LTR-536AD 포토트랜지스터 데이터시트 - 다크 그린 패키지 - 30V 역방향 전압 - 150mW 소비 전력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTR-536AD는 적외선(IR) 감지 응용을 위해 특별히 설계된 고성능 실리콘 NPN 포토트랜지스터입니다. 이 소자의 핵심 기능은 입사하는 적외선 복사를 전류로 변환하는 것입니다. 이 부품의 결정적인 특징은 특수한 다크 그린 플라스틱 에폭시 패키지입니다. 이 재질은 가시광선 파장을 감쇠시키거나 "차단"하도록 설계되어, 일반적으로 940nm 근처의 적외선 스펙트럼 내에서 특히 감도와 신호 대 잡음비를 크게 향상시킵니다. 이는 주변 가시광선을 구별해야 하는 응용 분야에 이상적인 선택입니다.

핵심 장점:

• 고감도 광 감도:주어진 수준의 적외선 조도에 대해 강력한 전기 출력 신호를 제공합니다.
• 적외선 최적화:다크 그린 패키지는 가시광선 필터 역할을 하여, 이 소자를 순수 IR 감지에 특히 적합하게 만듭니다.
• 낮은 접합 커패시턴스:이 파라미터는 고주파 동작에 매우 중요하며, 더 빠른 응답 시간을 가능하게 합니다.
• 고속 스위칭 특성:빠른 상승 및 하강 시간을 특징으로 하며, 펄스 IR 시스템 및 데이터 통신에 적합합니다.
• 높은 차단 주파수:더 높은 주파수 회로에서의 동작을 지원합니다.

목표 시장:이 포토트랜지스터는 적외선 기반 시스템을 개발하는 설계자 및 엔지니어를 대상으로 합니다. 일반적인 응용 분야로는 근접 센서, 물체 감지, 비접촉 스위치, IR 데이터 전송 링크(리모컨 등), 산업 자동화, 그리고 가시광선원의 간섭을 제거하면서 적외선 신호를 안정적으로 감지해야 하는 모든 시스템이 포함됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

별도로 명시되지 않는 한, 모든 파라미터는 주변 온도(T_A) 25°C에서 지정됩니다. 이러한 파라미터를 이해하는 것은 적절한 회로 설계와 소자의 한계 내에서 신뢰할 수 있는 동작을 보장하는 데 필수적입니다.

2.1 절대 최대 정격

이는 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계입니다. 동작은 항상 이 한계 내에서 유지되어야 합니다.

• 소비 전력(P_D):150 mW. 이는 소자가 열로 방출할 수 있는 최대 허용 전력입니다.
• 역방향 전압(V_R):30 V. 콜렉터-이미터 접합에 역방향 바이어스로 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 동작 온도 범위(T_oper):-40°C ~ +85°C. 정상적인 소자 동작을 위한 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 범위(T_stg):-55°C ~ +100°C. 비동작 상태 보관을 위한 온도 범위입니다.
• 리드 납땜 온도:패키지 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정 시 5초 동안 260°C. 이는 리플로우 납땜 프로파일 제약 조건을 정의합니다.

2.2 전기 및 광학 특성

이러한 파라미터는 지정된 테스트 조건에서 소자의 성능을 정의합니다.

• 역방향 항복 전압(V_(BR)R):30 V (최소). 역방향 전류(I_R)가 급격히 증가하는 전압입니다(100µA에서 테스트). 이는 절대 최대 정격과 관련이 있습니다.
• 역방향 암전류(I_D(R)):30 nA (최대). 소자가 역방향 바이어스(V_R=10V) 상태이고 완전한 암실(E_e=0)일 때 흐르는 누설 전류입니다. 값이 낮을수록 저조도 조건에서 성능이 더 좋음을 나타냅니다.
• 개방 회로 전압(V_OC):350 mV (전형적). 외부 부하 없이(개방 회로) 조명(λ=940nm, E_e=0.5mW/cm²) 하에서 소자 양단에 생성되는 전압입니다.
• 단락 전류(I_S):1.7 µA (최소), 2 µA (전형적). 소자가 조명(λ=940nm, E_e=0.1mW/cm²)을 받고 출력이 단락(V_R=5V)되었을 때 흐르는 전류입니다. 이는 감도의 핵심 척도입니다.
• 상승 시간(T_r) 및 하강 시간(T_f):50 nsec (전형적). 조명의 계단 변화에 응답하여 출력 전류가 최종 값의 10%에서 90%까지 상승(상승)하거나 90%에서 10%까지 하강(하강)하는 데 필요한 시간입니다. 고속 응용 분야에 매우 중요합니다.
• 총 커패시턴스(C_T):25 pF (전형적). 암실 상태에서 V_R=3V 및 f=1MHz에서 측정된 접합 커패시턴스입니다. 낮은 커패시턴스는 더 빠른 스위칭 속도를 가능하게 합니다.
• 최대 감도 파장(λ_SMAX):900 nm (전형적). 포토트랜지스터가 가장 민감하게 반응하는 적외선의 피크 파장입니다. 940nm 근처의 방출기에 최적화되어 있습니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 소자의 거동을 보여주는 여러 그래프를 제공합니다. 이는 전형적/최소/최대 수치를 넘어선 상세 설계 작업에 매우 귀중합니다.

3.1 암전류 대 역방향 전압 (그림 1)

이 곡선은 역방향 암전류(I_D)가 인가된 역방향 전압(V_R)에 따라 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 일반적으로 낮은 전압에서는 매우 낮고 상대적으로 일정한 전류를 보이다가 전압이 상승함에 따라 점진적으로 증가하며, 항복 전압에서 급격한 상승으로 끝납니다. 설계자는 동작 V_R가 누설 전류로 인한 노이즈를 최소화하기 위해 이 곡선의 무릎 부분보다 충분히 낮은지 확인해야 합니다.

3.2 커패시턴스 대 역방향 전압 (그림 2)

이 그래프는 접합 커패시턴스(C_T)와 역방향 바이어스 전압 사이의 관계를 나타냅니다. 커패시턴스는 역방향 전압이 증가함에 따라 감소합니다. 고속 회로 설계를 위해서는 더 높은 역방향 전압(한계 내)에서 동작시켜 C_T를 줄이고 대역폭을 개선할 수 있지만, 이는 증가하는 암전류(그림 1 참조)와 균형을 맞춰야 합니다.

3.3 광전류 및 암전류 대 주변 온도 (그림 3 & 그림 4)

그림 3은 광전류(I_P)가 주변 온도에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. 포토트랜지스터 감도는 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 그림 4는 암전류(I_D)가 온도 상승에 따라 지수적으로 증가하는 것을 보여줍니다. 이 두 곡선은 넓은 온도 범위(예: -40°C ~ +85°C)에서 안정적으로 동작해야 하는 시스템을 설계하는 데 매우 중요합니다. 고온에서는 증가하는 암전류가 약한 광학 신호를 압도하여 신호 대 잡음비를 감소시킬 수 있습니다.

3.4 상대 스펙트럼 감도 (그림 5)

이는 응용 매칭을 위해 아마도 가장 중요한 곡선일 것입니다. 이는 다양한 파장(일반적으로 ~800nm ~ 1100nm)에 걸친 포토트랜지스터의 정규화된 응답도를 그립니다. LTR-536AD는 약 900nm에서 피크 감도를 보이며 가시광선 스펙트럼(<800nm)에서 상당한 감쇠를 보이는데, 이는 다크 그린 패키지의 직접적인 결과입니다. 이 곡선은 의도한 IR LED 또는 광원의 방출 스펙트럼과 교차 참조하여 최적의 커플링을 보장해야 합니다.

3.5 광전류 대 조도 (그림 6)

이 그래프는 입사 적외선 광 파워(조도 E_e)와 결과적인 광전류(I_P) 사이의 선형 관계를 보여줍니다. 이 선의 기울기는 소자의 응답도를 나타냅니다. 이는 테스트된 조도 범위에서 소자가 선형 영역에서 동작함을 확인시켜 주며, 아날로그 감지 응용 분야에 바람직합니다.

3.6 총 소비 전력 대 주변 온도 (그림 8)

이 디레이팅 곡선은 최대 허용 소비 전력(P_D)이 주변 온도의 함수로 어떻게 변하는지 보여줍니다. 150mW의 절대 최대 정격은 특정 온도(아마도 25°C)까지만 적용됩니다. 주변 온도가 증가함에 따라 소자의 열 방출 능력이 감소하므로, 과열을 방지하기 위해 최대 허용 전력을 선형적으로 줄여야 합니다. 이는 신뢰성 계산에 매우 중요합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

LTR-536AD는 표준 3mm(T-1) 스루홀 패키지로 제공됩니다. 데이터시트의 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 밀리미터 단위입니다(괄호 안은 인치).
• 별도로 명시되지 않는 한 ±0.25mm(.010")의 표준 공차가 적용됩니다.
• 플랜지 아래 수지의 최대 돌출은 1.5mm(.059")입니다.
• 리드 간격은 리드가 패키지 본체에서 나오는 지점에서 측정됩니다.

극성 식별:이 소자는 렌즈에 평평한 면이 있으며, 이는 일반적으로 콜렉터 리드를 나타냅니다. 더 긴 리드는 일반적으로 이미터입니다. 그러나 설계자는 설치 전에 항상 다이오드 테스트 모드의 멀티미터로 극성을 확인해야 합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

조립 중 소자 무결성을 보장하기 위해 다음 조건을 준수해야 합니다:

• 리플로우 납땜:리드는 최대 5초 동안 260°C의 온도를 견딜 수 있습니다. 이 측정은 패키지 본체에서 1.6mm(0.063") 떨어진 지점에서 이루어집니다. 내부 반도체 다이 또는 에폭시 패키지 손상을 방지하기 위해 표준 웨이브 또는 리플로우 프로파일은 이 한계를 준수하도록 조정되어야 합니다.
• 핸드 납땜:핸드 납땜이 필요한 경우, 온도 조절 납땜 인두를 사용하고 리드당 접촉 시간을 3초 미만으로 최소화하십시오. 가능하면 접합점과 패키지 본체 사이의 리드에 히트 싱크 클립을 사용하십시오.
• 세척:다크 그린 에폭시 재질과 호환되는 승인된 세척 용제만 사용하십시오. 호환성 및 전력/시간 설정이 확인되지 않는 한 초음파 세칩을 피하십시오. 이는 패키지나 내부 본딩을 손상시킬 수 있습니다.
• 보관 조건:지정된 보관 온도 범위인 -55°C ~ +100°C 내의 건조하고 정전기 방지 환경에 보관하십시오. 장기 보관이 예상되는 경우 원래의 습기 차단 백을 사용해야 합니다.

6. 응용 제안 및 설계 고려사항

6.1 대표적인 응용 회로

LTR-536AD는 두 가지 주요 구성으로 사용될 수 있습니다:

1. 스위치 모드 (디지털 출력):포토트랜지스터는 공급 전압(V_CC)과 접지 사이에 풀업 저항과 직렬로 연결됩니다. 출력은 콜렉터 노드에서 가져옵니다. IR 빛이 센서에 떨어지면 켜져 출력 전압을 낮춥니다. 어두울 때는 꺼지고, 풀업 저항이 출력을 높게 만듭니다. 풀업 저항의 값은 스위칭 속도와 전류 소비를 결정합니다(저항이 작을수록 스위칭이 빠르지만 전력 소비가 높음).
2. 선형 모드 (아날로그 출력):유사한 구성이지만, 포토트랜지스터는 고정 베이스 전류(종종 0이며, 광전류에만 의존)와 콜렉터 저항을 사용하여 활성 영역에 바이어스됩니다. 콜렉터의 전압은 입사 IR 빛의 강도에 따라 선형적으로 변합니다. 이 모드는 거리 측정이나 광량 감지와 같은 아날로그 감지에 사용됩니다.

6.2 핵심 설계 고려사항

• 광원 매칭:항상 LTR-536AD를 피크 파장이 940nm에 가깝고 포토트랜지스터의 스펙트럼 감도 피크(900nm)와 일치하는 IR 방출기(LED)와 함께 사용하여 최대 효율을 달성하십시오.
• 주변광 제거:다크 그린 패키지가 도움이 되지만, 밝은 환경에서 동작하기 위해서는 추가적인 광학 필터링(전용 IR 통과 필터) 또는 변조/복조 기술(IR 소스를 펄싱하고 신호를 동기 검출)이 주변광 노이즈를 제거하는 데 필요할 수 있습니다.
• 속도를 위한 바이어싱:가능한 가장 빠른 응답 시간(전형적 50ns)을 달성하려면 약 10V의 역방향 전압(V_CE)으로 소자를 동작시키고 작은 부하 저항(예: 테스트 조건에서와 같이 1kΩ)을 사용하십시오. 이는 접합 커패시턴스(C_T)와 부하 저항(R_L)으로 형성된 RC 시정수를 최소화합니다.
• 온도 보상:넓은 온도 범위에 걸친 정밀 응용 분야의 경우, 암전류와 감도의 변화를 보상하기 위한 회로 기술을 고려하십시오. 여기에는 암 참조 채널에서 매칭된 포토트랜지스터를 사용하거나 신호 조절 회로에서 온도 의존적 이득 조정을 구현하는 것이 포함될 수 있습니다.

7. 기술 비교 및 차별화

LTR-536AD는 특수 패키지를 통해 포토트랜지스터 시장에서 차별화됩니다. 표준 투명 또는 워터클리어 에폭시 포토트랜지스터와 비교할 때, 주요 장점은 내장된 가시광선 차단 기능입니다. 이는 많은 응용 분야에서 외부 IR 필터의 필요성을 없애 부품 수, 비용 및 조립 복잡성을 줄입니다. 상대적으로 빠른 스위칭 속도(50ns), 낮은 커패시턴스(25pF), 우수한 감도(0.1mW/cm²에서 전형적 2µA)의 조합은 아날로그 감지 및 중속 디지털 IR 통신 링크 모두에 균형 잡힌 선택이 되게 합니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

8.1 적색 LED(650nm)와 함께 사용할 수 있나요?

답변:아니요, 권장하지 않습니다. 상대 스펙트럼 감도 곡선(그림 5)은 650nm(가시적 적색)에서 매우 낮은 응답도를 보여줍니다. 다크 그린 패키지는 이 파장을 능동적으로 차단합니다. 적색광을 감지하려면 투명 패키지이고 가시광선 범위에서 피크 감도를 가진 포토트랜지스터를 선택해야 합니다.

8.2 따뜻한 환경에서 출력 신호에 노이즈가 생기는 이유는 무엇인가요?

답변:그림 4(암전류 대 온도)를 참조하십시오. 암전류는 온도에 따라 지수적으로 증가합니다. 회로가 약한 IR 신호를 감지하도록 설계된 경우, 열적으로 생성된 암전류는 고온에서 중요해져 노이즈나 DC 오프셋으로 나타날 수 있습니다. 해결책에는 센서 냉각, 동기 검출이 있는 변조 광원 사용, 또는 암전류를 차감하는 회로 토폴로지 선택이 포함됩니다.

8.3 부하 저항(R_L)의 값을 어떻게 선택하나요?

답변:이는 속도, 감도 및 전력 사이의 절충이 필요합니다.
속도를 위해 (디지털 스위칭):작은 R_L(예: 1kΩ ~ 4.7kΩ)를 선택하십시오. 이는 빠른 에지를 위한 작은 RC 시정수(C_T* R_L)를 제공하지만 더 많은 전류를 소비합니다.
높은 전압 스윙을 위해 (아날로그 감지):더 큰 R_L(예: 10kΩ ~ 100kΩ)를 선택하십시오. 이는 주어진 빛 변화에 대해 더 큰 출력 전압 변화를 제공하지만 응답 시간을 느리게 합니다.
포토트랜지스터가 완전히 켜졌을 때 R_L 양단의 전압 강하가 콜렉터-이미터 전압이 포화 수준 아래로 떨어지지 않도록 하고, 포토트랜지스터의 소비 전력이 동작 온도에 대한 디레이팅 한계 아래로 유지되도록 항상 확인하십시오.

9. 실제 사용 사례 예시

응용 분야:산업용 카운터의 비접촉 물체 감지.
구현:IR LED(940nm)와 LTR-536AD가 컨베이어 벨트의 반대편에 장착됩니다(스루빔 구성). LED는 드라이버 회로를 사용하여 10kHz로 펄싱됩니다. 포토트랜지스터는 4.7kΩ 풀업 저항으로 5V에 연결된 스위치 모드로 연결됩니다. 그 출력은 마이크로컨트롤러의 입력 캡처 핀에 공급됩니다. 정상 조건(물체 없음)에서는 펄스 IR 빛이 센서에 도달하여 출력이 10kHz로 펄스합니다. 마이크로컨트롤러 펌웨어는 이 주파수를 감지합니다. 물체가 빔을 통과할 때 빛을 차단하고, 포토트랜지스터의 출력이 높게(또는 낮게, 논리에 따라) 유지됩니다. 마이크로컨트롤러는 10kHz 신호의 부재를 감지하고 카운터를 증가시킵니다. LTR-536AD의 다크 그린 패키지는 공장 내 주변 형광등 또는 백열등이 카운터를 오작동시키는 것을 방지합니다.

10. 동작 원리 소개

포토트랜지스터는 기본적으로 베이스 전류가 전기적으로 공급되는 대신 빛에 의해 생성되는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)입니다. LTR-536AD(NPN 타입)에서, 실리콘의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 입사 광자(약 1100nm보다 짧은 파장에 해당)는 베이스-콜렉터 접합 영역에서 흡수됩니다. 이 흡수는 전자-정공 쌍을 생성합니다. 역방향 바이어스된 콜렉터-베이스 접합의 전기장은 이 캐리어들을 휩쓸어 광전류를 생성합니다. 이 광전류는 트랜지스터에 주입된 베이스 전류와 정확히 같이 작용합니다. 트랜지스터의 전류 이득(베타, β)으로 인해, 콜렉터 전류는 초기 광전류보다 훨씬 더 큽니다(I_C= β * I_photo). 이 내부 증폭이 포토트랜지스터가 포토다이오드에 비해 높은 감도를 가지게 하는 이유입니다. 다크 그린 에폭시는 대부분의 가시광선 광자를 흡수하여 주로 적외선 광자가 실리콘 칩에 도달하도록 하여, 이 소자가 선택적으로 IR에 민감하게 만듭니다.

11. 기술 동향

광전자 분야는 계속 발전하고 있습니다. LTR-536AD와 같은 이산 스루홀 포토트랜지스터는 많은 응용 분야에 여전히 중요하지만, 동향은 다음과 같습니다:
통합:광검출기를 아날로그 프런트엔드 회로(증폭기, 필터) 및 디지털 논리(비교기, 논리 출력)와 함께 단일 칩 솔루션이나 모듈로 통합하는 것이 증가하고 있습니다.
표면 실장 기술(SMT):자동화 조립 및 보드 공간 절감을 위해 더 작은 SMT 패키지로의 강력한 전환이 있지만, 종종 더 작은 활성 영역으로 인한 감도와의 절충이 따릅니다.
전문화:더욱 특정한 스펙트럼 응답, 광학 데이터 통신을 위한 더 빠른 속도, 가혹한 환경(더 높은 온도, 습도)에 대한 향상된 내성을 가진 소자 개발이 이루어지고 있습니다.
포토트랜지스터의 핵심 원리는 변함없지만, 그 구현은 더욱 응용 특화되고 통합되고 있습니다.