Fiche technique du phototransistor LTR-536AD - Boîtier vert foncé - Tension inverse 30V - Puissance dissipée 150mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTR-536AD est un phototransistor NPN en silicium haute performance spécifiquement conçu pour les applications de détection infrarouge (IR). Sa fonction principale est de convertir le rayonnement infrarouge incident en un courant électrique. Une caractéristique déterminante de ce composant est son boîtier spécial en résine époxy plastique vert foncé. Ce matériau est formulé pour atténuer ou "couper" les longueurs d'onde de la lumière visible, améliorant ainsi significativement sa sensibilité et son rapport signal sur bruit spécifiquement dans le spectre infrarouge, typiquement autour de 940nm. Cela en fait un choix idéal pour les applications où la discrimination contre la lumière visible ambiante est cruciale.

Avantages principaux :

• Haute sensibilité photo :Délivre un signal électrique de sortie fort pour un niveau d'éclairement infrarouge donné.
• Optimisé pour l'infrarouge :Le boîtier vert foncé agit comme un filtre de lumière visible, rendant le dispositif particulièrement adapté à la détection IR pure.
• Faible capacité de jonction :Ce paramètre est critique pour le fonctionnement haute fréquence, permettant des temps de réponse plus rapides.
• Caractéristiques de commutation rapide :Présente des temps de montée et de descente rapides, adaptés aux systèmes IR pulsés et à la communication de données.
• Haute fréquence de coupure :Prend en charge le fonctionnement dans des circuits de fréquence plus élevée.

Marché cible :Ce phototransistor cible les concepteurs et ingénieurs travaillant sur des systèmes à base d'infrarouge. Les applications courantes incluent les capteurs de proximité, la détection d'objets, les interrupteurs sans contact, les liaisons de transmission de données IR (comme les télécommandes), l'automatisation industrielle et tout système nécessitant une détection fiable des signaux infrarouges tout en rejetant les interférences des sources de lumière visible.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Tous les paramètres sont spécifiés à une température ambiante (T_ACes paramètres définissent la performance du dispositif dans des conditions de test spécifiées.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ce sont les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement doit toujours être maintenu dans ces limites.

• Puissance dissipée (P_D) :150 mW. C'est la puissance maximale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur.
• Tension inverse (V_R) :30 V. La tension maximale qui peut être appliquée en polarisation inverse à travers la jonction collecteur-émetteur.
• Plage de température de fonctionnement (T_oper) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante pour le fonctionnement normal du dispositif.
• Plage de température de stockage (T_stg) :-55°C à +100°C. La plage de température pour le stockage non opérationnel.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6mm du corps du boîtier. Cela définit les contraintes du profil de soudure par refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

These parameters define the device's performance under specified test conditions.

• Tension de claquage inverse (V_(BR)R) :30 V (Min). La tension à laquelle le courant inverse (I_R) augmente brusquement (testé à 100µA). Ceci est corrélé avec la Valeur Maximale Absolue.
• Courant d'obscurité inverse (I_D(R)) :30 nA (Max). Le courant de fuite qui circule lorsque le dispositif est en polarisation inverse (V_R=10V) et dans l'obscurité totale (E_e=0). Une valeur plus basse indique une meilleure performance dans des conditions de faible luminosité.
• Tension en circuit ouvert (V_OC) :350 mV (Typ). La tension générée aux bornes du dispositif sous éclairement (λ=940nm, E_e=0,5mW/cm²) sans charge externe (circuit ouvert).
• Courant de court-circuit (I_S) :1,7 µA (Min), 2 µA (Typ). Le courant qui circule lorsque le dispositif est éclairé (λ=940nm, E_e=0,1mW/cm²) et que la sortie est court-circuitée (V_R=5V). C'est une mesure clé de la sensibilité.
• Temps de montée (T_r) & Temps de descente (T_f) :50 nsec (Typ). Le temps nécessaire pour que le courant de sortie passe de 10% à 90% (montée) ou de 90% à 10% (descente) de sa valeur finale en réponse à un changement en échelon de l'éclairement. Critique pour les applications haute vitesse.
• Capacité totale (C_T) :25 pF (Typ). La capacité de jonction mesurée à V_R=3V et f=1MHz dans l'obscurité. Une capacité plus faible permet des vitesses de commutation plus rapides.
• Longueur d'onde de sensibilité maximale (λ_SMAX) :900 nm (Typ). La longueur d'onde de crête de la lumière infrarouge à laquelle le phototransistor est le plus sensible. Il est optimisé pour les émetteurs autour de 940nm.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques illustrant le comportement du dispositif dans diverses conditions. Ceux-ci sont inestimables pour un travail de conception détaillé au-delà des valeurs typiques/min/max.

3.1 Courant d'obscurité en fonction de la tension inverse (Fig.1)

Cette courbe montre comment le courant d'obscurité inverse (I_D) augmente avec la tension inverse appliquée (V_R). Elle montre typiquement un courant très faible, relativement constant à basse tension, avec une augmentation graduelle à mesure que la tension monte, culminant par la montée brusque à la tension de claquage. Les concepteurs doivent s'assurer que la tension de fonctionnement V_Rest suffisamment en dessous du coude de cette courbe pour minimiser le bruit dû au courant de fuite.

3.2 Capacité en fonction de la tension inverse (Fig.2)

Ce graphique représente la relation entre la capacité de jonction (C_T) et la tension de polarisation inverse. La capacité diminue avec l'augmentation de la tension inverse. Pour la conception de circuits haute vitesse, fonctionner à une tension inverse plus élevée (dans les limites) peut réduire C_Tet améliorer la bande passante, mais cela doit être équilibré avec l'augmentation du courant d'obscurité (d'après Fig.1).

3.3 Photocourant et courant d'obscurité en fonction de la température ambiante (Fig.3 & Fig.4)

La Figure 3 illustre comment le photocourant (I_P) change avec la température ambiante. La sensibilité du phototransistor diminue généralement lorsque la température augmente. La Figure 4 montre l'augmentation exponentielle du courant d'obscurité (I_D) avec la hausse de la température. Ces deux courbes sont critiques pour concevoir des systèmes qui doivent fonctionner de manière fiable sur une large plage de température (par ex., -40°C à +85°C). À haute température, l'augmentation du courant d'obscurité peut noyer un signal optique faible, réduisant le rapport signal sur bruit.

3.4 Sensibilité spectrale relative (Fig.5)

C'est peut-être la courbe la plus importante pour l'appariement des applications. Elle trace la réponse normalisée du phototransistor sur une plage de longueurs d'onde (typiquement ~800nm à 1100nm). Le LTR-536AD montre un pic de sensibilité autour de 900nm et une atténuation significative dans le spectre de la lumière visible (<800nm), un résultat direct de son boîtier vert foncé. Cette courbe doit être recoupée avec le spectre d'émission de la LED IR ou de la source lumineuse prévue pour assurer un couplage optimal.

3.5 Photocourant en fonction de l'éclairement énergétique (Fig.6)

Ce graphique montre la relation linéaire entre la puissance de la lumière infrarouge incidente (éclairement énergétique E_e) et le photocourant résultant (I_P). La pente de cette ligne représente la réponse du dispositif. Il confirme que le dispositif fonctionne dans une région linéaire pour la plage d'éclairement testée, ce qui est souhaitable pour les applications de détection analogique.

3.6 Puissance totale dissipée en fonction de la température ambiante (Fig.8)

Cette courbe de déclassement montre la puissance dissipée maximale autorisée (P_D) en fonction de la température ambiante. La valeur maximale absolue de 150mW ne s'applique que jusqu'à une certaine température (probablement 25°C). Lorsque la température ambiante augmente, la capacité du dispositif à dissiper la chaleur diminue, donc la puissance maximale autorisée doit être réduite linéairement pour éviter la surchauffe. Ceci est crucial pour les calculs de fiabilité.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

Le LTR-536AD est fourni dans un boîtier traversant standard de 3mm (T-1). Les notes dimensionnelles clés de la fiche technique incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres (pouces fournis entre parenthèses).
• Une tolérance standard de ±0,25mm (0,010") s'applique sauf indication contraire.
• La saillie maximale de la résine sous la collerette est de 1,5mm (0,059").
• L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier.

Identification de la polarité :Le dispositif présente un côté plat sur la lentille, qui indique généralement la broche collecteur. La broche la plus longue est généralement l'émetteur. Cependant, les concepteurs doivent toujours vérifier la polarité avec un multimètre en mode test de diode avant l'installation.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Pour garantir l'intégrité du dispositif pendant l'assemblage, les conditions suivantes doivent être respectées :

• Soudure par refusion :Les broches peuvent supporter une température de 260°C pendant un maximum de 5 secondes. Cette mesure est prise à 1,6mm (0,063") du corps du boîtier. Les profils de soudure standard par vague ou refusion doivent être ajustés pour respecter cette limite afin d'éviter d'endommager la puce semi-conductrice interne ou le boîtier époxy.
• Soudure manuelle :Si une soudure manuelle est nécessaire, utilisez un fer à souder à température contrôlée et minimisez le temps de contact à moins de 3 secondes par broche. Utilisez si possible une pince dissipatrice de chaleur sur la broche entre le joint et le corps du boîtier.
• Nettoyage :Utilisez uniquement des solvants de nettoyage approuvés compatibles avec le matériau époxy vert foncé. Évitez le nettoyage par ultrasons sauf si sa compatibilité et ses réglages de puissance/temps sont vérifiés, car il peut endommager le boîtier ou les liaisons internes.
• Conditions de stockage :Stocker dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température de stockage spécifiée de -55°C à +100°C. Le sac barrière à l'humidité d'origine doit être utilisé si un stockage à long terme est prévu.

6. Suggestions d'application et considérations de conception

6.1 Circuits d'application typiques

Le LTR-536AD peut être utilisé dans deux configurations principales :

1. Mode interrupteur (sortie numérique) :Le phototransistor est connecté en série avec une résistance de rappel entre la tension d'alimentation (V_CC) et la masse. La sortie est prise au nœud collecteur. Lorsque la lumière IR tombe sur le capteur, il s'allume, tirant la tension de sortie vers le bas. Dans l'obscurité, il s'éteint, et la résistance de rappel tire la sortie vers le haut. La valeur de la résistance de rappel détermine la vitesse de commutation et la consommation de courant (une résistance plus petite donne une commutation plus rapide mais une puissance plus élevée).
2. Mode linéaire (sortie analogique) :Configuration similaire, mais le phototransistor est polarisé dans sa région active en utilisant un courant de base fixe (souvent nul, reposant uniquement sur le photocourant) et une résistance de collecteur. La tension au collecteur varie linéairement avec l'intensité de la lumière IR incidente. Ce mode est utilisé pour la détection analogique, comme la mesure de distance ou la détection du niveau de lumière.

6.2 Considérations de conception critiques

• Appariement de la source :Associez toujours le LTR-536AD avec un émetteur IR (LED) ayant une longueur d'onde de crête proche de 940nm et alignée avec le pic de sensibilité spectrale du phototransistor (900nm) pour une efficacité maximale.
• Rejet de la lumière ambiante :Bien que le boîtier vert foncé aide, pour fonctionner dans des environnements lumineux, un filtrage optique supplémentaire (un filtre passe-IR dédié) ou des techniques de modulation/démodulation (pulsation de la source IR et détection synchrone du signal) peuvent être nécessaires pour rejeter le bruit de lumière ambiante.
• Polarisation pour la vitesse :Pour obtenir le temps de réponse le plus rapide possible (50ns typ.), faites fonctionner le dispositif avec une tension inverse (V_CE) d'environ 10V et utilisez une petite résistance de charge (par ex., 1kΩ comme dans la condition de test). Cela minimise la constante de temps RC formée par la capacité de jonction (C_T) et la résistance de charge (R_L).
• Compensation de température :Pour les applications de précision sur une large plage de température, envisagez des techniques de circuit pour compenser la variation du courant d'obscurité et de la sensibilité. Cela pourrait impliquer l'utilisation d'un phototransistor apparié dans un canal de référence sombre ou la mise en œuvre d'un ajustement de gain dépendant de la température dans le circuit de conditionnement du signal.

7. Comparaison et différenciation techniques

Le LTR-536AD se différencie sur le marché des phototransistors par son boîtier spécialisé. Comparé aux phototransistors en époxy standard transparent ou clair, son avantage clé est la coupure intégrée de la lumière visible. Cela élimine le besoin d'un filtre IR externe dans de nombreuses applications, réduisant le nombre de composants, le coût et la complexité d'assemblage. Sa combinaison de vitesse de commutation relativement rapide (50ns), de faible capacité (25pF) et de bonne sensibilité (2µA typ. à 0,1mW/cm²) en fait un choix équilibré pour les liaisons de communication IR numériques à vitesse modérée et la détection analogique.

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

8.1 Puis-je l'utiliser avec une LED rouge (650nm) ?

Réponse :Non, ce n'est pas recommandé. La courbe de sensibilité spectrale relative (Fig.5) montre une réponse très faible à 650nm (rouge visible). Le boîtier vert foncé bloque activement cette longueur d'onde. Pour détecter la lumière rouge, un phototransistor avec un boîtier transparent et un pic de sensibilité dans le domaine visible doit être sélectionné.

8.2 Pourquoi mon signal de sortie est-il bruité dans un environnement chaud ?

Réponse :Reportez-vous à la Figure 4 (Courant d'obscurité en fonction de la température). Le courant d'obscurité augmente exponentiellement avec la température. Si votre circuit est conçu pour détecter un signal IR faible, le courant d'obscurité généré thermiquement peut devenir significatif à des températures élevées, apparaissant comme du bruit ou un décalage continu. Les solutions incluent le refroidissement du capteur, l'utilisation d'une source lumineuse modulée avec détection synchrone, ou la sélection d'une topologie de circuit qui soustrait le courant d'obscurité.

8.3 Comment choisir la valeur de la résistance de charge (R_L) ?

Réponse :Cela implique un compromis entre vitesse, sensibilité et puissance.
Pour la vitesse (commutation numérique) :Choisissez un petit R_L(par ex., 1kΩ à 4,7kΩ). Cela donne une petite constante de temps RC (C_T* R_L) pour des fronts rapides mais tire plus de courant.
Pour une grande excursion de tension (détection analogique) :Choisissez un R_Lplus grand (par ex., 10kΩ à 100kΩ). Cela fournit un changement de tension de sortie plus important pour un changement de lumière donné mais ralentit le temps de réponse.
Assurez-vous toujours que la chute de tension aux bornes de R_Llorsque le phototransistor est complètement allumé ne fait pas tomber la tension collecteur-émetteur en dessous du niveau de saturation, et que la puissance dissipée dans le phototransistor reste en dessous de la limite déclassée pour votre température de fonctionnement.

9. Exemple pratique d'utilisation

Application :Détection d'objet sans contact dans un compteur industriel.
Mise en œuvre :Une LED IR (940nm) et le LTR-536AD sont montés sur les côtés opposés d'un tapis roulant (configuration faisceau direct). La LED est pulsée à 10kHz à l'aide d'un circuit de commande. Le phototransistor est connecté en mode interrupteur avec une résistance de rappel de 4,7kΩ à 5V. Sa sortie est envoyée sur une broche de capture d'entrée d'un microcontrôleur. Dans des conditions normales (pas d'objet), la lumière IR pulsée atteint le capteur, provoquant une pulsation de la sortie à 10kHz. Le firmware du microcontrôleur détecte cette fréquence. Lorsqu'un objet traverse le faisceau, il bloque la lumière, et la sortie du phototransistor passe et reste haute (ou basse, selon la logique). Le microcontrôleur détecte l'absence du signal à 10kHz et incrémente un compteur. Le boîtier vert foncé du LTR-536AD empêche la lumière ambiante fluorescente ou incandescente de l'usine de déclencher faussement le compteur.

10. Introduction au 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-536AD (type NPN), les photons incidents avec une énergie supérieure à la largeur de bande interdite du silicium (correspondant à des longueurs d'onde inférieures à ~1100nm) sont absorbés dans la région de jonction base-collecteur. Cette absorption crée des paires électron-trou. Le champ électrique dans la jonction collecteur-base polarisée en inverse balaie ces porteurs, générant un photocourant. Ce photocourant agit exactement comme un courant de base injecté dans le transistor. En raison du gain en courant du transistor (bêta, β), le courant de collecteur est beaucoup plus grand que le photocourant initial (I_C= β * I_photo). Cette amplification interne est ce qui donne aux phototransistors leur haute sensibilité par rapport aux photodiodes. L'époxy vert foncé absorbe la plupart des photons de lumière visible, permettant principalement aux photons infrarouges d'atteindre la puce de silicium, rendant ainsi le dispositif sélectivement sensible à l'IR.

11. Tendances technologiques

Le domaine de l'optoélectronique continue d'évoluer. Bien que les phototransistors discrets traversants comme le LTR-536AD restent essentiels pour de nombreuses applications, les tendances incluent :
Intégration :Intégration croissante du photodétecteur avec le circuit d'interface analogique (amplificateurs, filtres) et la logique numérique (comparateurs, sorties logiques) dans des solutions ou modules à puce unique.
Technologie de montage en surface (SMT) :Une forte tendance vers des boîtiers SMT plus petits pour l'assemblage automatisé et la réduction de l'espace sur la carte, bien qu'au prix d'un compromis sur la sensibilité en raison de surfaces actives plus petites.
Spécialisation :Développement de dispositifs avec des réponses spectrales encore plus spécifiques, des vitesses plus rapides pour la communication de données optiques et une résistance accrue aux environnements difficiles (température, humidité plus élevées).
Le principe de base du phototransistor reste inchangé, mais ses implémentations deviennent plus spécifiques à l'application et intégrées.