LTR-516AB 赤外線フォトトランジスタ データシート - パッケージ寸法 - 逆耐圧30V - 波長940nm - 技術文書

1. 製品概要

LTR-516ABは、赤外線（IR）検出用途に特化して設計されたシリコン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気信号に変換することです。主な特徴は、可視光フィルターとして機能する特殊なダークブルーのプラスチックエポキシパッケージです。この設計により、周囲の可視光に対するセンサーの感度が大幅に低減され、リモコンシステム、物体検知、IRデータ通信など、純粋に赤外線信号に依存するアプリケーションに非常に適しています。

本デバイスは、高感度と高速応答性を兼ね備えており、変調されたIR信号の信頼性の高い検出を可能にします。低い接合容量は高いカットオフ周波数に寄与し、高速スイッチングアプリケーションに有益です。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性がある限界値を定義します。LTR-516ABは、最大逆電圧（V_R）30Vに耐えることができます。周囲温度（T_A）25°Cにおける最大許容損失は150 mWです。デバイスの動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲は-55°Cから+100°Cです。はんだ付けに関しては、パッケージ本体から1.6mmの位置で測定した場合、リード線は260°Cで最大5秒間耐えることができます。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、T_A=25°Cの特定の試験条件下で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 逆方向降伏電圧（V_(BR)R)：I_R=100µA時、最小30V。これは接合部が降伏する電圧です。
• 逆方向暗電流（I_D(R))：V_R=10V時、最大30 nA。これは光がデバイスに入射していないときに流れるわずかなリーク電流です。
• 開放電圧（V_OC)：波長940nmのIR光、照度（E_e）0.5 mW/cm²で照射時、代表値350 mV。これは開放端子間に発生する電圧です。
• 短絡電流（I_S)：V_R=5V、λ=940nm、E_e=0.1 mW/cm²時、代表値2 µA（最小1.7 µA）。これは出力が短絡されたときに発生する光電流を表します。
• 立上り/立下り時間（T_r, T_f)：各最大50 ns。これらのパラメータは、負荷抵抗（R_L）1 kΩ、V_R=10Vの条件下で、パルス光源によって駆動されたときのフォトトランジスタのスイッチング速度を定義します。
• 総容量（C_T)：V_R=3V、f=1 MHz時、最大25 pF。低容量は高周波動作において重要です。
• ピーク感度波長（λ_SMAX)：約900 nm。デバイスはこの波長付近の赤外光に対して最も感度が高くなります。

3. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの動作を示すいくつかの特性曲線が提供されています。

3.1 暗電流 vs. 逆電圧

図1は、逆方向暗電流（I_D）と印加逆電圧（V_R）の関係を示しています。暗電流は指定された電圧範囲全体で非常に低く（pAから低いnAの範囲）、低照度検出において良好なS/N比を維持するために不可欠です。

3.2 容量 vs. 逆電圧

図2は、逆バイアス電圧が増加するにつれて接合容量（C_t）が減少する様子を示しています。これはPN接合の典型的な特性です。より高い逆バイアスで動作させることで容量を低減し、高周波応答を向上させることができます。

3.3 温度依存性

図3は、光電流（I_P）が正の温度係数を持つことを示しています。一定の照度レベルでは、一般に周囲温度の上昇とともに増加します。図4は、暗電流（I_D）が温度とともに指数関数的に増加することを示しています。設計者は、広い動作温度範囲を持つアプリケーションにおいて、これらの変動を考慮に入れる必要があります。

3.4 分光感度特性

図5は、波長に対する相対分光感度を示す重要なグラフです。感度は約900 nm付近でピークを持ち、およそ700 nmから1100 nmまで広がり、近赤外スペクトルをカバーしています。ダークブルーパッケージは、約700 nm以下（可視光）の感度を効果的に減衰させます。

3.5 光電流 vs. 照度

図6は、940 nmにおいて、発生する光電流（I_P）と入射赤外線照度（E_e）の間に線形関係があることを示しています。この直線性はアナログセンシングアプリケーションにおいて重要です。

3.6 デレーティング曲線

図8は、周囲温度に対する総許容損失のデレーティング曲線を示しています。最大許容損失は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて直線的に減少します。この曲線は、信頼性の高い動作を確保し、熱暴走を防止するために極めて重要です。

4. 機械的仕様およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

LTR-516ABは、標準的な3mmラジアルリードパッケージを採用しています。主要寸法には、ボディ直径、リード間隔、全長が含まれます。ダークブルーのエポキシ樹脂はレンズ形状に成形されています。パッケージ本体には小さなフランジがあり、このフランジ下の樹脂の突出高さは最大1.5mmであることが注記されています。リード間隔は、リードがパッケージから出る点で測定されます。特に指定のない限り、すべての寸法公差は±0.25mmです。

4.2 極性識別

長いリードは通常コレクタ、短いリードはエミッタです。パッケージリムの平らな面も、正しい向きを視覚的に示す目印として機能することがあります。確実なピン識別のためには、常にパッケージ図面を参照してください。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

本デバイスは、フローはんだ付けまたは手はんだ付けプロセスに適しています。絶対最大定格では、パッケージ本体から1.6mm（0.063インチ）の位置で測定した場合、リードは260°Cで5秒間耐えられると規定されています。エポキシパッケージや内部の半導体チップへの損傷を防ぐため、温度制御機能付きのはんだごてを使用し、総加熱時間を最小限に抑えることが推奨されます。はんだ付け中およびはんだ付け後にリードに機械的ストレスを加えないでください。

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回路

LTR-516ABは、一般的にシンプルなエミッタ接地回路構成で使用されます。コレクタは、負荷抵抗（R_CC）を介して正の電源電圧（V_L）に接続されます。エミッタはグランドに接続されます。IR光がフォトトランジスタに入射すると、トランジスタがオンになり、R_Lの両端に電圧降下が生じます。この電圧信号は、コンパレータ、マイクロコントローラのADC、または増幅器に入力され、さらに処理されます。R_Lの値は、ゲイン、帯域幅、出力振幅に影響を与えます。立上り/立下り時間の試験条件では1 kΩの抵抗が使用されています。

6.2 設計上の考慮点

• バイアス：逆バイアス（V_R）を印加すると接合容量が減少し速度が向上しますが、暗電流がわずかに増加する可能性があります。
• 環境光除去：ダークブルーパッケージは、可視光の優れた除去性能を提供します。ただし、強いIR光源（例：太陽光、白熱電球）が存在する環境でのアプリケーションでは、追加の光学フィルターやハウジング設計が必要になる場合があります。
• 速度 vs. 感度：より小さな負荷抵抗（R_L）はスイッチング速度を向上させますが、所定の光電流に対する出力電圧振幅を減少させます。設計者は、アプリケーションの要件に基づいてこれらの要素のバランスを取る必要があります。
• 温度補償：広い温度範囲にわたる高精度のアナログセンシングでは、暗電流および光電流の変動を補償する回路が必要になる場合があります。

7. 技術比較および差別化

LTR-516ABの主な差別化機能は、標準的なクリアまたはウォータークリアのフォトトランジスタには見られないダークブルーパッケージです。この内蔵フィルターにより、光学設計を簡素化し、IR専用アプリケーションにおいて優れた性能を発揮します。フォトダイオードと比較して、フォトトランジスタは内部増幅を提供するため、同じ光量に対してより高い出力電流が得られますが、一般的に応答時間は遅くなります。LTR-516ABの50 nsの立上り/立下り時間は、中速のIR通信プロトコルに適しています。

8. よくある質問（FAQ）

Q: ダークブルーパッケージの目的は何ですか？

A: ほとんどの可視光を遮断し、主に赤外光を半導体チップに到達させるフィルターとして機能します。これにより、周囲の可視光からのノイズを低減し、IRシステムの性能を向上させます。

Q: このセンサーで可視光を検出できますか？

A: いいえ、可視スペクトルにおける感度はパッケージフィルターによって大幅に減衰されています。赤外線検出に特化して設計されています。

Q: 負荷抵抗（R_L）の値はどのように選べばよいですか？

A: 選択にはトレードオフが伴います。高いR_Lは単位光電流あたりの出力電圧を大きくします（高いゲイン）が、RC時定数を増加させ応答を遅くします。試験条件の1 kΩの値から始めて、必要な速度と信号レベルに基づいて調整してください。

Q: 短絡電流（I_S）と回路中の光電流の違いは何ですか？

A: I_Sは特定の短絡条件下で測定されるパラメータです。負荷抵抗を持つ実際の回路では、トランジスタの内部抵抗と印加バイアスにより、出力電流はわずかに少なくなります。

9. 動作原理

フォトトランジスタは、ベース・コレクタ接合部が光にさらされているバイポーラ接合トランジスタ（BJT）です。半導体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は、この接合部の空乏層で電子-正孔対を生成します。これらのキャリアは電界によって引き寄せられ、ベース電流を生み出します。この光生成されたベース電流は、トランジスタの電流増幅率（h_FE）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。したがって、小さな光信号がより大きな出力電流を制御します。

10. 開発動向

光エレクトロニクスの分野は、より高い集積度、より小型のパッケージ（表面実装デバイスなど）、および改善された性能に向けて進歩を続けています。動向としては、増幅回路や信号調整回路と一体化したフォトトランジスタやフォトダイオード（オプトIC）が単一チップ上に集積され、システムの複雑さを低減することが挙げられます。また、センシング、LiDAR、光通信における新たなアプリケーションに向けて、感度、速度、波長選択性を向上させるための材料およびパッケージの開発も継続的に行われています。