Dokumen Teknikal LTR-5576D Fototransistor - Pakej 3.0x2.8x1.9mm - Vce 30V - Kuasa 100mW - Penapis Hijau Gelap

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTR-5576D ialah fototransistor silikon NPN yang direka untuk aplikasi pengesanan inframerah. Fungsi utamanya adalah untuk menukar cahaya inframerah tuju kepada arus elektrik pada terminal pengumpulnya. Ciri pembeza utama komponen ini ialah pakej plastik hijau gelap khasnya. Bahan pembungkusan ini dipilih khusus untuk melemahkan atau memotong panjang gelombang cahaya nampak, seterusnya meningkatkan kepekaan dan pemilihan peranti terhadap sinaran inframerah. Ini menjadikannya amat sesuai untuk aplikasi di mana pembezaan antara cahaya nampak ambien dan isyarat inframerah yang dikehendaki adalah penting.

Kelebihan teras LTR-5576D termasuk julat operasi yang luas untuk arus pengumpul, yang memberikan fleksibiliti reka bentuk. Ia menawarkan kepekaan tinggi terhadap cahaya inframerah, memastikan pengesanan yang boleh dipercayai walaupun pada tahap penyinaran yang lebih rendah. Tambahan pula, ia mempunyai masa pensuisan pantas, dicirikan oleh masa naik dan turun dalam julat mikrosaat, membolehkan penggunaannya dalam aplikasi yang memerlukan tindak balas pantas, seperti pautan komunikasi data, pengesanan objek dan pengesanan kelajuan.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ia dinyatakan pada suhu ambien (T_A) 25°C.

• Pelesapan Kuasa (P_D):100 mW. Ini adalah kuasa maksimum yang boleh dipancarkan oleh peranti sebagai haba. Melebihi had ini berisiko menyebabkan larian haba dan kegagalan.
• Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CEO):30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan antara pengumpul dan pemancar dengan asas terbuka (terapung).
• Voltan Pemancar-Pengumpul (V_ECO):5 V. Voltan songsang maksimum yang boleh digunakan antara pemancar dan pengumpul.
• Julat Suhu Operasi:-40°C hingga +85°C. Julat suhu ambien di mana peranti dijamin berfungsi mengikut spesifikasi elektriknya.
• Julat Suhu Penyimpanan:-55°C hingga +100°C. Julat suhu untuk penyimpanan tanpa operasi tanpa degradasi.
• Suhu Pateri Kaki:260°C selama 5 saat, diukur 1.6mm dari badan pakej. Ini mentakrifkan kekangan profil pateri alir balik.

2.2 Ciri Elektrik & Optik

Parameter ini mentakrifkan prestasi peranti di bawah keadaan ujian tertentu pada T_A=25°C.

• Voltan Pecahan Pengumpul-Pemancar, V_(BR)CEO:30 V (Min). Diukur pada I_C= 1mA dengan penyinaran sifar (E_e= 0 mW/cm²).
• Voltan Pecahan Pemancar-Pengumpul, V_(BR)ECO:5 V (Min). Diukur pada I_E= 100μA dengan penyinaran sifar.
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar, V_CE(SAT):0.4 V (Maks). Susut voltan merentasi peranti apabila ia "hidup" sepenuhnya (mengkonduksi), diuji pada I_C= 50μA dan E_e= 0.5 mW/cm². V_CE(SAT)yang rendah adalah diingini untuk pensuisan yang cekap.
• Masa Pensuisan:
  • Masa Naik (T_r):15 μs (Tip.). Masa untuk arus keluaran naik dari 10% hingga 90% daripada nilai akhirnya.
  • Masa Turun (T_f):18 μs (Tip.). Masa untuk arus keluaran turun dari 90% hingga 10% daripada nilai awalnya. Diuji pada V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ.
• Arus Gelap Pengumpul (I_CEO):100 nA (Maks). Arus bocor yang mengalir melalui pengumpul apabila tiada cahaya tuju (E_e= 0 mW/cm²) dan V_CE= 10V. Arus gelap yang rendah adalah kritikal untuk nisbah isyarat-ke-hingar yang baik dalam pengesanan cahaya rendah.
• Nisbah Arus Pengumpul Keadaan-Hidup (R):Ditakrifkan sebagai I_L1/I_L2, dengan nilai tipikal 1.0 dan min/maks 0.8/1.25. Parameter ini berkaitan dengan konsistensi keluaran arus di bawah keadaan ujian tertentu.

3. Penjelasan Sistem Pembin

LTR-5576D menggunakan sistem pembin berdasarkan purata arus pengumpul keadaan-hidup (I_C(ON)). Arus ini diukur di bawah keadaan piawai: V_CE= 5V dan penyinaran (E_e) 1 mW/cm². Peranti disusun ke dalam bin berbeza (A hingga F) mengikut julat I_C(ON)yang diukur. Setiap bin dikaitkan dengan tanda warna tertentu untuk pengenalan mudah.

Dua set had disediakan: julatTetapan Pengeluaranyang lebih ketat digunakan semasa penyusunan pembuatan, danHad Kawalan Kualiti (Q.C.)yang lebih luas digunakan untuk ujian penerimaan akhir.

Pembin ini membolehkan pereka memilih peranti dengan kepekaan yang konsisten untuk keperluan litar khusus mereka, memastikan prestasi yang boleh diramalkan dalam pengeluaran volum.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen teknikal menyediakan beberapa lengkung ciri yang menggambarkan kelakuan peranti di bawah pelbagai keadaan.

4.1 Arus Gelap Pengumpul lwn. Suhu Ambien (Raj. 1)

Lengkung ini menunjukkan bahawa arus gelap pengumpul (I_CEO) meningkat secara eksponen dengan peningkatan suhu ambien. Pada 25°C, ia berada dalam julat nanoampere, tetapi ia boleh meningkat dengan ketara pada hujung atas julat suhu operasi (+85°C). Ciri ini adalah penting untuk mereka bentuk litar yang mesti mengekalkan kestabilan dalam julat suhu yang luas, kerana peningkatan arus gelap bertindak sebagai ofset atau sumber hingar.

4.2 Penurunan Kuasa Pengumpul lwn. Suhu Ambien (Raj. 2)

Graf ini menggambarkan penurunan pelesapan kuasa maksimum yang dibenarkan apabila suhu ambien meningkat. Pada 25°C, peranti boleh memancarkan penuh 100 mW. Apabila suhu meningkat, kuasa maksimum ini mesti dikurangkan secara linear untuk mengelakkan melebihi had suhu simpang. Lengkung ini adalah penting untuk pengurusan haba dan memastikan operasi yang boleh dipercayai dalam persekitaran suhu tinggi.

4.3 Masa Naik & Turun lwn. Rintangan Beban (Raj. 3)

Plot ini menunjukkan hubungan antara kelajuan pensuisan (T_r, T_f) dan rintangan beban (R_L) yang disambungkan ke pengumpul. Masa pensuisan berkurangan apabila rintangan beban berkurangan. Ini kerana R_Lyang lebih kecil membolehkan pengecasan dan nyahcas kapasitan simpang fototransistor dan sebarang kapasitan parasit dalam litar dengan lebih pantas. Pereka boleh menggunakan lengkung ini untuk mengoptimumkan R_Luntuk keseimbangan yang dikehendaki antara kelajuan pensuisan dan amplitud isyarat keluaran.

4.4 Arus Pengumpul Relatif lwn. Penyinaran (Raj. 4)

Lengkung ini menunjukkan fungsi pemindahan fototransistor: hubungan antara penyinaran inframerah tuju (E_e, dalam mW/cm²) dan arus pengumpul yang terhasil (I_C). Lengkung ini biasanya linear dalam julat tertentu. Kelinearan ini adalah penting untuk aplikasi penderiaan analog di mana arus keluaran sepatutnya berkadar langsung dengan keamatan cahaya. Plot diambil pada V_CE= 5V.

5. Maklumat Mekanikal & Pakej

5.1 Dimensi Pakej

LTR-5576D hadir dalam pakej sisi pandang 3-pin standard. Dimensi utama (dalam milimeter) adalah seperti berikut, dengan toleransi umum ±0.15mm melainkan dinyatakan sebaliknya:

• Badan Pakej: Kira-kira 3.0mm panjang, 2.8mm tinggi, dan 1.9mm dalam (tidak termasuk kaki).
• Jarak Kaki: Jarak antara pusat kaki adalah nilai standard, diukur di mana ia keluar dari badan pakej.
• Resin Terjulur: Maksimum 1.5mm resin mungkin terjulur di bawah flens.

Bahan plastik hijau gelap pakej adalah penting untuk fungsinya, menapis cahaya nampak.

5.2 Pengenalpastian Polarity

Peranti mempunyai tiga kaki: Pemancar, Pengumpul, dan Asas (sering dibiarkan tidak bersambung atau digunakan untuk perintang pincang dalam beberapa konfigurasi). Susunan pin adalah standard untuk jenis pakej ini, tetapi pereka mesti sentiasa merujuk lukisan pakej terperinci dalam dokumen teknikal untuk orientasi yang betul. Sambungan yang salah boleh merosakkan peranti.

6. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Pengendalian dan pemasangan fototransistor memerlukan penjagaan untuk mengelakkan kerosakan daripada nyahcas elektrostatik (ESD) dan haba berlebihan.

• Langkah Berjaga-jaga ESD:Peranti adalah sensitif kepada ESD. Prosedur pengendalian selamat ESD yang betul, termasuk penggunaan tali pergelangan tangan berasaskan bumi dan permukaan kerja konduktif, mesti dipatuhi.
• Pateri Alir Balik:Penarafan maksimum mutlak untuk pateri kaki ialah 260°C selama 5 saat, diukur 1.6mm dari badan pakej. Ini sepadan dengan profil alir balik bebas plumbum standard. Profil mesti dikawal dengan teliti untuk mengelakkan kejutan haba atau melebihi had ini.
• Pateri Gelombang:Jika digunakan, pateri gelombang harus dilakukan dengan pemanasan awal yang sesuai untuk mengurangkan tekanan haba pada pakej plastik.
• Pembersihan:Gunakan pelarut pembersih yang serasi dengan bahan plastik hijau gelap untuk mengelakkan perubahan warna atau degradasi.
• Penyimpanan:Simpan dalam persekitaran kering, dilindungi ESD dalam julat suhu yang ditetapkan -55°C hingga +100°C.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Tipikal

• Pengesanan Objek dan Penderiaan Kedekatan:Digunakan dalam peranti seperti paip automatik, pengering tangan, dispenser tisu kertas, dan sistem keselamatan untuk mengesan kehadiran atau ketiadaan objek dengan memantulkan pancaran inframerah.
• Automasi Perindustrian:Untuk mengira objek pada tali sawat penghantar, mengesan kedudukan bahagian mesin, atau dalam pengekod optik untuk maklum balas kelajuan dan kedudukan.
• Elektronik Pengguna:Dalam penerima kawalan jauh (walaupun sering dipasangkan dengan IC khusus), sensor cahaya ambien untuk kawalan kecerahan paparan, dan sensor slot dalam pencetak atau pemacu cakera.
• Pautan Data Asas:Untuk penghantaran data inframerah jarak pendek yang mudah (contohnya, sistem patuh IrDA pada kelajuan lebih rendah).

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Litar Pincang:Fototransistor boleh digunakan dalam dua konfigurasi biasa: suis mudah (dengan perintang tarik-naik) atau dalam mod linear untuk penderiaan analog. Nilai perintang beban (R_L) adalah kritikal dan mempengaruhi gandaan, lebar jalur (kelajuan pensuisan), dan ayunan voltan keluaran.
• Penolakan Cahaya Ambien:Pakej hijau gelap memberikan penolakan yang ketara terhadap cahaya nampak, tetapi ia tidak sempurna. Untuk persekitaran cahaya ambien tinggi, penapisan optik tambahan, isyarat IR termodulat, atau teknik pengesanan segerak mungkin diperlukan untuk meningkatkan integriti isyarat.
• Pampasan Suhu:Seperti yang ditunjukkan dalam lengkung, arus gelap meningkat dengan suhu. Untuk penderiaan analog ketepatan, litar mungkin memerlukan pampasan suhu atau penggunaan peranti dalam konfigurasi pembeza untuk membatalkan ofset bergantung suhu.
• Reka Bentuk Kanta dan Perumahan:Medan pandang sensor ditentukan oleh pakejnya. Kanta atau apertur luaran boleh digunakan untuk memfokus atau menyekat kawasan penderiaan seperti yang diperlukan untuk aplikasi.

8. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Pembeza utama LTR-5576D ialahpakej plastik hijau gelapnya. Berbanding dengan pakej jernih atau tidak berwarna standard, ini menawarkan penapisan semula jadi cahaya nampak, memudahkan reka bentuk optik dalam persekitaran dengan cahaya nampak ambien yang berubah-ubah.Masa pensuisan pantasnya(dalam julat 15-18 μs) menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan tindak balas lebih pantas daripada fototransistor tipikal, yang boleh mempunyai masa pensuisan dalam puluhan hingga ratusan mikrosaat.Sistem pembin komprehensif(Bin A-F) menyediakan pereka dengan julat kepekaan yang dijamin, membolehkan prestasi yang lebih konsisten dalam pengeluaran volum berbanding dengan bahagian tanpa bin dengan sebaran parameter yang lebih luas.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Apakah tujuan pakej hijau gelap?
J: Plastik hijau gelap bertindak sebagai penapis optik terbina dalam. Ia melemahkan kebanyakan spektrum cahaya nampak sambil membenarkan panjang gelombang inframerah melalui ke cip silikon. Ini mengurangkan dengan ketara tindak balas sensor terhadap cahaya bilik ambien, cahaya matahari, atau sumber nampak lain, menjadikannya bertindak balas terutamanya kepada isyarat inframerah yang dikehendaki.

S: Bagaimana saya memilih perintang beban (R_L) yang betul?
J: Pilihan melibatkan pertukaran. R_Lyang lebih besar memberikan ayunan voltan keluaran yang lebih tinggi untuk fotokarus tertentu (gandaan lebih tinggi) tetapi mengakibatkan kelajuan pensuisan yang lebih perlahan (lihat Raj. 3). R_Lyang lebih kecil menawarkan tindak balas lebih pantas tetapi gandaan lebih rendah. Pilih R_Lberdasarkan sama ada keutamaan anda adalah kepekaan (penderiaan analog) atau kelajuan (pensuisan digital).

S: Apakah maksud pembin (A-F) untuk reka bentuk saya?
J: Pembin memastikan konsistensi kepekaan. Jika litar anda direka untuk ambang arus tertentu, menggunakan peranti dari bin yang sama menjamin mereka semua akan picu pada tahap cahaya yang lebih kurang sama. Mencampurkan bin boleh menyebabkan beberapa unit lebih atau kurang sensitif daripada yang lain. Pilih bin yang julat I_C(ON)nya sesuai dengan titik operasi litar anda.

S: Bolehkah saya menggunakan sensor ini di bawah cahaya matahari langsung?
J: Walaupun pakej hijau gelap membantu, cahaya matahari langsung mengandungi jumlah sinaran inframerah yang besar yang boleh memenuhi sensor. Untuk aplikasi luar atau IR ambien tinggi, langkah tambahan diperlukan, seperti penapis jalur lebar optik yang ditala kepada panjang gelombang sumber IR khusus anda, perisai fizikal, atau menggunakan sumber IR termodulat dengan pengesanan segerak.

10. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario: Mereka Bentuk Sensor Dispenser Tisu Kertas.
Matlamatnya adalah untuk mengesan tangan yang diletakkan di bawah dispenser dan mengaktifkan motor. Pemancar LED IR diletakkan bertentangan dengan pengesan LTR-5576D. Biasanya, pancaran IR mengenai pengesan, menghasilkan arus. Apabila tangan mengganggu pancaran, arus turun.

Langkah Reka Bentuk:
1. Konfigurasi Litar:Gunakan fototransistor dalam konfigurasi suis pemancar biasa. Sambungkan pengumpul kepada voltan bekalan (contohnya, 5V) melalui perintang beban R_L. Pemancar disambungkan ke bumi. Voltan keluaran diambil pada nod pengumpul.
2. Memilih R_L:Memandangkan kelajuan tidak kritikal (pergerakan tangan perlahan), utamakan ayunan isyarat yang baik. Dari Raj. 4, pada penyinaran yang munasabah, I_Cmungkin ~500μA (Bin C). Memilih R_L= 10kΩ memberikan ayunan voltan ΔV = I_C* R_L≈ 5V, yang sangat baik untuk memacu input logik.
3. Pemilihan Pembin:Pilih bin (contohnya, Bin C atau D) yang memberikan arus mencukupi dengan keluaran LED IR yang dipilih pada jarak penderiaan yang diperlukan. Ini memastikan picuan yang boleh dipercayai.
4. Kekebalan Cahaya Ambien:Pakej hijau gelap LTR-5576D secara automatik menolak kebanyakan variasi dalam pencahayaan bilik, menjadikan sistem teguh tanpa penapisan kompleks.
5. Penyelarasan Keluaran:Voltan pengumpul (tinggi apabila pancaran hadir, rendah apabila terganggu) boleh dihantar terus ke pembanding atau pin GPIO mikropengawal untuk pemprosesan.

11. Prinsip Operasi

Fototransistor pada asasnya adalah transistor simpang dwikutub (BJT) di mana arus asas dijana oleh cahaya dan bukannya sambungan elektrik. Dalam LTR-5576D (jenis NPN), foton inframerah yang tuju pada simpang asas-pengumpul menjana pasangan elektron-lubang. Pembawa fototerjana ini disapu oleh medan elektrik merentasi simpang asas-pengumpul pincang songsang, mencipta fotokarus. Fotokarus ini bertindak sebagai arus asas (I_B) untuk transistor. Disebabkan oleh gandaan arus transistor (β atau h_FE), arus pengumpul (I_C) adalah jauh lebih besar daripada fotokarus asal (I_C≈ β * I_B). Penguatan dalaman inilah yang memberikan fototransistor kepekaan tingginya berbanding dengan fotodiod mudah.

12. Trend Teknologi

Bidang penderiaan optik terus berkembang. Trend yang berkaitan dengan komponen seperti LTR-5576D termasuk:
Integrasi:Peningkatan integrasi pengesan foto dengan litar hadapan analog (penguat transimpedans, ADC) dan logik digital ke dalam penyelesaian cip tunggal atau modul.
Kekhususan Panjang Gelombang:Pembangunan pengesan dengan lengkung tindak balas spektrum yang lebih tajam atau kebolehubahan untuk aplikasi khusus seperti penderiaan gas atau analisis biologi.
Pengecilan:Pengurangan berterusan dalam saiz pakej untuk muat ke dalam peranti pengguna dan perubatan yang semakin kecil.
Prestasi Dipertingkatkan:Usaha untuk mengurangkan lagi arus gelap, meningkatkan kelajuan, dan meningkatkan kepekaan untuk aplikasi kuasa rendah. Prinsip asas fototransistor kekal sah, tetapi pelaksanaannya dan seni bina sistem sokongan terus maju.