Dokumen Teknikal LTR-536AD - Pakej Hijau Gelap - Voltan Songsang 30V - Penyerakan Kuasa 150mW

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTR-536AD ialah fototransistor silikon NPN berprestasi tinggi yang direka khas untuk aplikasi pengesanan inframerah (IR). Fungsi terasnya adalah untuk menukar sinaran inframerah tuju kepada arus elektrik. Ciri penentu komponen ini ialah pakej epoksi plastik hijau gelap khasnya. Bahan ini diformulasikan untuk melemahkan atau "memotong" panjang gelombang cahaya nampak, dengan ketara meningkatkan kepekaan dan nisbah isyarat-kepada-bisingnya khusus dalam spektrum inframerah, biasanya sekitar 940nm. Ini menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi di mana diskriminasi terhadap cahaya nampak ambien adalah penting.

Kelebihan Teras:

• Kepekaan Foto Tinggi:Memberikan isyarat keluaran elektrik yang kuat untuk tahap sinaran inframerah yang diberikan.
• Dioptimumkan untuk Inframerah:Pakej hijau gelap bertindak sebagai penapis cahaya nampak, menjadikan peranti ini amat sesuai untuk penderiaan IR tulen.
• Kapasitan Simpang Rendah:Parameter ini adalah kritikal untuk operasi frekuensi tinggi, membolehkan masa tindak balas yang lebih pantas.
• Ciri-ciri Pensuisan Pantas:Mempunyai masa naik dan turun yang pantas, sesuai untuk sistem IR berdenyut dan komunikasi data.
• Frekuensi Potong Tinggi:Menyokong operasi dalam litar frekuensi yang lebih tinggi.

Pasaran Sasaran:Fototransistor ini disasarkan kepada pereka dan jurutera yang bekerja pada sistem berasaskan inframerah. Aplikasi biasa termasuk sensor jarak, pengesanan objek, suis tanpa sentuh, pautan penghantaran data IR (seperti alat kawalan jauh), automasi perindustrian, dan mana-mana sistem yang memerlukan pengesanan isyarat inframerah yang boleh dipercayai sambil menolak gangguan daripada sumber cahaya nampak.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Semua parameter dinyatakan pada suhu persekitaran (T_A) 25°C melainkan dinyatakan sebaliknya. Memahami parameter ini adalah penting untuk reka bentuk litar yang betul dan memastikan operasi yang boleh dipercayai dalam had peranti.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Ini adalah had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi harus sentiasa dikekalkan dalam had ini.

• Penyerakan Kuasa (P_D):150 mW. Ini adalah kuasa maksimum yang dibenarkan yang boleh diserakkan oleh peranti sebagai haba.
• Voltan Songsang (V_R):30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan dalam pincang songsang merentasi simpang pengumpul-pemancar.
• Julat Suhu Operasi (T_oper):-40°C hingga +85°C. Julat suhu persekitaran untuk operasi peranti normal.
• Julat Suhu Penyimpanan (T_stg):-55°C hingga +100°C. Julat suhu untuk penyimpanan bukan operasi.
• Suhu Pateri Kaki:260°C selama 5 saat, diukur 1.6mm dari badan pakej. Ini mentakrifkan kekangan profil pateri aliran semula.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Parameter ini mentakrifkan prestasi peranti di bawah keadaan ujian yang ditentukan.

• Voltan Pecahan Songsang (V_(BR)R):30 V (Min). Voltan di mana arus songsang (I_R) meningkat dengan mendadak (diuji pada 100µA). Ini berkorelasi dengan Penarafan Maksimum Mutlak.
• Arus Gelap Songsang (I_D(R)):30 nA (Maks). Arus bocor yang mengalir apabila peranti dalam pincang songsang (V_R=10V) dan dalam kegelapan lengkap (E_e=0). Nilai yang lebih rendah menunjukkan prestasi yang lebih baik dalam keadaan cahaya rendah.
• Voltan Litar Terbuka (V_OC):350 mV (Tip.). Voltan yang dijana merentasi peranti di bawah penyinaran (λ=940nm, E_e=0.5mW/cm²) tanpa beban luaran (litar terbuka).
• Arus Litar Pintas (I_S):1.7 µA (Min), 2 µA (Tip.). Arus yang mengalir apabila peranti disinari (λ=940nm, E_e=0.1mW/cm²) dan keluaran dipintaskan (V_R=5V). Ini adalah ukuran utama kepekaan.
• Masa Naik (T_r) & Masa Turun (T_f):50 nsec (Tip.). Masa yang diperlukan untuk arus keluaran naik dari 10% ke 90% (naik) atau turun dari 90% ke 10% (turun) daripada nilai akhirnya sebagai tindak balas kepada perubahan langkah dalam penyinaran. Kritikal untuk aplikasi berkelajuan tinggi.
• Jumlah Kapasitans (C_T):25 pF (Tip.). Kapasitan simpang yang diukur pada V_R=3V dan f=1MHz dalam kegelapan. Kapasitan yang lebih rendah membolehkan kelajuan pensuisan yang lebih pantas.
• Panjang Gelombang Kepekaan Maksimum (λ_SMAX):900 nm (Tip.). Panjang gelombang puncak cahaya inframerah yang paling responsif oleh fototransistor. Ia dioptimumkan untuk pemancar sekitar 940nm.

3. Analisis Keluk Prestasi

Dokumen data menyediakan beberapa graf yang menggambarkan tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan. Ini sangat berharga untuk kerja reka bentuk terperinci di luar nombor tipikal/min/maks.

3.1 Arus Gelap vs. Voltan Songsang (Raj.1)

Keluk ini menunjukkan bagaimana arus gelap songsang (I_D) meningkat dengan voltan songsang yang dikenakan (V_R). Ia biasanya menunjukkan arus yang sangat rendah, agak malar pada voltan yang lebih rendah, dengan peningkatan beransur-ansur apabila voltan meningkat, memuncak pada kenaikan mendadak pada voltan pecahan. Pereka mesti memastikan V_Roperasi cukup di bawah lutut keluk ini untuk meminimumkan hingar daripada arus bocor.

3.2 Kapasitans vs. Voltan Songsang (Raj.2)

Graf ini menggambarkan hubungan antara kapasitan simpang (C_T) dan voltan pincang songsang. Kapasitans berkurangan dengan peningkatan voltan songsang. Untuk reka bentuk litar berkelajuan tinggi, beroperasi pada voltan songsang yang lebih tinggi (dalam had) boleh mengurangkan C_Tdan meningkatkan lebar jalur, tetapi ini mesti diseimbangkan dengan peningkatan arus gelap (daripada Raj.1).

3.3 Arus Foto & Arus Gelap vs. Suhu Persekitaran (Raj.3 & Raj.4)

Rajah 3 menggambarkan bagaimana arus foto (I_P) berubah dengan suhu persekitaran. Kepekaan fototransistor umumnya berkurangan apabila suhu meningkat. Rajah 4 menunjukkan peningkatan eksponen arus gelap (I_D) dengan kenaikan suhu. Kedua-dua keluk ini adalah kritikal untuk mereka bentuk sistem yang mesti beroperasi dengan boleh dipercayai dalam julat suhu yang luas (contohnya, -40°C hingga +85°C). Pada suhu tinggi, peningkatan arus gelap boleh menenggelamkan isyarat optik yang lemah, mengurangkan nisbah isyarat-kepada-bising.

3.4 Kepekaan Spektrum Relatif (Raj.5)

Ini mungkin keluk yang paling penting untuk pemadanan aplikasi. Ia memplot responsiviti ternormal fototransistor merentasi julat panjang gelombang (biasanya ~800nm hingga 1100nm). LTR-536AD menunjukkan kepekaan puncak sekitar 900nm dan pelemahan ketara dalam spektrum cahaya nampak (<800nm), hasil langsung daripada pakej hijau gelapnya. Keluk ini mesti dirujuk silang dengan spektrum pancaran LED IR atau sumber cahaya yang dimaksudkan untuk memastikan gandingan optimum.

3.5 Arus Foto vs. Sinaran (Raj.6)

Graf ini menunjukkan hubungan linear antara kuasa cahaya inframerah tuju (sinaran E_e) dan arus foto yang terhasil (I_P). Kecerunan garis ini mewakili responsiviti peranti. Ia mengesahkan peranti beroperasi dalam kawasan linear untuk julat sinaran yang diuji, yang diingini untuk aplikasi penderiaan analog.

3.6 Jumlah Penyerakan Kuasa vs. Suhu Persekitaran (Raj.8)

Keluk penurunan nilai ini menunjukkan penyerakan kuasa maksimum yang dibenarkan (P_D) sebagai fungsi suhu persekitaran. Penarafan maksimum mutlak 150mW hanya terpakai sehingga suhu tertentu (mungkin 25°C). Apabila suhu persekitaran meningkat, keupayaan peranti untuk menyerakkan haba berkurangan, jadi kuasa maksimum yang dibenarkan mesti dikurangkan secara linear untuk mengelakkan kepanasan berlebihan. Ini adalah penting untuk pengiraan kebolehpercayaan.

4. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

4.1 Dimensi Pakej

LTR-536AD hadir dalam pakej lubang tembus standard 3mm (T-1). Nota dimensi utama daripada dokumen data termasuk:

• Semua dimensi adalah dalam milimeter (inci diberikan dalam kurungan).
• Toleransi standard ±0.25mm (.010") terpakai melainkan dinyatakan sebaliknya.
• Penonjolan maksimum resin di bawah flen ialah 1.5mm (.059").
• Jarak kaki diukur pada titik di mana kaki muncul dari badan pakej.

Pengenalpastian Polarity:Peranti mempunyai sisi rata pada kanta, yang biasanya menunjukkan kaki pengumpul. Kaki yang lebih panjang biasanya pemancar. Walau bagaimanapun, pereka harus sentiasa mengesahkan polarity dengan multimeter dalam mod ujian diod sebelum pemasangan.

5. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Untuk memastikan integriti peranti semasa pemasangan, syarat-syarat berikut mesti dipatuhi:

• Pateri Aliran Semula:Kaki boleh menahan suhu 260°C untuk maksimum 5 saat. Pengukuran ini diambil 1.6mm (0.063") dari badan pakej. Profil gelombang atau aliran semula standard mesti diselaraskan untuk mematuhi had ini untuk mengelakkan kerosakan pada die semikonduktor dalaman atau pakej epoksi.
• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, gunakan besi terkawal suhu dan kurangkan masa sentuhan kepada kurang daripada 3 saat setiap kaki. Gunakan klip penyerap haba pada kaki antara sambungan dan badan pakej jika mungkin.
• Pembersihan:Gunakan hanya pelarut pembersihan yang diluluskan yang serasi dengan bahan epoksi hijau gelap. Elakkan pembersihan ultrasonik melainkan keserasian dan tetapan kuasa/masanya disahkan, kerana ia boleh merosakkan pakej atau ikatan dalaman.
• Keadaan Penyimpanan:Simpan dalam persekitaran kering, anti-statik dalam julat suhu penyimpanan yang ditentukan -55°C hingga +100°C. Beg penghalang kelembapan asal harus digunakan jika penyimpanan jangka panjang dijangka.

6. Cadangan Aplikasi & Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Litar Aplikasi Biasa

LTR-536AD boleh digunakan dalam dua konfigurasi utama:

1. Mod Suis (Keluaran Digital):Fototransistor disambung secara bersiri dengan perintang tarik-naik antara voltan bekalan (V_CC) dan bumi. Keluaran diambil dari nod pengumpul. Apabila cahaya IR jatuh pada sensor, ia menghidupkan, menarik voltan keluaran rendah. Apabila gelap, ia mematikan, dan perintang tarik-naik menarik keluaran tinggi. Nilai perintang tarik-naik menentukan kelajuan pensuisan dan penggunaan arus (perintang yang lebih kecil memberikan pensuisan lebih pantas tetapi kuasa lebih tinggi).
2. Mod Linear (Keluaran Analog):Konfigurasi serupa, tetapi fototransistor dipincang dalam kawasan aktifnya menggunakan arus asas tetap (sering sifar, bergantung semata-mata pada arus foto) dan perintang pengumpul. Voltan pada pengumpul berbeza secara linear dengan keamatan cahaya IR tuju. Mod ini digunakan untuk penderiaan analog, seperti pengukuran jarak atau pengesanan tahap cahaya.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk Kritikal

• Pemadanan Sumber:Sentiasa pasangkan LTR-536AD dengan pemancar IR (LED) yang mempunyai panjang gelombang puncak dekat 940nm dan selaras dengan puncak kepekaan spektrum fototransistor (900nm) untuk kecekapan maksimum.
• Penolakan Cahaya Ambien:Walaupun pakej hijau gelap membantu, untuk operasi dalam persekitaran terang, penapisan optik tambahan (penapis lulus-IR khusus) atau teknik modulasi/penyahmodulasi (mendenyutkan sumber IR dan mengesan isyarat secara segerak) mungkin diperlukan untuk menolak hingar cahaya ambien.
• Pincangan untuk Kelajuan:Untuk mencapai masa tindak balas terpantas yang mungkin (50ns tip.), operasikan peranti dengan voltan songsang (V_CE) sekitar 10V dan gunakan perintang beban kecil (contohnya, 1kΩ seperti dalam keadaan ujian). Ini meminimumkan pemalar masa RC yang dibentuk oleh kapasitan simpang (C_T) dan rintangan beban (R_L).
• Pampasan Suhu:Untuk aplikasi ketepatan dalam julat suhu yang luas, pertimbangkan teknik litar untuk mengimbangi variasi dalam arus gelap dan kepekaan. Ini boleh melibatkan penggunaan fototransistor yang dipadankan dalam saluran rujukan gelap atau melaksanakan pelarasan gandaan bergantung suhu dalam litar penyelaras isyarat.

7. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

LTR-536AD membezakan dirinya dalam pasaran fototransistor melalui pakej khususnya. Berbanding dengan fototransistor epoksi jernih atau jernih air standard, kelebihan utamanya ialah pemotongan cahaya nampak terbina dalam. Ini menghapuskan keperluan untuk penapis IR luaran dalam banyak aplikasi, mengurangkan bilangan komponen, kos, dan kerumitan pemasangan. Gabungan kelajuan pensuisan yang agak pantas (50ns), kapasitan rendah (25pF), dan kepekaan yang baik (2µA tip. pada 0.1mW/cm²) menjadikannya pilihan seimbang untuk kedua-dua penderiaan analog dan pautan komunikasi IR digital kelajuan sederhana.

8. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

8.1 Bolehkah saya gunakan ini dengan LED merah (650nm)?

Jawapan:Tidak, ia tidak disyorkan. Keluk Kepekaan Spektrum Relatif (Raj.5) menunjukkan responsiviti yang sangat rendah pada 650nm (merah nampak). Pakej hijau gelap secara aktif menyekat panjang gelombang ini. Untuk mengesan cahaya merah, fototransistor dengan pakej jernih dan kepekaan puncak dalam julat nampak harus dipilih.

8.2 Mengapa isyarat keluaran saya bising dalam persekitaran yang hangat?

Jawapan:Rujuk Rajah 4 (Arus Gelap vs. Suhu). Arus gelap meningkat secara eksponen dengan suhu. Jika litar anda direka untuk mengesan isyarat IR yang lemah, arus gelap yang dijana secara terma boleh menjadi ketara pada suhu tinggi, muncul sebagai hingar atau ofset DC. Penyelesaian termasuk menyejukkan sensor, menggunakan sumber cahaya termodulat dengan pengesanan segerak, atau memilih topologi litar yang menolak arus gelap.

8.3 Bagaimana saya memilih nilai perintang beban (R_L)?

Jawapan:Ia melibatkan pertukaran antara kelajuan, kepekaan, dan kuasa.
Untuk Kelajuan (Pensuisan Digital):Pilih R_Lkecil (contohnya, 1kΩ hingga 4.7kΩ). Ini memberikan pemalar masa RC kecil (C_T* R_L) untuk tepi pantas tetapi menarik lebih banyak arus.
Untuk Ayunan Voltan Tinggi (Penderiaan Analog):Pilih R_Llebih besar (contohnya, 10kΩ hingga 100kΩ). Ini memberikan perubahan voltan keluaran yang lebih besar untuk perubahan cahaya yang diberikan tetapi memperlahankan masa tindak balas.
Sentiasa pastikan penurunan voltan merentasi R_Lapabila fototransistor dihidupkan sepenuhnya tidak menyebabkan voltan pengumpul-pemancar jatuh di bawah tahap tepu, dan penyerakan kuasa dalam fototransistor kekal di bawah had penurunan nilai untuk suhu operasi anda.

9. Contoh Kes Penggunaan Praktikal

Aplikasi:Pengesanan Objek Tanpa Sentuh dalam Kaunter Perindustrian.
Pelaksanaan:LED IR (940nm) dan LTR-536AD dipasang di sisi bertentangan tali pinggang penghantar (konfigurasi rasuk-tembus). LED didenyutkan pada 10kHz menggunakan litar pemandu. Fototransistor disambung dalam mod suis dengan perintang tarik-naik 4.7kΩ ke 5V. Keluarannya dihantar ke pin tangkapan input mikropengawal. Di bawah keadaan normal (tiada objek), cahaya IR berdenyut sampai ke sensor, menyebabkan keluaran berdenyut pada 10kHz. Perisian tegar mikropengawal mengesan frekuensi ini. Apabila objek melalui rasuk, ia menyekat cahaya, dan keluaran fototransistor pergi dan kekal tinggi (atau rendah, bergantung pada logik). Mikropengawal mengesan ketiadaan isyarat 10kHz dan menambah kiraan. Pakej hijau gelap LTR-536AD menghalang cahaya pendarfluor atau lampu pijar ambien di kilang daripada mencetuskan kaunter secara palsu.

10. Pengenalan Prinsip Operasi

Fototransistor pada asasnya ialah transistor simpang dwikutub (BJT) di mana arus asas dijana oleh cahaya dan bukannya dibekalkan secara elektrik. Dalam LTR-536AD (jenis NPN), foton tuju dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur silikon (sepadan dengan panjang gelombang lebih pendek daripada ~1100nm) diserap dalam kawasan simpang asas-pengumpul. Penyerapan ini mencipta pasangan elektron-lubang. Medan elektrik dalam simpang pengumpul-asas pincang songsang menyapu pembawa ini, menjana arus foto. Arus foto ini bertindak tepat seperti arus asas yang disuntik ke dalam transistor. Disebabkan gandaan arus transistor (beta, β), arus pengumpul adalah jauh lebih besar daripada arus foto awal (I_C= β * I_foto). Penguatan dalaman inilah yang memberikan fototransistor kepekaan tinggi mereka berbanding dengan fotodiod. Epoksi hijau gelap menyerap kebanyakan foton cahaya nampak, membenarkan terutamanya foton inframerah mencapai cip silikon, dengan itu menjadikan peranti sensitif secara selektif kepada IR.

11. Trend Teknologi

Bidang optoelektronik terus berkembang. Walaupun fototransistor lubang tembus diskret seperti LTR-536AD kekal penting untuk banyak aplikasi, trend termasuk:
Integrasi:Peningkatan integrasi pengesan foto dengan litar hadapan analog (penguat, penapis) dan logik digital (pembanding, keluaran logik) ke dalam penyelesaian cip tunggal atau modul.
Teknologi Pemasangan Permukaan (SMT):Peralihan kuat ke arah pakej SMT yang lebih kecil untuk pemasangan automatik dan pengurangan ruang papan, walaupun sering dengan pertukaran dengan kepekaan disebabkan oleh kawasan aktif yang lebih kecil.
Pengkhususan:Pembangunan peranti dengan tindak balas spektrum yang lebih khusus, kelajuan lebih pantas untuk komunikasi data optik, dan ketahanan dipertingkatkan terhadap persekitaran keras (suhu, kelembapan lebih tinggi).
Prinsip teras fototransistor kekal tidak berubah, tetapi pelaksanaannya menjadi lebih khusus aplikasi dan bersepadu.