Fiche Technique LTR-306 Phototransistor - Boîtier Latéral - Courant de Collecteur jusqu'à 2,4mA - Tension 30V - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTR-306 est un phototransistor NPN en silicium logé dans un boîtier plastique latéral. Ce composant est conçu pour détecter le rayonnement infrarouge, convertissant la lumière incidente en un courant électrique à sa borne de collecteur. Sa fonction principale est celle d'un capteur de lumière dans divers circuits électroniques, où il agit comme un interrupteur commandé par la lumière ou un capteur analogique d'intensité lumineuse. L'orientation latérale du boîtier est une caractéristique clé, signifiant que la zone sensible est perpendiculaire à la direction des broches, ce qui est optimal pour les applications où la source lumineuse est positionnée sur le côté du circuit imprimé.

Les avantages fondamentaux de ce dispositif incluent sa large plage de fonctionnement du courant de collecteur, offrant une flexibilité de conception pour différentes exigences de sensibilité. La lentille intégrée est conçue pour améliorer la sensibilité en focalisant la lumière infrarouge incidente sur la région semi-conductrice active. De plus, l'utilisation d'un boîtier plastique à faible coût en fait un choix économique pour les applications grand public et industrielles à grand volume où le rapport coût-performance est crucial sans sacrifier les paramètres de performance essentiels.

Le marché cible du LTR-306 englobe un large éventail d'applications nécessitant une détection infrarouge fiable. Cela inclut, sans s'y limiter, les systèmes de détection et de comptage d'objets, les capteurs à fente (par exemple, dans les imprimantes et distributeurs automatiques), les capteurs de fin de bande, la détection de proximité et les équipements d'automatisation industrielle. Sa conception robuste et ses performances spécifiées le rendent adapté à l'intégration dans des systèmes électroniques simples et complexes.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti. La puissance maximale dissipée est de 100 mW à une température ambiante (T_A) de 25°C. La tension collecteur-émetteur (V_CE) ne doit pas dépasser 30 V, tandis que la tension inverse émetteur-collecteur (V_EC) est limitée à 5 V. Le dispositif est conçu pour fonctionner dans une plage de température ambiante de -40°C à +85°C et peut être stocké à des températures comprises entre -55°C et +100°C. Pour le soudage, les broches peuvent supporter 260°C pendant 5 secondes lorsqu'elles sont mesurées à 1,6 mm du corps du boîtier, ce qui est une exigence standard pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Tous les paramètres électriques et optiques sont spécifiés à T_A=25°C, fournissant une base de référence pour la comparaison des performances.

• Tension de claquage collecteur-émetteur (V_(BR)CEO) :Minimum 30V (I_C= 1mA, E_e=0). C'est la tension à laquelle la jonction se claque en l'absence de lumière.
• Tension de claquage émetteur-collecteur (V_(BR)ECO) :Minimum 5V (I_E= 100μA, E_e=0). Ce paramètre est important pour les conditions de polarisation inverse.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(SAT)) :Typiquement 0,1V, avec un maximum de 0,4V (I_C= 100μA, E_e=1 mW/cm²). Cette faible tension indique de bonnes performances de commutation lorsque le transistor est complètement passant.
• Temps de montée (T_r) & Temps de descente (T_f) :Maximum 20 μs chacun (V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ). Ces paramètres définissent la vitesse de commutation du phototransistor en réponse à une impulsion lumineuse.
• Courant d'obscurité du collecteur (I_CEO) :Maximum 100 nA (V_CE= 10V, E_e=0). C'est le courant de fuite en l'absence de lumière, un paramètre critique pour la sensibilité en faible luminosité et le rapport signal/bruit.

3. Explication du système de binning

Le LTR-306 utilise un système de binning pour son paramètre clé, le Courant de Collecteur à l'État Passant (I_C(ON)). Le binning est un processus de contrôle qualité et de tri qui regroupe les composants en fonction de leurs performances mesurées dans des plages spécifiées. Cela garantit une cohérence pour l'utilisateur final. Le dispositif est testé dans des conditions standard (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², λ=940nm).

Les bins sont étiquetés de A à F, chacun représentant une plage spécifique de I_C(ON):

• Bin A :0,20 mA à 0,60 mA
• Bin B :0,40 mA à 1,08 mA
• Bin C :0,72 mA à 1,56 mA
• Bin D :1,04 mA à 1,80 mA
• Bin E :1,20 mA à 2,40 mA
• Bin F :Minimum 1,60 mA (aucune limite supérieure spécifiée dans les données fournies)

Ce système permet aux concepteurs de sélectionner un bin correspondant à la sensibilité requise par leur circuit. Par exemple, un circuit nécessitant un courant de sortie élevé pour piloter directement un relais ou une LED pourrait spécifier le bin E ou F, tandis qu'un circuit de détection basse consommation pourrait utiliser le bin A ou B pour minimiser la consommation d'énergie.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs courbes caractéristiques typiques qui illustrent comment les paramètres clés varient avec les conditions de fonctionnement. Celles-ci sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif au-delà des spécifications ponctuelles.

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 -40°C, il est de l'ordre du picoampère, mais il peut atteindre environ 100 μA à 120°C. Cette caractéristique est cruciale pour les applications à haute température, car l'augmentation du courant d'obscurité agit comme un décalage ou une source de bruit, réduisant potentiellement la sensibilité effective et la plage dynamique du capteur.

4.2 Puissance dissipée du collecteur en fonction de la température ambiante (Fig. 2)

Ce graphique démontre la dégradation de la puissance maximale dissipable autorisée à mesure que la température ambiante augmente. Bien que le dispositif puisse dissiper 100 mW à 25°C, cette valeur doit être réduite linéairement à des températures plus élevées pour éviter l'emballement thermique et assurer la fiabilité. La courbe fournit les données nécessaires pour la gestion thermique dans la conception de l'application.

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

Ce tracé révèle le compromis entre la vitesse de commutation et la résistance de charge. Les temps de montée et de descente (T_r, T_f) augmentent significativement à mesure que la valeur de la résistance de charge (R_L) augmente. Pour une charge de 1kΩ, le temps est d'environ 20μs, mais il peut dépasser 150μs pour une charge de 10kΩ. Les concepteurs doivent choisir R_Lpour équilibrer le besoin d'un temps de réponse rapide avec l'amplitude de tension de sortie ou le niveau de courant souhaité.

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

Il s'agit d'une caractéristique de transfert fondamentale. Elle montre que le courant de collecteur est relativement linéaire avec l'éclairement lumineux incident (E_e) dans la plage inférieure (0-2 mW/cm²) lorsque V_CEest maintenu à 5V. Cette région linéaire est celle où le dispositif peut être utilisé pour la mesure analogique de la lumière. À des niveaux d'éclairement plus élevés, la réponse peut commencer à saturer.

4.5 Diagramme de sensibilité (Fig. 5)

Ce diagramme polaire illustre la sensibilité angulaire du phototransistor. La sensibilité relative est tracée en fonction de l'angle de la lumière incidente. Il montre que le dispositif a un angle de vision spécifique où la sensibilité est maximale (typiquement sur l'axe, 0°). La sensibilité diminue à mesure que la source lumineuse s'éloigne de l'axe. Ce diagramme est essentiel pour l'alignement mécanique dans l'application finale afin d'assurer un couplage optimal entre la source lumineuse et le capteur.

5. Informations mécaniques et d'emballage

Le LTR-306 utilise un boîtier plastique latéral. Les dimensions sont fournies dans la fiche technique avec toutes les mesures en millimètres (pouces entre parenthèses). Les tolérances dimensionnelles clés sont généralement de ±0,25 mm sauf indication contraire. L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier, ce qui est critique pour la conception de l'empreinte PCB. Le boîtier comprend une lentille moulée dans le plastique pour améliorer l'efficacité de collecte optique. L'orientation latérale signifie que la zone de détection active est sur le côté du composant, et non sur le dessus. Une identification claire de la polarité (broches émetteur et collecteur) est fournie dans le dessin du boîtier, ce qui est essentiel pour un assemblage correct de la carte de circuit.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le dispositif convient aux procédés d'assemblage PCB standard. La valeur maximale absolue spécifie que les broches peuvent supporter une température de soudure de 260°C pendant 5 secondes lorsqu'elles sont mesurées à 1,6 mm (0,063") du corps du boîtier. Cette spécification est compatible avec les profils typiques de soudure à la vague et par refusion. Il est recommandé de suivre les directives standard JEDEC ou IPC pour la manipulation de la sensibilité à l'humidité le cas échéant, bien que le boîtier plastique soit généralement robuste. Pendant le soudage, il convient d'éviter une contrainte thermique excessive sur le boîtier. Après l'assemblage, le nettoyage doit être effectué avec des solvants compatibles avec le matériau plastique. Pour le stockage, la plage spécifiée de -55°C à +100°C doit être respectée, et les composants sont généralement fournis dans des sacs barrières à l'humidité avec dessiccant.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Détection/Interruption d'objet :Utilisé par paire avec une LED infrarouge pour détecter la présence ou l'absence d'un objet coupant le faisceau. Courant dans les imprimantes, photocopieurs, distributeurs automatiques et compteurs industriels.
• Détection de proximité :Détection de la réflexion de la lumière infrarouge d'un objet proche.
• Barrières lumineuses/Capteurs à fente :Détection du bord d'une bande, d'un papier ou d'un autre matériau.
• Encodeurs :Utilisé dans les encodeurs optiques rotatifs ou linéaires pour lire les motifs sur une roue ou une bande codée.
• Récepteurs de télécommande simples :Pour la détection de commandes infrarouges basiques (bien que les modules récepteurs dédiés soient plus courants pour les protocoles complexes).

7.2 Considérations de conception

• Polarisation :Le phototransistor peut être utilisé dans deux configurations courantes : mode interrupteur (avec une résistance de rappel) ou mode analogique (dans une configuration d'amplificateur à émetteur commun). La valeur de la résistance de charge (R_L) affecte de manière critique à la fois la tension/courant de sortie et la vitesse de réponse (voir Fig. 3).
• Immunité à la lumière ambiante :Pour un fonctionnement fiable dans des environnements avec une lumière ambiante variable (par exemple, lumière du soleil, éclairage de la pièce), une modulation de la source infrarouge et un filtrage ou une démodulation correspondante du signal du phototransistor sont souvent nécessaires.
• Lentille et alignement :Un alignement mécanique approprié entre l'émetteur infrarouge et le phototransistor, en tenant compte de son orientation latérale et de son diagramme de sensibilité angulaire (Fig. 5), est essentiel pour maximiser la force du signal et la fiabilité.
• Effets de la température :La conception doit tenir compte de la variation du courant d'obscurité (Fig. 1) et de la sensibilité avec la température, en particulier dans les environnements extérieurs ou sévères.
• Bruit électrique :Dans les circuits analogiques sensibles, un blindage et une mise à la terre appropriée peuvent être nécessaires pour éviter la captation de bruit sur le nœud haute impédance du phototransistor.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé à une photodiode standard, un phototransistor comme le LTR-306 fournit un gain interne, résultant en un courant de sortie beaucoup plus élevé pour la même entrée lumineuse. Cela élimine le besoin d'un amplificateur de transimpédance externe dans de nombreux circuits de détection simples, réduisant le nombre de composants et le coût. Comparé à d'autres phototransistors, les avantages spécifiques du LTR-306 résident dans sonboîtier latéral, qui est un facteur de forme mécanique distinct adapté à des chemins optiques spécifiques, sonlarge binning de courant de collecteuroffrant une flexibilité, et salentille intégrée pour une sensibilité accrue. Ses temps de montée/descente spécifiés et ses tensions nominales en font un composant polyvalent robuste pour les applications à vitesse moyenne.

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

Q : Que signifie le code de bin (A, B, C, etc.) pour ma conception ?

R : Le code de bin indique la plage garantie de courant de collecteur que le dispositif produira dans des conditions de test standard. Choisissez un bin qui fournit un courant de signal suffisant pour votre circuit en aval (par exemple, comparateur, ADC de microcontrôleur) tout en considérant la consommation d'énergie. Les bins supérieurs (E, F) donnent plus de courant mais peuvent avoir un courant d'obscurité légèrement plus élevé.

Q : Puis-je utiliser ce capteur à la lumière du soleil ?

R : La lumière directe du soleil contient une quantité significative de rayonnement infrarouge qui saturera le capteur et le rendra inutilisable pour détecter une source IR séparée. Pour une utilisation en extérieur, un filtrage optique (un filtre passe-IR qui bloque la lumière visible) et/ou des sources lumineuses modulées avec détection synchrone sont obligatoires.

Q : Pourquoi le temps de montée/descente dépend-il de la résistance de charge ?

R : La vitesse du phototransistor est limitée par la constante de temps RC formée par sa capacité de jonction et la résistance de charge (R_L). Un R_Lplus grand crée une constante de temps plus grande, ralentissant la variation de tension au collecteur, augmentant ainsi les temps de montée et de descente. Pour une réponse plus rapide, utilisez un R_Lplus petit, mais cela réduira également l'amplitude de la tension de sortie.

Q : Comment interpréter le diagramme de sensibilité ?

R : Le diagramme montre la réponse relative du capteur à la lumière provenant de différents angles. Une valeur de 1,0 (ou 100%) est typiquement à 0° (directement face à la lentille). La courbe montre à quel point le signal diminue si la source lumineuse est mal alignée. Utilisez-le pour concevoir le boîtier mécanique et les caractéristiques d'alignement dans votre produit.

10. Exemple de conception pratique

Scénario : Conception d'un capteur de présence de papier pour une imprimante.Une LED infrarouge est placée d'un côté du chemin du papier, et le LTR-306 est placé directement en face, créant un faisceau. Lorsqu'il n'y a pas de papier, la lumière IR frappe le phototransistor, le mettant en conduction et tirant sa tension de collecteur vers le bas. Lorsque le papier passe, il bloque le faisceau, le phototransistor se bloque, et sa tension de collecteur monte (via une résistance de rappel). Cette transition de tension est détectée par un microcontrôleur.

Étapes de conception :

1. Sélectionnez un bin approprié (par exemple, Bin C) pour garantir un changement de courant suffisamment fort pour piloter de manière fiable la tension de la résistance de rappel choisie sur la plage de température de fonctionnement prévue.

2. Choisissez une résistance de charge/rappel (R_L). Une résistance de 4,7 kΩ avec une alimentation de 5V donnerait une bonne amplitude de tension. Reportez-vous à la Fig. 3 pour vous assurer que le temps de réponse résultant d'environ 100 μs est suffisamment rapide pour la vitesse du papier.

3. Concevez mécaniquement le support de sorte que la LED et le LTR-306 soient alignés selon l'axe 0° du diagramme de sensibilité (Fig. 5). Le boîtier latéral simplifie cela car les deux composants peuvent être montés à plat sur le PCB face à face.

4. Implémentez le pilote de LED IR avec modulation (par exemple, une onde carrée de 1 kHz) pour rendre le capteur insensible à la lumière IR ambiante constante. Le microcontrôleur lirait alors le signal du capteur de manière synchrone avec cette modulation.

11. Principe de fonctionnement

Un phototransistor est un transistor bipolaire à jonction où la région de base est exposée à la lumière. Dans le LTR-306 (type NPN), les photons incidents avec suffisamment d'énergie (lumière infrarouge à ~940 nm) sont absorbés dans la jonction base-collecteur, générant des paires électron-trou. Ces porteurs photogénérés sont séparés par le champ électrique dans la jonction base-collecteur polarisée en inverse. Le photocourant résultant agit comme un courant de base pour le transistor. En raison du gain en courant du transistor (bêta/h_FE), ce petit photocourant est amplifié, produisant un courant de collecteur beaucoup plus important. Cette amplification interne est la différence clé avec une photodiode. Le courant de collecteur est principalement proportionnel à l'intensité de la lumière incidente et au gain du dispositif.

12. Tendances technologiques

Les phototransistors comme le LTR-306 représentent une technologie mature et rentable pour la détection de lumière simple. Les tendances actuelles en optoélectronique incluent l'intégration de phototransistors avec des circuits d'amplification et de conditionnement de signal sur puce pour créer des capteurs à sortie numérique ou des capteurs analogiques avec une linéarité et une compensation de température améliorées. Il y a également une tendance vers la miniaturisation et les boîtiers montés en surface avec des empreintes encore plus petites. Pour les applications plus rapides et plus précises, les photodiodes avec amplificateurs de transimpédance externes ou des circuits intégrés optiques dédiés sont souvent préférées. Cependant, pour les tâches de détection basiques, à faible coût et à vitesse moyenne, les phototransistors discrets restent très pertinents en raison de leur simplicité, robustesse et faible nombre de composants.