Fiche technique du phototransistor infrarouge LTR-516AB - Dimensions du boîtier - Tension inverse 30V - Longueur d'onde 940nm - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTR-516AB est un phototransistor NPN au silicium spécifiquement conçu pour les applications de détection infrarouge (IR). Sa fonction principale est de convertir la lumière infrarouge incidente en un courant électrique. Une caractéristique clé est son boîtier en résine époxy plastique bleu foncé, qui agit comme un filtre de lumière visible. Cette conception réduit considérablement la sensibilité du capteur à la lumière visible ambiante, le rendant particulièrement adapté aux applications reposant uniquement sur des signaux infrarouges, telles que les systèmes de télécommande, la détection d'objets et la transmission de données IR.

Le dispositif offre une combinaison de haute photosensibilité et de temps de réponse rapides, permettant une détection fiable des signaux IR modulés. Sa faible capacité de jonction contribue à une fréquence de coupure élevée, ce qui est bénéfique pour les applications de commutation à haute vitesse.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Le LTR-516AB peut supporter une tension inverse maximale (V_R) de 30V. Sa dissipation de puissance maximale est de 150 mW à une température ambiante (T_A) de 25°C. Le composant est conçu pour fonctionner dans une plage de température de -40°C à +85°C et peut être stocké dans des environnements de -55°C à +100°C. Pour le soudage, les broches peuvent tolérer 260°C pendant 5 secondes maximum, mesuré à 1,6mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

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

• Tension de claquage inverse (V_(BR)R) : Minimum 30V à I_R=100µA. C'est la tension à laquelle la jonction se claque.
• Courant d'obscurité inverse (I_D(R)) : Maximum 30 nA à V_R=10V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsqu'aucune lumière n'éclaire le dispositif.
• Tension en circuit ouvert (V_OC) : Typiquement 350 mV lorsqu'il est éclairé par une lumière IR de 940nm à une irradiance (E_e) de 0,5 mW/cm². C'est la tension générée aux bornes ouvertes.
• Courant de court-circuit (I_S) : Typiquement 2 µA (min 1,7 µA) à V_R=5V, λ=940nm, et E_e=0,1 mW/cm². Cela représente le photocourant généré lorsque la sortie est court-circuitée.
• Temps de montée/descente (T_r, T_f) : Maximum 50 ns chacun. Ces paramètres définissent la vitesse de commutation du phototransistor lorsqu'il est piloté par une source lumineuse pulsée, avec une résistance de charge (R_L) de 1 kΩ et V_R=10V.
• Capacité totale (C_T) : Maximum 25 pF à V_R=3V et f=1 MHz. Une faible capacité est cruciale pour un fonctionnement à haute fréquence.
• Longueur d'onde de sensibilité maximale (λ_SMAX) : Environ 900 nm. Le dispositif est le plus sensible à la lumière infrarouge proche de cette longueur d'onde.

3. Analyse des courbes de performance

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

3.1 Courant d'obscurité en fonction de la tension inverse

La figure 1 montre la relation entre le courant d'obscurité inverse (I_D) et la tension inverse appliquée (V_R). Le courant d'obscurité reste très faible (de l'ordre du pA au nA) sur toute la plage de tension spécifiée, ce qui est essentiel pour maintenir un bon rapport signal/bruit dans la détection en faible luminosité.

3.2 Capacité en fonction de la tension inverse

La figure 2 montre comment la capacité de jonction (C_t) diminue lorsque la tension de polarisation inverse augmente. C'est une caractéristique typique des jonctions PN. Fonctionner avec une polarisation inverse plus élevée peut réduire la capacité, améliorant ainsi la réponse en haute fréquence.

3.3 Dépendance à la température

La figure 3 montre que le photocourant (I_P) a un coefficient de température positif ; il augmente généralement avec la température ambiante pour un niveau d'irradiance constant. La figure 4 illustre que le courant d'obscurité (I_D) augmente de façon exponentielle avec la température. Les concepteurs doivent tenir compte de ces variations dans les applications avec de larges plages de température de fonctionnement.

3.4 Réponse spectrale

La figure 5 est un graphique critique montrant la sensibilité spectrale relative en fonction de la longueur d'onde. La réponse culmine autour de 900 nm et s'étend d'environ 700 nm à 1100 nm, couvrant le spectre du proche infrarouge. Le boîtier bleu foncé atténue efficacement la sensibilité en dessous d'environ 700 nm (lumière visible).

3.5 Photocourant en fonction de l'irradiance

La figure 6 démontre la relation linéaire entre le photocourant généré (I_P) et l'irradiance infrarouge incidente (E_e) à 940 nm. Cette linéarité est importante pour les applications de détection analogique.

3.6 Courbe de déclassement

La figure 8 présente la courbe de déclassement de la dissipation de puissance totale en fonction de la température ambiante. La dissipation de puissance maximale autorisée diminue linéairement lorsque la température ambiante dépasse 25°C. Cette courbe est vitale pour assurer un fonctionnement fiable et prévenir l'emballement thermique.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le LTR-516AB est fourni dans un boîtier radial à broches standard de 3mm. Les dimensions clés incluent le diamètre du corps, l'espacement des broches et la longueur totale. La résine époxy bleu foncé est moulée en forme de lentille. Une petite collerette est présente sur le corps du boîtier, avec une note indiquant que la résine saillante sous cette collerette a une hauteur maximale de 1,5mm. L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du boîtier. Toutes les tolérances dimensionnelles sont de ±0,25mm sauf indication contraire.

4.2 Identification de la polarité

La broche la plus longue est généralement le collecteur, et la broche la plus courte est l'émetteur. Le côté plat sur le bord du boîtier peut également servir d'indicateur visuel pour une orientation correcte. Reportez-vous toujours au diagramme du boîtier pour une identification définitive des broches.

5. Recommandations de soudage et d'assemblage

Le dispositif convient aux procédés de soudage à la vague ou de soudage manuel. La caractéristique maximale absolue spécifie que les broches peuvent supporter 260°C pendant 5 secondes, mesuré à 1,6mm (0,063\") du corps du boîtier. Il est recommandé d'utiliser un fer à souder avec contrôle de température et de minimiser le temps total d'exposition à la chaleur pour éviter d'endommager le boîtier en résine époxy ou la puce semi-conductrice interne. Évitez d'appliquer une contrainte mécanique sur les broches pendant et après le soudage.

6. Suggestions d'application

6.1 Circuits d'application typiques

Le LTR-516AB est couramment utilisé dans une simple configuration en émetteur commun. Le collecteur est connecté à une tension d'alimentation positive (V_CC) via une résistance de charge (R_L). L'émetteur est connecté à la masse. Lorsque la lumière IR frappe le phototransistor, il s'active, provoquant une chute de tension aux bornes de R_L. Ce signal de tension peut être envoyé vers un comparateur, un convertisseur analogique-numérique (ADC) de microcontrôleur ou un amplificateur pour un traitement ultérieur. La valeur de R_Laffecte le gain, la bande passante et l'excursion de sortie ; une résistance de 1 kΩ est utilisée dans la condition de test des temps de montée/descente.

6.2 Considérations de conception

• Polarisation : L'application d'une polarisation inverse (V_R) réduit la capacité de jonction, améliorant la vitesse, mais peut légèrement augmenter le courant d'obscurité.
• Rejet de la lumière ambiante : Le boîtier bleu foncé offre un excellent rejet de la lumière visible. Cependant, pour les applications dans des environnements avec des sources IR puissantes (par exemple, la lumière du soleil, les ampoules à incandescence), un filtrage optique supplémentaire ou une conception de logement peut être nécessaire.
• Vitesse vs. Sensibilité : Une résistance de charge plus petite (R_L) améliore la vitesse de commutation mais réduit l'excursion de tension de sortie pour un photocourant donné. Les concepteurs doivent équilibrer ces facteurs en fonction des besoins de l'application.
• Compensation de température : Pour une détection analogique de précision sur une large plage de température, un circuit pour compenser la variation du courant d'obscurité et du photocourant peut être requis.

7. Comparaison et différenciation technique

La caractéristique distinctive principale du LTR-516AB est son boîtier bleu foncé, que l'on ne trouve pas sur les phototransistors standard transparents ou clairs. Ce filtre intégré le rend supérieur pour les applications purement IR en simplifiant la conception optique. Comparé aux photodiodes, les phototransistors fournissent un gain interne, résultant en un courant de sortie plus élevé pour le même niveau de lumière, mais ont généralement des temps de réponse plus lents. Le temps de montée/descente de 50 ns du LTR-516AB le positionne bien pour les protocoles de communication IR à vitesse moyenne.

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quel est le but du boîtier bleu foncé ?

R : Il agit comme un filtre pour bloquer la plupart de la lumière visible, permettant principalement à la lumière infrarouge d'atteindre la puce semi-conductrice. Cela améliore les performances dans les systèmes IR en réduisant le bruit provenant de la lumière visible ambiante.

Q : Puis-je utiliser ce capteur pour détecter la lumière visible ?

R : Non, sa sensibilité dans le spectre visible est fortement atténuée par le filtre du boîtier. Il est spécifiquement conçu pour la détection infrarouge.

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

R : Le choix implique un compromis. Un R_Lplus élevé donne plus de tension de sortie par unité de photocourant (gain plus élevé) mais augmente la constante de temps RC, ralentissant la réponse. Commencez avec la valeur de 1 kΩ de la condition de test et ajustez en fonction de la vitesse et du niveau de signal requis.

Q : Quelle est la différence entre le courant de court-circuit (I_S) et le photocourant dans un circuit ?

R : I_Sest un paramètre mesuré dans des conditions spécifiques de court-circuit. Dans un circuit pratique avec une résistance de charge, le courant de sortie sera légèrement inférieur en raison de la résistance interne du transistor et de la polarisation appliquée.

9. Principe de fonctionnement

Un phototransistor est un transistor bipolaire à jonction (BJT) où la jonction base-collecteur est exposée à la lumière. Les photons incidents dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite du semi-conducteur génèrent des paires électron-trou dans la région de déplétion de cette jonction. Ces porteurs sont entraînés par le champ électrique, créant un courant de base. Ce courant de base photogénéré est ensuite amplifié par le gain en courant du transistor (h_FE), résultant en un courant de collecteur beaucoup plus important. Ainsi, un petit signal lumineux contrôle un courant de sortie plus grand.

10. Tendances de développement

Le domaine de l'optoélectronique continue d'évoluer vers une intégration plus élevée, des boîtiers plus petits (comme les composants montés en surface) et des performances améliorées. Les tendances incluent l'intégration de phototransistors et de photodiodes avec des circuits d'amplification et de conditionnement de signal sur une seule puce (circuits opto-intégrés), réduisant la complexité du système. Il y a également un développement continu dans les matériaux et les emballages pour améliorer la sensibilité, la vitesse et la sélectivité de longueur d'onde pour les applications émergentes dans la détection, le LiDAR et les communications optiques.