Lembaran Data Fototransistor Inframerah LTR-S320-TB-L - Pakej Pandangan Sisi - Panjang Gelombang Puncak 940nm - Dokumentasi Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTR-S320-TB-L ialah fototransistor inframerah diskret yang direka untuk aplikasi penderiaan dalam spektrum inframerah-dekat. Ia tergolong dalam keluarga besar komponen optoelektronik yang bertujuan untuk digunakan dalam sistem yang memerlukan pengesanan inframerah yang boleh dipercayai. Peranti ini direkabentuk untuk menukar sinaran inframerah insiden kepada isyarat elektrik yang sepadan pada terminal outputnya.

Fungsi teras komponen ini adalah berdasarkan kesan fotoelektrik dalam simpang semikonduktor. Apabila cahaya inframerah dengan tenaga yang mencukupi (sepadan dengan panjang gelombang sensitiviti puncaknya) mengenakan kawasan fotosensitif, ia menjana pasangan elektron-lubang. Dalam fototransistor, arus foto ini diperkuatkan secara dalaman, menghasilkan arus pengumpul yang jauh lebih besar berbanding fotodiod ringkas, menjadikannya sesuai untuk mengesan tahap cahaya yang lebih rendah atau untuk digunakan dengan litar yang lebih ringkas.

Matlamat reka bentuk utamanya termasuk keserasian dengan proses pemasangan automatik moden, ketahanan untuk pematerian alir balik inframerah, dan faktor bentuk yang memudahkan integrasi ke dalam susun atur papan litar bercetak (PCB) yang terhad ruang.

1.1 Ciri-ciri

• Mematuhi arahan RoHS (Sekatan Bahan Berbahaya) dan dikelaskan sebagai Produk Hijau.
• Mempunyai konfigurasi pakej pandangan sisi dengan kanta kubah epoksi gelap. Orientasi pandangan sisi membolehkan sensor mengesan isyarat inframerah selari dengan satah PCB, yang berguna untuk aplikasi penderiaan tepi atau apabila sumber IR tidak berserenjang dengan papan.
• Bahan kanta gelap membantu melemahkan cahaya nampak, mengurangkan gangguan daripada sumber cahaya ambien dan meningkatkan nisbah isyarat-kepada-hingar untuk isyarat inframerah.
• Dibekalkan dalam pita pembawa 8mm pada gegelung diameter 7 inci, dioptimumkan untuk peralatan pemasangan pick-and-place automatik berkelajuan tinggi.
• Pakej dan bahan direka untuk menahan profil pematerian alir balik inframerah (IR) standard yang digunakan dalam barisan pemasangan teknologi permukaan-mount (SMT).
• Mematuhi garis besar pakej standard EIA (Electronic Industries Alliance), memastikan keserasian mekanikal dengan tapak kaki dan peralatan pengendalian standard industri.

1.2 Aplikasi

• Modul Penerima Inframerah:Terutamanya digunakan sebagai elemen penderia dalam penerima untuk sistem kawalan jauh (cth., untuk TV, peralatan audio, penghawa dingin). Ia mengesan isyarat inframerah termodulat daripada alat kawalan jauh.
• Sensor Inframerah Dipasang PCB:Diintegrasikan terus ke atas PCB untuk penderiaan jarak dekat, pengesanan objek, atau penghantaran data dalam peranti seperti telefon pintar, tablet, perkakas, dan peralatan industri.
• Sistem Keselamatan dan Penggera:Boleh digunakan dalam sensor pemutus pancaran atau sensor objek pantulan untuk pengesanan pencerobohan.
• Automasi Perindustrian:Digunakan dalam peralatan untuk mengira, memposisikan, atau mengesan kehadiran/ketiadaan objek pada barisan pemasangan.

2. Penerangan Mendalam Parameter Teknikal

Bahagian ini memberikan tafsiran objektif yang terperinci tentang parameter elektrik dan optik utama yang menentukan prestasi dan had operasi fototransistor LTR-S320-TB-L.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini menentukan 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 yang boleh dipercayai.

• Pelesapan Kuasa (Pd):75 mW pada suhu ambien (Ta) 25°C. Ini adalah jumlah kuasa maksimum yang boleh dipancarkan oleh peranti sebagai haba tanpa melebihi had termalnya. Lengkung penurunan nilai (Rajah 2 dalam lembaran data) menunjukkan bagaimana penarafan ini berkurangan apabila suhu ambien meningkat.
• Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CEO):30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan antara terminal pengumpul dan pemancar dengan bes terbuka-litar.
• 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 ambien di mana peranti ditentukan untuk beroperasi dengan betul.
• Julat Suhu Penyimpanan:-55°C hingga +100°C. Julat suhu untuk menyimpan peranti apabila tidak dibekalkan kuasa.
• Keadaan Pematerian Inframerah:Menahan suhu puncak 260°C untuk maksimum 10 saat. Ini menentukan keserasiannya dengan proses pematerian alir balik bebas plumbum (Pb-free).

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Ini adalah parameter prestasi tipikal dan terjamin yang diukur di bawah keadaan ujian tertentu pada 25°C.

• Panjang Gelombang Penderiaan Puncak (λ_p):940 nm. Panjang gelombang inframerah di mana fototransistor paling sensitif. Ia dipadankan secara optimum dengan panjang gelombang pancaran diod pemancar inframerah (IRED) GaAs 940nm biasa.
• Arus Gelap Pengumpul (I_CEO):Maksimum 100 nA pada V_CE=20V, E_e=0 mW/cm². Ini adalah arus bocor kecil yang mengalir melalui pengumpul apabila tiada cahaya inframerah insiden (keadaan gelap). Arus gelap yang lebih rendah secara amnya lebih baik untuk sensitiviti kepada isyarat lemah.
• Arus Pengumpul Keadaan-Hidup (I_C(ON)):Tipikal 2.0 mA, Minimum 1.0 mA pada V_CE=5V dan penyinaran (E_e) 0.5 mW/cm² dengan sumber 940nm. Parameter ini menunjukkan tahap arus output untuk keamatan cahaya input standard yang diberikan. Toleransi ujian ialah ±15%.
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(SAT)):Maksimum 0.4 V pada I_C=100µA, E_e=0.5 mW/cm². Ini adalah susut voltan merentasi transistor apabila ia sepenuhnya "hidup" (tepu) di bawah keadaan arus rendah yang ditentukan.
• Masa Naik (T_r) & Masa Jatuh (T_f):Tipikal 15 µs setiap satu pada V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ. Parameter ini menentukan kelajuan pensuisan fototransistor—seberapa cepat arus output boleh naik dari 10% ke 90% nilai akhirnya (masa naik) dan jatuh dari 90% ke 10% (masa jatuh) sebagai tindak balas kepada perubahan langkah dalam cahaya. Kelajuan ini sesuai untuk protokol kawalan jauh standard (cth., pembawa 36-40kHz).

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data termasuk beberapa graf yang menggambarkan bagaimana parameter utama berubah dengan keadaan operasi. Memahami lengkung ini adalah penting untuk reka bentuk litar yang teguh.

3.1 Sensitiviti Spektrum (Rajah 5)

Lengkung ini memplot sensitiviti relatif fototransistor merentasi julat panjang gelombang. Ia mengesahkan sensitiviti puncak pada 940nm dan menunjukkan penurunan ketara pada panjang gelombang yang lebih pendek (nampak) dan lebih panjang (inframerah-jauh). Kanta gelap menyumbang kepada melemahkan sensitiviti dalam spektrum nampak, mengurangkan hingar daripada cahaya ambien.

3.2 Arus Pengumpul Relatif vs. Penyinaran (Rajah 3)

Graf ini menunjukkan hubungan antara arus pengumpul output dan ketumpatan kuasa cahaya inframerah insiden (penyinaran). Ia secara amnya linear dalam julat tertentu, menunjukkan bahawa arus output adalah berkadar terus dengan keamatan cahaya, yang diingini untuk aplikasi penderiaan analog. Lengkung ini membantu pereka menentukan output yang dijangkakan untuk input cahaya yang diberikan.

3.3 Arus Gelap Pengumpul vs. Suhu (Rajah 1) & Penurunan Nilai Pelesapan Kuasa (Rajah 2)

Rajah 1 menunjukkan bahawa arus gelap (I_CEO) meningkat secara eksponen dengan peningkatan suhu ambien. Ini adalah pertimbangan kritikal untuk aplikasi suhu tinggi, kerana peningkatan arus gelap menaikkan paras hingar dan boleh mengurangkan sensitiviti berkesan. Rajah 2 menunjukkan penurunan nilai pelesapan kuasa maksimum yang dibenarkan apabila suhu ambien meningkat. Melebihi 25°C, peranti boleh mengendalikan kuasa yang kurang dengan selamat, kerana keupayaannya untuk memancarkan haba ke persekitaran berkurangan.

3.4 Masa Naik/Jatuh vs. Rintangan Beban (Rajah 4)

Lengkung ini menggambarkan pertukaran asas dalam reka bentuk litar fototransistor. Kelajuan pensuisan (masa naik/jatuh) sangat bergantung pada perintang beban (R_L) yang disambungkan ke pengumpul. R_Lyang lebih besar meningkatkan ayunan voltan output tetapi juga meningkatkan pemalar masa RC, memperlahankan masa tindak balas. R_Lyang lebih kecil menghasilkan pensuisan yang lebih pantas tetapi isyarat output yang lebih kecil. Pereka mesti memilih R_Lberdasarkan sama ada kelajuan atau amplitud isyarat lebih kritikal untuk aplikasi mereka.

4. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

4.1 Dimensi Garis Besar

Peranti ini dibungkus dalam pakej permukaan-mount pandangan sisi. Dimensi utama termasuk saiz badan, jarak kaki, dan kedudukan kanta. Semua dimensi kritikal disediakan dalam milimeter dengan toleransi standard ±0.1mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Orientasi pandangan sisi ditunjukkan dengan jelas dalam lukisan.

4.2 Pengenalpastian Polarity

Komponen ini mempunyai dua kaki. Lukisan lembaran data menunjukkan kaki mana yang pengumpul dan mana yang pemancar. Polarity yang betul mesti dipatuhi semasa pemasangan PCB. Biasanya, kaki yang lebih panjang (jika ada dalam pembungkusan pita) atau sudut bertanda pada pita menunjukkan pengumpul.

4.3 Susun Atur Pad Pematerian Dicadangkan (Bahagian 6)

A recommended land pattern (footprint) for the PCB is provided. This includes the pad dimensions, spacing, and shape to ensure a reliable solder joint after reflow. The recommendation includes using a metal stencil with a thickness of 0.1mm (4 mils) or 0.12mm (5 mils) for solder paste application.

5. Panduan Pematerian & Pemasangan

5.1 Profil Pematerian Alir Balik

Profil alir balik inframerah terperinci disyorkan untuk proses pemasangan bebas plumbum (Pb-free). Parameter utama termasuk:

• Pra-panas:Cerun ke 150-200°C.
• Masa Rendam/Pra-panas:Sehingga 120 saat maksimum.
• Suhu Puncak:Maksimum 260°C.
• Masa Di Atas Likuidus (TAL):Masa dalam 5°C suhu puncak tidak boleh melebihi 10 saat. Peranti tidak boleh dikenakan lebih daripada dua kitaran alir balik di bawah keadaan ini.

Profil ini berdasarkan piawaian JEDEC untuk memastikan pematerian yang boleh dipercayai tanpa merosakkan pakej epoksi atau struktur dalaman komponen.

5.2 Pematerian Tangan

Jika pematerian tangan diperlukan, besi pematerian dengan suhu tidak melebihi 300°C harus digunakan. Masa sentuhan untuk setiap kaki harus dihadkan kepada maksimum 3 saat setiap sambungan pateri.

5.3 Penyimpanan & Pengendalian

• Pakej Tertutup:Peranti dihantar dalam beg penghalang lembapan dengan penyerap lembapan. Ia harus disimpan pada ≤30°C dan ≤60% RH. Sebaik sahaja beg tertutup dibuka, komponen dianggap sensitif lembapan.
• Jangka Hayat Lantai:Selepas membuka pembungkusan asal, adalah disyorkan untuk menyelesaikan proses alir balik IR dalam tempoh satu minggu (168 jam).
• Penyimpanan Lanjutan/Pembakaran:Untuk penyimpanan melebihi satu minggu selepas dibuka, komponen harus disimpan dalam bekas tertutup dengan penyerap lembapan. Jika terdedah melebihi masa ini, pembakaran pada 60°C untuk sekurang-kurangnya 20 jam diperlukan sebelum pematerian untuk mengeluarkan lembapan yang diserap dan mencegah "popcorning" (retak pakej) semasa alir balik.

5.4 Pembersihan

Isopropil alkohol atau pelarut berasaskan alkohol yang serupa disyorkan untuk membersihkan sisa fluks, jika diperlukan. Pembersih kimia yang keras atau agresif harus dielakkan.

6. Pembungkusan & Maklumat Pesanan

6.1 Spesifikasi Pita dan Gegelung

Komponen dibekalkan pada gegelung diameter standard 7 inci (178mm). Butiran pembungkusan utama termasuk:

• Lebar Pita Pembawa: 8mm.
• Kuantiti per Gegelung:3000 keping.
• Kuantiti Pesanan Minimum (MOQ):500 keping untuk baki kuantiti.
• Liputan Poket:Poket komponen kosong dimeterai dengan pita penutup.
• Komponen Hilang:Maksimum dua komponen hilang berturut-turut dibenarkan mengikut piawaian pembungkusan.
• Pembungkusan mematuhi spesifikasi ANSI/EIA-481-1-A.

7. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

7.1 Konfigurasi Litar Pacuan

Fototransistor ialah peranti output arus. Konfigurasi litar yang paling biasa adalah menyambungkannya dalam persediaan pemancar-sepunya:

• Pemancar disambungkan ke bumi.
• Pengumpul disambungkan ke voltan bekalan positif (V_CC) melalui perintang beban (R_L).
• Isyarat output diambil dari nod pengumpul. Apabila cahaya mengenakan sensor, transistor hidup, menarik voltan pengumpul rendah (ke arah V_CE(SAT)). Apabila gelap, transistor mati, dan voltan pengumpul tinggi (ditarik ke V_CColeh R_L).

Nilai R_Ladalah kritikal dan melibatkan pertukaran antara ayunan voltan output, kelajuan tindak balas (lihat Rajah 4), dan penggunaan kuasa. Nilai permulaan tipikal ialah 1kΩ hingga 10kΩ.

7.2 Meningkatkan Nisbah Isyarat-kepada-Hingar (SNR)

• Penapisan Optik:Kanta gelap terbina dalam menyediakan beberapa penapisan. Untuk persekitaran dengan cahaya ambien yang kuat, penapis jalur lepas inframerah luaran tambahan berpusat pada 940nm boleh digunakan untuk menyekat cahaya yang tidak diingini.
• Penapisan Elektrik:Memandangkan banyak kawalan jauh IR menggunakan frekuensi pembawa termodulat (cth., 38kHz), menggabungkan penapis jalur lepas yang ditala kepada frekuensi ini dalam peringkat penguat seterusnya boleh meningkatkan SNR secara dramatik dengan menolak cahaya ambien DC dan hingar frekuensi rendah.
• Perisai:Perisai mekanikal sensor daripada pendedahan langsung kepada sumber cahaya ambien (cth., cahaya matahari, lampu) boleh mengurangkan hingar.

7.3 Berpasangan dengan Pemancar IR

Untuk aplikasi penderiaan pantulan atau jarak dekat, pasangkan LTR-S320-TB-L dengan LED inframerah yang memancar pada atau berhampiran 940nm. Pastikan arus pacuan untuk pemancar mencukupi untuk menghasilkan isyarat pantulan yang diperlukan pada pengesan. Denyutan pemancar dan pengesanan segerak output fototransistor boleh membantu membezakan isyarat daripada cahaya ambien.

8. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Berbanding fotodiod standard, fototransistor LTR-S320-TB-L menawarkan gandaan arus semula jadi (beta/h_FE), menyediakan isyarat output yang jauh lebih besar untuk input cahaya yang sama. Ini memudahkan reka bentuk litar kerana selalunya memerlukan penguatan seterusnya yang kurang. Walau bagaimanapun, gandaan ini datang dengan kos masa tindak balas yang lebih perlahan (mikrosaat vs. nanosaat untuk fotodiod) dan arus gelap yang lebih tinggi. Pakej pandangan sisi membezakannya daripada sensor pandangan atas, menawarkan fleksibiliti reka bentuk untuk penderiaan di sepanjang tepi PCB. Keserasiannya dengan pemasangan SMT automatik dan profil alir balik standard menjadikannya pilihan yang berkesan kos untuk pembuatan volum tinggi berbanding alternatif melalui-lubang.

9. Soalan Lazim (FAQ)

9.1 Apakah tujuan kanta gelap?

Kanta epoksi gelap bertindak sebagai penapis cahaya nampak. Ia melemahkan cahaya dalam spektrum nampak sambil membenarkan panjang gelombang inframerah (sekitar 940nm) untuk melalui. Ini mengurangkan sensitiviti sensor kepada cahaya bilik ambien, lampu pendarfluor, dan cahaya matahari, seterusnya meminimumkan hingar dan meningkatkan kebolehpercayaan mengesan isyarat inframerah yang dimaksudkan.

9.2 Bagaimana saya memilih nilai perintang beban (R_L)?

Pilihan ini melibatkan pertukaran. Gunakan Rajah 4 dalam lembaran data sebagai panduan. Untukkelajuan maksimum(masa naik/jatuh terpantas), pilih R_Lyang lebih kecil (cth., 1kΩ atau kurang). Untukayunan voltan output maksimum(amplitud isyarat lebih tinggi), pilih R_Lyang lebih besar (cth., 10kΩ atau lebih), tetapi ini akan memperlahankan tindak balas. Pastikan susut voltan merentasi R_Lapabila transistor hidup (I_C(ON)* R_L) tidak melebihi voltan bekalan anda tolak V_CE(SAT).

9.3 Bolehkah sensor ini digunakan di luar rumah?

Ia boleh digunakan di luar rumah dengan reka bentuk yang teliti. Cahaya matahari langsung mengandungi jumlah sinaran inframerah yang ketara dan boleh memenuhi sensor atau memperkenalkan hingar. Penapisan optik yang berkesan (penapis jalur lepas sempit 940nm), perumahan yang sesuai untuk menyekat matahari langsung, dan teknik pengesanan isyarat termodulat adalah penting untuk operasi luar rumah yang boleh dipercayai.

9.4 Mengapakah pembakaran diperlukan sebelum pematerian jika beg dibuka selama lebih daripada seminggu?

Pakej epoksi plastik boleh menyerap lembapan dari udara. Semasa proses pematerian alir balik suhu tinggi, lembapan yang terperangkap ini boleh mengewap dengan cepat, mencipta tekanan dalaman yang tinggi. Ini boleh menyebabkan pakej retak atau berlapis, kegagalan yang dikenali sebagai "popcorning." Pembakaran pada 60°C mengeluarkan lembapan yang diserap ini, menjadikan komponen selamat untuk alir balik.

10. Contoh Reka Bentuk Praktikal

Senario: Mereka bentuk sensor jarak dekat IR ringkas untuk mainan.

1. Matlamat:Mengesan apabila objek berada dalam ~5cm sensor.
2. Komponen:Fototransistor LTR-S320-TB-L, LED IR 940nm, mikropengawal (MCU).
3. Litar:Fototransistor disambungkan dengan R_L= 4.7kΩ ke V_CC(3.3V). Output pengumpulnya disambungkan ke pin penukar analog-ke-digital (ADC) MCU. LED IR diletakkan bersebelahan dengan fototransistor dan dipacu oleh pin output MCU melalui perintang had arus (cth., 20mA).
4. Operasi:MCU mendenyutkan LED IR pada frekuensi tertentu (cth., 1kHz) untuk letupan pendek. Ia kemudian membaca nilai ADC dari fototransistor. Apabila tiada objek hadir, isyarat pantulan adalah rendah. Apabila objek berada dalam julat, cahaya inframerah memantul kembali ke fototransistor, menyebabkan peningkatan yang boleh diukur dalam bacaan ADC. Ambang ditetapkan dalam perisian MCU untuk mengesan jarak dekat.
5. Pertimbangan:Sensor mesti dilindungi daripada sumber IR ambien. Teknik denyut-dan-ukur membantu membezakan isyarat daripada cahaya ambien. Nilai R_Ldipilih untuk ayunan voltan yang baik pada tahap cahaya pantulan yang dijangkakan sambil mengekalkan kelajuan yang munasabah.