Fiche technique du phototransistor LTR-5888DHP1 - Boîtier vert foncé - Vce 30V - Pc 100mW - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTR-5888DHP1 est un phototransistor à haute sensibilité 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 plastique spécial vert foncé, conçu pour atténuer ou bloquer les longueurs d'onde de la lumière visible. Cette conception minimise les interférences des sources de lumière ambiante visible, rendant le dispositif particulièrement adapté aux applications où le signal d'intérêt est purement dans le spectre infrarouge, comme la détection de proximité, la détection d'objets et les récepteurs de télécommande IR.

Le dispositif offre une large plage de fonctionnement pour le courant collecteur et se caractérise par des temps de commutation rapides, lui permettant de répondre rapidement aux variations de l'éclairement IR. Cette combinaison de filtrage optique, de sensibilité et de vitesse en fait un composant polyvalent pour divers systèmes électroniques nécessitant une détection IR fiable.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance (P_C) :100 mW. C'est la puissance maximale que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (T_A) de 25°C. 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 les bornes collecteur et émetteur lorsque la base (région photosensible) est ouverte.
• 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 dispositif est conçu pour fonctionner correctement.
• Plage de température de stockage :-55°C à +100°C. La plage de température pour le stockage hors fonctionnement.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes à une distance de 1,6 mm du corps du boîtier. Ceci définit la contrainte du profil de soudure par refusion pour éviter d'endommager le boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont spécifiés à T_A=25°C et définissent la performance typique du dispositif.

• Tensions de claquage : V_(BR)CEO(30V min) et V_(BR)ECO(5V min). Ce sont les tensions auxquelles la jonction se claque sous des courants de test spécifiés sans éclairement (E_e= 0 mW/cm²).
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)) :0,4V max à I_C= 100µA et E_e= 1 mW/cm². C'est la chute de tension aux bornes du transistor lorsqu'il est complètement "passant" (saturé) sous éclairement. Un V_CE(SAT)plus faible est souhaitable pour une commutation efficace.
• Temps de commutation :Temps de montée (T_r) typique de 15 µs et Temps de descente (T_f) typique de 18 µs, mesurés sous V_CC=5V, I_C=1mA, et R_L=1kΩ. Ces temps déterminent la rapidité avec laquelle la sortie peut répondre à une entrée lumineuse pulsée.
• Courant d'obscurité du collecteur (I_CEO) :100 nA max à V_CE=10V sans éclairement. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque le dispositif est dans l'obscurité totale. Un courant d'obscurité plus faible indique un meilleur rapport signal/bruit dans la détection en faible lumière.
• Rapport de courant collecteur (R) :0,8 à 1,25. Ce paramètre spécifie probablement la correspondance entre deux phototransistors ou canaux, important pour les applications de détection différentielle.

3. Explication du système de binning

Le LTR-5888DHP1 utilise un système de binning complet basé sur son Courant Collecteur à l'État Passant (I_C(ON)). Le binning est un processus de contrôle qualité qui regroupe les composants ayant des caractéristiques de performance similaires. Deux tables de binning sont fournies : une pour la plage de réglage de production et une pour la plage garantie finale.

Le paramètre I_C(ON)est défini comme le courant collecteur moyen dans des conditions standardisées (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm²). Les dispositifs sont triés en bacs étiquetés de A à H, chacun avec une plage spécifique de I_C(ON)(ex. : Bac A : 0,20mA à 0,26mA pour le réglage de production). Chaque bac est associé à un marquage couleur distinct (Rouge, Noir, Vert, Bleu, Blanc, Violet, Jaune, Orange). Cela permet aux concepteurs de sélectionner des dispositifs avec une sensibilité étroitement contrôlée pour leurs besoins de circuit spécifiques, assurant une performance système cohérente. Par exemple, une application nécessitant un seuil de déclenchement précis bénéficierait de l'utilisation de dispositifs d'un seul bac étroit.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs courbes caractéristiques typiques, qui fournissent un aperçu visuel du comportement du dispositif dans différentes conditions.

• Figure 1 : Courant d'obscurité du collecteur en fonction de la température ambiante :Ce graphique montre comment I_CEOaugmente de façon exponentielle avec la température. C'est une considération critique pour les applications à haute température, car l'augmentation du courant d'obscurité peut masquer les signaux optiques faibles.
• Figure 2 : Dissipation de puissance du collecteur en fonction de la température ambiante :Cette courbe de déclassement illustre que la dissipation de puissance maximale autorisée (P_C) diminue lorsque la température ambiante augmente. À 85°C, la puissance maximale que le dispositif peut supporter est nettement inférieure à la valeur nominale de 100mW à 25°C. Les concepteurs doivent utiliser cette courbe pour assurer un fonctionnement thermique sûr.
• Figure 3 : Temps de montée et de descente en fonction de la résistance de charge :Ce tracé démontre que les temps de commutation (T_ret T_f) augmentent avec une résistance de charge (R_L) plus élevée. Pour les applications nécessitant une vitesse maximale, une valeur plus faible de R_Ldoit être choisie, bien que cela affecte l'amplitude de la tension de sortie.
• Figure 4 : Courant collecteur relatif en fonction de l'éclairement :C'est la fonction de transfert fondamentale du phototransistor. Elle montre que le courant collecteur augmente linéairement avec l'éclairement infrarouge incident (E_e) sur une certaine plage. La pente de cette ligne représente la responsivité ou la sensibilité du dispositif.

5. Informations mécaniques et d'emballage

Le dispositif utilise un boîtier plastique spécial vert foncé. Les dimensions du boîtier sont fournies dans la fiche technique avec toutes les mesures en millimètres. Les notes dimensionnelles clés incluent : une tolérance de ±0,25 mm sauf indication contraire, une protubérance maximale de résine sous la bride de 1,5 mm, et l'espacement des broches mesuré au point où elles sortent du boîtier. Le matériau vert foncé est crucial pour ses propriétés de filtrage optique, bloquant la lumière visible pour améliorer les performances spécifiques à l'IR.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

La recommandation principale fournie concerne la contrainte thermique de soudure. Les broches peuvent être soumises à une température de 260°C pendant une durée maximale de 5 secondes, mesurée à un point situé à 1,6 mm (0,063 pouces) du corps du boîtier. Cette spécification est cruciale pour définir un profil de soudure par refusion sûr. Dépasser cette limite temps-température peut causer des dommages internes à la puce semi-conductrice, aux fils de liaison ou au boîtier plastique lui-même, entraînant une défaillance immédiate ou une fiabilité à long terme réduite. Les pratiques standards de l'industrie pour la manipulation des dispositifs sensibles à l'humidité (MSL) doivent également être suivies sauf indication contraire.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Récepteurs de télécommande infrarouge :Détection des signaux IR modulés des télécommandes de télévision, climatiseurs, etc.
• Détection de proximité et d'objets :Utilisé dans les robinets automatiques, les sèche-mains, les distributeurs de papier et la robotique pour détecter la présence d'un objet.
• Comptage et tri industriel :Détection d'objets sur des convoyeurs lorsqu'il est associé à un émetteur IR.
• Codeurs optiques :Détection de fentes ou de marques sur un disque rotatif pour la mesure de position ou de vitesse.
• Détecteurs de fumée :Dans certaines conceptions de chambre optique, pour détecter la lumière diffusée par les particules de fumée.

7.2 Considérations de conception

• Polarisation :Le phototransistor peut être utilisé soit en mode interrupteur (saturé), soit en mode linéaire (actif). En mode interrupteur (configuration émetteur commun avec une résistance de tirage), il fournit une sortie numérique. En mode linéaire (souvent avec un amplificateur opérationnel), il fournit une sortie analogique proportionnelle à l'intensité lumineuse.
• Résistance de charge (R_L) :La valeur de R_Ldans le circuit collecteur est un choix de conception clé. Un R_Lplus petit permet une commutation plus rapide (voir Fig. 3) mais résulte en une amplitude de tension de sortie plus faible pour un photocourant donné. Un R_Lplus grand donne une amplitude de tension plus grande mais une réponse plus lente.
• Rejet de la lumière ambiante :Bien que le boîtier vert foncé aide, pour les environnements avec un fort IR ambiant (ex. : soleil, ampoules à incandescence), un filtrage électrique supplémentaire peut être nécessaire. L'utilisation d'une source IR modulée et d'un circuit récepteur démodulateur est une technique très efficace.
• Gestion thermique :Se référer à la Figure 2 (courbe de déclassement) pour s'assurer que la dissipation de puissance du dispositif reste dans des limites sûres à la température ambiante de fonctionnement maximale prévue.
• Sélection du binning :Choisir le bac de sensibilité approprié (A-H) en fonction du niveau de signal requis et de l'intensité de la source IR attendue pour optimiser la performance et la cohérence du circuit.

8. Comparaison et différenciation technique

Le principal différentiateur du LTR-5888DHP1 est son boîtier vert foncé dédié à la suppression de la lumière visible. Comparé aux phototransistors transparents ou non filtrés, il offre des performances supérieures dans les environnements à forte lumière ambiante visible, car il est moins susceptible d'être déclenché par erreur. Sa combinaison d'une tension V_CEOrelativement élevée (30V), d'une vitesse de commutation rapide (plage µs) et d'un système de binning détaillé pour la sensibilité en fait un choix robuste et convivial pour une large gamme de tâches de détection IR. Le binning complet permet un appariement de précision dans les applications nécessitant plusieurs capteurs ou des points de déclenchement très cohérents.

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

Q : Quel est le but du boîtier vert foncé ?

R : Il agit comme un filtre de lumière visible. Il atténue la lumière dans le spectre visible (environ 400-700 nm) tout en permettant aux longueurs d'onde infrarouges (typiquement >700 nm) de passer jusqu'à la puce semi-conductrice. Cela améliore le rapport signal/bruit dans les applications purement infrarouges.

Q : Comment interpréter les deux tables de binning différentes ?

R : La table "Réglage de Production" montre les plages internes plus strictes utilisées lors de la fabrication pour trier les dispositifs. La table "Plage à l'État Passant" montre la plage de spécification garantie plus large sur laquelle le client peut compter. Les dispositifs d'un seul bac de production auront une performance plus cohérente que ceux répondant simplement à la plage garantie plus large.

Q : Puis-je utiliser ce dispositif en plein soleil ?

R : Bien que le boîtier filtre la lumière visible, la lumière du soleil contient une quantité significative de rayonnement infrarouge. Cela peut saturer le capteur. Pour une utilisation en extérieur ou dans un fort IR ambiant, un blindage optique, un filtrage électrique ou l'utilisation d'un système à source IR modulée est fortement recommandé.

Q : Que se passe-t-il si je dépasse la température/durée de soudure des broches ?

R : Cela peut causer des dommages irréversibles : fusion du boîtier, rupture des fils de liaison internes ou dégradation des propriétés du semi-conducteur. Respectez toujours la recommandation de 260°C pendant 5 secondes à 1,6 mm du corps.

10. Étude de cas pratique de conception

Scénario : Conception d'un capteur de proximité pour un distributeur de savon automatique.

L'objectif est de détecter une main placée à ~5-10 cm sous une buse. Un émetteur LED IR est placé en face du détecteur LTR-5888DHP1, les deux faisant face à la zone de détection.

Étapes de conception :

1. Configuration du circuit :Utiliser le phototransistor en mode interrupteur émetteur commun. Connecter l'émetteur à la masse, le collecteur à une résistance de tirage (R_L) connectée à une tension d'alimentation (ex. : 5V). Le signal de sortie est pris au nœud collecteur.

2. Sélection des composants :Choisir une LED IR avec une longueur d'onde correspondant à la sensibilité maximale du phototransistor. Sélectionner une valeur de R_L(ex. : 10kΩ) qui fournit une bonne amplitude de tension. Sur la base de l'intensité IR réfléchie attendue, sélectionner un phototransistor du bac D ou E pour une sensibilité moyenne.

3. Modulation (optionnelle mais recommandée) :Pour rejeter la lumière ambiante, alimenter la LED IR avec un courant pulsé (ex. : 38 kHz). Suivre la sortie du phototransistor avec un filtre passe-bande ou un circuit intégré récepteur IR dédié accordé à la même fréquence. Cela rend le système insensible à l'IR ambiant constant.

4. Détection de seuil :La tension de sortie au collecteur chutera lorsqu'une main réfléchira la lumière IR sur le détecteur. Un comparateur ou l'ADC d'un microcontrôleur peut être utilisé pour détecter ce changement de tension et déclencher la pompe à savon.

5. Considérations :Prendre en compte l'augmentation du courant d'obscurité avec la température (Fig. 1) lors du réglage du seuil de détection. S'assurer que la dissipation de puissance du dispositif est dans les limites selon la Fig. 2.

11. Principe de fonctionnement

Un phototransistor est fondamentalement un transistor bipolaire à jonction (BJT) où la région de base est exposée à la lumière et n'est pas connectée à une borne électrique. Les photons incidents dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite du semi-conducteur sont absorbés dans la région de jonction base-collecteur. Cette absorption crée des paires électron-trou. Le champ électrique dans la jonction base-collecteur polarisée en inverse balaye ces porteurs de charge, générant un photocourant. Ce photocourant agit comme le courant de base du transistor. En raison du gain en courant du transistor (β ou h_FE), le courant collecteur résultant est le photocourant multiplié par le gain (I_C≈ β * I_photo). Cette amplification interne est ce qui donne à un phototransistor une sensibilité beaucoup plus élevée qu'une simple photodiode. Le matériau du boîtier vert foncé absorbe la plupart des photons de lumière visible, tandis que les photons infrarouges peuvent traverser et être absorbés par le silicium pour générer le courant de signal.

12. Tendances technologiques

Le domaine de l'optoélectronique pour la détection continue d'évoluer. Les tendances pertinentes pour des dispositifs comme le LTR-5888DHP1 incluent :

Intégration :Évolution vers des solutions intégrées combinant le photodétecteur, l'amplificateur et la logique numérique (comme un trigger de Schmitt ou un modulateur/démodulateur) dans un seul boîtier (ex. : modules récepteurs IR).

Miniaturisation :Développement de phototransistors dans des boîtiers CMS plus petits pour répondre aux demandes de l'électronique grand public compacte.

Filtrage amélioré :Utilisation de filtres d'interférence plus sophistiqués déposés directement sur la puce ou le boîtier pour fournir une sélectivité de longueur d'onde plus nette, améliorant le rejet des sources de lumière ambiante indésirables.

Optimisation spécifique à l'application :Les dispositifs sont de plus en plus caractérisés et triés pour des applications très spécifiques (ex. : détection d'impulsions spécifiques pour la communication de données, très faible courant d'obscurité pour la mesure de précision), plutôt que comme composants à usage général.