LTR-306 포토트랜지스터 데이터시트 - 사이드 룩킹 패키지 - 콜렉터 전류 최대 2.4mA - 전압 30V - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTR-306은 사이드 룩킹 플라스틱 패키지에 장착된 실리콘 NPN 포토트랜지스터입니다. 이 부품은 적외선 복사를 감지하도록 설계되어 입사광을 콜렉터 단자에서 전류로 변환합니다. 주요 기능은 다양한 전자 회로에서 광 센서로 작동하여 광 제어 스위치 또는 아날로그 광 강도 센서 역할을 합니다. 사이드 룩킹 패키지 방향은 핵심 특징으로, 민감한 영역이 리드 방향에 수직으로 향함을 의미하며, 이는 광원이 PCB 측면에 위치하는 응용 분야에 최적입니다.

이 소자의 핵심 장점은 다양한 감도 요구사항에 걸쳐 설계 유연성을 제공하는 넓은 콜렉터 전류 동작 범위를 포함합니다. 통합된 렌즈는 입사 적외선을 활성 반도체 영역에 집중시켜 감도를 향상시키도록 설계되었습니다. 또한, 저비용 플라스틱 패키지 사용은 핵심 성능 파라미터를 희생하지 않으면서 비용 효율성이 중요한 대량 생산 소비자 및 산업용 응용 분야에 경제적인 선택이 되게 합니다.

LTR-306의 목표 시장은 신뢰할 수 있는 적외선 감지가 필요한 광범위한 응용 분야를 포괄합니다. 여기에는 물체 감지 및 계수 시스템, 슬롯 센서 (예: 프린터 및 자판기), 테이프 끝 감지, 근접 감지 및 산업 자동화 장비 등이 포함되지만 이에 국한되지 않습니다. 견고한 설계와 명시된 성능은 단순하고 복잡한 전자 시스템 모두에 통합하기에 적합합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다. 최대 전력 소산은 주변 온도 (T_A) 25°C에서 100 mW입니다. 콜렉터-이미터 전압 (V_CE)은 30 V를 초과해서는 안 되며, 역방향 이미터-콜렉터 전압 (V_EC)은 5 V로 제한됩니다. 소자는 주변 온도 범위 -40°C ~ +85°C 내에서 동작하도록 정격되며, -55°C ~ +100°C의 온도에서 보관할 수 있습니다. 납땜의 경우, 리드는 패키지 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정 시 260°C를 5초 동안 견딜 수 있으며, 이는 웨이브 또는 리플로우 납땜 공정에 대한 표준 요구사항입니다.

2.2 전기 및 광학 특성

모든 전기 및 광학 파라미터는 T_A=25°C에서 명시되어 성능 비교를 위한 기준을 제공합니다.

• 콜렉터-이미터 항복 전압 (V_(BR)CEO):최소 30V (I_C= 1mA, E_e=0). 이는 빛이 없을 때 접합이 항복하는 전압입니다.
• 이미터-콜렉터 항복 전압 (V_(BR)ECO):최소 5V (I_E= 100μA, E_e=0). 이 파라미터는 역방향 바이어스 조건에서 중요합니다.
• 콜렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)):일반적으로 0.1V, 최대 0.4V (I_C= 100μA, E_e=1 mW/cm²). 이 낮은 전압은 트랜지스터가 완전히 켜졌을 때 우수한 스위칭 성능을 나타냅니다.
• 상승 시간 (T_r) 및 하강 시간 (T_f):각각 최대 20 μs (V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ). 이 파라미터들은 광 펄스에 대한 포토트랜지스터의 스위칭 속도를 정의합니다.
• 콜렉터 암전류 (I_CEO):최대 100 nA (V_CE= 10V, E_e=0). 이는 빛이 없을 때의 누설 전류로, 저조도 감도 및 신호 대 잡음비에 대한 중요한 파라미터입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

LTR-306은 핵심 파라미터인 온-상태 콜렉터 전류 (I_C(ON))에 대해 빈닝 시스템을 사용합니다. 빈닝은 측정된 성능을 지정된 범위 내에서 그룹화하는 품질 관리 및 분류 공정입니다. 이는 최종 사용자에게 일관성을 보장합니다. 소자는 표준 조건 (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², λ=940nm)에서 테스트됩니다.

빈은 A부터 F까지 레이블이 지정되며, 각각 I_C(ON):

• 의 특정 범위를 나타냅니다. 빈 A:0.20 mA ~ 0.60 mA
• 빈 B:0.40 mA ~ 1.08 mA
• 빈 C:0.72 mA ~ 1.56 mA
• 빈 D:1.04 mA ~ 1.80 mA
• 빈 E:1.20 mA ~ 2.40 mA
• 빈 F:최소 1.60 mA (제공된 데이터에서 상한 미지정)

이 시스템을 통해 설계자는 회로의 요구 감도와 일치하는 빈을 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 릴레이 또는 LED 직접 구동을 위한 높은 출력 전류가 필요한 회로는 빈 E 또는 F를 지정할 수 있으며, 저전력 감지 회로는 전력 소비를 최소화하기 위해 빈 A 또는 B를 사용할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 주요 파라미터들이 동작 조건에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 여러 대표적인 특성 곡선이 포함되어 있습니다. 이는 단일 지점 사양 이상으로 소자 동작을 이해하는 데 필수적입니다.

4.1 콜렉터 암전류 대 주변 온도 (그림 1)

이 곡선은 콜렉터 암전류 (I_CEO)가 주변 온도 상승에 따라 지수적으로 증가함을 보여줍니다. -40°C에서는 피코암페어 범위이지만, 120°C에서는 약 100 μA까지 상승할 수 있습니다. 이 특성은 고온 응용 분야에 매우 중요합니다. 증가하는 암전류는 오프셋 또는 잡음원으로 작용하여 센서의 유효 감도 및 동적 범위를 잠재적으로 감소시킬 수 있기 때문입니다.

4.2 콜렉터 전력 소산 대 주변 온도 (그림 2)

이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 전력 소산의 디레이팅을 보여줍니다. 소자는 25°C에서 100 mW를 소산할 수 있지만, 이 정격은 열 폭주를 방지하고 신뢰성을 보장하기 위해 더 높은 온도에서 선형적으로 감소해야 합니다. 이 곡선은 응용 설계에서 열 관리를 위한 필요한 데이터를 제공합니다.

4.3 상승 및 하강 시간 대 부하 저항 (그림 3)

이 그래프는 스위칭 속도와 부하 저항 사이의 트레이드오프를 보여줍니다. 상승 및 하강 시간 (T_r, T_f)은 부하 저항기 (R_L) 값이 증가함에 따라 크게 증가합니다. 1kΩ 부하의 경우 시간은 약 20μs이지만, 10kΩ 부하의 경우 150μs를 초과할 수 있습니다. 설계자는 빠른 응답 시간에 대한 요구와 원하는 출력 전압 스윙 또는 전류 레벨 사이의 균형을 맞추기 위해 R_L을 선택해야 합니다.

4.4 상대 콜렉터 전류 대 조도 (그림 4)

이는 기본적인 전달 특성입니다. V_e가 5V로 유지될 때, 콜렉터 전류가 낮은 범위 (0-2 mW/cm²)에서 입사광 조도 (E_CE)와 비교적 선형적임을 보여줍니다. 이 선형 영역은 소자가 아날로그 광 측정에 사용될 수 있는 곳입니다. 더 높은 조도 수준에서는 응답이 포화되기 시작할 수 있습니다.

4.5 감도 다이어그램 (그림 5)

이 극좌표 다이어그램은 포토트랜지스터의 각도 감도를 설명합니다. 상대 감도는 입사광 각도에 대해 도표화됩니다. 이는 소자가 감도가 최대인 특정 시야각 (일반적으로 온축, 0°)을 가짐을 보여줍니다. 감도는 광원이 축에서 벗어날수록 감소합니다. 이 다이어그램은 광원과 센서 사이의 최적 결합을 보장하기 위해 최종 응용 분야에서 기계적 정렬을 설계하는 데 매우 중요합니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

LTR-306은 플라스틱 사이드 룩킹 패키지를 사용합니다. 치수는 데이터시트에 밀리미터 (괄호 안 인치) 단위로 제공됩니다. 주요 치수 공차는 달리 명시되지 않는 한 일반적으로 ±0.25mm입니다. 리드 간격은 리드가 패키지 본체에서 나오는 지점에서 측정되며, 이는 PCB 풋프린트 설계에 중요합니다. 패키지에는 광학 수집 효율을 향상시키기 위해 플라스틱에 성형된 렌즈가 포함되어 있습니다. 사이드 룩킹 방향은 활성 감지 영역이 상단이 아닌 부품의 측면에 있음을 의미합니다. 명확한 극성 식별 (이미터 및 콜렉터 핀)은 패키지 도면에 제공되며, 이는 정확한 회로 기판 조립에 필수적입니다.

6. 납땜 및 조립 지침

이 소자는 표준 PCB 조립 공정에 적합합니다. 절대 최대 정격은 리드가 패키지 본체에서 1.6mm (0.063") 떨어진 지점에서 측정 시 260°C의 납땜 온도를 5초 동안 견딜 수 있음을 명시합니다. 이 정격은 일반적인 웨이브 납땜 및 리플로우 납땜 프로파일과 호환됩니다. 플라스틱 패키지는 일반적으로 견고하지만, 해당되는 경우 습도 민감도 처리를 위한 표준 JEDEC 또는 IPC 지침을 따르는 것이 좋습니다. 납땜 중에는 패키지에 과도한 열 응력을 피하도록 주의해야 합니다. 조립 후에는 플라스틱 재료와 호환되는 용제로 세척해야 합니다. 보관의 경우 지정된 범위 -55°C ~ +100°C를 준수해야 하며, 구성 요소는 일반적으로 건조제가 포함된 습기 차단 백에 공급됩니다.

7. 응용 권장사항

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 물체 감지/차단:적외선 LED와 쌍으로 사용하여 빔을 차단하는 물체의 유무를 감지합니다. 프린터, 복사기, 자판기 및 산업용 계수기에 일반적입니다.
• 근접 감지:근처 물체에서 반사된 적외선을 감지합니다.
• 광 베리어/슬롯 센서:테이프, 종이 또는 기타 재료의 가장자리를 감지합니다.
• 엔코더:광학 회전 또는 선형 엔코더에서 코드 휠 또는 스트립의 패턴을 읽는 데 사용됩니다.
• 간단한 리모컨 수신기:기본적인 적외선 명령 감지용 (복잡한 프로토콜의 경우 전용 수신 모듈이 더 일반적입니다).

7.2 설계 고려사항

• 바이어싱:포토트랜지스터는 두 가지 일반적인 구성으로 사용될 수 있습니다: 스위치 모드 (풀업 저항기 포함) 또는 아날로그 모드 (공통 이미터 증폭기 구성). 부하 저항기 (R_L)의 값은 출력 전압/전류와 응답 속도 모두에 결정적으로 영향을 미칩니다 (그림 3 참조).
• 주변광 내성:변동하는 주변광 (예: 햇빛, 실내 조명)이 있는 환경에서 신뢰할 수 있는 동작을 위해, 적외선 소스의 변조 및 포토트랜지스터 신호에 대한 해당 필터링 또는 복조가 종종 필요합니다.
• 렌즈 및 정렬:적외선 방출기와 포토트랜지스터 사이의 적절한 기계적 정렬은, 사이드 룩킹 방향과 각도 감도 패턴 (그림 5)을 고려하여, 신호 강도와 신뢰성을 극대화하는 데 필수적입니다.
• 온도 영향:설계는 특히 실외 또는 가혹한 환경에서 암전류 (그림 1) 및 감도의 온도 변화를 고려해야 합니다.
• 전기적 잡음:민감한 아날로그 회로에서는, 고임피던스 포토트랜지스터 노드에서 잡음 수신을 방지하기 위해 차폐 및 적절한 접지가 필요할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 포토다이오드와 비교하여, LTR-306과 같은 포토트랜지스터는 내부 이득을 제공하여 동일한 광 입력에 대해 훨씬 더 높은 출력 전류를 생성합니다. 이는 많은 간단한 감지 회로에서 외부 트랜스임피던스 증폭기의 필요성을 제거하여 구성 요소 수와 비용을 줄입니다. 다른 포토트랜지스터와 비교하여, LTR-306의 특정 장점은 특정 광 경로에 적합한 독특한 기계적 폼 팩터인사이드 룩킹 패키지, 유연성을 제공하는넓은 콜렉터 전류 빈닝, 그리고 감도를 향상시키는통합 렌즈에 있습니다. 명시된 상승/하강 시간 및 전압 정격은 중속 응용 분야에 대한 견고한 범용 구성 요소로 만듭니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 빈 코드 (A, B, C 등)가 제 설계에 어떤 의미가 있나요?

A: 빈 코드는 소자가 표준 테스트 조건에서 생성할 것을 보장하는 콜렉터 전류의 범위를 나타냅니다. 전력 소비를 고려하면서 다운스트림 회로 (예: 비교기, 마이크로컨트롤러 ADC)에 충분한 신호 전류를 제공하는 빈을 선택하십시오. 더 높은 빈 (E, F)은 더 많은 전류를 제공하지만 약간 더 높은 암전류를 가질 수 있습니다.

Q: 이 센서를 햇빛 아래에서 사용할 수 있나요?

A: 직사광선에는 상당량의 적외선 복사가 포함되어 있어 센서를 포화시키고 별도의 IR 소스 감지에 사용할 수 없게 만듭니다. 실외 사용의 경우, 광학 필터링 (가시광선을 차단하는 IR 통과 필터) 및/또는 동기 감지가 있는 변조 광원이 필수적입니다.

Q: 왜 상승/하강 시간이 부하 저항기에 의존하나요?

A: 포토트랜지스터의 속도는 접합 커패시턴스와 부하 저항 (R_L)에 의해 형성된 RC 시정수에 의해 제한됩니다. 더 큰 R_L은 더 큰 시정수를 생성하여 콜렉터에서의 전압 스윙을 늦추므로 상승 및 하강 시간을 증가시킵니다. 더 빠른 응답을 위해서는 더 작은 R_L을 사용하십시오, 하지만 이는 출력 전압 스윙도 감소시킵니다.

Q: 감도 다이어그램을 어떻게 해석하나요?

A: 다이어그램은 센서가 다른 각도에서 오는 빛에 대한 상대적 응답을 보여줍니다. 1.0 (또는 100%) 값은 일반적으로 0° (렌즈에 정면)에서입니다. 곡선은 광원이 정렬되지 않았을 때 신호가 얼마나 감소하는지 보여줍니다. 이를 사용하여 제품의 기계적 하우징 및 정렬 기능을 설계하십시오.

10. 실용적인 설계 예시

시나리오: 프린터용 용지 감지 센서 설계.적외선 LED는 용지 경로의 한쪽에 배치되고, LTR-306은 정반대에 배치되어 빔을 생성합니다. 용지가 없을 때, IR 빛이 포토트랜지스터에 도달하여 켜지고 콜렉터 전압을 낮춥니다. 용지가 통과할 때, 빔을 차단하여 포토트랜지스터가 꺼지고 콜렉터 전압이 높아집니다 (풀업 저항기를 통해). 이 전압 전이는 마이크로컨트롤러에 의해 감지됩니다.

설계 단계:

1. 적절한 빈 (예: 빈 C)을 선택하여 예상 동작 온도 범위에서 선택된 풀업 저항기 전압을 안정적으로 구동할 만큼 충분히 강한 전류 변화를 보장합니다.

2. 부하/풀업 저항기 (R_L)를 선택합니다. 5V 공급 전압에 4.7kΩ 저항기는 좋은 전압 스윙을 제공할 것입니다. 그림 3을 참조하여 결과적인 ~100μs 응답 시간이 용지 속도에 충분히 빠른지 확인하십시오.

3. 홀더를 기계적으로 설계하여 LED와 LTR-306이 감도 다이어그램 (그림 5)의 0° 축에 따라 정렬되도록 합니다. 사이드 룩킹 패키지는 두 구성 요소를 서로 마주보도록 PCB에 평평하게 장착할 수 있도록 하여 이를 단순화합니다.

4. 센서가 일정한 주변 IR 빛에 영향을 받지 않도록 변조 (예: 1kHz 구형파)가 있는 IR LED 드라이버를 구현합니다. 마이크로컨트롤러는 이 변조와 동기적으로 센서 신호를 읽을 것입니다.

11. 동작 원리

포토트랜지스터는 베이스 영역이 빛에 노출된 바이폴라 접합 트랜지스터입니다. LTR-306 (NPN 타입)에서, 충분한 에너지 (~940nm의 적외선)를 가진 입사 광자는 베이스-콜렉터 접합에서 흡수되어 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이 광생성 캐리어는 역방향 바이어스된 베이스-콜렉터 접합의 전기장에 의해 분리됩니다. 결과적인 광전류는 트랜지스터의 베이스 전류 역할을 합니다. 트랜지스터의 전류 이득 (베타/h_FE)으로 인해, 이 작은 광전류가 증폭되어 훨씬 더 큰 콜렉터 전류를 생성합니다. 이 내부 증폭이 포토다이오드와의 주요 차이점입니다. 콜렉터 전류는 주로 입사광의 강도와 소자의 이득에 비례합니다.

LTR-306과 같은 포토트랜지스터는 간단한 광 감지를 위한 성숙하고 비용 효율적인 기술을 나타냅니다. 광전자의 현재 트렌드에는 포토트랜지스터와 온칩 증폭 및 신호 조정 회로의 통합이 포함되어 디지털 출력 센서 또는 개선된 선형성 및 온도 보상이 있는 아날로그 센서를 만듭니다. 더 작은 풋프린트를 가진 소형화 및 표면 실장 패키지로의 이동도 있습니다. 더 높은 속도 및 더 정밀한 응용 분야의 경우, 외부 트랜스임피던스 증폭기 또는 전용 광학 IC가 있는 포토다이오드가 종종 선호됩니다. 그러나 기본적이고 저비용이며 중속 감지 작업의 경우, 이산 포토트랜지스터는 단순성, 견고성 및 낮은 구성 요소 수로 인해 여전히 매우 관련성이 높습니다.

Phototransistors like the LTR-306 represent a mature and cost-effective technology for simple light sensing. Current trends in optoelectronics include the integration of phototransistors with on-chip amplification and signal conditioning circuits to create digital output sensors or analog sensors with improved linearity and temperature compensation. There is also a move towards miniaturization and surface-mount packages with even smaller footprints. For higher-speed and more precise applications, photodiodes with external transimpedance amplifiers or dedicated optical ICs are often preferred. However, for basic, low-cost, medium-speed detection tasks, discrete phototransistors remain highly relevant due to their simplicity, robustness, and low component count.