Fiche technique du phototransistor LTR-516AD - Boîtier vert foncé - Tension inverse 30V - Puissance dissipée 150mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTR-516AD est un phototransistor NPN en silicium haute performance conçu pour détecter le rayonnement infrarouge. Sa fonction principale est de convertir la lumière infrarouge incidente en un courant électrique. Une caractéristique clé de ce composant est son boîtier plastique spécial vert foncé, conçu pour filtrer la majeure partie du spectre de la lumière visible. Cela le rend particulièrement adapté aux applications où le capteur doit principalement répondre aux signaux infrarouges, minimisant ainsi les interférences de la lumière ambiante visible. Le dispositif offre une combinaison de haute photosensibilité, de faible capacité de jonction et de temps de commutation rapides, ce qui en fait un choix idéal pour divers systèmes de détection et de communication infrarouges.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Le dispositif est conçu pour fonctionner dans des limites environnementales et électriques spécifiques afin d'assurer sa fiabilité et d'éviter tout dommage. La puissance maximale dissipée est de 150 mW à une température ambiante (T_A) de 25°C. Il peut supporter une tension inverse (V_R) allant jusqu'à 30 V. La plage de température de fonctionnement est de -40°C à +85°C, tandis que la plage de stockage est de -55°C à +100°C. Pour l'assemblage, les broches peuvent être soudées à 260°C pendant une durée maximale de 5 secondes, le point de soudure devant être situé à au moins 1,6 mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Tous les paramètres électriques et optiques sont spécifiés à T_A= 25°C. La tension de claquage inverse (V_(BR)R) est typiquement de 30V pour un courant inverse (I_R) de 100µA. Le courant d'obscurité inverse (I_D(R)), qui est le courant de fuite en l'absence de lumière incidente, a une valeur maximale de 30 nA à V_R= 10V. Sous une irradiance (E_e) de 0,5 mW/cm² provenant d'une source à 940nm, le phototransistor génère une tension en circuit ouvert (V_OC) de 350 mV. Ses performances dynamiques sont caractérisées par des temps de montée et de descente (T_r, T_f) de 50 nanosecondes chacun lors d'un test avec V_R=10V, une impulsion à 940nm et une résistance de charge de 1 kΩ. Le courant de court-circuit (I_S), une mesure clé de la sensibilité, est de 2 µA (typique) sous V_R=5V, λ=940nm et E_e=0,1 mW/cm². La capacité totale de jonction (C_T) est de 25 pF maximum à V_R=3V et 1 MHz. La longueur d'onde de sensibilité spectrale maximale (λ_SMAX) est de 900 nm.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques cruciales pour la conception de circuits. La Figure 1 trace le courant d'obscurité (I_D) en fonction de la tension inverse (V_R), montrant le comportement de fuite du dispositif dans l'obscurité. La Figure 2 illustre comment la capacité de jonction (C_T) diminue avec l'augmentation de la tension inverse, ce qui est important pour les applications haute fréquence. La Figure 3 montre la variation du photocourant avec la température ambiante, indiquant comment la sortie du capteur peut dériver avec les changements de température. La Figure 4 trace de même le courant d'obscurité en fonction de la température. La Figure 5 est la courbe de sensibilité spectrale relative, qui confirme graphiquement la réponse maximale à 900nm et l'efficacité du boîtier vert foncé à atténuer la sensibilité dans la plage de la lumière visible. La Figure 6 montre la relation linéaire entre le photocourant (I_p) et l'irradiance infrarouge (E_e). La Figure 7 est un diagramme polaire montrant la dépendance angulaire de la sensibilité. La Figure 8 détaille comment la puissance totale maximale admissible se dégrade lorsque la température ambiante dépasse 25°C.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

Le LTR-516AD est logé dans un boîtier plastique spécial vert foncé. Les principales notes dimensionnelles incluent : toutes les dimensions sont en millimètres, avec une tolérance générale de ±0,25 mm sauf indication contraire. La saillie maximale de la résine sous la bride est de 1,5 mm. L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier. Le boîtier est conçu pour un montage traversant. La couleur vert foncé est essentielle à sa fonction, agissant comme un filtre de lumière visible pour améliorer le rapport signal/bruit de la détection infrarouge.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Pour une soudure fiable, il est essentiel de respecter les conditions spécifiées. Les broches doivent être soudées à une température de 260°C pendant un maximum de 5 secondes. Le point de soudure doit être situé à au moins 1,6 mm (0,063 pouces) du corps du boîtier plastique pour éviter tout dommage thermique à la puce semi-conductrice et à l'encapsulation plastique. Les techniques standard de soudure à la vague ou de soudure manuelle peuvent être utilisées, à condition que les limites de température et de temps soient strictement respectées. Une exposition prolongée à des températures supérieures à la limite spécifiée peut dégrader les performances ou provoquer une défaillance permanente.

6. Suggestions d'application

6.1 Scénarios d'application typiques

Le LTR-516AD est bien adapté à diverses applications basées sur l'infrarouge. Celles-ci incluent la détection d'objets et la détection de proximité dans les systèmes d'automatisation et de sécurité, les capteurs de fente dans les imprimantes et distributeurs automatiques, les interrupteurs sans contact et les liaisons de communication de données infrarouges (comme les anciennes interfaces IRDA). Son temps de commutation rapide le rend applicable dans les systèmes nécessitant une détection d'impulsions rapide.

6.2 Considérations de conception

Lors de la conception avec ce phototransistor, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Premièrement, le point de fonctionnement doit être choisi en tenant compte de la sensibilité et de la vitesse requises ; une tension inverse plus élevée réduit généralement la capacité et améliore la vitesse, mais augmente le courant d'obscurité. La valeur de la résistance de charge (R_L) est un choix de conception critique : un R_Lplus grand fournit une tension de sortie plus élevée mais ralentit le temps de réponse (augmente la constante de temps RC). Le boîtier vert foncé réduit les interférences de la lumière ambiante visible, mais le concepteur doit toujours considérer le fond infrarouge dans l'environnement d'application. Pour un fonctionnement stable sur la plage de température, les variations montrées dans les Figures 3 et 4 doivent être prises en compte, éventuellement via une compensation de température dans le circuit de conditionnement du signal.

7. Comparaison et différenciation technique

La principale caractéristique distinctive du LTR-516AD est son boîtier vert foncé dédié à la suppression de la lumière visible, que l'on ne trouve pas dans tous les phototransistors standard. Cela lui confère un avantage significatif dans les environnements où la lumière visible fluctue. Sa combinaison de paramètres - un courant de court-circuit relativement élevé (2 µA typique), une faible capacité (25 pF max) et des temps de commutation rapides (50 ns) - en fait un composant équilibré adapté à la fois aux applications sensibles et à vitesse modérément élevée. Comparés aux photodiodes, les phototransistors comme le LTR-516AD fournissent un gain interne, ce qui se traduit par un courant de sortie plus élevé pour la même entrée lumineuse, simplifiant ainsi les étages d'amplification suivants.

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

Q : Quel est le but du boîtier vert foncé ?

R : Le plastique vert foncé agit comme un filtre optique intégré. Il atténue considérablement les longueurs d'onde du spectre visible tout en laissant passer la lumière infrarouge (en particulier autour de 900-940 nm). Cela minimise la réponse du capteur à la lumière ambiante de la pièce, à la lumière du soleil ou à d'autres sources visibles, le rendant plus fiable pour détecter les signaux infrarouges dédiés.

Q : Comment interpréter le paramètre "Courant de court-circuit (I_S)" ?

R : I_Sest mesuré avec le collecteur et l'émetteur en court-circuit (V_CE= 0V). Il représente le courant photogénéré par unité d'irradiance dans des conditions de test spécifiques (940nm, 0,1 mW/cm²). Dans votre circuit, le courant de sortie réel sera inférieur à I_Slorsqu'une résistance de charge ou une tension de polarisation est appliquée, mais I_Sest un chiffre clé pour comparer la sensibilité de base de différents dispositifs.

Q : Pourquoi les temps de montée et de descente sont-ils importants ?

R : Ces paramètres (T_ret T_f) définissent la rapidité avec laquelle le phototransistor peut répondre aux changements d'intensité lumineuse. Une valeur de 50 ns signifie que le dispositif peut théoriquement traiter des fréquences de signal allant jusqu'à plusieurs mégahertz, le rendant adapté aux systèmes IR pulsés, à la transmission de données ou aux applications de comptage à haute vitesse.

Q : Comment la température affecte-t-elle les performances ?

R : Comme le montrent les courbes, le courant d'obscurité (bruit) et le photocourant (signal) augmentent avec la température. L'augmentation du courant d'obscurité peut être significative, augmentant potentiellement le bruit de fond. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit de conditionnement du signal peut gérer cette variation, surtout si le dispositif fonctionne sur toute la plage de -40°C à +85°C.

9. Cas pratique de conception

Considérons la conception d'un simple circuit de détection d'objet infrarouge. Le LTR-516AD est associé à une LED émettrice infrarouge. Le phototransistor est connecté dans une configuration émetteur commun : le collecteur est connecté à une tension d'alimentation (par exemple, 5V) via une résistance de charge R_L, et l'émetteur est mis à la masse. Lorsqu'aucun objet n'est présent, la lumière IR de la LED atteint le phototransistor, le faisant conduire et abaissant la tension du collecteur (V_OUT). Lorsqu'un objet interrompt le faisceau, le phototransistor se bloque et V_OUTpasse à l'état haut. La valeur de R_Ldoit être choisie en fonction de l'excursion de tension de sortie et de la vitesse souhaitées. Pour une alimentation de 5V et un I_Stypique de 2µA, un R_Lde 10 kΩ donnerait une chute de tension d'environ 20 mV lorsqu'il est éclairé, ce qui est assez faible. Par conséquent, un étage comparateur à amplificateur opérationnel serait généralement ajouté après le phototransistor pour fournir une sortie numérique propre. Le boîtier vert foncé aide à rejeter la lumière ambiante, rendant le système robuste pour une utilisation dans diverses conditions d'éclairage.

10. 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'être fourni électriquement. Dans le LTR-516AD (de type NPN), les photons incidents dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite du silicium créent des paires électron-trou dans la région de jonction base-collecteur. Ces porteurs photogénérés sont balayés par le champ électrique, créant effectivement un courant de base. Ce courant de base est ensuite amplifié par le gain en courant du transistor (bêta, β), ce qui donne un courant de collecteur beaucoup plus important. Le dispositif est généralement utilisé avec la borne de base laissée ouverte ou déconnectée, et une polarisation inverse est appliquée à travers la jonction collecteur-base pour élargir la zone de déplétion, améliorant ainsi la sensibilité et la vitesse.

11. Tendances de l'industrie

Le domaine de la détection optique continue d'évoluer. On observe une tendance à l'intégration, où le photodétecteur, l'amplificateur et la logique numérique sont combinés en une seule puce (par exemple, capteurs de lumière ambiante intégrés, capteurs de proximité). Les boîtiers pour montage en surface (SMD) deviennent plus répandus que les types traversants pour l'assemblage automatisé. Il y a également un développement continu des matériaux et des conceptions pour améliorer la sensibilité, réduire le bruit (courant d'obscurité) et étendre la plage spectrale. Cependant, les composants discrets comme le LTR-516AD restent essentiels pour les applications nécessitant des caractéristiques de performance spécifiques, des chemins optiques personnalisés ou une gestion de haute tension qui pourraient ne pas être disponibles dans les solutions intégrées. Le principe d'utilisation de boîtiers filtrés pour des réponses spectrales spécifiques reste une pratique de conception courante et efficace.