LTR-1650D 포토트랜지스터 데이터시트 - 패키지 치수 5.0x4.0x3.2mm - 전압 30V - 전력 100mW - 다크 투명 패키지 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTR-1650D는 적외선 감지 응용을 위해 설계된 실리콘 NPN 포토트랜지스터입니다. 이 소자는 저렴한 다크 투명 플라스틱 패키지에 장착되어 가시광선을 효과적으로 차단하면서 주로 940nm 근처의 적외선 파장을 투과시킵니다. 통합된 렌즈는 입사하는 적외선 복사를 트랜지스터의 활성 영역에 집중시켜 장치의 감도를 향상시킵니다. 이 부품은 넓은 작동 온도 범위에서 신뢰성과 성능을 위해 설계되어 다양한 감지 및 제어 시스템에 적합합니다.

2. 주요 특징 및 핵심 장점

• 넓은 콜렉터 전류 범위:이 장치는 A부터 F까지의 여러 성능 빈을 제공하여 최소 0.2mA에서 최대 9.6mA 이상의 온-상태 콜렉터 전류(IC(ON))를 넓게 선택할 수 있어 설계자가 특정 감도 요구사항에 맞는 부품을 선택할 수 있습니다.
• 고감도 렌즈:통합된 에폭시 렌즈는 적외선에 대한 유효 수집 면적을 증가시켜 신호 대 잡음비와 전반적인 응답성을 향상시킵니다.
• 비용 효율적인 플라스틱 패키지:대량 생산 및 광범위한 시장 채택을 위한 표준적이고 경제적인 플라스틱 하우징을 사용합니다.
• 특수 다크 투명 패키지:패키지 재질은 가시광선을 감쇠시키도록 착색되어 주변 광원으로부터의 간섭을 줄이고 변동하는 광 조건 환경에서의 성능을 향상시킵니다.

3. 심층 기술 파라미터 분석

3.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 전력 소산 (P_D):T_A=25°C에서 100 mW. 이는 장치가 열로 안전하게 소산할 수 있는 최대 전력입니다.
• 콜렉터-이미터 전압 (V_CEO):30 V. 베이스가 개방된 상태에서 콜렉터와 이미터 단자 사이에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 이미터-콜렉터 전압 (V_ECO):5 V. 이미터와 콜렉터 사이에 적용 가능한 최대 역전압입니다.
• 작동 온도 범위 (T_opr):-40°C ~ +85°C. 장치가 동작하도록 규정된 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 범위 (T_stg):-55°C ~ +100°C.
• 리드 납땜 온도:패키지 본체에서 1.6mm 거리에서 5초 동안 260°C. 이는 웨이브 또는 리플로우 납땜 공정에 매우 중요합니다.

3.2 전기 및 광학 특성 (T_A=25°C)

다음 파라미터는 특정 조건에서 테스트되며 장치의 성능을 정의합니다.

• 콜렉터-이미터 항복 전압 (V_(BR)CEO):30 V (최소). 조사 없이(E_C= 0 mW/cm²), I_e= 1mA에서 테스트됨.
• 이미터-콜렉터 항복 전압 (V_(BR)ECO):5 V (최소). 조사 없이 I_E= 100µA에서 테스트됨.
• 콜렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)):0.4 V (최대). 트랜지스터가 완전히 "켜진" 상태에서의 전압 강하로, I_C= 100µA 및 E_e= 1 mW/cm²에서 테스트됨. 효율적인 스위칭을 위해서는 낮은 V_CE(SAT)가 바람직합니다.
• 상승 시간 (T_r) 및 하강 시간 (T_f):10 µs (전형적). 이 스위칭 속도 파라미터는 V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ 조건에서 측정됩니다. 이는 포토트랜지스터가 광 강도 변화에 얼마나 빠르게 반응할 수 있는지를 결정합니다.
• 콜렉터 암전류 (I_CEO):100 nA (최대). 이는 장치가 완전한 암흑 상태(E_e= 0 mW/cm²)에서 V_CE= 10V일 때 콜렉터를 통해 흐르는 누설 전류입니다. 저조도 감지에서 좋은 신호 대 잡음비를 위해서는 낮은 암전류가 필수적입니다.

3.3 온-상태 콜렉터 전류 (I_C(ON)) 빈닝 시스템

LTR-1650D는 표준화된 조건(V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², λ = 940nm)에서 측정된 온-상태 콜렉터 전류로 정의되는 감도에 따라 다른 빈으로 분류됩니다. 이를 통해 응용 프로그램의 이득 요구사항에 기반한 정밀한 선택이 가능합니다.

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

설계자는 주문 시 특정 빈 코드를 확인하여 포토트랜지스터가 회로의 감도 및 출력 전류 요구사항을 충족하는지 확인해야 합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 주요 파라미터가 환경 및 전기적 조건에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 여러 특성 곡선을 제공합니다.

4.1 콜렉터 암전류 대비 주변 온도 (그림 1)

이 곡선은 콜렉터 암전류(I_CEO)가 주변 온도 상승에 따라 기하급수적으로 증가함을 보여줍니다. 이는 열적으로 생성된 전하 캐리어가 더 흔해지는 반도체의 기본적인 동작입니다. 고온 응용에서는 이 증가된 누설 전류가 중요한 잡음 원인이 될 수 있으며, 감지 증폭기의 문턱값 설계 시 이를 고려해야 합니다.

4.2 콜렉터 전력 소산 대비 주변 온도 (그림 2)

이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 전력 소산의 디레이팅을 나타냅니다. 25°C에서 장치는 100mW를 처리할 수 있습니다. 온도가 상승하면 이 정격은 선형적으로 감소합니다. 25°C 이상에서 신뢰성 있는 동작을 위해서는 실제 소산 전력(V_CE* I_C)이 디레이팅 곡선 아래로 유지되어야 합니다. 이는 열 폭주를 방지하고 장기적인 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다.

4.3 상승 및 하강 시간 대비 부하 저항 (그림 3)

이 곡선은 스위칭 속도와 부하 저항(R_L) 사이의 트레이드오프를 보여줍니다. 상승 및 하강 시간은 더 큰 부하 저항과 함께 증가합니다. 이는 더 큰 R_L이 포토트랜지스터의 접합 커패시턴스와 함께 더 큰 RC 시정수를 생성하기 때문입니다. 빠른 펄스 감지가 필요한 응용의 경우, 출력 전압 스윙 감소라는 비용이 따르더라도 더 작은 부하 저항을 사용해야 합니다.

4.4 상대 콜렉터 전류 대비 조도 (그림 4)

이 그래프는 입사 적외선 조도(E_e)와 결과적인 콜렉터 전류 사이의 관계를 보여줍니다. 응답은 특정 범위에서 일반적으로 선형적이며, 이는 아날로그 광 감지 응용에 이상적입니다. 이 선의 기울기는 장치의 응답성을 나타냅니다. 이 특성을 이해하는 것은 센서의 출력을 특정 광 강도 수준으로 보정하는 데 핵심적입니다.

4.5 감도 다이어그램 (그림 5)

이 극좌표 다이어그램은 포토트랜지스터 감도의 각도 의존성을 보여줍니다. 감도는 일반적으로 적외선이 렌즈에 수직으로 입사할 때(0°) 가장 높습니다. 입사각이 증가함에 따라 감도는 감소합니다. 이 특성은 슬롯형 차단기에서 적절한 정렬을 보장하거나 근접 센서의 시야각을 정의하는 것과 같은 응용에서 광 경로를 설계하는 데 매우 중요합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

이 장치는 표준 3mm (T-1) 라디얼 리드 패키지를 사용합니다. 주요 치수는 다음과 같습니다:

• 패키지 본체 직경: 약 5.0mm.
• 패키지 높이: 약 3.2mm (리드 제외).
• 리드 간격: 리드가 패키지에서 나오는 지점에서 측정하며, 일반적으로 2.54mm (0.1").
• 플랜지 아래 최대 1.5mm의 수지 돌출이 허용됩니다.

참고:별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 표준 공차 ±0.25mm의 밀리미터 단위입니다. 설계자는 정확한 풋프린트 및 배치 계획을 위해 상세한 기계 도면을 참조해야 합니다.

5.2 극성 식별

포토트랜지스터에는 콜렉터와 이미터 두 개의 리드가 있습니다. 더 긴 리드는 일반적으로 콜렉터입니다. 패키지에는 콜렉터 리드 근처에 평평한 면이나 다른 표시가 있을 수도 있습니다. 올바른 극성은 적절한 회로 동작과 올바른 바이어스 전압 인가에 필수적입니다.

6. 납땜 및 조립 지침

• 핸드 납땜:온도 제어 납땜 인두를 사용하십시오. 반도체 다이로의 과도한 열 전달을 방지하기 위해 납땜 시간을 제한하십시오.
• 웨이브/리플로우 납땜:최대 정격을 엄격히 준수하십시오: 패키지 본체에서 1.6mm 거리에서 5초 동안 260°C. 이를 초과하면 내부 와이어 본딩이나 에폭시 패키지가 손상될 수 있습니다.
• 세척:다크 투명 에폭시 수지와 호환되는 적절한 용매를 사용하십시오. 패키지에 안전하다고 확인되지 않는 한 초음파 세척은 피하십시오.
• 보관:습기 흡수(리플로우 중 "팝콘 현상"을 유발할 수 있음) 및 정전기 방전 손상을 방지하기 위해 지정된 온도 범위인 -55°C ~ +100°C 내의 건조한 정전기 방지 환경에 보관하십시오.

7. 응용 제안 및 설계 고려사항

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 물체 감지 및 차단:슬롯형 광 스위치에 사용됨 (예: 프린터의 용지 감지, 3D 프린터의 엔드스톱 감지).
• 근접 감지:적외선 LED와 쌍을 이루어 물체의 비접촉 감지.
• 엔코더:속도 또는 위치 측정을 위한 회전 디스크의 패턴 감지.
• 산업 제어:환경광 내성이 필요한 자동화 장비에서의 감지.
• 소비자 가전:IR 리모컨 수신기 (전용 IC와 함께 사용되는 경우가 많지만, 포토트랜지스터가 프론트엔드를 구성할 수 있음).

7.2 핵심 설계 고려사항

• 바이어스 회로:포토트랜지스터는 스위치(공통 이미터) 또는 팔로워(이미터 팔로워) 구성으로 사용될 수 있습니다. 공통 이미터 구성은 전압 이득을 제공하며 디지털 스위칭에 일반적입니다. 풀업 저항(R_L)이 필요합니다.
• R_L:선택: 부하 저항의 값은 트레이드오프를 수반합니다. 더 큰 R_L은 주어진 광전류에 대해 더 큰 출력 전압 스윙을 제공하지만 스위칭 속도를 늦춥니다 (그림 3 참조). 필요한 속도와 신호 레벨에 따라 선택하십시오.
• 주변광 제거:다크 패키지가 도움이 되지만, 강한 주변 IR 광원(햇빛, 백열등)은 센서를 포화시킬 수 있습니다. 광학 필터 사용, IR 소스 변조, 동기 검출 기술 사용을 고려하십시오.
• 온도 보상:정밀 아날로그 감지를 위해, 암전류와 감도의 온도 변화(그림 1 & 2)는 신호 조절 회로에서 보상되어야 합니다.
• 전기적 잡음:콜렉터의 고임피던스 노드는 전자기 간섭(EMI)에 취약할 수 있습니다. 트레이스를 짧게 유지하고 필요한 경우 차폐를 사용하며, 속도에 미치는 영향을 고려하여 R_L에 병렬로 작은 커패시터(예: 10-100pF)를 추가하여 고주파 잡음을 필터링하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

기본 포토다이오드와 비교하여, LTR-1650D와 같은 포토트랜지스터는 내부 이득을 제공하여 동일한 광 입력에 대해 훨씬 더 큰 출력 전류를 생성하며, 이는 간단한 스위칭 응용에서 추가 외부 증폭기의 필요성을 종종 제거합니다. 포토-달링턴 트랜지스터와 비교하면 더 빠른 응답 시간(µs 대 수십/수백 µs)을 제공하지만 이득은 더 낮습니다. I_C(ON)에 대한 특정 빈닝 시스템은 단일의 넓은 사양을 가진 장치에 비해 더 엄격한 시스템 설계를 가능하게 합니다. 다크 투명 패키지는 투명 패키지와 구별되는 핵심 차별점으로, 내장된 가시광선 억제 기능을 제공합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 "BIN" 사양은 무엇을 의미하며, 어떻게 선택해야 하나요?

BIN 코드(A부터 F)는 포토트랜지스터의 감도(I_C(ON))의 보장된 범위를 지정합니다. 특정 조도 수준에 필요한 출력 전류를 기반으로 빈을 선택하십시오. 더 높은 감도/더 낮은 광량 응용의 경우 더 높은 빈 문자(예: E 또는 F)를 선택하십시오. 높은 이득이 중요하지 않은 비용 민감한 응용의 경우 더 낮은 빈(A 또는 B)이 충분할 수 있습니다.

9.2 암전류가 중요한 이유는 무엇인가요?

암전류(I_CEO)는 빛이 입사하지 않을 때 존재하는 출력 신호입니다. 이는 감지 가능한 빛의 하한을 설정하고 잡음 원인으로 작용합니다. 디지털 스위칭 응용에서는 회로의 감지 문턱값이 예상 최대 암전류, 특히 상당히 증가하는 고온에서의 암전류보다 높게 설정되어야 합니다.

9.3 부하 저항이 성능에 어떤 영향을 미치나요?

부하 저항(R_L)은 두 가지 주요 파라미터에 직접적인 영향을 미칩니다:출력 전압(V_out= I_C* R_L) 및스위칭 속도(그림 3 참조). R_L을 선택하여 논리 레벨 또는 ADC 입력에 필요한 전압 스윙을 달성하면서도 응용 프로그램의 데이터 속도 또는 응답 시간에 대해 상승/하강 시간이 충분히 빠른지 확인해야 합니다.

9.4 밝은 햇빛 아래에서 사용할 수 있나요?

다크 투명 패키지는 일부 차단 기능을 제공하지만, 직사광선에는 센서를 쉽게 포화시킬 수 있는 강한 적외선 복사가 포함되어 있습니다. 야외 사용의 경우 추가 조치가 필수적입니다: 물리적 차폐(후드), IR 소스 파장(예: 940nm) 중심의 협대역 광학 필터, 그리고 바람직하게는 수신기 회로에서 동기 검출과 함께 변조된 IR 소스를 사용하여 신호를 햇빛의 안정된 DC 성분과 구별하십시오.

10. 실용적인 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 프린터용 용지 감지 센서 설계.

1. 선택:먼지나 반사에 지나치게 민감하지 않으면서도 신뢰할 수 있는 트리거링을 보장하기 위해 중간 감도 빈(예: 빈 C 또는 D)을 선택하십시오.
2. 회로 구성:공통 이미터 스위치 구성을 사용하십시오. LTR-1650D를 용지 경로 반대편에 배치된 적외선 LED(예: 940nm)와 쌍을 이루십시오.
3. 부품 크기 결정:용지가 있을 때(빛 차단, I_L낮음) 논리-로우 출력(0V 근처)을 제공하고, 용지가 없을 때(빛 있음, I_C높음) 논리-하이 출력(V_CC근처)을 제공하는 R_C값(예: 4.7kΩ)을 선택하십시오. 전압 레벨이 마이크로컨트롤러의 입력 핀과 호환되는지 확인하십시오.
4. 잡음 내성:프린터 모터의 전기적 잡음을 억제하기 위해 R_L에 병렬로 10nF 커패시터를 추가하십시오. 결과적인 속도(~100µs)는 여전히 기계적 용지 이동보다 훨씬 빠릅니다.
5. 정렬:감도 다이어그램(그림 5)을 사용하여 기계적 설계를 안내하십시오. IR LED와 포토트랜지스터가 높은 감도 원뿔(예: ±20°) 내에 정렬되어 신호 강도를 최대화하도록 하십시오.
6. 테스트:최악의 조건에서 센서를 테스트하십시오: 고온(증가된 암전류 확인), 다양한 용지 유형(일부는 적외선에 대해 더 반투명할 수 있음).

11. 동작 원리

포토트랜지스터는 기본적으로 베이스 전류가 전기적으로 공급되는 대신 빛에 의해 생성되는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)입니다. 반도체의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 입사 광자는 베이스-콜렉터 접합 영역에서 흡수되어 전자-정공 쌍을 생성합니다. 역바이어스된 콜렉터-베이스 접합의 전기장은 이 캐리어들을 쓸어내며, 효과적으로 베이스 전류(I_B) 역할을 하는 광전류를 생성합니다. 이렇게 광생성된 베이스 전류는 트랜지스터의 전류 이득(h_FE)에 의해 증폭되어 훨씬 더 큰 콜렉터 전류(I_C= h_FE* I_B)를 생성합니다. 이 내부 증폭은 단순한 포토다이오드에 비한 핵심 장점입니다. 다크 투명 패키지 재질은 롱패스 필터 역할을 하여 적외선 파장(예: 940nm)은 통과시키면서 더 짧은 가시광선 파장을 흡수하여 가시광선이 있는 환경에서 신호 대 잡음비를 향상시킵니다.

12. 산업 동향 및 발전

광전자 부문은 계속 발전하고 있습니다. LTR-1650D와 같은 이산 포토트랜지스터는 비용 민감적, 대량 생산 또는 특정 성능 응용 분야에서 여전히 중요하지만, 더 넓은 동향은 다음과 같습니다:

• 통합:광검출기를 아날로그 프론트엔드 증폭기, 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 디지털 논리와 함께 단일 칩 솔루션(예: 주변광 센서, 근접 센서 모듈)으로 통합하는 것이 증가하고 있습니다. 이는 보정된 디지털 출력, 더 작은 풋프린트 및 단순화된 설계를 제공하지만 단위당 비용이 더 높을 수 있습니다.
• 소형화:점점 작아지는 소비자 가전에 맞추기 위한 더 작은 패키지 크기(예: 칩 스케일 패키지)에 대한 수요.
• 향상된 성능:LiDAR 및 고속 통신과 같은 더 까다로운 응용을 위해 더 낮은 암전류, 더 빠른 응답 시간(나노초 범위), 더 높은 감도를 가진 장치 개발.
• 전문화:특정 파장(예: 심박수 모니터링, 가스 감지)에 맞춤화되었거나 내장된 스펙트럼 필터가 있는 센서.

이산 포토트랜지스터는 단순성, 견고성, 저비용 및 특정 성능 특성(예: LTR-1650D의 다크 패키지)이 최적의 솔루션을 제공하는 응용 분야에서 그 입지를 유지할 것입니다.