Lembaran Data Fototransistor LTR-1650D - Dimensi Pakej 5.0x4.0x3.2mm - Voltan 30V - Kuasa 100mW - Pakej Gelap Lutsinar - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTR-1650D ialah fototransistor silikon NPN yang direka untuk aplikasi pengesanan inframerah. Ia dibungkus dalam pakej plastik lutsinar gelap kos rendah yang membolehkan penapisan cahaya nampak yang berkesan sambil menghantar panjang gelombang inframerah, terutamanya sekitar 940nm. Kanta bersepadu meningkatkan kepekaan peranti dengan memfokuskan sinaran inframerah tuju ke kawasan aktif transistor. Komponen ini direka untuk kebolehpercayaan dan prestasi merentasi julat suhu operasi yang luas, menjadikannya sesuai untuk pelbagai sistem penderiaan dan kawalan.

2. Ciri Utama dan Kelebihan Teras

• Julat Arus Pengumpul yang Luas:Peranti ini menawarkan pelbagai kelas prestasi (A hingga F) yang menyediakan pilihan luas arus pengumpul keadaan-hidup (IC(ON)) dari minimum 0.2mA hingga melebihi maksimum 9.6mA, membolehkan pereka memilih bahagian yang sepadan dengan keperluan kepekaan tertentu.
• Kanta Kepekaan Tinggi:Kanta epoksi bersepadu meningkatkan kawasan pengumpulan berkesan untuk cahaya inframerah, meningkatkan nisbah isyarat-ke-hingar dan responsiviti keseluruhan.
• Pakej Plastik Kos-Efektif:Menggunakan perumahan plastik standard dan ekonomi untuk pengeluaran besar-besaran dan penerimaan pasaran yang luas.
• Pakej Gelap Lutsinar Khas:Bahan pakej ini diwarnakan untuk melemahkan cahaya nampak, mengurangkan gangguan dari sumber cahaya persekitaran dan meningkatkan prestasi dalam persekitaran dengan keadaan cahaya yang berubah-ubah.

3. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

3.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan yang melebihinya boleh menyebabkan kerosakan kekal pada peranti. Operasi di bawah keadaan ini tidak dijamin.

• Penyerakan Kuasa (P_D):100 mW pada T_A=25°C. Ini ialah kuasa maksimum yang boleh diserakkan dengan selamat oleh peranti sebagai haba.
• Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CEO):30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan antara terminal pengumpul dan pemancar dengan bes terbuka.
• Voltan Pemancar-Pengumpul (V_ECO):5 V. Voltan songsang maksimum yang boleh dikenakan antara pemancar dan pengumpul.
• Julat Suhu Operasi (T_opr):-40°C hingga +85°C. Julat suhu persekitaran di mana peranti ditentukan untuk beroperasi.
• Julat Suhu Penyimpanan (T_stg):-55°C hingga +100°C.
• Suhu Pateri Lead:260°C selama 5 saat pada jarak 1.6mm dari badan pakej. Ini adalah kritikal untuk proses pateri gelombang atau aliran balik.

3.2 Ciri Elektrik & Optik (T_A=25°C)

Parameter berikut diuji di bawah keadaan tertentu dan mentakrifkan prestasi peranti.

• Voltan Pecahan Pengumpul-Pemancar (V_(BR)CEO):30 V (Min). Diuji pada I_C= 1mA tanpa penyinaran (E_e= 0 mW/cm²).
• Voltan Pecahan Pemancar-Pengumpul (V_(BR)ECO):5 V (Min). Diuji pada I_E= 100µA tanpa penyinaran.
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(SAT)):0.4 V (Maks). Susut voltan merentasi transistor apabila ia "hidup" sepenuhnya, diuji pada I_C= 100µA dan E_e= 1 mW/cm². V_CE(SAT)yang rendah adalah diingini untuk pensuisan yang cekap.
• Masa Naik (T_r) & Masa Jatuh (T_f):10 µs (Tip.). Parameter kelajuan pensuisan ini diukur dengan V_CC=5V, I_C=1mA, dan R_L=1kΩ. Ia menentukan seberapa cepat fototransistor boleh bertindak balas terhadap perubahan keamatan cahaya.
• Arus Gelap Pengumpul (I_CEO):100 nA (Maks). Ini ialah arus bocor yang mengalir melalui pengumpul apabila peranti berada dalam kegelapan sepenuhnya (E_e= 0 mW/cm²) dengan V_CE= 10V. Arus gelap yang rendah adalah penting untuk nisbah isyarat-ke-hingar yang baik dalam pengesanan cahaya rendah.

3.3 Sistem Pengelasan Arus Pengumpul Keadaan-Hidup (I_C(ON))

LTR-1650D dikategorikan kepada kelas (bin) yang berbeza berdasarkan kepekaannya, ditakrifkan oleh Arus Pengumpul Keadaan-Hidup yang diukur di bawah keadaan piawai (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², λ = 940nm). Ini membolehkan pemilihan tepat berdasarkan keperluan gandaan aplikasi.

• Kelas A:0.2 - 0.6 mA
• Kelas B:0.4 - 1.2 mA
• Kelas C:0.8 - 2.4 mA
• Kelas D:1.6 - 4.8 mA
• Kelas E:3.2 - 9.6 mA
• Kelas F:6.4 mA (Min)

Pereka harus merujuk kod kelas tertentu semasa membuat pesanan untuk memastikan fototransistor memenuhi keperluan kepekaan dan arus keluaran litar.

4. Analisis Keluk Prestasi

Lembaran data menyediakan beberapa keluk ciri yang menggambarkan bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan persekitaran dan elektrik.

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

Keluk ini menunjukkan bahawa arus gelap pengumpul (I_CEO) meningkat secara eksponen dengan peningkatan suhu persekitaran. Ini adalah tingkah laku semikonduktor asas di mana pembawa cas yang dijana secara terma menjadi lebih lazim. Dalam aplikasi suhu tinggi, peningkatan arus bocor ini boleh menjadi sumber hingar yang ketara dan mesti diambil kira dalam reka bentuk ambang penguat penderia.

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

Graf menggambarkan penurunan penarafan penyerakan kuasa maksimum yang dibenarkan apabila suhu persekitaran meningkat. Pada 25°C, peranti boleh mengendalikan 100mW. Apabila suhu meningkat, penarafan ini berkurangan secara linear. Untuk operasi yang boleh dipercayai di atas 25°C, kuasa sebenar yang diserakkan (V_CE* I_C) mesti dikekalkan di bawah keluk penurunan penarafan. Ini adalah penting untuk mencegah pelarian haba dan memastikan kebolehpercayaan jangka panjang.

4.3 Masa Naik dan Jatuh lwn. Rintangan Beban (Raj. 3)

Keluk ini menunjukkan pertukaran antara kelajuan pensuisan dan rintangan beban (R_L). Masa naik dan jatuh meningkat dengan perintang beban yang lebih besar. Ini kerana R_Lyang lebih besar menghasilkan pemalar masa RC yang lebih besar dengan kapasitan simpang fototransistor. Untuk aplikasi yang memerlukan pengesanan denyut pantas, perintang beban yang lebih kecil harus digunakan, walaupun dengan kos ayunan voltan keluaran yang berkurangan.

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

Plot ini menunjukkan hubungan antara penyinaran inframerah tuju (E_e) dan arus pengumpul yang terhasil. Respons secara amnya linear dalam julat tertentu, yang sesuai untuk aplikasi penderiaan cahaya analog. Kecerunan garis ini mewakili responsiviti peranti. Memahami ciri ini adalah kunci untuk menentukur keluaran sensor kepada tahap keamatan cahaya tertentu.

4.5 Gambarajah Kepekaan (Raj. 5)

Gambarajah kutub ini menggambarkan kebergantungan sudut kepekaan fototransistor. Kepekaan biasanya tertinggi apabila cahaya inframerah tuju berserenjang dengan kanta (0°). Ia berkurangan apabila sudut tuju meningkat. Ciri ini adalah penting untuk mereka bentuk laluan optik dalam aplikasi, seperti memastikan penjajaran yang betul dalam pemutus jenis slot atau mentakrifkan medan pandangan untuk sensor jarak.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi Pakej

Peranti menggunakan pakej berlead jejari standard 3mm (T-1). Dimensi utama termasuk:

• Diameter badan pakej: Kira-kira 5.0mm.
• Ketinggian pakej: Kira-kira 3.2mm (tidak termasuk lead).
• Jarak lead: Diukur di mana lead keluar dari pakej, biasanya 2.54mm (0.1").
• Penonjolan resin maksimum 1.5mm di bawah flen dibenarkan.

Nota:Semua dimensi adalah dalam milimeter dengan toleransi piawai ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Pereka mesti merujuk lukisan mekanikal terperinci untuk perancangan tapak dan penempatan yang tepat.

5.2 Pengenalpastian Kutub

Fototransistor mempunyai dua lead: Pengumpul dan Pemancar. Lead yang lebih panjang biasanya ialah Pengumpul. Pakej juga mungkin mempunyai sisi rata atau tanda lain berhampiran lead Pengumpul. Kutub yang betul adalah penting untuk operasi litar yang betul dan penggunaan voltan pincang yang betul.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

• Pateri Tangan:Gunakan besi dengan kawalan suhu. Hadkan masa pateri untuk mengelakkan pemindahan haba berlebihan ke die semikonduktor.
• Pateri Gelombang/Aliran Balik:Patuhi dengan ketat penarafan maksimum: 260°C selama 5 saat, diukur 1.6mm dari badan pakej. Melebihi ini boleh merosakkan ikatan wayar dalaman atau pakej epoksi.
• Pembersihan:Gunakan pelarut yang sesuai dan serasi dengan resin epoksi lutsinar gelap. Elakkan pembersihan ultrasonik melainkan disahkan selamat untuk pakej.
• Penyimpanan:Simpan dalam persekitaran kering, anti-statik dalam julat suhu yang ditetapkan -55°C hingga +100°C untuk mengelakkan penyerapan kelembapan (yang boleh menyebabkan "popcorning" semasa aliran balik) dan kerosakan nyahcas elektrostatik.

7. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

7.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pengesanan & Pemutusan Objek:Digunakan dalam suis optik jenis slot (cth., pengesanan kertas dalam pencetak, penderiaan hentian akhir dalam pencetak 3D).
• Penderiaan Jarak:Digandingkan dengan LED inframerah untuk pengesanan objek tanpa sentuh.
• Penjodol:Mengesan corak pada cakera berputar untuk pengukuran kelajuan atau kedudukan.
• Kawalan Perindustrian:Penderiaan dalam peralatan automatik di mana kekebalan cahaya persekitaran diperlukan.
• Elektronik Pengguna:Penerima kawalan jauh IR (walaupun sering digunakan dengan IC khusus, fototransistor boleh membentuk bahagian hadapan).

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk Kritikal

• Litar Pincang:Fototransistor boleh digunakan dalam konfigurasi suis (pemancar-sepunya) atau pengikut (pengikut-pemancar). Konfigurasi pemancar-sepunya memberikan gandaan voltan dan biasa untuk pensuisan digital. Perintang tarik-naik (R_L) diperlukan.
• Memilih R_L:Nilai perintang beban melibatkan pertukaran. R_Lyang lebih besar memberikan ayunan voltan keluaran yang lebih besar untuk fotarus tertentu tetapi memperlahankan kelajuan pensuisan (lihat Raj. 3). Pilih berdasarkan kelajuan dan tahap isyarat yang diperlukan.
• Penolakan Cahaya Persekitaran:Walaupun pakej gelap membantu, sumber IR persekitaran yang kuat (cahaya matahari, mentol pijar) boleh memenuhi sensor. Pertimbangkan menggunakan penapis optik, memodulasikan sumber IR, dan menggunakan teknik pengesanan segerak.
• Pampasan Suhu:Untuk penderiaan analog yang tepat, variasi arus gelap dan kepekaan dengan suhu (Raj. 1 & 2) mesti dikompensasi dalam litar pengkondisian isyarat.
• Hingar Elektrik:Nod impedans tinggi pada pengumpul boleh terdedah kepada gangguan elektromagnet (EMI). Pastikan jejak pendek, gunakan perisai jika perlu, dan pertimbangkan untuk menambah kapasitor kecil (cth., 10-100pF) merentasi R_Luntuk menapis hingar frekuensi tinggi, dengan mengambil kira kesannya pada kelajuan.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan fotodiod asas, fototransistor seperti LTR-1650D menyediakan gandaan dalaman, menghasilkan arus keluaran yang jauh lebih besar untuk input cahaya yang sama, yang sering menghapuskan keperluan untuk penguat luaran tambahan dalam aplikasi pensuisan mudah. Berbanding dengan transistor foto-Darlington, ia menawarkan masa respons yang lebih pantas (µs lwn. puluh/ratusan µs) tetapi gandaan yang lebih rendah. Sistem pengelasan khusus untuk I_C(ON)membolehkan reka bentuk sistem yang lebih ketat berbanding dengan peranti yang mempunyai spesifikasi tunggal dan luas. Pakej gelap lutsinar adalah pembeza utama dari pakej jernih, menawarkan penindasan cahaya nampak terbina dalam.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

9.1 Apakah maksud spesifikasi "BIN", dan bagaimana saya memilih?

Kod BIN (A hingga F) menentukan julat terjamin kepekaan fototransistor (I_C(ON)). Pilih kelas berdasarkan arus keluaran yang diperlukan untuk tahap penyinaran khusus anda. Untuk aplikasi kepekaan lebih tinggi/tahap cahaya lebih rendah, pilih huruf kelas yang lebih tinggi (cth., E atau F). Untuk aplikasi sensitif kos di mana gandaan tinggi tidak kritikal, kelas yang lebih rendah (A atau B) mungkin mencukupi.

9.2 Mengapakah arus gelap penting?

Arus gelap (I_CEO) ialah isyarat keluaran yang hadir apabila tiada cahaya tuju. Ia menetapkan had bawah cahaya yang boleh dikesan dan bertindak sebagai sumber hingar. Dalam aplikasi pensuisan digital, ambang pengesanan litar mesti ditetapkan di atas arus gelap maksimum yang dijangkakan, terutamanya pada suhu tinggi di mana ia meningkat dengan ketara.

9.3 Bagaimanakah rintangan beban mempengaruhi prestasi?

Rintangan beban (R_L) secara langsung mempengaruhi dua parameter utama:Voltan Keluaran(V_out= I_C* R_L) danKelajuan Pensuisan(lihat Raj. 3). Anda mesti memilih R_Luntuk mencapai ayunan voltan yang diperlukan untuk tahap logik atau input ADC anda, sambil juga memastikan masa naik/jatuh cukup pantas untuk kadar data atau masa respons aplikasi anda.

9.4 Bolehkah saya menggunakan ini di bawah cahaya matahari terang?

Pakej gelap lutsinar menyediakan beberapa penolakan, tetapi cahaya matahari langsung mengandungi sinaran inframerah sengit yang mudah memenuhi sensor. Untuk penggunaan luar, langkah tambahan adalah wajib: pelindung fizikal (penutup), penapis optik jalur sempit berpusat pada panjang gelombang sumber IR anda (cth., 940nm), dan sebaiknya, menggunakan sumber IR termodulat dengan pengesanan segerak dalam litar penerima untuk membezakan isyarat dari komponen DC mantap cahaya matahari.

10. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

Senario: Mereka Bentuk Sensor Pengesanan Kertas untuk Pencetak.

1. Pemilihan:Pilih kelas kepekaan sederhana (cth., Kelas C atau D) untuk memastikan pencetus yang boleh dipercayai tanpa terlalu sensitif kepada habuk atau pantulan.
2. Konfigurasi Litar:Gunakan konfigurasi suis pemancar-sepunya. Gandingkan LTR-1650D dengan LED inframerah (cth., 940nm) yang diletakkan di sebelah bertentangan laluan kertas.
3. Pensaisan Komponen:Pilih nilai R_L(cth., 4.7kΩ) yang menyediakan keluaran logik-rendah (hampir 0V) apabila kertas hadir (menghalang cahaya, I_Cadalah rendah) dan keluaran logik-tinggi (hampir V_CC) apabila kertas tiada (cahaya hadir, I_Cadalah tinggi). Sahkan tahap voltan serasi dengan pin input mikropengawal.
4. Kekebalan Hingar:Tambahkan kapasitor 10nF selari dengan R_Luntuk menindas hingar elektrik dari motor pencetak. Kelajuan terhasil (~100µs) masih jauh lebih pantas daripada pergerakan kertas mekanikal.
5. Penjajaran:Gunakan gambarajah kepekaan (Raj. 5) untuk membimbing reka bentuk mekanikal. Pastikan LED IR dan fototransistor dijajarkan dalam kon kepekaan tinggi (cth., ±20°) untuk memaksimumkan kekuatan isyarat.
6. Ujian:Uji sensor di bawah keadaan paling teruk: suhu tinggi (untuk memeriksa peningkatan arus gelap) dan dengan pelbagai jenis kertas (ada yang mungkin lebih lutsinar kepada IR).

11. Prinsip Operasi

Fototransistor pada asasnya ialah transistor simpang dwikutub (BJT) di mana arus bes dijana oleh cahaya dan bukan dibekalkan secara elektrik. Foton tuju dengan tenaga lebih besar daripada jurang jalur semikonduktor diserap dalam kawasan simpang bes-pengumpul, mencipta pasangan elektron-lubang. Medan elektrik dalam simpang pengumpul-bes pincang songsang menyapu pembawa ini, secara berkesan menjana fotarus yang bertindak sebagai arus bes (I_B). Arus bes fotojana ini kemudian digandakan oleh gandaan arus transistor (h_FE), menghasilkan arus pengumpul yang jauh lebih besar (I_C= h_FE* I_B). Gandaan dalaman ini adalah kelebihan utama berbanding fotodiod mudah. Bahan pakej gelap lutsinar bertindak sebagai penapis lulus-panjang, membenarkan panjang gelombang inframerah (seperti 940nm) lalu sambil menyerap panjang gelombang nampak yang lebih pendek, seterusnya meningkatkan nisbah isyarat-ke-hingar dalam persekitaran dengan cahaya nampak.

12. Trend dan Perkembangan Industri

Sektor optoelektronik terus berkembang. Walaupun fototransistor diskret seperti LTR-1650D kekal penting untuk aplikasi sensitif kos, volum tinggi, atau prestasi khusus, trend yang lebih luas termasuk:

• Integrasi:Peningkatan integrasi pengesan foto dengan penguat bahagian hadapan analog, penukar analog-ke-digital (ADC), dan logik digital ke dalam penyelesaian cip tunggal (cth., sensor cahaya persekitaran, modul sensor jarak). Ini menawarkan keluaran digital terkalis, tapak yang lebih kecil, dan reka bentuk yang dipermudahkan tetapi mungkin datang dengan kos unit yang lebih tinggi.
• Pengecilan:Permintaan untuk saiz pakej yang lebih kecil (cth., pakej skala-cip) untuk muat ke dalam elektronik pengguna yang semakin mengecil.
• Prestasi Dipertingkatkan:Pembangunan peranti dengan arus gelap lebih rendah, masa respons lebih pantas (ke dalam julat nanosaat), dan kepekaan lebih tinggi untuk aplikasi lebih mencabar seperti LiDAR dan komunikasi berkelajuan tinggi.
• Pengkhususan:Sensor yang disesuaikan untuk panjang gelombang tertentu (cth., untuk pemantauan kadar denyutan jantung, penderiaan gas) atau dengan penapis spektrum terbina dalam.

Fototransistor diskret berkemungkinan mengekalkan kedudukan mereka dalam aplikasi di mana kesederhanaan, ketahanan, kos rendah, dan ciri prestasi khusus (seperti pakej gelap LTR-1650D) menyediakan penyelesaian optimum.