradation.
• Stockage :Stocker dans un environnement sec, protégé contre les ESD, dans la plage de température spécifiée de -55°C à +100°C.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Détection d'objets et de proximité :Utilisé dans des appareils comme les robinets automatiques, les sèche-mains, les distributeurs d'essuie-mains et les systèmes de sécurité pour détecter la présence ou l'absence d'un objet en réfléchissant un faisceau infrarouge.
• Automatisation industrielle :Pour compter des objets sur un convoyeur, détecter la position de pièces de machines ou dans des codeurs optiques pour la rétroaction de vitesse et de position.
• Électronique grand public :Dans les récepteurs de télécommande (bien qu'ils soient souvent associés à un circuit intégré dédié), les capteurs de lumière ambiante pour le contrôle de la luminosité des écrans et les capteurs à fente dans les imprimantes ou les lecteurs de disques.
• Liaisons de données basiques :Pour une transmission de données infrarouge simple et à courte portée (par exemple, systèmes conformes IrDA à basse vitesse).

7.2 Considérations de conception

• Circuit de polarisation :Le phototransistor peut être utilisé dans deux configurations courantes : un simple interrupteur (avec une résistance de rappel) ou en mode linéaire pour la détection analogique. La valeur de la résistance de charge (R_L) est critique et affecte le gain, la bande passante (vitesse de commutation) et l'excursion de tension de sortie.
• Rejet de la lumière ambiante :Le boîtier vert foncé offre un rejet significatif de la lumière visible, mais il n'est pas parfait. Pour les environnements à forte lumière ambiante, des filtres optiques supplémentaires, des signaux IR modulés ou des techniques de détection synchrone peuvent être nécessaires pour améliorer l'intégrité du signal.
• Compensation de température :Comme le montrent les courbes, le courant d'obscurité augmente avec la température. Pour une détection analogique de précision, les circuits peuvent nécessiter une compensation de température ou l'utilisation du dispositif dans une configuration différentielle pour annuler le décalage dépendant de la température.
• Conception de l'objectif et du logement :Le champ de vision du capteur est déterminé par son boîtier. Des lentilles externes ou des ouvertures peuvent être utilisées pour focaliser ou restreindre la zone de détection selon les besoins de l'application.

8. Comparaison et différenciation techniques

Le principal facteur de différenciation du LTR-5576D est sonboîtier plastique vert foncé. Comparé aux boîtiers standard transparents ou incolores, cela offre un filtrage inhérent de la lumière visible, simplifiant la conception optique dans des environnements où la lumière visible ambiante fluctue. Sestemps de commutation rapides(de l'ordre de 15-18 μs) le rendent adapté aux applications nécessitant une réponse plus rapide que les phototransistors typiques, qui peuvent avoir des temps de commutation de l'ordre de dizaines à centaines de microsecondes. Lesystème de classement complet(Classes A-F) fournit aux concepteurs une plage de sensibilité garantie, permettant des performances plus cohérentes en production de volume par rapport aux pièces non classées avec des dispersions de paramètres plus larges.

9. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q : Quel est l'objectif du boîtier vert foncé ?
R : Le plastique vert foncé agit comme un filtre optique intégré. Il atténue la majeure partie du spectre de la lumière visible tout en laissant passer les longueurs d'onde infrarouges jusqu'à la puce de silicium. Cela réduit considérablement la réponse du capteur à la lumière ambiante de la pièce, à la lumière du soleil ou à d'autres sources visibles, le faisant réagir principalement au signal infrarouge souhaité.

Q : Comment choisir la bonne résistance de charge (R_L) ?
R : Le choix implique un compromis. Un R_Lplus grand fournit une excursion de tension de sortie plus élevée pour un photocourant donné (gain plus élevé) mais entraîne des vitesses de commutation plus lentes (voir Fig. 3). Un R_Lplus petit offre une réponse plus rapide mais un gain plus faible. Sélectionnez R_Len fonction de votre priorité : sensibilité (détection analogique) ou vitesse (commutation numérique).

Q : Que signifie le classement (A-F) pour ma conception ?
R : Le classement garantit la cohérence de la sensibilité. Si votre circuit est conçu pour un seuil de courant spécifique, l'utilisation de dispositifs de la même classe garantit qu'ils se déclencheront tous à peu près au même niveau de lumière. Mélanger des classes pourrait rendre certaines unités plus ou moins sensibles que d'autres. Sélectionnez une classe dont la plage de I_C(ON)correspond au point de fonctionnement de votre circuit.

Q : Puis-je utiliser ce capteur en plein soleil ?
R : Bien que le boîtier vert foncé aide, la lumière directe du soleil contient une quantité massive de rayonnement infrarouge qui peut saturer le capteur. Pour les applications extérieures ou à fort IR ambiant, des mesures supplémentaires sont nécessaires, telles que des filtres passe-bande optiques accordés à la longueur d'onde spécifique de votre source IR, un blindage physique ou l'utilisation d'une source IR modulée avec détection synchrone.

10. Étude de cas de conception pratique

Scénario : Conception d'un capteur pour distributeur d'essuie-mains.
L'objectif est de détecter une main placée sous le distributeur et d'activer le moteur. Une LED IR émettrice est placée face au détecteur LTR-5576D. Normalement, le faisceau IR atteint le détecteur, générant un courant. Lorsqu'une main interrompt le faisceau, le courant chute.

Étapes de conception :
1. Configuration du circuit :Utiliser le phototransistor en configuration interrupteur à émetteur commun. Connecter le collecteur à une tension d'alimentation (par ex. 5V) via une résistance de charge R_L. L'émetteur est connecté à la masse. La tension de sortie est prise au nœud du collecteur.
2. Choix de R_L:Comme la vitesse n'est pas critique (le mouvement de la main est lent), privilégier une bonne excursion de signal. D'après la Fig. 4, à un éclairement énergétique raisonnable, I_Cpourrait être ~500μA (Classe C). Choisir R_L= 10kΩ donne une excursion de tension de ΔV = I_C* R_L≈ 5V, ce qui est excellent pour piloter une entrée logique.
3. Sélection de la classe :Choisir une classe (par ex. Classe C ou D) qui fournit un courant suffisant avec la sortie de la LED IR choisie à la distance de détection requise. Cela garantit un déclenchement fiable.
4. Immunité à la lumière ambiante :Le boîtier vert foncé du LTR-5576D rejette automatiquement la plupart des variations de l'éclairage de la pièce, rendant le système robuste sans filtrage complexe.
5. Conditionnement de sortie :La tension du collecteur (haute lorsque le faisceau est présent, basse lorsqu'il est interrompu) peut être envoyée directement à un comparateur ou à une broche GPIO d'un microcontrôleur pour traitement.

11. Principe de fonctionnement

Un phototransistor est fondamentalement un transistor bipolaire à jonction (BJT) où le courant de base est généré par la lumière au lieu d'une connexion électrique. Dans le LTR-5576D (type NPN), les photons infrarouges incidents sur la jonction base-collecteur génèrent des paires électron-trou. Ces porteurs photogénérés sont balayés par le champ électrique à travers la jonction base-collecteur polarisée en inverse, créant un photocourant. Ce photocourant agit comme le courant de base (I_B) du transistor. En raison du gain en courant du transistor (β ou h_FE), le courant collecteur (I_C) est beaucoup plus grand que le photocourant d'origine (I_C≈ β * I_B). Cette amplification interne est ce qui confère à un phototransistor sa haute sensibilité par rapport à une simple photodiode.

12. Tendances technologiques

Le domaine de la détection optique continue d'évoluer. Les tendances pertinentes pour des composants comme le LTR-5576D incluent :
Intégration :Intégration croissante du photodétecteur avec les circuits de front-end analogique (amplificateurs transimpédance, CAN) et la logique numérique dans des solutions ou modules à puce unique.
Spécificité de longueur d'onde :Développement de détecteurs avec des courbes de réponse spectrale plus nettes ou une capacité d'accord pour des applications spécifiques comme la détection de gaz ou l'analyse biologique.
Miniaturisation :Réduction continue de la taille des boîtiers pour s'adapter à des appareils grand public et médicaux de plus en plus petits.
Amélioration des performances :Efforts pour réduire davantage le courant d'obscurité, améliorer la vitesse et augmenter la sensibilité pour les applications à faible consommation. Le principe fondamental du phototransistor reste valide, mais sa mise en œuvre et l'architecture du système de support continuent de progresser.