Lembaran Data Fototransistor LTR-209 - Pakej Jelas - Vce 30V - Kuasa 100mW - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTR-209 ialah fototransistor silikon NPN yang direka untuk aplikasi pengesanan inframerah. Ia dibungkus dalam pakej plastik yang jelas dan lutsinar yang membolehkan sensitiviti tinggi kepada cahaya tuju, terutamanya dalam spektrum inframerah. Peranti ini dicirikan oleh julat operasi yang luas, kebolehpercayaan, dan keberkesanan kos, menjadikannya sesuai untuk pelbagai sistem penderiaan dan pengesanan.

1.1 Kelebihan Teras

• Julat Arus Pengumpul yang Luas:Peranti ini menyokong spektrum arus pengumpul yang luas, memberikan fleksibiliti dalam reka bentuk litar dan pelarasan sensitiviti.
• Kanta Sensitiviti Tinggi:Kanta bersepadu meningkatkan sensitiviti peranti kepada sinaran inframerah masuk, memperbaiki nisbah isyarat-kepada-hingar.
• Pakej Plastik Kos Rendah:Menggunakan enkapsulasi plastik yang ekonomik, mengurangkan kos sistem keseluruhan.
• Pakej Lutsinar yang Jelas:Housing lutsinar memaksimumkan jumlah cahaya yang sampai ke kawasan semikonduktor aktif, mengoptimumkan prestasi.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Bahagian berikut memberikan tafsiran objektif yang terperinci bagi parameter elektrik dan optik utama yang ditetapkan untuk fototransistor LTR-209.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah atau pada keadaan ini tidak dijamin.

• Penyerakan Kuasa (P_D):100 mW. Ini ialah kuasa maksimum yang boleh diserakkan oleh peranti sebagai haba pada suhu persekitaran (T_A) 25°C. Melebihi had ini berisiko menyebabkan pelarian haba dan kegagalan.
• Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CEO):30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan antara terminal pengumpul dan pemancar dengan tapak terbuka (fotoarus sahaja).
• Voltan Pemancar-Pengumpul (V_ECO):5 V. Voltan songsang maksimum yang boleh dikenakan antara pemancar dan pengumpul.
• Julat Suhu Operasi:-40°C hingga +85°C. Julat suhu persekitaran di mana peranti direka untuk berfungsi dengan betul.
• Julat Suhu Penyimpanan:-55°C hingga +100°C. Julat suhu untuk penyimpanan tanpa operasi tanpa degradasi.
• Suhu Pateri Lead:260°C selama 5 saat pada jarak 1.6mm dari badan pakej. Ini mentakrifkan profil haba yang boleh diterima untuk proses pateri tangan atau gelombang.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

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

• Voltan Pecahan Pengumpul-Pemancar (V_(BR)CEO):30 V (Min). Diukur pada I_C= 1mA dengan sinaran sifar (E_e= 0 mW/cm²). Ini mengesahkan penarafan maksimum mutlak.
• Voltan Pecahan Pemancar-Pengumpul (V_(BR)ECO):5 V (Min). Diukur pada I_E= 100µA dengan sinaran sifar.
• Voltan Tepu Pengumpul-Pemancar (V_CE(SAT)):0.4 V (Maks). Susut voltan merentasi peranti apabila ia "hidup" sepenuhnya (mengkonduksi), diukur pada I_C= 100µA dan E_e= 1 mW/cm². V_CE(SAT)yang lebih rendah adalah diingini untuk kehilangan kuasa yang lebih rendah.
• Masa Naik (T_r) & Masa Jatuh (T_f):10 µs (Tip) dan 15 µs (Tip) masing-masing. Parameter ini mentakrifkan kelajuan pensuisan fototransistor. Diukur di bawah keadaan V_CC=5V, I_C=1mA, dan R_L=1kΩ. Ketidakseimbangan adalah biasa dalam fototransistor.
• Arus Gelap Pengumpul (I_CEO):100 nA (Maks). Ini ialah arus bocor yang mengalir dari pengumpul ke pemancar apabila peranti berada dalam kegelapan sepenuhnya (E_e= 0 mW/cm²) dan V_CE= 10V. Arus gelap yang rendah adalah kritikal untuk aplikasi sensitiviti tinggi untuk meminimumkan hingar.

3. Penjelasan Sistem Pembin

LTR-209 menggunakan sistem pembin untuk parameternya yang utama,Arus Pengumpul Keadaan-Hidup (I_C(ON)). Pembin ialah proses kawalan kualiti di mana komponen disusun berdasarkan prestasi terukur ke dalam kumpulan atau "bin" tertentu. Ini membolehkan pereka memilih peranti dengan julat prestasi terjamin yang sesuai untuk aplikasi mereka.

3.1 Pembin Arus Pengumpul Keadaan-Hidup

I_C(ON)diukur di bawah keadaan piawai: V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², dan panjang gelombang sumber inframerah (λ) 940nm. Peranti disusun ke dalam bin berikut berdasarkan arus terukurnya:

• BIN C:0.8 mA (Min) hingga 2.4 mA (Maks)
• BIN D:1.6 mA (Min) hingga 4.8 mA (Maks)
• BIN E:3.2 mA (Min) hingga 9.6 mA (Maks)
• BIN F:6.4 mA (Min) - Tiada had atas dinyatakan dalam petikan lembaran data ini.

Implikasi Reka Bentuk:Litar yang direka untuk peranti BIN C (arus lebih rendah) mungkin tidak berfungsi dengan betul jika peranti BIN F (arus lebih tinggi) digunakan tanpa penentukuran semula, dan sebaliknya. Menentukan kod bin adalah penting untuk prestasi sistem yang konsisten.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data menyediakan beberapa lengkung ciri yang menggambarkan bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan operasi. Ini adalah penting untuk memahami tingkah laku dunia sebenar di luar spesifikasi titik tunggal.

4.1 Arus Gelap Pengumpul lwn. Suhu Persekitaran (Rajah 1)

Graf ini menunjukkan bahawa I_CEO(arus gelap) meningkat secara eksponen dengan peningkatan suhu persekitaran (T_A). Sebagai contoh, pada 100°C, arus gelap boleh menjadi beberapa magnitud lebih tinggi daripada pada 25°C. Ini adalah tingkah laku semikonduktor asas disebabkan peningkatan penjanaan haba pembawa cas.Pertimbangan Reka Bentuk:Dalam aplikasi suhu tinggi, peningkatan arus gelap boleh menjadi sumber hingar yang ketara, berpotensi menutupi isyarat optik yang lemah. Pengurusan haba atau penyelarasan isyarat mungkin diperlukan.

4.2 Penyerakan Kuasa Pengumpul lwn. Suhu Persekitaran (Rajah 2)

Lengkung penyahkadaratan ini menunjukkan penyerakan kuasa maksimum yang dibenarkan (P_C) sebagai fungsi T_A. Penarafan maksimum mutlak 100 mW hanya sah pada atau di bawah 25°C. Apabila T_Ameningkat, keupayaan peranti untuk menyerakkan haba berkurangan, jadi kuasa maksimum yang dibenarkan mesti dikurangkan secara linear. Pada 85°C (suhu operasi maksimum), penyerakan kuasa yang dibenarkan adalah jauh lebih rendah.Pertimbangan Reka Bentuk:Litar mesti direka untuk memastikan kuasa sebenar yang diserakkan (V_CE* I_C) tidak melebihi nilai penyahkadaratan pada suhu operasi tertinggi yang dijangkakan.

4.3 Masa Naik/Jatuh lwn. Rintangan Beban (Rajah 3)

Lengkung ini menunjukkan pertukaran antara kelajuan pensuisan dan amplitud isyarat. Masa naik (T_r) dan masa jatuh (T_f) kedua-duanya meningkat dengan rintangan beban (R_L) yang lebih besar. R_Lyang lebih besar memberikan ayunan voltan output (ΔV = I_C* R_L) yang lebih besar tetapi memperlahankan masa tindak balas litar kerana kapasitan simpang transistor mengambil masa lebih lama untuk mengecas/nyahcas melalui perintang yang lebih besar.Pertimbangan Reka Bentuk:Nilai R_Lmesti dipilih berdasarkan sama ada aplikasi mengutamakan tindak balas berkelajuan tinggi (R_Llebih rendah) atau gandaan voltan output tinggi (R_Llebih tinggi).

4.4 Arus Pengumpul Relatif lwn. Sinaran (Rajah 4)

Graf ini memplot arus pengumpul ternormal terhadap ketumpatan kuasa optik tuju (sinaran, E_e). Ia menunjukkan hubungan linear dalam julat yang diplot (0 hingga ~5 mW/cm²). Kelinearan ini adalah ciri utama fototransistor yang digunakan dalam aplikasi penderiaan analog, kerana arus output adalah berkadar terus dengan keamatan cahaya input. Lengkung ditunjukkan untuk V_CE= 5V.

4.5 Gambarajah Sensitiviti (Rajah 5)

Walaupun paksi tepat disingkatkan, "Gambarajah Sensitiviti" biasanya menggambarkan tindak balas spektrum pengesan. Fototransistor silikon seperti LTR-209 paling sensitif kepada cahaya di kawasan inframerah-dekat, memuncak sekitar 800-950 nm. Ini menjadikannya sesuai untuk digunakan dengan pemancar inframerah biasa (seperti LED dengan λ=940nm, seperti yang dirujuk dalam keadaan ujian pembin) dan untuk menapis gangguan cahaya nampak.

5. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

5.1 Dimensi Pakej

Peranti menggunakan pakej plastik lubang-laluan standard. Nota dimensi utama dari lembaran 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 flens ialah 1.5mm (.059").
• Jarak lead diukur pada titik di mana lead keluar dari badan pakej, yang kritikal untuk reka bentuk tapak kaki PCB.

Pengenalpastian Polarity:Lead yang lebih panjang biasanya pengumpul, dan lead yang lebih pendek ialah pemancar. Sisi rata pada pinggir pakej juga mungkin menunjukkan sisi pemancar. Sentiasa sahkan dengan gambar rajah pakej.

6. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Panduan utama yang diberikan adalah untuk pateri tangan atau gelombang: lead boleh dikenakan suhu 260°C untuk tempoh maksimum 5 saat, diukur pada jarak 1.6mm (.063") dari badan pakej. Ini menghalang kerosakan haba kepada die semikonduktor dalaman dan pakej plastik.

Untuk Pateri Alir Semula:Walaupun tidak dinyatakan secara jelas dalam lembaran data ini, pakej plastik serupa biasanya memerlukan profil yang mematuhi piawaian JEDEC (contohnya, J-STD-020), dengan suhu puncak biasanya tidak melebihi 260°C. Tahap kepekaan lembapan (MSL) dan keperluan pembakaran khusus tidak disediakan di sini dan harus disahkan dengan pengilang.

Keadaan Penyimpanan:Peranti harus disimpan dalam julat suhu yang ditentukan -55°C hingga +100°C dalam persekitaran kering dan tidak menghakis. Untuk penyimpanan jangka panjang, langkah berjaga-jaga anti-statik adalah disyorkan.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pengesanan Objek & Penderiaan Jarak:Digunakan bersama dengan LED IR untuk mengesan kehadiran, ketiadaan, atau jarak objek (contohnya, dalam mesin layan diri, pencetak, automasi perindustrian).
• Sensor Slot & Pengekod:Mengesan gangguan dalam pancaran IR untuk mengira objek atau mengukur kelajuan putaran.
• Penerima Kawalan Jauh:Walaupun lebih perlahan daripada fotodiod khusus, ia boleh digunakan dalam litar penerima IR mudah dan kos rendah.
• Halangan Cahaya & Sistem Keselamatan:Mewujudkan pancaran tidak kelihatan untuk pengesanan pencerobohan.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk & Konfigurasi Litar

Konfigurasi litar yang paling biasa ialah modpemancar-sepunya. Fototransistor disambungkan dengan pengumpul ke bekalan positif (V_CC) melalui perintang beban (R_L), dan pemancar disambungkan ke bumi. Cahaya tuju menyebabkan fotoarus (I_C) mengalir, menjana voltan output (V_OUT) pada nod pengumpul: V_OUT= V_CC- (I_C* R_L). Apabila gelap, V_OUTadalah tinggi (~V_CC). Apabila diterangi, V_OUT drops.

Langkah Reka Bentuk Utama:

1. Pilih R_L:Berdasarkan ayunan output yang diperlukan (V_CC/I_C(ON)) dan kelajuan yang diingini (lihat Rajah 3). Nilai antara 1kΩ dan 10kΩ adalah biasa.
2. Pertimbangkan Lebar Jalur:Nilai R_L, digabungkan dengan kapasitan simpang peranti, membentuk penapis laluan rendah. Untuk operasi berdenyut, pastikan pemalar masa RC litar jauh lebih pendek daripada lebar denyut.
3. Urus Cahaya Persekitaran:Gunakan penapisan optik (penapis gelap atau laluan-IR di atas sensor) untuk menyekat cahaya nampak yang tidak diingini dan mengurangkan hingar.
4. Pampasan Suhu:Untuk penderiaan analog yang tepat, pertimbangkan pergantungan suhu arus gelap (Rajah 1). Teknik termasuk menggunakan sensor rujukan gelap yang sepadan dalam konfigurasi pembezaan atau melaksanakan pampasan perisian.

8. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan pengesan optik lain:

• lwn. Fotodiod:Fototransistor menyediakan gandaan arus semula jadi (β atau h_FE), menghasilkan arus output yang jauh lebih tinggi untuk tahap cahaya yang sama. Ini memudahkan reka bentuk litar kerana kurang penguatan seterusnya diperlukan. Walau bagaimanapun, fototransistor umumnya lebih perlahan (masa naik/jatuh lebih lama) dan mempunyai julat linear yang lebih terhad berbanding fotodiod.
• lwn. Photodarlington:Photodarlington menawarkan gandaan yang lebih tinggi daripada fototransistor standard tetapi mempunyai masa tindak balas yang jauh lebih perlahan dan voltan tepu (V_CE(SAT)) yang lebih tinggi. LTR-209 menawarkan keseimbangan yang baik antara gandaan, kelajuan, dan susut voltan.
• Ciri Pembezaan LTR-209:Pakejnya yangjelasdankanta bersepaduadalah pembeza utama. Ramai pesaing fototransistor menggunakan pakej epoksi hitam yang melemahkan cahaya. Pakej jelas LTR-209 memaksimumkan sensitiviti, manakala kanta membantu memfokuskan cahaya masuk ke kawasan aktif, meningkatkan arah dan kekuatan isyarat.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

9.1 Apakah maksud kod "BIN", dan mengapa ia penting?

Kod BIN (C, D, E, F) mengkategorikan peranti berdasarkan Arus Pengumpul Keadaan-Hidup terukurnya (I_C(ON)). Ia adalah penting kerana ia menjamin julat prestasi tertentu. Menggunakan peranti dari bin yang salah boleh menyebabkan litar anda kurang sensitif atau terlalu sensitif, membawa kepada kerosakan. Sentiasa tentukan bin yang diperlukan semasa membuat pesanan.

9.2 Bolehkah saya menggunakan sensor ini dengan sumber cahaya nampak?

Walaupun bahan silikon bertindak balas kepada cahaya nampak, sensitiviti puncaknya adalah dalam inframerah-dekat (lihat Rajah 5 yang tersirat). Untuk prestasi optimum dan untuk mengelakkan gangguan dari cahaya nampak persekitaran, adalah sangat disyorkan untuk menggunakannya bersama pemancar inframerah (biasanya 850nm, 880nm, atau 940nm) dan menggunakan penapis laluan-IR pada pengesan.

9.3 Bagaimana saya menukar output kepada isyarat digital?

Kaedah termudah ialah menyambungkan output (nod pengumpul) ke input penyongsang picu Schmitt atau pembanding dengan histeresis. Ini menukar ayunan voltan analog kepada isyarat digital yang bersih, kebal terhadap hingar. Ambang pembanding harus ditetapkan antara tahap voltan output "cahaya" dan "gelap".

9.4 Mengapa output saya tidak stabil dalam persekitaran yang terang dan panas?

Ini mungkin disebabkan oleh kesan gabungan arus gelap tinggi (meningkat dengan suhu mengikut Rajah 1) dan tindak balas kepada cahaya persekitaran. Penyelesaian termasuk: 1) Menambah perisai fizikal atau tiub untuk menghadkan medan pandangan, 2) Menggunakan sumber IR termodulat dan pengesanan segerak, 3) Melaksanakan litar pincang atau pampasan yang stabil suhu.

10. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario:Mereka bentuk sensor pengesanan kertas untuk pencetak.

Pelaksanaan:LED IR dan LTR-209 diletakkan di sisi bertentangan laluan kertas, diselaraskan untuk mencipta pancaran. Apabila kertas hadir, ia menyekat pancaran. Fototransistor dikonfigurasikan dalam mod pemancar-sepunya dengan R_L= 4.7kΩ dan V_CC= 5V.

Pemilihan Komponen & Pengiraan:Pilih peranti dari BIN D (I_C(ON)= 1.6-4.8mA). Tanpa kertas (pancaran utuh), andaikan I_C= 3mA (tipikal). V_OUT= 5V - (3mA * 4.7kΩ) = 5V - 14.1V = -9.1V. Ini adalah mustahil, bermakna transistor adalah tepu. Dalam ketepuan, V_OUT≈ V_CE(SAT)≈ 0.4V (isyarat RENDAH). Apabila kertas menyekat pancaran, I_C≈ I_CEO(sangat kecil, ~nA), jadi V_OUT≈ 5V (isyarat TINGGI). Pin GPIO mikropengawal boleh membaca isyarat TINGGI/RENDAH ini secara langsung untuk mengesan kehadiran kertas. Kapasitor penyahgandingan (contohnya, 100nF) merentasi pin bekalan sensor adalah disyorkan untuk menapis hingar.

11. Prinsip Operasi

Fototransistor ialah transistor simpang dwikutub (BJT) di mana kawasan tapak terdedah kepada cahaya. Foton tuju dengan tenaga yang mencukupi mencipta pasangan elektron-lubang dalam simpang tapak-pengumpul. Pembawa fototerjana ini disapu oleh medan elektrik dalaman, bertindak secara efektif sebagai arus tapak. "Arus tapak optik" ini kemudiannya digandakan oleh gandaan arus transistor (h_FE), menghasilkan arus pengumpul yang jauh lebih besar. Magnitud arus pengumpul ini adalah berkadar dengan keamatan cahaya tuju, menyediakan fungsi penderiaan. Pakej jelas dan kanta LTR-209 memaksimumkan bilangan foton yang sampai ke simpang semikonduktor sensitif.

12. Trend Teknologi

Fototransistor seperti LTR-209 mewakili teknologi matang dan berkesan kos. Trend semasa dalam optoelektronik termasuk:

• Integrasi:Beralih ke arah penyelesaian bersepadu yang menggabungkan pengesan foto, penguat, dan logik digital (contohnya, pemutus-foto dengan output logik terbina dalam) pada cip tunggal, mengurangkan bilangan komponen luaran dan meningkatkan kekebalan hingar.
• Peranti Pemasangan Permukaan (SMD):Walaupun pakej lubang-laluan kekal popular untuk prototaip dan aplikasi tertentu, terdapat peralihan industri yang kuat ke arah pakej SMD yang lebih kecil (contohnya, SMT-3) untuk pemasangan automatik dan reka bentuk terhad ruang.
• Prestasi Dipertingkatkan:Pembangunan peranti dengan masa tindak balas lebih cepat, arus gelap lebih rendah, dan kestabilan suhu yang diperbaiki untuk aplikasi yang lebih mencabar dalam elektronik automotif, perindustrian, dan pengguna.
• Pengoptimuman Khusus Aplikasi:Sensor sedang disesuaikan untuk panjang gelombang tertentu (contohnya, untuk pemantauan kadar denyutan jantung pada panjang gelombang IR tertentu) atau dengan penapis siang hari terbina dalam.

Prinsip operasi asas fototransistor kekal sah, dan peranti seperti LTR-209 terus menjadi pilihan yang boleh dipercayai untuk pelbagai keperluan penderiaan asas hingga pertengahan kerana kesederhanaan, ketahanan, dan kos rendahnya.