LTR-3208 फोटोट्रांजिस्टर डेटाशीट - पैकेज आयाम - कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज 30V - पावर डिसिपेशन 100mW - अंग्रेजी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

LTR-3208 एक सिलिकॉन NPN फोटोट्रांजिस्टर है जो इन्फ्रारेड डिटेक्शन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक कम लागत वाले प्लास्टिक पैकेज में रखा गया है जिसमें उच्च संवेदनशीलता के लिए अनुकूलित एक एकीकृत लेंस शामिल है। यह घटक आपतित इन्फ्रारेड प्रकाश को इसके कलेक्टर टर्मिनल पर संबंधित विद्युत धारा में परिवर्तित करने के लिए इंजीनियर किया गया है, जिससे यह विभिन्न संवेदन और पहचान प्रणालियों के लिए उपयुक्त है जहां विश्वसनीय और लागत-प्रभावी प्रकाश पहचान की आवश्यकता होती है।

1.1 मुख्य लाभ

यह उपकरण डिजाइनरों के लिए कई प्रमुख लाभ प्रदान करता है। इसकी प्राथमिक विशेषता कलेक्टर धारा के लिए एक विस्तृत संचालन सीमा है, जो विभिन्न सिग्नल स्तरों पर सर्किट डिजाइन में लचीलापन प्रदान करती है। पैकेज में सीधे एक लेंस का समावेश आने वाले इन्फ्रारेड विकिरण के प्रति इसकी संवेदनशीलता को बढ़ाता है, जिससे सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात और पहचान सीमा में सुधार होता है। इसके अलावा, एक मानक प्लास्टिक पैकेज के उपयोग से समग्र घटक लागत कम होती है, जिससे यह उच्च मात्रा या लागत-संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए एक आकर्षक विकल्प बन जाता है।

1.2 लक्षित बाजार और अनुप्रयोग

यह फोटोट्रांजिस्टर व्यापक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स बाजार को लक्षित करता है, जो गैर-संपर्क संवेदन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों की सेवा करता है। विशिष्ट उपयोग के मामलों में वस्तु का पता लगाना, स्थिति संवेदन, स्लॉट इंटरप्टर (जैसे, प्रिंटर और एनकोडर में), टचलेस स्विच और औद्योगिक स्वचालन प्रणालियाँ शामिल हैं। इसकी विश्वसनीयता और सरल इंटरफ़ेस (आमतौर पर एक पुल-अप रेसिस्टर और एक आपूर्ति वोल्टेज की आवश्यकता होती है) इसे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों दोनों के लिए एक सामान्य विकल्प बनाते हैं।

2. गहन तकनीकी पैरामीटर विश्लेषण

LTR-3208 की विद्युत और प्रकाशीय प्रदर्शन विशेषताएँ मानक परिवेश तापमान स्थितियों (25°C) के तहत प्रस्तुत की गई हैं। उचित सर्किट डिजाइन और डिवाइस की निर्दिष्ट सीमाओं के भीतर विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करने के लिए इन पैरामीटरों को समझना महत्वपूर्ण है।

2.1 Absolute Maximum Ratings

ये रेटिंग उन तनाव सीमाओं को परिभाषित करती हैं जिनके परे डिवाइस को स्थायी क्षति हो सकती है। इन सीमाओं पर या उससे अधिक पर संचालन की गारंटी नहीं है। अधिकतम शक्ति अपव्यय 100 mW है, जो एप्लिकेशन के थर्मल डिजाइन को निर्धारित करता है। कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज रेटिंग (V_CEO) 30V है, जबकि एमिटर-कलेक्टर वोल्टेज रेटिंग (V_ECO) 5V है, जो डिवाइस की असममितता को दर्शाता है। ऑपरेटिंग तापमान सीमा -40°C से +85°C है, और इसे -55°C से +100°C के वातावरण में संग्रहित किया जा सकता है। सोल्डरिंग के लिए, पैकेज बॉडी से 1.6mm दूर मापने पर लीड 5 सेकंड के लिए 260°C का सामना कर सकती है।

2.2 Electrical and Optical Characteristics

मुख्य परिचालन पैरामीटर विशिष्ट परीक्षण स्थितियों में डिवाइस के प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं। कलेक्टर-एमिटर ब्रेकडाउन वोल्टेज (V_(BR)CEO) आमतौर पर 1mA कलेक्टर करंट और बिना प्रकाश के 30V होता है। कलेक्टर-एमिटर संतृप्ति वोल्टेज (V_CE(SAT)) बहुत कम है, जो 0.1V (न्यूनतम) से 0.4V (अधिकतम) तक होती है जब डिवाइस को 1 mW/cm² के विकिरण के तहत 100μA कलेक्टर करंट से चलाया जाता है। यह कम संतृप्ति वोल्टेज स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए वांछनीय है। स्विचिंग गति को राइज टाइम (T_r) और फॉल टाइम (T_f) द्वारा चित्रित किया जाता है, जो V_CC=5V, I_C=1mA, और R_L=1kΩ. The Collector Dark Current (I_CEO), which is the leakage current with no light, has a maximum value of 100 nA at V_CE=10V.

2.3 On-State Collector Current and Binning

एक महत्वपूर्ण पैरामीटर ऑन-स्टेट कलेक्टर करंट (I_C(ON)) है, जो डिवाइस के प्रकाशित होने पर करंट आउटपुट होता है। यह पैरामीटर बिन किया गया है, जिसका अर्थ है कि डिवाइस को प्रदर्शन समूहों में वर्गीकृत किया जाता है। परीक्षण की स्थिति V_CE = 5V है, जिसमें 940nm तरंगदैर्ध्य पर 1 mW/cm² का विकिरण होता है। बिन इस प्रकार हैं: बिन C: 0.8 से 2.4 mA; बिन D: 1.6 से 4.8 mA; बिन E: 3.2 से 9.6 mA; बिन F: 6.4 mA (न्यूनतम)। यह बिनिंग डिजाइनरों को उनके विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त संवेदनशीलता रेंज वाला डिवाइस चुनने की अनुमति देती है, जिससे सिस्टम प्रदर्शन सुसंगत सुनिश्चित होता है।

3. Performance Curve Analysis

डेटाशीट कई विशेषता वक्र प्रदान करती है जो दर्शाते हैं कि प्रमुख पैरामीटर पर्यावरणीय और परिचालन कारकों के साथ कैसे बदलते हैं। ये ग्राफ़ टेबलों में दिए गए एकल-बिंदु विनिर्देशों से परे डिवाइस व्यवहार को समझने के लिए आवश्यक हैं।

3.1 Temperature Dependence

चित्र 1 कलेक्टर डार्क करंट (I) और परिवेश के तापमान (T) के बीच संबंध दर्शाता है।_CEOडार्क करंट तापमान के साथ घातांकीय रूप से बढ़ता है, जो अर्धचालक जंक्शनों का एक मौलिक गुण है।_aडिजाइनरों को उच्च-तापमान वाले वातावरण में इस बढ़ी हुई लीकेज को ध्यान में रखना चाहिए, क्योंकि यह ऑफ-स्टेट सिग्नल स्तर और नॉइज फ्लोर को प्रभावित कर सकता है।_Cचित्र 2 अधिकतम अनुमेय कलेक्टर पावर डिसिपेशन (P) के डीरेटिंग को दर्शाता है क्योंकि परिवेश का तापमान बढ़ता है। 100 mW की रेटिंग केवल 25°C या उससे कम तापमान पर मान्य है; इस तापमान से ऊपर, थर्मल ओवरस्ट्रेस को रोकने के लिए अधिकतम शक्ति को रैखिक रूप से कम किया जाना चाहिए।

3.2 गतिशील और प्रतिक्रियाशील विशेषताएँ

Figure 3 illustrates how the Rise and Fall Times (T_r, T_f) are affected by the Load Resistance (R_L). स्विचिंग समय बड़े लोड प्रतिरोधों के साथ बढ़ जाते हैं। यह उच्च-गति पहचान सर्किटों को डिजाइन करने के लिए एक महत्वपूर्ण विचार है, जहां वांछित बैंडविड्थ प्राप्त करने के लिए एक छोटा लोड रेसिस्टर आवश्यक हो सकता है, हालांकि उच्च वर्तमान खपत की कीमत पर। चित्र 4 विकिरण (E) के एक फलन के रूप में सापेक्ष कलेक्टर करंट दिखाता है।_e). संबंध आम तौर पर ऑपरेटिंग क्षेत्र में रैखिक है, यह पुष्टि करता है कि आउटपुट करंट आपतित प्रकाश शक्ति के सीधे आनुपातिक है, जो एनालॉग सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है।

3.3 स्पेक्ट्रल रिस्पांस

चित्र 5 और 6 डिवाइस की स्पेक्ट्रल संवेदनशीलता से संबंधित हैं। चित्र 5 एक ध्रुवीय आरेख है जो संवेदनशीलता की कोणीय निर्भरता दिखाता है, यह दर्शाता है कि डिवाइस की धुरी के सापेक्ष आपतित प्रकाश के कोण के साथ आउटपुट कैसे बदलता है। यह ऑप्टिकल सिस्टम में संरेखण के लिए महत्वपूर्ण है। चित्र 6, स्पेक्ट्रल वितरण वक्र, दिखाता है कि LTR-3208 इन्फ्रारेड प्रकाश के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील है, जिसमें चरम प्रतिसादशीलता एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य (निकट-इन्फ्रारेड क्षेत्र में होने का संकेत, सिलिकॉन फोटोट्रांजिस्टर के लिए विशिष्ट) पर होती है। दृश्य प्रकाश के प्रति इसकी प्रतिक्रिया नगण्य है, जो इसे कई मामलों में परिवेशी कक्ष प्रकाश व्यवस्था से प्रतिरक्षित बनाती है।

4. Mechanical and Packaging Information

4.1 Package Dimensions

LTR-3208 तीन लीड वाले मानक प्लास्टिक पैकेज का उपयोग करता है। पैकेज के शीर्ष पर एक ढला हुआ लेंस होता है जो आने वाले प्रकाश को संवेदनशील अर्धचालक क्षेत्र पर केंद्रित करता है। महत्वपूर्ण आयामों में बॉडी का आकार, लीड स्पेसिंग और फ्लैंज के नीचे रेजिन का उभार शामिल है, जिसे अधिकतम 1.5 मिमी निर्दिष्ट किया गया है। लीड स्पेसिंग उस बिंदु पर मापी जाती है जहां लीड पैकेज बॉडी से बाहर निकलती हैं। सभी आयाम मिलीमीटर में दिए गए हैं जिनकी मानक सहनशीलता ±0.25 मिमी है, जब तक कि अन्यथा नोट न किया गया हो। भौतिक रूपरेखा और आयाम पीसीबी फुटप्रिंट डिजाइन और असेंबली के भीतर उचित फिट सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक हैं।

4.2 पोलैरिटी पहचान और पिनआउट

डिवाइस में तीन पिन हैं: कलेक्टर, एमिटर और बेस (अक्सर कुछ कॉन्फ़िगरेशन में अनकनेक्टेड छोड़ा जाता है या बायसिंग के लिए उपयोग किया जाता है)। इस पैकेज में फोटोट्रांजिस्टर के लिए विशिष्ट पिनआउट है: जब डिवाइस को शीर्ष (लेंस की ओर) से देखा जाता है और फ्लैट साइड या नॉच एक विशिष्ट दिशा की ओर होती है, तो बाएं से दाएं पिन आमतौर पर एमिटर, कलेक्टर और बेस होते हैं। हालांकि, कनेक्शन त्रुटियों से बचने के लिए डिजाइनरों को हमेशा डेटाशीट में यांत्रिक चित्र से पिनआउट सत्यापित करना चाहिए। पिन 1 की पहचान करने के लिए पैकेज पर एक मार्किंग या इंडेंटेशन भी हो सकता है।

5. सोल्डरिंग और असेंबली दिशानिर्देश

5.1 रीफ्लो सोल्डरिंग पैरामीटर्स

हालांकि इस अंश में विशिष्ट रीफ्लो प्रोफाइल विवरण प्रदान नहीं किए गए हैं, पूर्ण अधिकतम रेटिंग एक महत्वपूर्ण बाधा देती है: पैकेज बॉडी से 1.6 मिमी की दूरी पर मापने पर, लीड 260°C के सोल्डरिंग तापमान को अधिकतम 5 सेकंड तक सहन कर सकती हैं। इसका तात्पर्य है कि मानक लीड-फ्री रीफ्लो प्रोफाइल (जो आमतौर पर लगभग 245-260°C पर चरम पर होती हैं) स्वीकार्य हैं, लेकिन पैकेज क्षति को रोकने के लिए लिक्विडस से ऊपर के समय को नियंत्रित किया जाना चाहिए। प्लास्टिक-एनकैप्सुलेटेड डिवाइस सोल्डरिंग के लिए JEDEC या IPC मानकों का पालन करने की अनुशंसा की जाती है।

5.2 हैंडलिंग और स्टोरेज सावधानियाँ

डिवाइस को मानक ESD (इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज) सावधानियों के साथ हैंडल किया जाना चाहिए, क्योंकि सेमीकंडक्टर जंक्शन स्टैटिक बिजली से क्षतिग्रस्त हो सकता है। भंडारण कम आर्द्रता वाले वातावरण में -55°C से +100°C की निर्दिष्ट तापमान सीमा के भीतर होना चाहिए। असेंबली के दौरान लेंस को साफ और खरोंच, दूषित पदार्थों या एपॉक्सी ब्लीड से मुक्त रखा जाना चाहिए, क्योंकि ये ऑप्टिकल प्रदर्शन और संवेदनशीलता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं।

6. अनुप्रयोग सुझाव

6.1 विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट

सबसे आम सर्किट कॉन्फ़िगरेशन "स्विच मोड" है। फोटोट्रांजिस्टर का कलेक्टर एक पुल-अप रेसिस्टर (R) के माध्यम से एक पॉजिटिव सप्लाई वोल्टेज (V) से जुड़ा होता है।_CC) एक पुल-अप रेसिस्टर (R) के माध्यम से।_L)। एमिटर ग्राउंड से जुड़ा होता है। आउटपुट सिग्नल कलेक्टर नोड से लिया जाता है। जब कोई प्रकाश नहीं होता है, तो डिवाइस बंद रहता है, और आउटपुट V तक उच्च खींचा जाता है।_CC। जब पर्याप्त इन्फ्रारेड प्रकाश डिवाइस पर पड़ता है, तो यह चालू हो जाता है, आउटपुट वोल्टेज को V की ओर नीचे खींचता है।_CE(SAT)। R का मान_L आउटपुट स्विंग, करंट खपत और स्विचिंग गति निर्धारित करता है, जैसा कि प्रदर्शन वक्र में दिखाया गया है।

6.2 डिज़ाइन विचार

प्रमुख डिज़ाइन कारकों में शामिल हैं: Biasing: सुनिश्चित करें कि कार्यशील V_CE अधिकतम रेटिंग (30V) के भीतर है। लोड रेसिस्टर चयन: R चुनें_L आवश्यक स्विचिंग गति (चित्र 3 देखें), आउटपुट वोल्टेज स्विंग और बिजली की खपत के आधार पर। एक छोटा R_L तेज गति देता है लेकिन उच्च धारा। ऑप्टिकल अलाइनमेंट: IR emitter और detector के बीच optical path डिज़ाइन करते समय angular sensitivity diagram (Fig. 5) पर विचार करें। Ambient Light Immunity: हालांकि डिवाइस मुख्य रूप से IR के प्रति संवेदनशील है, मजबूत ambient IR स्रोत (जैसे सूर्य का प्रकाश या incandescent bulbs) गलत ट्रिगरिंग का कारण बन सकते हैं। एक modulated IR signal और synchronous detection का उपयोग करने से noise immunity में काफी सुधार हो सकता है। Temperature Effects: तापमान के साथ डार्क करंट में वृद्धि को ध्यान में रखें, जिसके लिए डिटेक्शन सर्किट में थ्रेशोल्ड समायोजन की आवश्यकता हो सकती है।

7. Technical Comparison and Differentiation

एक साधारण फोटोडायोड की तुलना में, एक फोटोट्रांजिस्टर आंतरिक लाभ प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप समान प्रकाश इनपुट के लिए आउटपुट करंट बहुत अधिक होता है, जिससे अक्सर अतिरिक्त एम्पलीफायर स्टेज की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। अन्य फोटोट्रांजिस्टर की तुलना में, LTR-3208 का अंतर इसके विशिष्ट संयोजन में निहित है: पैकेज (उच्च संवेदनशीलता के लिए एकीकृत लेंस के साथ), इसके परिभाषित करंट बिन जो संवेदनशीलता चयन की अनुमति देते हैं, और इसके संतुलित विद्युत रेटिंग (30V V_CEO, 100mW P_D). The low V_CE(SAT) is also a favorable characteristic for clean digital switching.

8. Frequently Asked Questions (Based on Technical Parameters)

Q: I के लिए विभिन्न बिन (C, D, E, F) का उद्देश्य क्या है?_C(ON)?
A: बिनिंग उपकरणों को उनकी संवेदनशीलता के आधार पर वर्गीकृत करती है। बिन F उपकरणों में उच्चतम न्यूनतम आउटपुट करंट (सबसे संवेदनशील) होता है, जबकि बिन C उपकरणों में सबसे कम होता है। यह आपको एक ऐसा भाग चुनने की अनुमति देता है जो आपकी प्रणाली के आवश्यक सिग्नल स्तर से मेल खाता है, जिससे सुसंगतता सुनिश्चित होती है और एक पूर्वानुमेय सिग्नल रेंज प्रदान करके सर्किट डिज़ाइन को संभावित रूप से सरल बनाया जा सकता है।

Q: क्या मैं इस सेंसर का उपयोग सूरज की रोशनी में कर सकता हूँ?
A: प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश में पर्याप्त मात्रा में अवरक्त विकिरण होता है और यह संभवतः सेंसर को संतृप्त कर देगा, जिससे एक स्थिर "ऑन" स्थिति उत्पन्न होगी। बाहरी उपयोग या तेज रोशनी वाले वातावरण के लिए, इच्छित आईआर सिग्नल को परिवेशी आईआर शोर से अलग करने के लिए ऑप्टिकल फ़िल्टरिंग (एक आईआर-पास फ़िल्टर जो दृश्य प्रकाश को अवरुद्ध करता है) और/या सिग्नल मॉड्यूलेशन तकनीकों की दृढ़ता से अनुशंसा की जाती है।

Q: राइज़ और फ़ॉल टाइम्स की व्याख्या कैसे करूं?
A: ये उस गति को निर्दिष्ट करते हैं जिस पर आउटपुट अपनी स्थिति बदल सकता है। 10μs राइज़ टाइम का मतलब है कि जब प्रकाश लगाया जाता है तो आउटपुट को अपने अंतिम मान के 10% से 90% तक पहुंचने में लगभग 10 माइक्रोसेकंड लगते हैं। यह मॉड्यूलेटेड प्रकाश की अधिकतम आवृत्ति को सीमित करता है जिसका सटीक रूप से पता लगाया जा सकता है। साधारण वस्तु पहचान के लिए, यह गति पर्याप्त से अधिक है। उच्च गति संचार के लिए, यह एक सीमित कारक हो सकता है।

9. Practical Use Case Example

परिदृश्य: प्रिंटर में पेपर डिटेक्शन। एक LTR-3208 (उपयुक्त संवेदनशीलता बिन से) और एक इन्फ्रारेड LED को पेपर पथ के विपरीत किनारों पर रखा जाता है, इस प्रकार संरेखित किया जाता है कि कागज बीम को काट दे। फोटोट्रांजिस्टर को 5V के लिए 10kΩ पुल-अप रेसिस्टर के साथ एक स्विच सर्किट में कॉन्फ़िगर किया जाता है। जब कोई कागज नहीं होता है, तो IR प्रकाश सेंसर पर पड़ता है, उसे चालू करता है और आउटपुट पिन को कम वोल्टेज (~0.2V) पर खींचता है। जब कागज गुजरता है, तो यह प्रकाश को अवरुद्ध कर देता है, फोटोट्रांजिस्टर को बंद कर देता है और आउटपुट पिन को उच्च 5V तक खींचने की अनुमति देता है। यह डिजिटल सिग्नल पेपर की उपस्थिति और एज डिटेक्शन को ट्रैक करने के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर को दिया जाता है। LTR-3208 पर लेंस IR बीम को फोकस करने में मदद करता है, विश्वसनीयता में सुधार करता है और एमिटर और डिटेक्टर के बीच थोड़ा अधिक अंतराल की अनुमति देता है।

10. कार्य सिद्धांत

एक फोटोट्रांजिस्टर एक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर है जहाँ बेस क्षेत्र प्रकाश के संपर्क में होता है। अर्धचालक के बैंडगैप से अधिक ऊर्जा वाले आपतित फोटॉन बेस-कलेक्टर जंक्शन में इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न करते हैं। ये प्रकाश-जनित वाहक एक बेस करंट के समतुल्य होते हैं। ट्रांजिस्टर के करंट प्रवर्धन (बीटा या h_FE) के कारण, यह छोटा फोटोकरंट गुणित हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कहीं अधिक बड़ा कलेक्टर करंट प्राप्त होता है। यह उपकरण मूल रूप से एक ही पैकेज में फोटोडायोड के प्रकाश संसूचन और ट्रांजिस्टर के करंट लाभ को संयोजित करता है। एकीकृत लेंस का कार्य सक्रिय अर्धचालक क्षेत्र पर अधिक प्रकाश केंद्रित करना है, जिससे प्रभावी "बेस करंट" और इस प्रकार आउटपुट सिग्नल बढ़ जाता है।

11. प्रौद्योगिकी रुझान

फोटोट्रांजिस्टर जैसे असतत ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक घटकों में सामान्य प्रवृत्ति लघुरूपण, उच्च एकीकरण और बेहतर प्रदर्शन की ओर है। इसमें आधुनिक, सघन PCB डिज़ाइनों की मांगों को पूरा करने के लिए छोटे फुटप्रिंट और कम प्रोफ़ाइल वाले सरफेस-माउंट पैकेजों का विकास शामिल है। बेहतर परिभाषित और अधिक सुसंगत प्रदर्शन मापदंडों वाले उपकरणों की ओर भी एक बढ़त है, जिससे अंतिम अनुप्रयोगों में अंशांकन की आवश्यकता कम हो जाती है। कुछ उन्नत अनुप्रयोगों में, अधिक संपूर्ण "सेंसर-इन-ए-पैकेज" समाधान बनाने के लिए फोटोट्रांजिस्टर को ऑन-चिप प्रवर्धन और सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट के साथ एकीकृत किया जा रहा है, हालांकि LTR-3208 जैसे असतत घटक मानक संवेदन कार्यों की एक विशाल श्रृंखला में अपनी सरलता, विश्वसनीयता और लागत-प्रभावशीलता के लिए अत्यधिक प्रासंगिक बने हुए हैं।