Lembaran Data Fototransistor LTR-S320-DB-L - Pakej EIA - Kepekaan Puncak 940nm - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTR-S320-DB-L ialah fototransistor silikon NPN berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi penderiaan inframerah. Komponen ini dioptimumkan untuk mengesan cahaya dalam spektrum inframerah dekat, dengan kepekaan puncak khusus pada 940nm, menjadikannya sesuai untuk pelbagai sistem kawalan jauh, pengesanan objek, dan tugas automasi industri. Fungsi utamanya adalah untuk menukar cahaya inframerah tuju kepada arus elektrik yang sepadan.

Peranti ini dibungkus dalam pakej standard yang mematuhi EIA dengan kanta resin hitam pemotong cahaya siang. Kanta ini berkesan menapis cahaya ambien yang boleh dilihat, mengurangkan bunyi dan pencetus palsu dengan ketara, seterusnya meningkatkan nisbah isyarat kepada bunyi dengan kehadiran pencahayaan latar belakang. Pakej ini direka untuk keserasian dengan proses pemasangan automatik volum tinggi, termasuk suapan pita-dan-gegelung dan pateri alir balik inframerah, selaras dengan keperluan pembuatan moden.

Sebagai "Produk Hijau" yang mematuhi RoHS dan bebas plumbum (Pb-free), ia memenuhi piawaian alam sekitar kontemporari. Gabungan tindak balas spektrum, reka bentuk pakej, dan keserasian pembuatan meletakkannya sebagai penyelesaian yang boleh dipercayai dan serba boleh untuk litar pengesanan inframerah yang sensitif kepada kos dan berorientasikan prestasi.

2. Parameter Teknikal: Tafsiran Objektif Mendalam

Semua ciri elektrik dan optik dinyatakan pada suhu ambien (T_A) 25°C, menyediakan garis dasar piawai untuk penilaian prestasi.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah atau pada had ini tidak dijamin dan harus dielakkan dalam reka bentuk litar.

• Pelesapan Kuasa (P_D):150 mW. Ini ialah kuasa maksimum yang boleh dilesapkan oleh peranti sebagai haba. Melebihi had ini berisiko menyebabkan larian haba dan kegagalan.
• Voltan Pemungut-Pemancar (V_CEO):30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan antara terminal pemungut dan pemancar apabila bes terbuka (fototransistor dalam keadaan gelap).
• Julat Suhu Operasi:-40°C hingga +85°C. Julat suhu ambien di mana peranti direka untuk berfungsi dengan betul.
• Julat Suhu Penyimpanan:-55°C hingga +100°C. Julat suhu untuk penyimpanan bukan operasi tanpa degradasi.
• Keadaan Pateri Inframerah:Suhu puncak 260°C untuk maksimum 10 saat. Ini mentakrifkan had profil haba untuk proses pateri alir balik bebas plumbum.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Parameter ini mentakrifkan prestasi peranti di bawah keadaan ujian tertentu.

• Voltan Pecahan Songsang (V_(BR)R):Minimum 33V, tipikal 170V pada I_R=100µA. Nilai tinggi ini menunjukkan simpang yang teguh mampu menahan pincang songsang yang ketara, yang bermanfaat untuk litar dengan beban induktif atau lonjakan voltan.
• Arus Gelap Songsang (I_D):Maksimum 10 nA pada V_R=10V. Ini ialah arus bocor apabila tiada cahaya tuju. Arus gelap yang rendah adalah kritikal untuk mencapai kepekaan tinggi dan operasi bunyi rendah, terutamanya dalam senario pengesanan cahaya rendah.
• Voltan Litar Terbuka (V_OC):Tipikal 390 mV apabila disinari cahaya 940nm pada sinaran (E_e) 0.5 mW/cm². Parameter ini relevan apabila peranti digunakan dalam mod fotovolta (tiada pincang luaran).
• Arus Litar Pintas (I_SC):Tipikal 1.8 µA di bawah keadaan ujian yang sama seperti V_OC(V_R=5V, λ=940nm, E_e=0.5 mW/cm²). Ini mewakili fotokarus yang dijana apabila output dipintaskan.
• Masa Naik (T_r) & Masa Jatuh (T_f):Maksimum 30 ns setiap satu (V_R=10V, R_L=1kΩ). Spesifikasi kelajuan pensuisan ini adalah penting untuk aplikasi yang memerlukan pengesanan denyut pantas atau modulasi frekuensi tinggi, seperti dalam pautan komunikasi data.
• Kapasitans Jumlah (C_T):Maksimum 1 pF pada V_R=5V, f=1MHz. Kapasitans simpang rendah adalah penting untuk mengekalkan masa tindak balas pantas, kerana ia menghadkan pemalar masa RC litar.
• Lebar Jalur Spektrum (λ_0.5):750 nm hingga 1100 nm. Ini mentakrifkan julat panjang gelombang di mana responsiviti peranti adalah sekurang-kurangnya separuh daripada nilai puncaknya. Ia meliputi kawasan inframerah biasa yang digunakan oleh banyak pemancar IR (seperti LED 850nm dan 940nm).
• Panjang Gelombang Kepekaan Puncak (λ_P):940 nm. Peranti ini dipadankan secara spektrum dengan LED inframerah yang memancar pada 940nm, memastikan kecekapan dan kekuatan isyarat maksimum dalam pasangan sedemikian.

3. Analisis Keluk Prestasi

Lembaran data merujuk kepada keluk ciri tipikal yang memberikan pandangan visual tentang tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan. Walaupun graf khusus tidak dihasilkan semula dalam teks, implikasi tipikalnya dianalisis di bawah.

3.1 Ciri-ciri IV (Arus-Voltan)

Satu keluarga keluk yang memplot arus pemungut (I_C) melawan voltan pemungut-pemancar (V_CE) untuk tahap sinaran tuju (E_e) yang berbeza. Keluk ini biasanya akan menunjukkan bahawa untuk sinaran tetap, I_Cmeningkat dengan V_CEsehingga ia mencapai kawasan tepu. Tahap sinaran yang lebih tinggi mengalihkan keluk ke atas, menunjukkan fotokarus yang lebih besar. Kecerunan dalam kawasan aktif berkaitan dengan konduktans output peranti.

3.2 Kepekaan Relatif vs. Panjang Gelombang

Keluk ini secara grafik mewakili tindak balas spektrum, memuncak pada 940nm dan mengecil ke arah 750nm dan 1100nm (titik λ_0.5). Ia adalah penting untuk memilih pemancar IR yang sesuai untuk dipasangkan dengan pengesan dan untuk menilai kesan sumber cahaya ambien dengan spektrum yang berbeza.

3.3 Kebergantungan Suhu

Keluk kemungkinan menunjukkan variasi parameter utama seperti arus gelap (I_D) dan fotokarus dengan suhu ambien. Arus gelap biasanya meningkat secara eksponen dengan suhu (berganda kira-kira setiap 10°C), yang boleh menjadi sumber bunyi yang ketara dalam aplikasi suhu tinggi. Fotokarus juga mungkin mempunyai pekali suhu negatif yang sedikit.

4. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

4.1 Dimensi Pakej

Peranti ini mematuhi garis besar pakej EIA standard. Semua dimensi disediakan dalam milimeter dengan toleransi standard ±0.10 mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Pakej ini mempunyai kanta resin hitam pemotong cahaya siang yang dicetak atas cip silikon.

4.2 Pengenalpastian Polarity & Susunan Pin

Fototransistor ialah peranti 2-pin. Susunan pin adalah standard untuk pakej sedemikian: pemungut biasanya disambungkan ke kes atau plumbum yang lebih panjang (jika berkenaan), manakala pemancar ialah pin yang lain. Gambar rajah lembaran data memberikan pengenalpastian muktamad. Polarity yang betul adalah penting untuk operasi litar yang betul.

4.3 Susun Atur Pad Pateri yang Dicadangkan

Corak landasan (tapak kaki) yang disyorkan untuk reka bentuk PCB disediakan untuk memastikan pembentukan sendi pateri yang boleh dipercayai semasa alir balik. Mematuhi dimensi ini membantu mengelakkan tombstoning, ketidaksejajaran, atau fillet pateri yang tidak mencukupi.

5. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

5.1 Profil Pateri Alir Balik

Cadangan terperinci untuk profil alir balik inframerah yang sesuai untuk proses pateri bebas plumbum (Pb-free) disediakan. Parameter utama termasuk:

• Pra-panas:150°C hingga 200°C.
• Masa Pra-panas:Maksimum 120 saat.
• Suhu Puncak:Maksimum 260°C.
• Masa Atas Likuidus (pada puncak):Maksimum 10 saat.
• Bilangan Maksimum Kitaran Alir Balik: Two.

Profil ini berdasarkan piawaian JEDEC untuk memastikan integriti pakej. Jurutera mesti mencirikan profil untuk reka bentuk PCB, komponen, dan pes pateri khusus mereka.

5.2 Pateri Tangan

Jika pateri tangan diperlukan, suhu hujung besi tidak boleh melebihi 300°C, dan masa pateri per plumbum harus dihadkan kepada maksimum 3 saat. Hanya satu kitaran pateri tangan disyorkan untuk mengelakkan tekanan haba.

5.3 Pembersihan

Hanya agen pembersihan yang ditentukan harus digunakan. Alkohol isopropil (IPA) atau etil alkohol disyorkan. Peranti harus direndam pada suhu biasa selama kurang daripada satu minit. Cecair kimia yang tidak ditentukan mungkin merosakkan resin pakej.

5.4 Keadaan Penyimpanan

Pakej Tertutup (Beg Halangan Kelembapan):Simpan pada ≤30°C dan ≤90% RH. Komponen dinilai untuk digunakan dalam tempoh satu tahun dari tarikh meterai beg.

Pakej Terbuka:Simpan pada ≤30°C dan ≤60% RH. Komponen harus dialir balik dalam tempoh satu minggu (168 jam). Untuk penyimpanan lebih lama di luar beg asal, ia mesti disimpan dalam bekas tertutup dengan bahan pengering atau dalam pengering nitrogen. Komponen yang disimpan selama lebih daripada satu minggu harus dibakar pada kira-kira 60°C selama sekurang-kurangnya 20 jam sebelum dipateri untuk mengeluarkan kelembapan yang diserap dan mengelakkan "popcorning" semasa alir balik.

6. Maklumat Pembungkusan & Pesanan

6.1 Spesifikasi Pita dan Gegelung

Peranti dibekalkan dalam pita pembawa 8mm pada gegelung diameter 7-inci (178mm), serasi dengan peralatan penempatan automatik standard.

• Kepingan per Gegelung: 3000.
• Pita Penutup:Poket komponen kosong dimeterai dengan pita penutup atas.
• Komponen Hilang:Maksimum dua komponen hilang berturut-turut ("lampu hilang") dibenarkan setiap spesifikasi gegelung.
• Standard:Pembungkusan mengikut spesifikasi ANSI/EIA 481-1-A-1994.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

• Penerima Kawalan Jauh Inframerah:Untuk TV, sistem audio, dan set-top box (dipasangkan dengan LED IR 940nm).
• Pengesanan Objek/Kedekatan:Dalam pencetak, mesin fotokopi, mesin layan diri, dan automasi industri untuk mengesan kertas, objek, atau kedudukan.
• Pengesan Asap:Dalam reka bentuk berasaskan kebuk optik.
• Pengekod:Untuk penderiaan kelajuan atau kedudukan dalam kawalan motor.
• Pengasingan Optik Asas:Dalam litar pengasingan berkelajuan rendah, sensitif kos.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk Litar

Kaedah Pendorongan:Fototransistor ialah peranti output arus. Untuk prestasi yang konsisten, terutamanya apabila berbilang peranti digunakan secara selari, adalah sangat disyorkan untuk menggunakan perintang pembatas arus secara bersiri dengan setiap fototransistor (Model Litar A dalam lembaran data).

Model Litar A (Disyorkan):Setiap fototransistor mempunyai perintang siri sendiri yang disambungkan kepada voltan bekalan. Ini memastikan setiap peranti beroperasi pada titik arus yang ditakrifkan, mengimbangi variasi kecil dalam ciri-ciri arus-voltan (I-V) mereka dan mengelakkan perebutan arus oleh satu peranti.

Model Litar B (Tidak Disyorkan untuk Penggunaan Selari):Berbilang fototransistor disambungkan secara langsung secara selari kepada satu perintang kongsi tunggal. Disebabkan variasi semula jadi dalam keluk I-V komponen individu, satu peranti mungkin menarik lebih banyak arus daripada yang lain, membawa kepada kecerahan atau kepekaan yang tidak sekata dalam aplikasi pengesanan.

Pincangan:Peranti ini biasanya digunakan dalam konfigurasi pemancar biasa dengan perintang tarik atas pada pemungut. Nilai perintang beban ini (R_L) mempengaruhi kedua-dua ayunan voltan output dan kelajuan tindak balas (melalui pemalar masa RC yang dibentuk dengan kapasitans peranti). R_Lyang lebih kecil memberikan tindak balas lebih pantas tetapi perubahan voltan output yang lebih kecil.

Kekebalan Bunyi:Kanta hitam pemotong cahaya siang memberikan penolakan cahaya boleh dilihat yang sangat baik. Walau bagaimanapun, untuk persekitaran bunyi tinggi (contohnya, dengan pencahayaan pendarfluor atau cahaya matahari), penapisan elektrik tambahan (contohnya, kapasitor selari dengan perintang beban atau algoritma debounce perkakasan/perisian) mungkin diperlukan untuk menolak gangguan termodulasi.

8. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan fotodiod mudah, fototransistor menyediakan gandaan arus dalaman (beta transistor, β), menghasilkan arus output yang jauh lebih tinggi untuk tahap cahaya tuju yang sama. Ini memudahkan antaramuka secara langsung dengan litar logik atau pengawal mikro tanpa memerlukan peringkat penguatan seterusnya, memudahkan reka bentuk dan mengurangkan bilangan komponen.

Walau bagaimanapun, gandaan ini datang dengan kos masa tindak balas yang lebih perlahan (biasanya puluhan hingga ratusan nanosaat untuk fototransistor vs. nanosaat untuk fotodiod) dan kapasitans yang berpotensi lebih tinggi. Untuk aplikasi berkelajuan sangat tinggi (contohnya, modulasi >1 MHz), fotodiod dengan penguat transimpedans luaran mungkin pilihan yang lebih baik.

Pembeza utama LTR-S320-DB-L dalam kategori fototransistor ialah pakej EIA piawainya untuk kemudahan pembuatan, pemadanan spektrum 940nm khusus, kanta penapis cahaya siang bersepadu, dan kelayakannya untuk proses alir balik bebas plumbum.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

9.1 Apakah tujuan kanta "daylight cut-off"?

Kanta resin hitam didop untuk legap kepada cahaya boleh dilihat tetapi lutsinar kepada panjang gelombang inframerah sekitar 940nm. Ini mengurangkan dengan ketara fotokarus yang dijana oleh cahaya bilik ambien, cahaya matahari, atau sumber boleh dilihat lain, meminimumkan pencetus palsu dan meningkatkan kebolehpercayaan pengesanan isyarat IR.

9.2 Bolehkah saya menggunakan ini dengan LED IR 850nm?

Ya, tetapi dengan kecekapan yang berkurangan. Keluk tindak balas spektrum peranti menunjukkan kepekaan yang ketara pada 850nm (dalam lebar jalur 750-1100nm), tetapi ia bukan pada puncak (940nm). Isyarat output akan lebih lemah berbanding menggunakan pemancar 940nm yang dipadankan. Untuk prestasi optimum dan julat maksimum, pemasangan dengan sumber 940nm adalah disyorkan.

9.3 Bagaimana saya mengira nilai perintang siri yang sesuai?

Nilai perintang bergantung pada arus operasi yang dikehendaki dan voltan bekalan (V_CC). Di bawah sinaran tertentu, fototransistor akan berkelakuan seperti sumber arus. Menggunakan Hukum Ohm: R = (V_CC- V_CE(sat)) / I_C. V_CE(sat)ialah voltan tepu (biasanya beberapa ratus mV pada arus sederhana). I_Cialah arus pemungut yang dikehendaki, yang boleh dianggarkan daripada parameter I_SCdan tahap cahaya yang dijangkakan. Mulakan dengan I_SCtipikal (1.8 µA pada 0.5 mW/cm²) dan skalkannya berdasarkan sinaran aplikasi anda. Pilih R untuk menetapkan titik operasi dalam kawasan keluk IV yang dikehendaki.

9.4 Mengapa pembakaran diperlukan jika bahagian disimpan di luar beg?

Pakej plastik boleh menyerap kelembapan dari atmosfera. Semasa proses pateri alir balik suhu tinggi, kelembapan yang terperangkap ini boleh mengewap dengan cepat, mencipta tekanan dalaman yang tinggi. Ini boleh menyebabkan penyahlaminaan pakej dari die ("popcorning") atau retakan dalaman, membawa kepada kegagalan segera atau pendam. Pembakaran mengeluarkan kelembapan yang diserap ini, menjadikan komponen selamat untuk alir balik.

10. Prinsip Operasi

Fototransistor pada asasnya ialah transistor simpang dwikutub (BJT) di mana arus bes dijana oleh cahaya dan bukannya sambungan elektrik. Foton tuju dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur silikon mencipta pasangan elektron-lubang dalam kawasan simpang bes-pemungut. Pembawa ini disapu oleh medan elektrik dalaman, menjana fotokarus yang bertindak sebagai arus bes (I_B). Arus bes fototerjana ini kemudiannya digandakan oleh gandaan arus transistor (h_FEatau β), menghasilkan arus pemungut yang jauh lebih besar (I_C= β * I_B). Output diambil dari terminal pemungut, dengan pemancar dibumikan. Ketiadaan plumbum bes fizikal ialah ciri biasa, walaupun sesetengah fototransistor termasuk sambungan bes untuk kawalan pincang atau pengoptimuman kelajuan.

11. Trend Pembangunan

Bidang pengesanan foto terus berkembang. Trend yang berkaitan dengan peranti seperti LTR-S320-DB-L termasuk:

• Pengecilan:Pembangunan fototransistor dalam tapak kaki pakej yang lebih kecil (contohnya, pakej skala cip) untuk membolehkan elektronik yang lebih padat.
• Integrasi Dipertingkatkan:Menggabungkan pengesan foto dengan penguatan, penapisan, dan logik digital pada cip tunggal untuk mencipta "penderia pintar" dengan output digital (I2C, SPI), mengurangkan bilangan komponen luaran dan memudahkan reka bentuk sistem.
• Kelajuan Diperbaiki:Penyelidikan ke dalam struktur dan bahan untuk mengurangkan masa transit pembawa dan kapasitans, mendorong lebar jalur fototransistor lebih tinggi untuk aplikasi komunikasi data.
• Kekhususan Panjang Gelombang:Pembangunan pengesan dengan tindak balas spektrum yang lebih sempit dan ditala dengan lebih tepat untuk meningkatkan selektiviti dalam persekitaran dengan berbilang sumber IR atau untuk membolehkan modaliti penderiaan baru.
• Fokus pada Kebolehpercayaan dan Pengujian:Apabila optoelektronik menembusi aplikasi automotif, perubatan, dan keselamatan industri, terdapat penekanan yang meningkat pada piawaian kelayakan yang ketat, operasi julat suhu lanjutan, dan analisis mod kegagalan.

Walaupun fototransistor diskret kekal penting untuk banyak aplikasi kerana kesederhanaan dan keberkesanan kos mereka, trend ini menunjuk ke arah penyelesaian yang lebih canggih dan khusus aplikasi pada masa hadapan.