LTR-516AD फोटोट्रांजिस्टर डेटाशीट - गहरा हरा पैकेज - 30V रिवर्स वोल्टेज - 150mW पावर डिसिपेशन - तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

LTR-516AD इन्फ्रारेड विकिरण का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया एक उच्च प्रदर्शन सिलिकॉन NPN फोटोट्रांजिस्टर है। इसका मुख्य कार्य आपतित इन्फ्रारेड प्रकाश को विद्युत धारा में परिवर्तित करना है। इस घटक की एक प्रमुख विशेषता इसका विशेष गहरा हरा प्लास्टिक पैकेज है, जो दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम के अधिकांश भाग को छानने के लिए इंजीनियर किया गया है। यह इसे उन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है जहाँ सेंसर को मुख्य रूप से इन्फ्रारेड सिग्नल पर प्रतिक्रिया देनी होती है, जिससे परिवेशी दृश्य प्रकाश से हस्तक्षेप कम हो जाता है। यह उपकरण उच्च फोटोसंवेदनशीलता, कम जंक्शन कैपेसिटेंस और तेज़ स्विचिंग समय का संयोजन प्रदान करता है, जो इसे विभिन्न इन्फ्रारेड संवेदन और संचार प्रणालियों के लिए एक आदर्श विकल्प के रूप में स्थापित करता है।

2. गहन तकनीकी पैरामीटर विश्लेषण

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग्स

विश्वसनीयता सुनिश्चित करने और क्षति को रोकने के लिए, इस उपकरण को विशिष्ट पर्यावरणीय और विद्युत सीमाओं के भीतर संचालन के लिए रेट किया गया है। 25°C के परिवेश तापमान (T_A) पर अधिकतम शक्ति अपव्यय 150 mW है। यह 30 V तक के रिवर्स वोल्टेज (V_R) को सहन कर सकता है। संचालन तापमान सीमा -40°C से +85°C तक है, जबकि इसे -55°C से +100°C तक के तापमान में संग्रहित किया जा सकता है। असेंबली के लिए, लीड को अधिकतम 5 सेकंड के लिए 260°C पर सोल्डर किया जा सकता है, जहाँ सोल्डरिंग बिंदु पैकेज बॉडी से कम से कम 1.6mm दूर स्थित होना चाहिए।

2.2 विद्युत और प्रकाशीय विशेषताएँ

सभी विद्युत और प्रकाशीय पैरामीटर T_A= 25°C पर निर्दिष्ट हैं। रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज (V_(BR)R) आमतौर पर 100µA की रिवर्स करंट (I_R) पर 30V होता है। रिवर्स डार्क करंट (I_D(R)), जो प्रकाश के न पड़ने पर लीकेज करंट है, का अधिकतम मान V_R= 10V पर 30 nA है। 940nm स्रोत से 0.5 mW/cm² के विकिरण (E_e) के तहत, फोटोट्रांजिस्टर 350 mV का ओपन-सर्किट वोल्टेज (V_OC) उत्पन्न करता है। इसका गतिशील प्रदर्शन V_r=10V, 940nm पल्स और 1 kΩ लोड रेसिस्टर के साथ परीक्षण करने पर 50 नैनोसेकंड प्रत्येक के राइज़ और फॉल टाइम (T_f, T_R) द्वारा चित्रित किया जाता है। शॉर्ट-सर्किट करंट (I_S), संवेदनशीलता का एक प्रमुख माप, V_R=5V, λ=940nm, और E_e=0.1 mW/cm² के तहत 2 µA (विशिष्ट) है। कुल जंक्शन कैपेसिटेंस (C_T) V_R=3V और 1 MHz पर अधिकतम 25 pF है। शिखर वर्णक्रमीय संवेदनशीलता की तरंगदैर्ध्य (λ_SMAX) 900 nm है।

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट कई विशेषता वक्र प्रदान करती है जो सर्किट डिज़ाइन के लिए महत्वपूर्ण हैं। चित्र 1 डार्क करंट (I_D) को रिवर्स वोल्टेज (V_R) के विरुद्ध आलेखित करता है, जो अंधेरे में उपकरण के लीकेज व्यवहार को दर्शाता है। चित्र 2 दिखाता है कि जंक्शन कैपेसिटेंस (C_T) बढ़ते रिवर्स वोल्टेज के साथ कैसे घटता है, जो उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। चित्र 3 फोटोकरंट का परिवेश तापमान के साथ परिवर्तन दिखाता है, जो इंगित करता है कि सेंसर का आउटपुट तापमान परिवर्तन के साथ कैसे ड्रिफ्ट हो सकता है। चित्र 4 इसी तरह डार्क करंट को तापमान के विरुद्ध आलेखित करता है। चित्र 5 सापेक्ष वर्णक्रमीय संवेदनशीलता वक्र है, जो ग्राफिक रूप से 900nm पर शिखर प्रतिक्रिया और दृश्य प्रकाश सीमा में संवेदनशीलता को कम करने में गहरे हरे पैकेज की प्रभावशीलता की पुष्टि करता है। चित्र 6 फोटोकरंट (I_p) और इन्फ्रारेड विकिरण (E_e) के बीच रैखिक संबंध दिखाता है। चित्र 7 एक ध्रुवीय आरेख है जो संवेदनशीलता की कोणीय निर्भरता दिखाता है। चित्र 8 विस्तार से बताता है कि कैसे अधिकतम अनुमेय कुल शक्ति अपव्यय, परिवेश तापमान के 25°C से ऊपर बढ़ने के साथ डीरेट होता है।

4. यांत्रिक और पैकेज जानकारी

LTR-516AD एक विशेष गहरे हरे रंग के प्लास्टिक पैकेज में रखा गया है। प्रमुख आयामी नोट्स में शामिल हैं: सभी आयाम मिलीमीटर में हैं, जब तक अन्यथा निर्दिष्ट न हो, सामान्य सहनशीलता ±0.25mm है। फ्लैंज के नीचे रेजिन का अधिकतम प्रोट्रूज़न 1.5mm है। लीड स्पेसिंग उस बिंदु पर मापी जाती है जहाँ लीड पैकेज बॉडी से बाहर निकलती हैं। पैकेज थ्रू-होल माउंटिंग के लिए डिज़ाइन किया गया है। गहरा हरा रंग इसके कार्य के लिए अभिन्न है, जो इन्फ्रारेड डिटेक्शन के लिए सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात को बढ़ाने के लिए एक दृश्य प्रकाश फिल्टर के रूप में कार्य करता है।

5. सोल्डरिंग और असेंबली दिशानिर्देश

विश्वसनीय सोल्डरिंग के लिए, निर्दिष्ट शर्तों का पालन करना महत्वपूर्ण है। लीड को अधिकतम 5 सेकंड के लिए 260°C के तापमान पर सोल्डर किया जाना चाहिए। सोल्डरिंग बिंदु प्लास्टिक पैकेज बॉडी से कम से कम 1.6mm (0.063 इंच) दूर होना चाहिए ताकि सेमीकंडक्टर डाई और प्लास्टिक एनकैप्सुलेशन को थर्मल क्षति से बचाया जा सके। मानक वेव सोल्डरिंग या हैंड सोल्डरिंग तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है, बशर्ते तापमान और समय सीमा का सख्ती से पालन किया जाए। निर्दिष्ट सीमा से ऊपर के तापमान के लंबे समय तक संपर्क में रहने से प्रदर्शन में गिरावट आ सकती है या स्थायी विफलता हो सकती है।

6. अनुप्रयोग सुझाव

6.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

LTR-516AD विभिन्न इन्फ्रारेड-आधारित अनुप्रयोगों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है। इनमें स्वचालन और सुरक्षा प्रणालियों में वस्तु का पता लगाना और निकटता संवेदन, प्रिंटर और वेंडिंग मशीनों में स्लॉट सेंसर, टचलेस स्विच और इन्फ्रारेड डेटा संचार लिंक (जैसे पुराने IRDA इंटरफेस) शामिल हैं। इसका तेज़ स्विचिंग समय इसे तेज़ पल्स डिटेक्शन की आवश्यकता वाली प्रणालियों में लागू करने योग्य बनाता है।

6.2 डिज़ाइन विचार

इस फोटोट्रांजिस्टर के साथ डिज़ाइन करते समय, कई कारकों पर विचार किया जाना चाहिए। सबसे पहले, ऑपरेटिंग पॉइंट को आवश्यक संवेदनशीलता और गति को ध्यान में रखते हुए चुना जाना चाहिए; एक उच्च रिवर्स वोल्टेज आम तौर पर कैपेसिटेंस को कम करता है और गति में सुधार करता है लेकिन डार्क करंट बढ़ाता है। लोड रेसिस्टर (R_L) मान एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन विकल्प है: एक बड़ा R_Lउच्च वोल्टेज आउटपुट प्रदान करता है लेकिन प्रतिक्रिया समय को धीमा कर देता है (RC टाइम कॉन्स्टेंट बढ़ाता है)। गहरा हरा पैकेज परिवेशी दृश्य प्रकाश से हस्तक्षेप को कम करता है, लेकिन डिज़ाइनर को अभी भी अनुप्रयोग वातावरण में इन्फ्रारेड पृष्ठभूमि पर विचार करना चाहिए। तापमान पर स्थिर संचालन के लिए, चित्र 3 और 4 में दिखाए गए परिवर्तनों को ध्यान में रखा जाना चाहिए, संभवतः सिग्नल कंडीशनिंग सर्किटरी में तापमान मुआवजे के माध्यम से।

7. तकनीकी तुलना और विभेदन

LTR-516AD की प्राथमिक विभेदक विशेषता दृश्य प्रकाश दमन के लिए इसका समर्पित गहरा हरा पैकेज है, जो सभी मानक फोटोट्रांजिस्टर में नहीं पाया जाता है। यह इसे परिवर्तनशील दृश्य प्रकाश वाले वातावरण में एक महत्वपूर्ण लाभ देता है। इसके पैरामीटरों का संयोजन—एक अपेक्षाकृत उच्च शॉर्ट-सर्किट करंट (2 µA विशिष्ट), कम कैपेसिटेंस (25 pF अधिकतम), और तेज़ स्विचिंग समय (50 ns)—इसे एक संतुलित घटक बनाता है जो संवेदनशील और मध्यम उच्च गति अनुप्रयोगों दोनों के लिए उपयुक्त है। फोटोडायोड की तुलना में, LTR-516AD जैसे फोटोट्रांजिस्टर आंतरिक लाभ प्रदान करते हैं, जिससे समान प्रकाश इनपुट के लिए उच्च आउटपुट करंट प्राप्त होता है, जो बाद के एम्पलीफायर चरणों को सरल बनाता है।

8. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (तकनीकी पैरामीटर के आधार पर)

प्रश्न: गहरे हरे पैकेज का उद्देश्य क्या है?

उत्तर: गहरा हरा प्लास्टिक एक अंतर्निहित ऑप्टिकल फिल्टर के रूप में कार्य करता है। यह दृश्य स्पेक्ट्रम में तरंगदैर्ध्य को महत्वपूर्ण रूप से कम करता है जबकि इन्फ्रारेड प्रकाश (विशेष रूप से 900-940nm के आसपास) को गुजरने देता है। यह सेंसर की परिवेश कमरे की रोशनी, सूर्य के प्रकाश या अन्य दृश्य स्रोतों के प्रति प्रतिक्रिया को कम करता है, जिससे समर्पित इन्फ्रारेड सिग्नल का पता लगाने के लिए इसे अधिक विश्वसनीय बनाया जाता है।

प्रश्न: "शॉर्ट सर्किट करंट (I_S)" पैरामीटर की व्याख्या कैसे करें?

उत्तर: I_Sको कलेक्टर और एमिटर शॉर्टेड (V_CE= 0V) के साथ मापा जाता है। यह विशिष्ट परीक्षण स्थितियों (940nm, 0.1 mW/cm²) के तहत प्रति इकाई विकिरण उत्पन्न फोटोजनरेटेड करंट का प्रतिनिधित्व करता है। आपके सर्किट में, वास्तविक आउटपुट करंट I_Sसे कम होगा जब एक लोड रेसिस्टर या बायस वोल्टेज लगाया जाता है, लेकिन I_Sविभिन्न उपकरणों की मूल संवेदनशीलता की तुलना करने के लिए एक प्रमुख आंकड़ा है।

प्रश्न: राइज़ और फॉल टाइम क्यों महत्वपूर्ण हैं?

उत्तर: ये पैरामीटर (T_rऔर T_f) परिभाषित करते हैं कि फोटोट्रांजिस्टर प्रकाश तीव्रता में परिवर्तन पर कितनी तेज़ी से प्रतिक्रिया कर सकता है। 50 ns का मान इसका मतलब है कि उपकरण सैद्धांतिक रूप से कई मेगाहर्ट्ज तक की सिग्नल आवृत्तियों को संभाल सकता है, जो इसे पल्स्ड IR सिस्टम, डेटा ट्रांसमिशन या उच्च गति गिनती अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है।

प्रश्न: तापमान प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करता है?

उत्तर: जैसा कि वक्रों में दिखाया गया है, डार्क करंट (शोर) और फोटोकरंट (सिग्नल) दोनों तापमान के साथ बढ़ते हैं। डार्क करंट में वृद्धि महत्वपूर्ण हो सकती है, जिससे संभावित रूप से नॉइज़ फ्लोर बढ़ सकता है। डिज़ाइनरों को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट इस भिन्नता को संभाल सकता है, खासकर यदि उपकरण पूर्ण -40°C से +85°C सीमा पर संचालित होता है।

9. व्यावहारिक डिज़ाइन केस

एक सरल इन्फ्रारेड वस्तु डिटेक्शन सर्किट डिज़ाइन करने पर विचार करें। LTR-516AD को एक इन्फ्रारेड LED एमिटर के साथ जोड़ा जाता है। फोटोट्रांजिस्टर को एक कॉमन-एमिटर कॉन्फ़िगरेशन में जोड़ा जाता है: कलेक्टर को एक लोड रेसिस्टर R_Lके माध्यम से आपूर्ति वोल्टेज (जैसे, 5V) से जोड़ा जाता है, और एमिटर ग्राउंडेड होता है। जब कोई वस्तु मौजूद नहीं होती है, तो LED से IR प्रकाश फोटोट्रांजिस्टर तक पहुँचता है, जिससे यह संचालित होता है और कलेक्टर वोल्टेज (V_OUT) कम हो जाता है। जब कोई वस्तु बीम को बाधित करती है, तो फोटोट्रांजिस्टर बंद हो जाता है, और V_OUTउच्च हो जाता है। R_Lका मान वांछित आउटपुट वोल्टेज स्विंग और गति के आधार पर चुना जाना चाहिए। 5V आपूर्ति और 2µA के विशिष्ट I_Sके लिए, 10 kΩ का R_Lप्रकाशित होने पर लगभग 20 mV का वोल्टेज ड्रॉप देगा, जो काफी छोटा है। इसलिए, आमतौर पर फोटोट्रांजिस्टर के बाद एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर कम्पेरेटर चरण जोड़ा जाता है ताकि एक साफ डिजिटल आउटपुट प्रदान किया जा सके। गहरा हरा पैकेज परिवेशी प्रकाश को अस्वीकार करने में मदद करता है, जिससे विभिन्न प्रकाश स्थितियों में उपयोग के लिए सिस्टम मजबूत बनता है।

10. कार्य सिद्धांत

एक फोटोट्रांजिस्टर मूल रूप से एक बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJT) है जहाँ बेस करंट प्रकाश द्वारा उत्पन्न होता है न कि विद्युत रूप से आपूर्ति किया जाता है। LTR-516AD (एक NPN प्रकार) में, सिलिकॉन के बैंडगैप से अधिक ऊर्जा वाले आपतित फोटॉन बेस-कलेक्टर जंक्शन क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े बनाते हैं। ये फोटोजनरेटेड वाहक विद्युत क्षेत्र द्वारा बह जाते हैं, जिससे प्रभावी रूप से एक बेस करंट बनता है। इस बेस करंट को फिर ट्रांजिस्टर के करंट गेन (बीटा, β) द्वारा प्रवर्धित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बहुत बड़ा कलेक्टर करंट प्राप्त होता है। उपकरण को आम तौर पर खुले या डिस्कनेक्टेड बेस टर्मिनल के साथ संचालित किया जाता है, और संवेदनशीलता और गति में सुधार करने के लिए कलेक्टर-बेस जंक्शन के पार एक रिवर्स बायस लगाया जाता है ताकि डिप्लेशन रीजन को चौड़ा किया जा सके।

11. उद्योग रुझान

ऑप्टिकल सेंसिंग का क्षेत्र निरंतर विकसित हो रहा है। एकीकरण की ओर एक रुझान है, जहाँ फोटोडिटेक्टर, एम्पलीफायर और डिजिटल लॉजिक को एक ही चिप (जैसे, एकीकृत परिवेश प्रकाश सेंसर, निकटता सेंसर) में संयोजित किया जाता है। स्वचालित असेंबली के लिए सरफेस-माउंट डिवाइस (SMD) पैकेज थ्रू-होल प्रकारों की तुलना में अधिक प्रचलित हो रहे हैं। संवेदनशीलता में सुधार, शोर (डार्क करंट) को कम करने और वर्णक्रमीय सीमा का विस्तार करने के लिए सामग्री और डिज़ाइन में भी निरंतर विकास जारी है। हालाँकि, LTR-516AD जैसे असतत घटक उन अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण बने हुए हैं जिन्हें विशिष्ट प्रदर्शन विशेषताओं, कस्टम ऑप्टिकल पथ या उच्च वोल्टेज हैंडलिंग की आवश्यकता होती है जो एकीकृत समाधानों में उपलब्ध नहीं हो सकते हैं। विशिष्ट वर्णक्रमीय प्रतिक्रियाओं के लिए फ़िल्टर किए गए पैकेज का उपयोग करने का सिद्धांत एक सामान्य और प्रभावी डिज़ाइन अभ्यास बना हुआ है।