LTR-1650D フォトトランジスタ データシート - パッケージ寸法 5.0x4.0x3.2mm - 電圧 30V - 電力 100mW - ダーク透明パッケージ - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTR-1650Dは、赤外線検出アプリケーション向けに設計されたシリコンNPNフォトトランジスタです。低コストのダーク透明プラスチックパッケージに収められており、可視光を効果的に遮断しながら、主に940nm付近の赤外線波長を透過させます。集積されたレンズは、入射する赤外線放射をトランジスタの活性領域に集光することで、デバイスの感度を向上させます。この部品は、広い動作温度範囲にわたる信頼性と性能のために設計されており、様々なセンシングおよび制御システムに適しています。

2. 主な特長とコアアドバンテージ

• 広範囲のコレクタ電流:本デバイスは、複数の性能ビン（AからF）を提供し、オン状態コレクタ電流（IC(ON)）を最小0.2mAから最大9.6mA以上まで幅広く選択できます。これにより、設計者は特定の感度要件に合致する部品を選択することが可能です。
• 高感度レンズ:集積されたエポキシレンズは、赤外線の実効的な集光面積を増加させ、信号対雑音比（SN比）と全体的な応答性を向上させます。
• コスト効率の高いプラスチックパッケージ:大量生産と広範な市場導入のために、標準的で経済的なプラスチックハウジングを採用しています。
• 特殊ダーク透明パッケージ:パッケージ材料は着色されており、可視光を減衰させます。これにより、周囲光源からの干渉を低減し、光条件が変動する環境下での性能を向上させます。

3. 詳細技術パラメータ分析

3.1 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のあるストレスの限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 損失電力 (P_D):T_A=25°C で 100 mW。これはデバイスが安全に熱として放散できる最大電力です。
• コレクタ-エミッタ電圧 (V_CEO):30 V。ベースを開放した状態でコレクタ端子とエミッタ端子間に印加できる最大電圧です。
• エミッタ-コレクタ電圧 (V_ECO):5 V。エミッタとコレクタ間に印加可能な最大逆電圧です。
• 動作温度範囲 (T_opr):-40°C から +85°C。デバイスの動作が規定されている周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲 (T_stg):-55°C から +100°C。
• リードはんだ付け温度:パッケージ本体から1.6mmの距離で、260°C、5秒間。これはフローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおいて重要です。

3.2 電気的・光学的特性 (T_A=25°C)

以下のパラメータは特定の条件下でテストされ、デバイスの性能を定義します。

• コレクタ-エミッタ降伏電圧 (V_(BR)CEO):30 V (最小)。I_C= 1mA、無照射 (E_e= 0 mW/cm²) でテスト。
• エミッタ-コレクタ降伏電圧 (V_(BR)ECO):5 V (最小)。I_E= 100µA、無照射でテスト。
• コレクタ-エミッタ飽和電圧 (V_CE(SAT)):0.4 V (最大)。トランジスタが完全に"オン"状態のときの両端電圧降下で、I_C= 100µA、E_e= 1 mW/cm² でテスト。効率的なスイッチングのためには、低いV_CE(SAT)が望ましいです。
• 立上り時間 (T_r) & 立下り時間 (T_f):10 µs (標準)。これらのスイッチング速度パラメータは、V_CC=5V、I_C=1mA、R_L=1kΩ で測定されます。これらは、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決定します。
• コレクタ暗電流 (I_CEO):100 nA (最大)。これは、デバイスが完全な暗闇 (E_e= 0 mW/cm²) にあり、V_CE= 10V のときにコレクタを流れるリーク電流です。低照度検出において良好なSN比を得るためには、低い暗電流が不可欠です。

3.3 オン状態コレクタ電流 (I_C(ON)) ビニングシステム

LTR-1650Dは、その感度に基づいて異なるビンに分類されます。感度は、標準化された条件 (V_CE= 5V、E_e= 1 mW/cm²、λ = 940nm) で測定されたオン状態コレクタ電流によって定義されます。これにより、アプリケーションの利得要件に基づいた精密な選択が可能になります。

• ビン A:0.2 - 0.6 mA
• ビン B:0.4 - 1.2 mA
• ビン C:0.8 - 2.4 mA
• ビン D:1.6 - 4.8 mA
• ビン E:3.2 - 9.6 mA
• ビン F:6.4 mA (最小)

設計者は、フォトトランジスタが回路の感度および出力電流のニーズを満たすことを保証するために、発注時に特定のビンコードを確認する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートには、主要パラメータが環境および電気的条件によってどのように変化するかを示すいくつかの特性曲線が提供されています。

4.1 コレクタ暗電流 vs. 周囲温度 (図1)

この曲線は、コレクタ暗電流 (I_CEO) が周囲温度の上昇とともに指数関数的に増加することを示しています。これは、熱的に生成された電荷キャリアがより一般的になる半導体の基本的な挙動です。高温アプリケーションでは、この増加したリーク電流は重要なノイズ源となり得るため、センシングアンプのしきい値の設計において考慮する必要があります。

4.2 コレクタ損失電力 vs. 周囲温度 (図2)

このグラフは、周囲温度が上昇するにつれて、許容可能な最大損失電力が低下する様子（デレーティング）を示しています。25°Cでは、デバイスは100mWを扱うことができます。温度が上昇すると、この定格は直線的に減少します。25°Cを超える信頼性の高い動作のためには、実際の損失電力 (V_CE* I_C) をデレーティング曲線以下に保つ必要があります。これは、熱暴走を防止し、長期信頼性を確保するために重要です。

4.3 立上り・立下り時間 vs. 負荷抵抗 (図3)

この曲線は、スイッチング速度と負荷抵抗 (R_L) の間のトレードオフを示しています。立上り時間と立下り時間は、負荷抵抗が大きくなるほど増加します。これは、大きなR_Lがフォトトランジスタの接合容量とともに大きなRC時定数を作り出すためです。高速パルス検出を必要とするアプリケーションでは、出力電圧振幅が減少する代償はありますが、より小さな負荷抵抗を使用すべきです。

4.4 相対コレクタ電流 vs. 照度 (図4)

このプロットは、入射する赤外線照度 (E_e) と結果として生じるコレクタ電流の関係を示しています。応答は一定の範囲内で一般的に線形であり、これはアナログ光センシングアプリケーションに理想的です。この線の傾きは、デバイスの応答度を表します。この特性を理解することは、センサーの出力を特定の光強度レベルに較正するための鍵となります。

4.5 感度特性図 (図5)

この極座標図は、フォトトランジスタの感度の角度依存性を示しています。感度は通常、赤外線がレンズに対して垂直に入射するとき（0°）に最も高くなります。入射角が大きくなるにつれて感度は低下します。この特性は、スロット型インタラプタでの適切な位置合わせを確保したり、近接センサーの視野角を定義したりするなど、アプリケーションにおける光路設計において極めて重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスは、標準的な3mm (T-1) ラジアルリードパッケージを使用しています。主な寸法は以下の通りです:

• パッケージ本体直径: 約5.0mm。
• パッケージ高さ: 約3.2mm (リードを除く)。
• リード間隔: リードがパッケージから出る部分で測定、通常2.54mm (0.1")。
• フランジ下部の樹脂突出は最大1.5mmまで許容されます。

注記:特に指定のない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25mmです。設計者は、正確なフットプリントおよび配置計画のために、詳細な機械図面を参照する必要があります。

5.2 極性識別

フォトトランジスタには2本のリードがあります：コレクタとエミッタです。通常、長いリードがコレクタです。パッケージには、コレクタリード付近に平らな面やその他のマーキングがある場合もあります。正しい極性は、適切な回路動作および正しいバイアス電圧の印加に不可欠です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

• 手はんだ付け:温度制御されたはんだごてを使用してください。半導体ダイへの過度な熱伝達を防ぐため、はんだ付け時間を制限してください。
• フロー/リフローはんだ付け:最大定格を厳守してください：パッケージ本体から1.6mmの距離で測定して、260°C、5秒間。これを超えると、内部のワイヤボンディングやエポキシパッケージが損傷する可能性があります。
• 洗浄:ダーク透明エポキシ樹脂と適合する適切な溶剤を使用してください。パッケージに対して安全であることが確認されていない限り、超音波洗浄は避けてください。
• 保管:指定された温度範囲 -55°C から +100°C 内の乾燥した静電気防止環境で保管し、湿気吸収（リフロー時の"ポップコーン"現象の原因となる）および静電気放電による損傷を防止してください。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮点

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 物体検出・遮断:スロット型光スイッチ（例：プリンターの用紙検出、3Dプリンターのエンドストップセンシング）に使用されます。
• 近接センシング:赤外線LEDと組み合わせて、物体の非接触検出に使用されます。
• エンコーダ:回転ディスク上のパターンを検出して、速度や位置の測定に使用されます。
• 産業制御:環境光耐性が要求される自動化装置でのセンシングに使用されます。
• 民生電子機器:IRリモコン受信機（専用ICと組み合わせて使用されることが多いですが、フォトトランジスタはフロントエンドを構成できます）。

7.2 重要な設計上の考慮点

• バイアス回路:フォトトランジスタは、スイッチ（エミッタ接地）構成またはフォロワ（エミッタフォロワ）構成のいずれかで使用できます。エミッタ接地構成は電圧利得を提供し、デジタルスイッチングで一般的です。プルアップ抵抗 (R_L) が必要です。
• R_L:の選択:_L負荷抵抗の値にはトレードオフが伴います。大きなR
• は、所定の光電流に対して大きな出力電圧振幅をもたらしますが、スイッチング速度を低下させます（図3参照）。必要な速度と信号レベルに基づいて選択してください。環境光除去:
• ダークパッケージは役立ちますが、強い環境赤外線源（日光、白熱電球）はセンサーを飽和させる可能性があります。光学フィルターの使用、IR光源の変調、同期検波技術の使用を検討してください。温度補償:
• 精密なアナログセンシングのためには、暗電流と感度の温度による変動（図1および図2）を信号調整回路で補償する必要があります。電気的ノイズ:_Lコレクタの高インピーダンスノードは、電磁干渉（EMI）の影響を受けやすい可能性があります。配線を短く保ち、必要に応じてシールドを使用し、高周波ノイズをフィルタリングするためにR

に並列に小さなコンデンサ（例：10-100pF）を追加することを検討してください。ただし、速度への影響に注意してください。

8. 技術比較と差別化_{基本的なフォトダイオードと比較して、LTR-1650D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はるかに大きな出力電流を生成します。これにより、単純なスイッチングアプリケーションでは、追加の外部アンプが不要になることがよくあります。フォトダーリントントランジスタと比較すると、より高速な応答時間（µs単位 vs. 数十/数百µs単位）を提供しますが、利得は低くなります。I}C(ON)

の特定のビニングシステムにより、単一の広い仕様を持つデバイスと比較して、より厳密なシステム設計が可能になります。ダーク透明パッケージは、透明パッケージとの重要な差別化要因であり、内蔵の可視光抑制機能を提供します。

9. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

9.1 "BIN" 仕様の意味と選び方は？_{BINコード（AからF）は、フォトトランジスタの感度（I}C(ON)

）の保証範囲を指定します。特定の照度レベルに対して必要な出力電流に基づいてビンを選択してください。より高い感度/低照度アプリケーションの場合は、より高いビン文字（例：EまたはF）を選択します。高利得が重要でないコスト重視のアプリケーションでは、より低いビン（AまたはB）で十分な場合があります。

9.2 暗電流が重要な理由は？_CEO暗電流 (I

) は、光が入射していないときに存在する出力信号です。これは検出可能な光の下限を設定し、ノイズ源として機能します。デジタルスイッチングアプリケーションでは、回路の検出しきい値は、特に暗電流が大幅に増加する高温時において、予想される最大暗電流よりも上に設定する必要があります。

9.3 負荷抵抗は性能にどのように影響しますか？_L負荷抵抗 (R) は、2つの主要なパラメータに直接影響します:出力電圧_(Vout_C= I_L* R) とスイッチング速度_L(図3参照)。R

を選択する際には、ロジックレベルやADC入力に必要な電圧振幅を達成するとともに、立上り/立下り時間がアプリケーションのデータレートや応答時間に対して十分に速いことも確保する必要があります。

9.4 明るい日光下で使用できますか？

ダーク透明パッケージはある程度の除去効果を提供しますが、直射日光には強力な赤外線放射が含まれており、センサーを容易に飽和させることができます。屋外使用の場合は、追加の対策が必須です：物理的な遮光（フード）、IR光源の波長（例：940nm）を中心とした狭帯域光学フィルター、そして好ましくは、変調されたIR光源と受信回路での同期検波を使用して、信号を日光の定常DC成分から識別することです。

10. 実践的設計と使用事例

1. シナリオ: プリンター用紙検出センサーの設計選択:
2. ほこりや反射に対して過度に敏感にならず、確実なトリガーを確保するために、中程度の感度のビン（例：ビンCまたはD）を選択します。回路構成:
3. エミッタ接地スイッチ構成を使用します。LTR-1650Dを、用紙経路の反対側に配置した赤外線LED（例：940nm）と組み合わせます。部品定数の決定:_L用紙があるとき（光を遮断、I_Cが低い）にロジックロー出力（0V付近）を、用紙がないとき（光が入射、I_CCが高い）にロジックハイ出力（V_C付近）を提供するR
4. 値（例：4.7kΩ）を選択します。電圧レベルがマイクロコントローラの入力ピンと互換性があることを確認してください。ノイズ耐性:_Lプリンターモーターからの電気的ノイズを抑制するために、R
5. に並列に10nFのコンデンサを追加します。結果として得られる速度（約100µs）は、機械的な用紙の動きよりもはるかに高速です。位置合わせ:
6. 感度特性図（図5）を参考にして機械設計を行います。IR LEDとフォトトランジスタが高感度コーン内（例：±20°）で位置合わせされていることを確認し、信号強度を最大化します。テスト:

最悪条件下でセンサーをテストします：高温（暗電流の増加を確認するため）および様々な種類の用紙（IRに対してより半透明なものもあるため）を使用して。

11. 動作原理_B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。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、ベース-コレクタ接合領域で吸収され、電子-正孔対を生成します。逆バイアスされたコレクタ-ベース接合の電界は、これらのキャリアを掃き出し、実質的にベース電流 (I_FE) として機能する光電流を生成します。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_C) によって増幅され、はるかに大きなコレクタ電流 (I_FE= h_B* I

) となります。この内部増幅が、単純なフォトダイオードに対する重要な利点です。ダーク透明パッケージ材料はローパスフィルターとして機能し、赤外線波長（940nmなど）を通しながら、より短い可視波長を吸収します。これにより、可視光が存在する環境での信号対雑音比が向上します。

12. 業界動向と発展

• 光電子セクターは進化を続けています。LTR-1650Dのようなディスクリートフォトトランジスタは、コスト重視、大量生産、または特定の性能アプリケーションにおいて依然として重要ですが、より広範なトレンドには以下が含まれます:集積化:
• 光検出器とアナログフロントエンドアンプ、アナログ-デジタル変換器（ADC）、デジタルロジックを単一チップソリューション（例：環境光センサー、近接センサーモジュール）に統合する動きが進んでいます。これらは較正済みのデジタル出力、より小さなフットプリント、および簡素化された設計を提供しますが、ユニットコストが高くなる可能性があります。小型化:
• ますます小型化する民生電子機器に適合させるための、より小さなパッケージサイズ（例：チップスケールパッケージ）への需要。性能向上:
• LiDARや高速通信などのより要求の厳しいアプリケーション向けに、より低い暗電流、より高速な応答時間（ナノ秒範囲）、およびより高い感度を備えたデバイスの開発。特化:

特定の波長（例：心拍数モニタリング、ガスセンシング）向けに調整された、または内蔵スペクトルフィルターを備えたセンサー。 ディスクリートフォトトランジスタは、そのシンプルさ、堅牢性、低コスト、および特定の性能特性（LTR-1650Dのダークパッケージなど）が最適なソリューションを提供するアプリケーションにおいて、その地位を維持するでしょう。