LTR-516AD フォトトランジスタ データシート - ダークグリーンパッケージ - 30V逆耐圧 - 150mW電力損失 - 技術文書

1. 製品概要

LTR-516ADは、赤外線放射を検出するために設計された高性能シリコンNPNフォトトランジスタです。その中核機能は、入射する赤外光を電流に変換することです。この部品の主な特徴は、可視光スペクトルの大部分を遮断するように設計された特殊なダークグリーンのプラスチックパッケージです。これにより、センサーが主に赤外線信号に応答し、周囲の可視光からの干渉を最小限に抑える必要があるアプリケーションに特に適しています。本デバイスは、高感度、低接合容量、高速スイッチング時間を兼ね備えており、様々な赤外線センシングおよび通信システムにおける理想的な選択肢として位置付けられています。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

本デバイスは、信頼性を確保し損傷を防ぐために、特定の環境および電気的限界内での動作が定格されています。最大電力損失は、周囲温度（T_A）25°Cにおいて150 mWです。最大30 Vの逆電圧（V_R）に耐えることができます。動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲は-55°Cから+100°Cです。実装時には、リード線を260°Cで最大5秒間はんだ付けすることができ、はんだ付け点はパッケージ本体から少なくとも1.6mm離れた位置に設定する必要があります。

2.2 電気的・光学的特性

すべての電気的および光学的パラメータは、T_A= 25°Cで規定されています。逆降伏電圧（V_(BR)R）は、逆電流（I_R）100µAにおいて典型的に30Vです。光が入射していないときのリーク電流である逆暗電流（I_D(R)）は、V_R= 10Vにおいて最大値30 nAです。940nm光源からの放射照度（E_e）0.5 mW/cm²の条件下では、フォトトランジスタは開放電圧（V_OC）350 mVを生成します。その動的性能は、V_r=10V、940nmパルス、1 kΩ負荷抵抗でテストした場合、立ち上がり時間と立ち下がり時間（T_f、T_R）がそれぞれ50ナノ秒であることが特徴です。感度の重要な指標である短絡電流（I_S）は、V_R=5V、λ=940nm、E_e=0.1 mW/cm²の条件下で2 µA（典型値）です。全接合容量（C_T）は、V_R=3V、1 MHzにおいて最大25 pFです。ピーク分光感度の波長（λ_SMAX）は900 nmです。

3. 性能曲線分析

データシートには、回路設計に不可欠ないくつかの特性曲線が提供されています。図1は、暗電流（I_D）を逆電圧（V_R）に対してプロットしており、暗所におけるデバイスのリーク特性を示しています。図2は、接合容量（C_T）が逆電圧の増加とともに減少する様子を示しており、高周波アプリケーションにおいて重要です。図3は、光電流が周囲温度とともにどのように変化するかを示し、センサーの出力が温度変化によってどのようにドリフトする可能性があるかを示しています。図4も同様に、暗電流を温度に対してプロットしています。図5は相対分光感度曲線であり、900nmでのピーク応答と、可視光域での感度を減衰させるダークグリーンパッケージの効果をグラフィカルに確認できます。図6は、光電流（I_p）と赤外線放射照度（E_e）の線形関係を示しています。図7は、感度の角度依存性を示す極座標図です。図8は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、最大許容全電力損失がどのように低下するかを詳細に示しています。

4. 機械的・パッケージ情報

LTR-516ADは、特殊なダークグリーンのプラスチックパッケージに収められています。主な寸法上の注意点は以下の通りです：すべての寸法はミリメートル単位で、特に指定がない限り一般的な公差は±0.25mmです。フランジ下の樹脂の最大突出量は1.5mmです。リード間隔は、リードがパッケージ本体から出る点で測定されます。本パッケージはスルーホール実装用に設計されています。ダークグリーンの着色はその機能に不可欠であり、赤外線検出の信号対雑音比を向上させる可視光フィルターとして機能します。

5. はんだ付け・実装ガイドライン

信頼性の高いはんだ付けのためには、指定された条件を遵守することが重要です。リード線は、温度260°Cで最大5秒間はんだ付けする必要があります。はんだ付け点は、半導体ダイおよびプラスチック封止体への熱損傷を防ぐために、プラスチックパッケージ本体から少なくとも1.6mm（0.063インチ）離れている必要があります。温度と時間の制限を厳守すれば、標準的なフローはんだ付けまたは手はんだ付け技術を使用できます。指定された限界を超える温度への長時間の曝露は、性能の低下や永久故障を引き起こす可能性があります。

6. アプリケーション提案

6.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTR-516ADは、様々な赤外線ベースのアプリケーションに適しています。これには、自動化およびセキュリティシステムにおける物体検出および近接センシング、プリンターや自動販売機のスロットセンサー、非接触スイッチ、赤外線データ通信リンク（古いIRDAインターフェースなど）が含まれます。その高速スイッチング時間は、高速パルス検出を必要とするシステムにも適用可能です。

6.2 設計上の考慮点

このフォトトランジスタを使用して設計する際には、いくつかの要素を考慮する必要があります。まず、必要な感度と速度を考慮して動作点を選択する必要があります。一般的に、より高い逆電圧は容量を減少させ速度を向上させますが、暗電流を増加させます。負荷抵抗（R_L）の値は重要な設計選択です：大きなR_Lはより高い電圧出力を提供しますが、応答時間を遅くします（RC時定数を増加させます）。ダークグリーンパッケージは周囲の可視光からの干渉を軽減しますが、設計者はアプリケーション環境における赤外線バックグラウンドを考慮する必要があります。温度にわたる安定した動作のためには、図3および図4に示された変動を考慮に入れる必要があり、信号調整回路における温度補償によって対応することが可能です。

7. 技術比較・差別化

LTR-516ADの主な差別化機能は、可視光抑制のための専用のダークグリーンパッケージであり、これはすべての標準的なフォトトランジスタに見られるものではありません。これは、可視光が変動する環境において大きな利点をもたらします。比較的高い短絡電流（典型値2 µA）、低容量（最大25 pF）、高速スイッチング時間（50 ns）というパラメータの組み合わせにより、感度と中程度の高速アプリケーションの両方に適したバランスの取れた部品となっています。フォトダイオードと比較して、LTR-516ADのようなフォトトランジスタは内部利得を提供し、同じ光入力に対してより高い出力電流をもたらすため、後段の増幅段を簡素化します。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ダークグリーンパッケージの目的は何ですか？

A: ダークグリーンのプラスチックは、内蔵の光学フィルターとして機能します。可視スペクトルの波長を大幅に減衰させながら、赤外光（特に900-940nm付近）を通します。これにより、センサーが周囲の室内光、太陽光、または他の可視光源に応答することを最小限に抑え、専用の赤外線信号を検出する際の信頼性を高めます。

Q: "短絡電流（I_S）"パラメータはどのように解釈すればよいですか？

A: I_Sは、コレクタとエミッタを短絡させた状態（V_CE= 0V）で測定されます。これは、特定のテスト条件（940nm、0.1 mW/cm²）下での単位放射照度あたりの光生成電流を表します。回路では、負荷抵抗またはバイアス電圧が印加されると、実際の出力電流はI_Sよりも小さくなりますが、I_Sは異なるデバイスの基本感度を比較するための重要な指標です。

Q: 立ち上がり時間と立ち下がり時間はなぜ重要ですか？

A: これらのパラメータ（T_rおよびT_f）は、フォトトランジスタが光強度の変化にどれだけ速く応答できるかを定義します。50 nsという値は、理論的に数メガヘルツまでの信号周波数を扱うことができることを意味し、パルスIRシステム、データ伝送、または高速計数アプリケーションに適しています。

Q: 温度は性能にどのように影響しますか？

A: 曲線に示されているように、暗電流（ノイズ）と光電流（信号）の両方が温度とともに増加します。暗電流の増加は顕著であり、ノイズフロアを上昇させる可能性があります。設計者は、特にデバイスが-40°Cから+85°Cの全範囲で動作する場合、信号調整回路がこの変動を処理できることを確認する必要があります。

9. 実践設計事例

簡単な赤外線物体検出回路を設計することを考えてみましょう。LTR-516ADは赤外線LEDエミッタとペアになります。フォトトランジスタはエミッタ接地構成で接続されます：コレクタは負荷抵抗R_Lを介して電源電圧（例：5V）に接続され、エミッタは接地されます。物体が存在しない場合、LEDからの赤外光がフォトトランジスタに到達し、導通させてコレクタ電圧（V_OUT）を低くします。物体がビームを遮断すると、フォトトランジスタはオフになり、V_OUTは高くなります。R_Lの値は、望ましい出力電圧振幅と速度に基づいて選択する必要があります。5V電源と典型的なI_S2µAの場合、R_Lを10 kΩとすると、照射時の電圧降下は約20 mVとなり、これは非常に小さな値です。したがって、通常、フォトトランジスタの後に演算増幅器コンパレータ段を追加して、クリーンなデジタル出力を提供します。ダークグリーンパッケージは周囲光を遮断するのに役立ち、様々な照明条件下での使用に対してシステムを堅牢にします。

10. 動作原理

フォトトランジスタは、基本的にはベース電流が電気的に供給されるのではなく、光によって生成されるバイポーラ接合トランジスタ（BJT）です。LTR-516AD（NPN型）では、シリコンのバンドギャップよりも大きなエネルギーを持つ入射光子が、ベース-コレクタ接合領域で電子-正孔対を生成します。これらの光生成キャリアは電界によって掃き出され、実質的にベース電流を生成します。このベース電流は、トランジスタの電流増幅率（ベータ、β）によって増幅され、はるかに大きなコレクタ電流となります。このデバイスは通常、ベース端子を開放または未接続の状態で動作させ、コレクタ-ベース接合に逆バイアスを印加して空乏層を広げ、感度と速度を向上させます。

11. 業界動向

光センシングの分野は進化を続けています。光検出器、増幅器、デジタルロジックを単一チップに統合する傾向があります（例：統合環境光センサー、近接センサー）。表面実装デバイス（SMD）パッケージは、自動実装のためにスルーホールタイプよりも普及しつつあります。感度を向上させ、ノイズ（暗電流）を低減し、スペクトル範囲を拡張するための材料と設計の開発も進行中です。しかし、LTR-516ADのようなディスクリート部品は、特定の性能特性、カスタム光路、または集積ソリューションでは利用できない高電圧処理を必要とするアプリケーションにおいて依然として重要です。特定のスペクトル応答のためにフィルタリングされたパッケージを使用する原理は、一般的かつ効果的な設計手法として残っています。