LTR-209 포토트랜지스터 데이터시트 - 투명 패키지 - Vce 30V - 전력 100mW - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTR-209은 적외선 감지 응용을 위해 설계된 실리콘 NPN 포토트랜지스터입니다. 투명한 플라스틱 패키지에 장착되어 입사광, 특히 적외선 스펙트럼에 대한 높은 감도를 제공합니다. 이 소자는 넓은 동작 범위, 신뢰성 및 비용 효율성을 특징으로 하여 다양한 감지 및 검출 시스템에 적합합니다.

1.1 핵심 장점

• 넓은 콜렉터 전류 범위:이 소자는 광범위한 콜렉터 전류 레벨을 지원하여 회로 설계 및 감도 조정에 유연성을 제공합니다.
• 고감도 렌즈:통합된 렌즈는 입사하는 적외선 복사에 대한 소자의 감도를 향상시켜 신호 대 잡음비를 개선합니다.
• 저비용 플라스틱 패키지:경제적인 플라스틱 캡슐화를 사용하여 전체 시스템 비용을 절감합니다.
• 투명한 패키지:투명한 하우징은 활성 반도체 영역에 도달하는 빛의 양을 극대화하여 성능을 최적화합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

다음 섹션은 LTR-209 포토트랜지스터에 대해 명시된 주요 전기 및 광학 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 조건에서 또는 이 조건을 초과하여 동작하는 것은 보장되지 않습니다.

• 전력 소산 (P_D):100 mW. 이는 주변 온도 (T_A) 25°C에서 소자가 열로 방산할 수 있는 최대 전력입니다. 이 한계를 초과하면 열 폭주 및 고장의 위험이 있습니다.
• 콜렉터-이미터 전압 (V_CEO):30 V. 베이스가 개방된 상태(광전류만)에서 콜렉터와 이미터 단자 사이에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 이미터-콜렉터 전압 (V_ECO):5 V. 이미터와 콜렉터 사이에 인가 가능한 최대 역전압입니다.
• 동작 온도 범위:-40°C ~ +85°C. 소자가 정상적으로 기능하도록 설계된 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 범위:-55°C ~ +100°C. 성능 저하 없이 비동작 상태로 보관할 수 있는 온도 범위입니다.
• 리드 납땜 온도:패키지 본체로부터 1.6mm 거리에서 5초 동안 260°C. 이는 핸드 또는 웨이브 납땜 공정에 허용 가능한 열 프로파일을 정의합니다.

2.2 전기 및 광학 특성

이 파라미터들은 T_A=25°C의 특정 테스트 조건에서 측정되며, 소자의 일반적인 성능을 정의합니다.

• 콜렉터-이미터 항복 전압 (V_(BR)CEO):30 V (최소). I_C= 1mA, 조도 제로 (E_e= 0 mW/cm²) 조건에서 측정. 이는 절대 최대 정격을 확인합니다.
• 이미터-콜렉터 항복 전압 (V_(BR)ECO):5 V (최소). I_E= 100µA, 조도 제로 조건에서 측정.
• 콜렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)):0.4 V (최대). 소자가 완전히 "온"(전도) 상태일 때 소자 양단의 전압 강하로, I_C= 100µA 및 E_e= 1 mW/cm² 조건에서 측정. 낮은 V_CE(SAT)는 낮은 전력 손실에 바람직합니다.
• 상승 시간 (T_r) 및 하강 시간 (T_f):각각 10 µs (전형적) 및 15 µs (전형적). 이 파라미터들은 포토트랜지스터의 스위칭 속도를 정의합니다. V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ 조건에서 측정. 이 비대칭은 포토트랜지스터에서 흔합니다.
• 콜렉터 암전류 (I_CEO):100 nA (최대). 이는 소자가 완전한 암흑 상태 (E_e= 0 mW/cm²)이고 V_CE= 10V일 때 콜렉터에서 이미터로 흐르는 누설 전류입니다. 높은 감도 응용에서 잡음을 최소화하기 위해 낮은 암전류는 매우 중요합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

LTR-209은 주요 파라미터인온-스테이트 콜렉터 전류 (I_C(ON))에 대해 빈닝 시스템을 사용합니다. 빈닝은 측정된 성능에 따라 부품을 특정 그룹 또는 "빈"으로 분류하는 품질 관리 공정입니다. 이를 통해 설계자는 응용에 적합한 보장된 성능 범위를 가진 소자를 선택할 수 있습니다.

3.1 온-스테이트 콜렉터 전류 빈닝

I_C(ON)은 표준화된 조건: V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², 적외선 광원 파장 (λ) 940nm에서 측정됩니다. 소자는 측정된 전류에 따라 다음 빈으로 분류됩니다:

• 빈 C:0.8 mA (최소) ~ 2.4 mA (최대)
• 빈 D:1.6 mA (최소) ~ 4.8 mA (최대)
• 빈 E:3.2 mA (최소) ~ 9.6 mA (최대)
• 빈 F:6.4 mA (최소) - 이 데이터시트 발췌본에는 상한이 명시되지 않았습니다.

설계적 함의:빈 C 소자(낮은 전류)용으로 설계된 회로는 재보정 없이 빈 F 소자(높은 전류)를 사용하면 올바르게 작동하지 않을 수 있으며, 그 반대도 마찬가지입니다. 일관된 시스템 성능을 위해 빈 코드를 명시하는 것이 중요합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 주요 파라미터가 동작 조건에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 여러 특성 곡선을 제공합니다. 이는 단일 지점 사양을 넘어 실제 동작을 이해하는 데 필수적입니다.

4.1 콜렉터 암전류 대 주변 온도 (그림 1)

이 그래프는 I_CEO(암전류)가 상승하는 주변 온도 (T_A)에 따라 기하급수적으로 증가함을 보여줍니다. 예를 들어, 100°C에서 암전류는 25°C에서보다 수 배에서 수십 배 더 높을 수 있습니다. 이는 전하 캐리어의 열적 생성 증가로 인한 반도체의 기본적인 동작입니다.설계 고려사항:고온 응용에서 증가된 암전류는 중요한 잡음원이 되어 약한 광학 신호를 가릴 수 있습니다. 열 관리 또는 신호 조정이 필요할 수 있습니다.

4.2 콜렉터 전력 소산 대 주변 온도 (그림 2)

이 디레이팅 곡선은 최대 허용 전력 소산 (P_C)이 T_A의 함수로 어떻게 변하는지 보여줍니다. 100 mW의 절대 최대 정격은 25°C 이하에서만 유효합니다. T_A가 증가함에 따라 소자의 열 방산 능력이 감소하므로 최대 허용 전력은 선형적으로 감소해야 합니다. 85°C(최대 동작 온도)에서 허용 전력 소산은 상당히 낮아집니다.설계 고려사항:회로는 실제 소산 전력 (V_CE* I_C)이 예상 최고 동작 온도에서 디레이팅된 값을 초과하지 않도록 설계되어야 합니다.

4.3 상승/하강 시간 대 부하 저항 (그림 3)

이 곡선은 스위칭 속도와 신호 진폭 사이의 트레이드오프를 보여줍니다. 상승 시간 (T_r)과 하강 시간 (T_f)은 모두 더 큰 부하 저항 (R_L)에 따라 증가합니다. 더 큰 R_L은 더 큰 출력 전압 스윙 (ΔV = I_C* R_L)을 제공하지만, 트랜지스터의 접합 커패시턴스가 더 큰 저항을 통해 충전/방전하는 데 더 오랜 시간이 걸리기 때문에 회로의 응답 시간을 느리게 만듭니다.설계 고려사항:R_L의 값은 응용이 고속 응답(낮은 R_L)을 우선시하는지 높은 출력 전압 이득(높은 R_L)을 우선시하는지에 따라 선택되어야 합니다.

4.4 상대 콜렉터 전류 대 조도 (그림 4)

이 그래프는 정규화된 콜렉터 전류를 입사 광전력 밀도(조도, E_e)에 대해 표시합니다. 표시된 범위(0 ~ 약 5 mW/cm²)에서 선형 관계를 보여줍니다. 이 선형성은 출력 전류가 입력 광 강도에 직접 비례하기 때문에 아날로그 감지 응용에 사용되는 포토트랜지스터의 핵심 특징입니다. 곡선은 V_CE= 5V 조건에서 표시됩니다.

4.5 감도 다이어그램 (그림 5)

정확한 축은 생략되었지만, "감도 다이어그램"은 일반적으로 검출기의 스펙트럼 응답을 보여줍니다. LTR-209과 같은 실리콘 포토트랜지스터는 근적외선 영역(약 800-950 nm에서 정점)의 빛에 가장 민감합니다. 이는 일반적인 적외선 방출기(빈닝 테스트 조건에서 언급된 λ=940nm LED 등)와 함께 사용하고 가시광선 간섭을 걸러내기에 이상적입니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

5.1 패키지 치수

이 소자는 표준 스루홀 플라스틱 패키지를 사용합니다. 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 본체를 빠져나가는 지점에서 측정되며, 이는 PCB 풋프린트 설계에 중요합니다.

극성 식별:더 긴 리드는 일반적으로 콜렉터이고, 더 짧은 리드는 이미터입니다. 패키지 림의 평평한 면은 이미터 측을 나타낼 수도 있습니다. 항상 패키지 다이어그램으로 확인하십시오.

6. 납땜 및 조립 지침

제공된 주요 지침은 핸드 또는 웨이브 납땜용입니다: 리드는 패키지 본체로부터 1.6mm (.063") 거리에서 최대 5초 동안 260°C의 온도에 견딜 수 있습니다. 이는 내부 반도체 다이와 플라스틱 패키지에 대한 열 손상을 방지합니다.

리플로우 납땜의 경우:이 데이터시트에 명시적으로 언급되지는 않았지만, 유사한 플라스틱 패키지는 일반적으로 JEDEC 표준(예: J-STD-020)을 준수하는 프로파일이 필요하며, 피크 온도는 일반적으로 260°C를 초과하지 않습니다. 특정 수분 민감도 레벨(MSL) 및 베이킹 요구사항은 여기에 제공되지 않으며 제조업체와 확인해야 합니다.

보관 조건:소자는 건조하고 부식성이 없는 환경에서 -55°C ~ +100°C의 지정된 온도 범위 내에 보관해야 합니다. 장기 보관의 경우 정전기 방지 예방 조치를 권장합니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 물체 감지 및 근접 감지:IR LED와 함께 사용하여 물체의 존재, 부재 또는 근접을 감지합니다(예: 자판기, 프린터, 산업 자동화).
• 슬롯 센서 및 엔코더:IR 빔의 차단을 감지하여 물체를 세거나 회전 속도를 측정합니다.
• 리모컨 수신기:전용 포토다이오드보다 느리지만, 간단하고 저비용 IR 수신기 회로에 사용할 수 있습니다.
• 광 차단 장치 및 보안 시스템:침입 감지를 위한 보이지 않는 빔을 생성합니다.

7.2 설계 고려사항 및 회로 구성

가장 일반적인 회로 구성은공통 이미터모드입니다. 포토트랜지스터는 콜렉터가 부하 저항 (R_CC)을 통해 양의 공급 전압 (V_L)에 연결되고, 이미터는 접지에 연결됩니다. 입사광은 광전류 (I_C)를 흐르게 하여 콜렉터 노드에서 출력 전압 (V_OUT)을 생성합니다: V_OUT= V_CC- (I_C* R_L). 어두울 때 V_OUT는 높음 (~V_CC)입니다. 빛이 비출 때 V_OUT drops.

주요 설계 단계:

1. 필요한 출력 스윙 (V_L:/I_CCC(ON)_{)과 원하는 속도(그림 3 참조)에 따라 R}을 선택하십시오. 1kΩ ~ 10kΩ 사이의 값이 일반적입니다.
2. 대역폭 고려:R_L 값은 소자의 접합 커패시턴스와 결합되어 저역 통과 필터를 형성합니다. 펄스 동작의 경우 회로의 RC 시정수가 펄스 폭보다 훨씬 짧은지 확인하십시오.
3. 주변광 관리:광학 필터링(센서 위에 어두운 필터 또는 IR 통과 필터 사용)을 사용하여 원치 않는 가시광선을 차단하고 잡음을 줄이십시오.
4. 온도 보상:정밀 아날로그 감지를 위해 암전류의 온도 의존성(그림 1)을 고려하십시오. 기술에는 차동 구성에서 일치하는 암 기준 센서를 사용하거나 소프트웨어 보상을 구현하는 것이 포함됩니다.

8. 기술 비교 및 차별화

다른 광학 검출기와 비교:

• 포토다이오드 대비:포토트랜지스터는 내재적인 전류 이득 (β 또는 h_FE)을 제공하여 동일한 광량에서 훨씬 더 높은 출력 전류를 생성합니다. 이는 후속 증폭이 덜 필요하므로 회로 설계를 단순화합니다. 그러나 포토트랜지스터는 일반적으로 포토다이오드보다 느리고(더 긴 상승/하강 시간) 선형 범위가 더 제한적입니다.
• 포토달링턴 대비:포토달링턴은 표준 포토트랜지스터보다 더 높은 이득을 제공하지만 응답 시간이 훨씬 느리고 포화 전압 (V_CE(SAT))이 더 높습니다. LTR-209은 이득, 속도 및 전압 강하의 좋은 균형을 제공합니다.
• LTR-209의 차별화된 특징:그것의투명한 패키지와통합 렌즈가 주요 차별화 요소입니다. 많은 경쟁 포토트랜지스터는 빛을 감쇠시키는 검은색 에폭시 패키지를 사용합니다. LTR-209의 투명한 패키지는 감도를 극대화하는 반면, 렌즈는 입사광을 활성 영역에 집중시켜 방향성과 신호 강도를 개선합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 "BIN" 코드는 무엇을 의미하며, 왜 중요한가요?

BIN 코드(C, D, E, F)는 측정된 온-스테이트 콜렉터 전류 (I_C(ON))에 따라 소자를 분류합니다. 이는 특정 성능 범위를 보장하기 때문에 중요합니다. 잘못된 빈의 소자를 사용하면 회로가 감도가 부족하거나 과도하게 민감해져 오작동을 일으킬 수 있습니다. 주문 시 항상 필요한 빈을 명시하십시오.

9.2 이 센서를 가시광선 광원과 함께 사용할 수 있나요?

실리콘 재료는 가시광선에 반응하지만, 최대 감도는 근적외선 영역에 있습니다(암시된 그림 5 참조). 최적의 성능을 위해 주변 가시광선의 간섭을 피하기 위해 적외선 방출기(일반적으로 850nm, 880nm 또는 940nm)와 함께 사용하고 검출기에 IR 통과 필터를 사용하는 것이 강력히 권장됩니다.

9.3 출력을 디지털 신호로 변환하려면 어떻게 해야 하나요?

가장 간단한 방법은 출력(콜렉터 노드)을 슈미트 트리거 인버터 또는 히스테리시스가 있는 비교기의 입력에 연결하는 것입니다. 이는 아날로그 전압 스윙을 깨끗한 디지털 신호로 변환하여 잡음에 영향을 받지 않게 합니다. 비교기의 임계값은 "밝음"과 "어두움" 출력 전압 레벨 사이에 설정되어야 합니다.

9.4 밝고 뜨거운 환경에서 출력이 불안정한 이유는 무엇인가요?

이는 높은 암전류(그림 1에 따라 온도와 함께 증가)와 주변광에 대한 반응의 결합된 효과 때문일 가능성이 높습니다. 해결책으로는: 1) 시야각을 제한하기 위한 물리적 차폐물 또는 튜브 추가, 2) 변조된 IR 광원과 동기 검출 사용, 3) 온도 안정 바이어스 또는 보상 회로 구현이 있습니다.

10. 실용적인 설계 사례 연구

시나리오:프린터용 용지 감지 센서 설계.

구현:IR LED와 LTR-209은 용지 경로의 반대편에 배치되어 빔을 생성하도록 정렬됩니다. 용지가 있으면 빔을 차단합니다. 포토트랜지스터는 R_L= 4.7kΩ 및 V_CC= 5V로 공통 이미터 모드로 구성됩니다.

부품 선택 및 계산:빈 D (I_C(ON)= 1.6-4.8mA)에서 소자를 선택합니다. 용지가 없을 때(빔 유지) I_C= 3mA(전형적)라고 가정합니다. V_OUT= 5V - (3mA * 4.7kΩ) = 5V - 14.1V = -9.1V. 이는 불가능하며, 트랜지스터가 포화 상태임을 의미합니다. 포화 상태에서 V_OUT≈ V_CE(SAT)≈ 0.4V(LOW 신호). 용지가 빔을 차단할 때 I_C≈ I_CEO(매우 작음, ~nA), 따라서 V_OUT≈ 5V(HIGH 신호). 마이크로컨트롤러 GPIO 핀은 이 HIGH/LOW 신호를 직접 읽어 용지 존재를 감지할 수 있습니다. 센서의 공급 핀에 디커플링 커패시터(예: 100nF)를 추가하여 잡음을 필터링하는 것이 좋습니다.

11. 동작 원리

포토트랜지스터는 베이스 영역이 빛에 노출된 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)입니다. 충분한 에너지를 가진 입사 광자는 베이스-콜렉터 접합에서 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이 광생성 캐리어는 내부 전기장에 의해 휩쓸려 효과적으로 베이스 전류 역할을 합니다. 이 "광학 베이스 전류"는 트랜지스터의 전류 이득 (h_FE)에 의해 증폭되어 훨씬 더 큰 콜렉터 전류를 생성합니다. 이 콜렉터 전류의 크기는 입사광의 강도에 비례하여 감지 기능을 제공합니다. LTR-209의 투명한 패키지와 렌즈는 민감한 반도체 접합에 도달하는 광자의 수를 극대화합니다.

12. 기술 트렌드

LTR-209과 같은 포토트랜지스터는 성숙하고 비용 효율적인 기술을 나타냅니다. 광전자의 현재 트렌드는 다음과 같습니다:

• 통합화:광검출기, 증폭기 및 디지털 논리(예: 내장 논리 출력이 있는 광 차단기)를 단일 칩에 결합한 통합 솔루션으로 이동하여 외부 부품 수를 줄이고 노이즈 내성을 개선합니다.
• 표면 실장 소자 (SMD):스루홀 패키지는 프로토타이핑 및 특정 응용 분야에서 여전히 인기가 있지만, 자동화 조립 및 공간 제약 설계를 위한 더 작은 SMD 패키지(예: SMT-3)로의 강력한 산업 전환이 있습니다.
• 향상된 성능:자동차, 산업 및 소비자 전자 분야의 더 까다로운 응용을 위해 더 빠른 응답 시간, 더 낮은 암전류 및 개선된 온도 안정성을 가진 소자 개발.
• 응용 특화 최적화:센서는 특정 파장(예: 특정 IR 파장에서의 심박수 모니터링)에 맞춤화되거나 내장된 주간 필터를 갖추고 있습니다.

포토트랜지스터의 기본 동작 원리는 여전히 유효하며, LTR-209과 같은 소자는 단순성, 견고성 및 저비용으로 인해 기본부터 중간 수준의 광범위한 감지 요구 사항에 대한 신뢰할 수 있는 선택으로 계속 남아 있습니다.