Lembaran Data Fototransistor LTR-306 - Pakej Pandang Sisi - Arus Pengumpul sehingga 2.4mA - Voltan 30V - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTR-306 ialah fototransistor silikon NPN yang dibungkus dalam pakej plastik pandang sisi. Komponen ini direka untuk mengesan sinaran inframerah, menukar cahaya tuju kepada arus elektrik pada terminal pengumpulnya. Fungsi utamanya ialah sebagai sensor cahaya dalam pelbagai litar elektronik, di mana ia bertindak sebagai suis kawalan cahaya atau sensor keamatan cahaya analog. Orientasi pakej pandang sisi ialah ciri utama, bermakna kawasan sensitif menghadap berserenjang dengan arah kaki komponen, yang optimum untuk aplikasi di mana sumber cahaya diletakkan di sisi PCB.

Kelebihan teras peranti ini termasuk julat operasi arus pengumpul yang luas, yang memberikan fleksibiliti reka bentuk merentasi keperluan sensitiviti yang berbeza. Kanta bersepadu direka untuk meningkatkan sensitiviti dengan memfokuskan cahaya inframerah masuk ke kawasan semikonduktor aktif. Tambahan pula, penggunaan pakej plastik kos rendah menjadikannya pilihan ekonomi untuk aplikasi pengguna dan industri volum tinggi di mana keberkesanan kos adalah penting tanpa mengorbankan parameter prestasi asas.

Pasaran sasaran untuk LTR-306 merangkumi spektrum aplikasi yang luas yang memerlukan pengesanan inframerah yang boleh dipercayai. Ini termasuk, tetapi tidak terhad kepada, sistem pengesanan dan pengiraan objek, sensor slot (cth., dalam pencetak dan mesin layan diri), sensor hujung pita, penderiaan jarak dekat, dan peralatan automasi perindustrian. Reka bentuknya yang teguh dan prestasi yang ditetapkan menjadikannya sesuai untuk disepadukan ke dalam sistem elektronik mudah dan kompleks.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah keadaan ini tidak dijamin. Penyerakan kuasa maksimum ialah 100 mW pada suhu persekitaran (T_A) 25°C. Voltan pengumpul-pemancar (V_CE) tidak boleh melebihi 30 V, manakala voltan pemancar-pengumpul songsang (V_EC) dihadkan kepada 5 V. Peranti ini dinilai untuk beroperasi dalam julat suhu persekitaran -40°C hingga +85°C dan boleh disimpan pada suhu dari -55°C hingga +100°C. Untuk pematerian, kaki boleh menahan 260°C selama 5 saat apabila diukur 1.6mm dari badan pakej, yang merupakan keperluan piawai untuk proses pateri gelombang atau pateri semula aliran.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Semua parameter elektrik dan optik ditetapkan pada T_A=25°C, menyediakan garis asas untuk perbandingan prestasi.

• Voltan Pecahan Pengumpul-Pemancar (V_(BR)CEO):Minimum 30V (I_C= 1mA, E_e=0). Ini ialah voltan di mana simpang pecah tanpa kehadiran cahaya.
• Voltan Pecahan Pemancar-Pengumpul (V_(BR)ECO):Minimum 5V (I_E= 100μA, E_e=0). Parameter ini penting untuk keadaan pincang songsang.
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(SAT)):Biasanya 0.1V, dengan maksimum 0.4V (I_C= 100μA, E_e=1 mW/cm²). Voltan rendah ini menunjukkan prestasi pensuisan yang baik apabila transistor hidup sepenuhnya.
• Masa Naik (T_r) & Masa Turun (T_f):Maksimum 20 μs setiap satu (V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ). Parameter ini mentakrifkan kelajuan pensuisan fototransistor sebagai tindak balas kepada denyut cahaya.
• Arus Gelap Pengumpul (I_CEO):Maksimum 100 nA (V_CE= 10V, E_e=0). Ini ialah arus bocor apabila tiada cahaya, parameter kritikal untuk sensitiviti cahaya rendah dan nisbah isyarat-ke-hingar.

3. Penjelasan Sistem Pembin

LTR-306 menggunakan sistem pembin untuk parameter utamanya, Arus Pengumpul Keadaan-Hidup (I_C(ON)). Pembin ialah proses kawalan kualiti dan pengisihan yang mengumpulkan komponen berdasarkan prestasi terukur dalam julat yang ditetapkan. Ini memastikan konsistensi untuk pengguna akhir. Peranti diuji di bawah keadaan piawai (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², λ=940nm).

Bin dilabelkan A hingga F, setiap satu mewakili julat spesifik I_C(ON):

• Bin A:0.20 mA hingga 0.60 mA
• Bin B:0.40 mA hingga 1.08 mA
• Bin C:0.72 mA hingga 1.56 mA
• Bin D:1.04 mA hingga 1.80 mA
• Bin E:1.20 mA hingga 2.40 mA
• Bin F:Minimum 1.60 mA (tiada had atas dinyatakan dalam data yang diberikan)

Sistem ini membolehkan pereka memilih bin yang sepadan dengan sensitiviti yang diperlukan oleh litar mereka. Sebagai contoh, litar yang memerlukan arus keluaran tinggi untuk pemacu langsung geganti atau LED mungkin menentukan Bin E atau F, manakala litar penderiaan kuasa rendah mungkin menggunakan Bin A atau B untuk mengurangkan penggunaan kuasa.

4. Analisis Keluk Prestasi

Lembaran data termasuk beberapa keluk ciri biasa yang menggambarkan bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan operasi. Ini adalah penting untuk memahami tingkah laku peranti di luar spesifikasi titik tunggal.

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

Keluk ini menunjukkan bahawa arus gelap pengumpul (I_CEO) meningkat secara eksponen dengan peningkatan suhu persekitaran. Pada -40°C, ia berada dalam julat pikoampere, tetapi ia boleh meningkat kepada sekitar 100 μA pada 120°C. Ciri ini adalah penting untuk aplikasi suhu tinggi, kerana peningkatan arus gelap bertindak sebagai sumber ofset atau hingar, berpotensi mengurangkan sensitiviti berkesan dan julat dinamik sensor.

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

Graf ini menunjukkan penurunan penarafan penyerakan kuasa maksimum yang dibenarkan apabila suhu persekitaran meningkat. Walaupun peranti boleh menyerakkan 100 mW pada 25°C, penarafan ini mesti dikurangkan secara linear pada suhu yang lebih tinggi untuk mengelakkan pelarian haba dan memastikan kebolehpercayaan. Keluk ini menyediakan data yang diperlukan untuk pengurusan haba dalam reka bentuk aplikasi.

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

Plot ini mendedahkan pertukaran antara kelajuan pensuisan dan rintangan beban. Masa naik dan masa turun (T_r, T_f) meningkat dengan ketara apabila nilai perintang beban (R_L) meningkat. Untuk beban 1kΩ, masanya adalah sekitar 20μs, tetapi ia boleh melebihi 150μs untuk beban 10kΩ. Pereka mesti memilih R_Luntuk mengimbangi keperluan masa tindak balas pantas dengan ayunan voltan keluaran atau aras arus yang dikehendaki.

4.4 Arus Pengumpul Relatif lwn. Sinaran (Rajah 4)

Ini ialah ciri pemindahan asas. Ia menunjukkan bahawa arus pengumpul adalah agak linear dengan sinaran cahaya tuju (E_e) dalam julat rendah (0-2 mW/cm²) apabila V_CEdikekalkan pada 5V. Kawasan linear ini adalah di mana peranti boleh digunakan untuk pengukuran cahaya analog. Pada aras sinaran yang lebih tinggi, tindak balas mungkin mula tepu.

4.5 Gambarajah Sensitiviti (Rajah 5)

Gambarajah kutub ini menggambarkan sensitiviti sudut fototransistor. Sensitiviti relatif diplotkan terhadap sudut cahaya tuju. Ia menunjukkan bahawa peranti mempunyai sudut pandangan tertentu di mana sensitiviti adalah maksimum (biasanya pada paksi, 0°). Sensitiviti berkurangan apabila sumber cahaya bergerak di luar paksi. Gambarajah ini adalah penting untuk penjajaran mekanikal dalam aplikasi akhir untuk memastikan gandingan optimum antara sumber cahaya dan sensor.

5. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

LTR-306 menggunakan pakej plastik pandang sisi. Dimensi disediakan dalam lembaran data dengan semua ukuran dalam milimeter (inci dalam kurungan). Toleransi dimensi utama biasanya ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Jarak kaki diukur pada titik di mana kaki muncul dari badan pakej, yang kritikal untuk reka bentuk tapak kaki PCB. Pakej termasuk kanta yang dibentuk dalam plastik untuk meningkatkan kecekapan pengumpulan optik. Orientasi pandang sisi bermakna kawasan penderiaan aktif berada di sisi komponen, bukan di bahagian atas. Pengenalpastian kekutuban yang jelas (pin pemancar dan pengumpul) disediakan dalam lukisan pakej, yang penting untuk pemasangan papan litar yang betul.

6. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Peranti ini sesuai untuk proses pemasangan PCB piawai. Penarafan maksimum mutlak menyatakan bahawa kaki boleh menahan suhu pateri 260°C selama 5 saat apabila diukur 1.6mm (0.063") dari badan pakej. Penarafan ini serasi dengan profil pateri gelombang dan pateri semula aliran biasa. Adalah disyorkan untuk mengikuti garis panduan piawai JEDEC atau IPC untuk pengendalian sensitiviti kelembapan jika berkenaan, walaupun pakej plastik secara amnya teguh. Semasa pematerian, berhati-hati harus diambil untuk mengelakkan tekanan haba yang berlebihan pada pakej. Selepas pemasangan, pembersihan harus dilakukan dengan pelarut yang serasi dengan bahan plastik. Untuk penyimpanan, julat yang ditetapkan -55°C hingga +100°C harus dipatuhi, dan komponen biasanya dibekalkan dalam beg penghalang kelembapan dengan bahan pengering.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pengesanan/Pemintasan Objek:Digunakan secara berpasangan dengan LED inframerah untuk mengesan kehadiran atau ketiadaan objek yang memutuskan pancaran. Biasa dalam pencetak, mesin fotokopi, mesin layan diri, dan kaunter perindustrian.
• Penderiaan Jarak Dekat:Mengesan pantulan cahaya inframerah dari objek berhampiran.
• Sensor Halangan Cahaya/Slot:Mengesan tepi pita, kertas, atau bahan lain.
• Pengekod:Digunakan dalam pengekod optik putaran atau linear untuk membaca corak pada roda atau jalur kod.
• Penerima Kawalan Jauh Mudah:Untuk pengesanan arahan inframerah asas (walaupun modul penerima khusus lebih biasa untuk protokol kompleks).

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pincangan:Fototransistor boleh digunakan dalam dua konfigurasi biasa: mod suis (dengan perintang tarik-naik) atau mod analog (dalam konfigurasi penguat pemancar-sepunya). Nilai perintang beban (R_L) memberi kesan kritikal kepada kedua-dua voltan/arus keluaran dan kelajuan tindak balas (lihat Rajah 3).
• Kekebalan Cahaya Persekitaran:Untuk operasi yang boleh dipercayai dalam persekitaran dengan cahaya persekitaran yang berbeza-beza (cth., cahaya matahari, lampu bilik), modulasi sumber inframerah dan penapisan atau demodulasi sepadan isyarat fototransistor selalunya diperlukan.
• Kanta dan Penjajaran:Penjajaran mekanikal yang betul antara pemancar inframerah dan fototransistor, dengan mempertimbangkan orientasi pandang sisi dan corak sensitiviti sudutnya (Rajah 5), adalah penting untuk memaksimumkan kekuatan isyarat dan kebolehpercayaan.
• Kesan Suhu:Reka bentuk mesti mengambil kira variasi arus gelap (Rajah 1) dan sensitiviti dengan suhu, terutamanya dalam persekitaran luar atau keras.
• Hingar Elektrik:Dalam litar analog sensitif, perisai dan pembumian yang betul mungkin diperlukan untuk mengelakkan pengambilan hingar pada nod fototransistor impedans tinggi.

8. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan fotodiod piawai, fototransistor seperti LTR-306 menyediakan gandaan dalaman, menghasilkan arus keluaran yang jauh lebih tinggi untuk input cahaya yang sama. Ini menghapuskan keperluan untuk penguat transimpedans luaran dalam banyak litar pengesanan mudah, mengurangkan bilangan komponen dan kos. Berbanding dengan fototransistor lain, kelebihan khusus LTR-306 terletak padapakej pandang sisinya, yang merupakan faktor bentuk mekanikal tersendiri yang sesuai untuk laluan optik tertentu,pembin arus pengumpul yang luasmenawarkan fleksibiliti, dankanta bersepadu untuk sensitiviti yang dipertingkatkan. Masa naik/turun dan penarafan voltan yang ditetapkan menjadikannya komponen serba guna yang teguh untuk aplikasi kelajuan sederhana.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Apakah maksud kod bin (A, B, C, dsb.) untuk reka bentuk saya?

J: Kod bin menunjukkan julat terjamin arus pengumpul yang akan dihasilkan oleh peranti di bawah keadaan ujian piawai. Pilih bin yang menyediakan arus isyarat yang mencukupi untuk litar hiliran anda (cth., pembanding, ADC pengawal mikro) sambil mempertimbangkan penggunaan kuasa. Bin yang lebih tinggi (E, F) memberikan lebih banyak arus tetapi mungkin mempunyai arus gelap yang sedikit lebih tinggi.

S: Bolehkah saya menggunakan sensor ini dalam cahaya matahari?

J: Cahaya matahari langsung mengandungi jumlah sinaran inframerah yang ketara yang akan menepukan sensor dan menjadikannya tidak boleh digunakan untuk mengesan sumber IR berasingan. Untuk penggunaan luar, penapisan optik (penapis lulus-IR yang menyekat cahaya nampak) dan/atau sumber cahaya termodulat dengan pengesanan segerak adalah wajib.

S: Mengapakah masa naik/turun bergantung pada perintang beban?

J: Kelajuan fototransistor adalah dihadkan oleh pemalar masa RC yang dibentuk oleh kapasitans simpangnya dan rintangan beban (R_L). R_Lyang lebih besar mencipta pemalar masa yang lebih besar, memperlahankan ayunan voltan pada pengumpul, dengan itu meningkatkan masa naik dan masa turun. Untuk tindak balas yang lebih pantas, gunakan R_Lyang lebih kecil, tetapi ini juga akan mengurangkan ayunan voltan keluaran.

S: Bagaimanakah saya mentafsir gambarajah sensitiviti?

J: Gambarajah menunjukkan tindak balas relatif sensor kepada cahaya yang datang dari sudut yang berbeza. Nilai 1.0 (atau 100%) biasanya pada 0° (terus ke kanta). Keluk menunjukkan berapa banyak isyarat berkurangan jika sumber cahaya tidak sejajar. Gunakan ini untuk mereka bentuk perumahan mekanikal dan ciri penjajaran dalam produk anda.

10. Contoh Reka Bentuk Praktikal

Senario: Mereka Bentuk Sensor Kehadiran Kertas untuk Pencetak.LED inframerah diletakkan di satu sisi laluan kertas, dan LTR-306 diletakkan bertentangan secara langsung, mencipta pancaran. Apabila tiada kertas, cahaya IR mengenai fototransistor, menghidupkannya dan menurunkan voltan pengumpulnya. Apabila kertas melalui, ia menyekat pancaran, fototransistor mati, dan voltan pengumpulnya menjadi tinggi (melalui perintang tarik-naik). Peralihan voltan ini dikesan oleh pengawal mikro.

Langkah Reka Bentuk:

1. Pilih bin yang sesuai (cth., Bin C) untuk memastikan perubahan arus yang cukup kuat untuk memacu voltan perintang tarik-naik yang dipilih merentasi julat suhu operasi yang dijangkakan.

2. Pilih perintang beban/tarik-naik (R_L). Perintang 4.7kΩ dengan bekalan 5V akan memberikan ayunan voltan yang baik. Rujuk Rajah 3 untuk memastikan masa tindak balas ~100μs yang terhasil cukup pantas untuk kelajuan kertas.

3. Reka bentuk pemegang secara mekanikal supaya LED dan LTR-306 dijajarkan mengikut paksi 0° dalam gambarajah sensitiviti (Rajah 5). Pakej pandang sisi memudahkan ini kerana kedua-dua komponen boleh dipasang rata pada PCB saling menghadap.

4. Laksanakan pemacu LED IR dengan modulasi (cth., gelombang persegi 1kHz) untuk menjadikan sensor kebal kepada cahaya IR persekitaran malar. Pengawal mikro kemudiannya akan membaca isyarat sensor secara segerak dengan modulasi ini.

11. Prinsip Operasi

Fototransistor ialah transistor simpang dwikutub di mana kawasan tapak terdedah kepada cahaya. Dalam LTR-306 (jenis NPN), foton tuju dengan tenaga yang mencukupi (cahaya inframerah pada ~940nm) diserap dalam simpang tapak-pengumpul, menjana pasangan elektron-lubang. Pembawa fototerjana ini dipisahkan oleh medan elektrik dalam simpang tapak-pengumpul berpincang songsang. Arus foto yang terhasil bertindak sebagai arus tapak untuk transistor. Disebabkan oleh gandaan arus transistor (beta/h_FE), arus foto kecil ini digandakan, menghasilkan arus pengumpul yang jauh lebih besar. Gandaan dalaman ini adalah perbezaan utama dari fotodiod. Arus pengumpul adalah berkadar terutamanya dengan keamatan cahaya tuju dan gandaan peranti.

12. Trend Teknologi

Fototransistor seperti LTR-306 mewakili teknologi matang dan kos efektif untuk penderiaan cahaya mudah. Trend semasa dalam optoelektronik termasuk integrasi fototransistor dengan litar penggandaan dan penyelarasan isyarat pada cip untuk mencipta sensor keluaran digital atau sensor analog dengan kelinearan dan pampasan suhu yang diperbaiki. Terdapat juga peralihan ke arah peminikaturan dan pakej pemasangan permukaan dengan tapak kaki yang lebih kecil. Untuk aplikasi kelajuan lebih tinggi dan lebih tepat, fotodiod dengan penguat transimpedans luaran atau IC optik khusus selalunya lebih disukai. Walau bagaimanapun, untuk tugas pengesanan asas, kos rendah, kelajuan sederhana, fototransistor diskret kekal sangat relevan kerana kesederhanaan, keteguhan, dan bilangan komponen yang rendah.