Техническая документация на фототранзистор LTR-5576D - Корпус 3.0x2.8x1.9мм - Vce 30В - Мощность 100мВт - Темно-зеленый фильтр

1. Обзор продукта

LTR-5576D — это кремниевый NPN фототранзистор, предназначенный для применения в системах инфракрасного детектирования. Его основная функция — преобразование падающего инфракрасного света в электрический ток на выводе коллектора. Ключевой отличительной особенностью данного компонента является его специальный темно-зеленый пластиковый корпус. Этот материал корпуса специально выбран для ослабления или отсечения длин волн видимого света, тем самым повышая чувствительность и селективность прибора к инфракрасному излучению. Это делает его особенно подходящим для применений, где критически важно различать фоновый видимый свет и целевой инфракрасный сигнал.

Основные преимущества LTR-5576D включают широкий рабочий диапазон коллекторного тока, что обеспечивает гибкость проектирования. Он обладает высокой чувствительностью к инфракрасному свету, гарантируя надежное детектирование даже при низких уровнях облученности. Кроме того, он отличается быстрым временем переключения, характеризуемым временем нарастания и спада в микросекундном диапазоне, что позволяет использовать его в приложениях, требующих быстрого отклика, таких как каналы передачи данных, обнаружение объектов и измерение скорости.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они указаны при температуре окружающей среды (T_A) 25°C.

• Рассеиваемая мощность (P_D):100 мВт. Это максимальная мощность, которую устройство может рассеивать в виде тепла. Превышение этого предела грозит тепловым разгоном и выходом из строя.
• Напряжение коллектор-эмиттер (V_CEO):30 В. Максимальное напряжение, которое может быть приложено между коллектором и эмиттером при разомкнутой (плавающей) базе.
• Напряжение эмиттер-коллектор (V_ECO):5 В. Максимальное обратное напряжение, прикладываемое между эмиттером и коллектором.
• Диапазон рабочих температур:от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором гарантируется работа устройства в соответствии с его электрическими характеристиками.
• Диапазон температур хранения:от -55°C до +100°C. Диапазон температур для нерабочего хранения без деградации.
• Температура пайки выводов:260°C в течение 5 секунд, измеренная на расстоянии 1,6 мм от корпуса. Это определяет ограничения профиля пайки оплавлением.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры определяют производительность устройства в конкретных условиях испытаний при T_A=25°C.

• Напряжение пробоя коллектор-эмиттер, V_(BR)CEO:30 В (Мин.). Измерено при I_C= 1мА и нулевой облученности (E_e= 0 мВт/см²).
• Напряжение пробоя эмиттер-коллектор, V_(BR)ECO:5 В (Мин.). Измерено при I_E= 100мкА и нулевой облученности.
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, V_CE(SAT):0,4 В (Макс.). Падение напряжения на устройстве, когда оно полностью "открыто" (проводит), испытано при I_C= 50мкА и E_e= 0,5 мВт/см². Низкое V_CE(SAT)желательно для эффективного переключения.
• Время переключения:
  • Время нарастания (T_r):15 мкс (Тип.). Время, за которое выходной ток возрастает от 10% до 90% от своего конечного значения.
  • Время спада (T_f):18 мкс (Тип.). Время, за которое выходной ток падает от 90% до 10% от своего начального значения. Испытано при V_CC=5В, I_C=1мА, R_L=1кОм.
• Темновой ток коллектора (I_CEO):100 нА (Макс.). Ток утечки, протекающий через коллектор при отсутствии падающего света (E_e= 0 мВт/см²) и V_CE= 10В. Низкий темновой ток критически важен для хорошего отношения сигнал/шум при детектировании слабого света.
• Коэффициент тока коллектора в открытом состоянии (R):Определяется как I_L1/I_L2, с типичным значением 1,0 и мин./макс. 0,8/1,25. Этот параметр относится к стабильности выходного тока в определенных условиях испытаний.

3. Объяснение системы сортировки

LTR-5576D использует систему сортировки на основе среднего тока коллектора в открытом состоянии (I_C(ON)). Этот ток измеряется в стандартизированных условиях: V_CE= 5В и облученность (E_e) 1 мВт/см². Устройства сортируются в разные группы (от A до F) в соответствии с измеренным диапазоном I_C(ON). Каждая группа маркируется определенным цветом для легкой идентификации.

Предоставлены два набора пределов: более узкиеПроизводственные настройкидиапазоны, используемые при производственной сортировке, и более широкиеПределы контроля качества (Q.C.), используемые для окончательного приемочного тестирования.

Такая сортировка позволяет разработчикам выбирать устройства с согласованной чувствительностью для конкретных требований схемы, обеспечивая предсказуемую производительность при серийном производстве.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях.

4.1 Темновой ток коллектора в зависимости от температуры окружающей среды (Рис. 1)

Эта кривая показывает, что темновой ток коллектора (I_CEO) экспоненциально возрастает с увеличением температуры окружающей среды. При 25°C он находится в диапазоне наноампер, но может значительно увеличиться при верхней границе рабочего диапазона температур (+85°C). Эта характеристика критически важна для проектирования схем, которые должны сохранять стабильность в широком диапазоне температур, поскольку возрастающий темновой ток действует как смещение или источник шума.

4.2 Снижение мощности коллектора в зависимости от температуры окружающей среды (Рис. 2)

Этот график изображает снижение максимально допустимой рассеиваемой мощности с ростом температуры окружающей среды. При 25°C устройство может рассеивать полные 100 мВт. При повышении температуры эту максимальную мощность необходимо линейно снижать, чтобы не превысить предел температуры перехода. Эта кривая необходима для управления тепловым режимом и обеспечения надежной работы в условиях повышенных температур.

4.3 Время нарастания и спада в зависимости от сопротивления нагрузки (Рис. 3)

Этот график демонстрирует взаимосвязь между скоростью переключения (T_r, T_f) и сопротивлением нагрузки (R_L), подключенным к коллектору. Время переключения уменьшается с уменьшением сопротивления нагрузки. Это связано с тем, что меньшее R_Lпозволяет быстрее заряжать и разряжать барьерную емкость фототранзистора и любые паразитные емкости в схеме. Разработчики могут использовать эту кривую для оптимизации R_Lдля достижения желаемого баланса между скоростью переключения и амплитудой выходного сигнала.

4.4 Относительный ток коллектора в зависимости от облученности (Рис. 4)

Эта кривая показывает передаточную функцию фототранзистора: взаимосвязь между падающей инфракрасной облученностью (E_e, в мВт/см²) и результирующим током коллектора (I_C). Кривая обычно линейна в определенном диапазоне. Эта линейность важна для аналоговых сенсорных применений, где выходной ток должен быть прямо пропорционален интенсивности света. График снят при V_CE= 5В.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

LTR-5576D поставляется в стандартном 3-выводном боковом корпусе. Ключевые размеры (в миллиметрах) следующие, с общей допуском ±0,15 мм, если не указано иное:

• Корпус: приблизительно 3,0 мм в длину, 2,8 мм в высоту и 1,9 мм в глубину (без учета выводов).
• Расстояние между выводами: расстояние между центрами выводов является стандартным значением, измеренным в месте их выхода из корпуса.
• Выступающая смола: максимум 1,5 мм смолы может выступать под фланцем.

Темно-зеленый пластиковый материал корпуса неотъемлем от его функции, отфильтровывая видимый свет.

5.2 Идентификация полярности

Устройство имеет три вывода: Эмиттер, Коллектор и База (часто оставляется неподключенной или используется для резистора смещения в некоторых конфигурациях). Распиновка стандартна для данного типа корпуса, но разработчики всегда должны обращаться к подробному чертежу корпуса в техническом описании для правильной ориентации. Неправильное подключение может повредить устройство.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Обращение и сборка фототранзисторов требуют осторожности, чтобы избежать повреждения от электростатического разряда (ESD) и чрезмерного нагрева.

• Меры предосторожности от ESD:Устройство чувствительно к ESD. Необходимо соблюдать соответствующие процедуры безопасного обращения от ESD, включая использование заземленных браслетов и проводящих рабочих поверхностей.
• Пайка оплавлением:Предельный параметр для пайки выводов составляет 260°C в течение 5 секунд, измеренный на расстоянии 1,6 мм от корпуса. Это соответствует стандартному профилю бессвинцовой пайки оплавлением. Профиль должен тщательно контролироваться, чтобы избежать теплового удара или превышения этого предела.
• Волновая пайка:При использовании волновой пайки следует проводить соответствующий предварительный нагрев, чтобы минимизировать термические напряжения на пластиковом корпусе.
• Очистка:Используйте чистящие растворители, совместимые с темно-зеленым пластиковым материалом, чтобы избежать изменения цвета или деградации.
• Хранение:Храните в сухой, защищенной от ESD среде в указанном диапазоне температур от -55°C до +100°C.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Обнаружение объектов и датчики приближения:Используются в устройствах, таких как автоматические краны, сушилки для рук, диспенсеры бумажных полотенец и системы безопасности, для обнаружения наличия или отсутствия объекта путем отражения инфракрасного луча.
• Промышленная автоматизация:Для подсчета объектов на конвейерной ленте, определения положения деталей машин или в оптических энкодерах для обратной связи по скорости и положению.
• Потребительская электроника:В приемниках пультов дистанционного управления (хотя часто в паре со специализированной ИС), датчиках внешней освещенности для управления яркостью дисплея и щелевых датчиках в принтерах или дисководах.
• Базовые каналы передачи данных:Для простой, короткодистанционной инфракрасной передачи данных (например, системы, совместимые с IrDA, на более низких скоростях).

7.2 Соображения по проектированию

• Схема смещения:Фототранзистор может использоваться в двух распространенных конфигурациях: простой ключ (с подтягивающим резистором) или в линейном режиме для аналогового детектирования. Значение нагрузочного резистора (R_L) критически важно и влияет на усиление, полосу пропускания (скорость переключения) и размах выходного напряжения.
• Подавление фонового света:Темно-зеленый корпус обеспечивает значительное подавление видимого света, но он не идеален. Для сред с высоким уровнем фонового освещения могут потребоваться дополнительные оптические фильтры, модулированные ИК-сигналы или методы синхронного детектирования для улучшения целостности сигнала.
• Температурная компенсация:Как показано на кривых, темновой ток увеличивается с температурой. Для прецизионного аналогового детектирования схемам может потребоваться температурная компенсация или использование устройства в дифференциальной конфигурации для компенсации температурно-зависимого смещения.
• Дизайн линзы и корпуса:Угол обзора датчика определяется его корпусом. Внешние линзы или диафрагмы могут использоваться для фокусировки или ограничения области чувствительности в соответствии с требованиями применения.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Основным отличием LTR-5576D является еготемно-зеленый пластиковый корпус. По сравнению со стандартными прозрачными или бесцветными корпусами, это обеспечивает встроенную фильтрацию видимого света, упрощая оптический дизайн в средах с изменяющимся фоновым видимым светом. Егобыстрое время переключения(в диапазоне 15-18 мкс) делает его подходящим для применений, требующих более быстрого отклика, чем у типичных фототранзисторов, у которых время переключения может составлять десятки или сотни микросекунд.Всеобъемлющая система сортировки(Группы A-F) предоставляет разработчикам гарантированный диапазон чувствительности, обеспечивая более стабильную производительность при серийном производстве по сравнению с несортированными компонентами с более широким разбросом параметров.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какова цель темно-зеленого корпуса?
О: Темно-зеленый пластик действует как встроенный оптический фильтр. Он ослабляет большую часть спектра видимого света, позволяя инфракрасным длинам волн проходить к кремниевому чипу. Это значительно снижает чувствительность сенсора к окружающему комнатному свету, солнечному свету или другим видимым источникам, заставляя его реагировать в основном на целевой инфракрасный сигнал.

В: Как выбрать правильный нагрузочный резистор (R_L)?
О: Выбор предполагает компромисс. Большее R_Lобеспечивает больший размах выходного напряжения для заданного фототока (большее усиление), но приводит к более медленному времени переключения (см. Рис. 3). Меньшее R_Lобеспечивает более быстрый отклик, но меньшее усиление. Выбирайте R_Lисходя из того, что является приоритетом в вашем проекте: чувствительность (аналоговое детектирование) или скорость (цифровое переключение).

В: Что означает сортировка (A-F) для моего проекта?
О: Сортировка обеспечивает согласованность чувствительности. Если ваша схема рассчитана на определенный порог тока, использование устройств из одной группы гарантирует, что они все будут срабатывать примерно при одном уровне освещенности. Смешивание групп может привести к тому, что одни устройства будут более или менее чувствительными, чем другие. Выберите группу, диапазон I_C(ON)которой соответствует рабочей точке вашей схемы.

В: Могу ли я использовать этот датчик под прямыми солнечными лучами?
О: Хотя темно-зеленый корпус помогает, прямой солнечный свет содержит огромное количество инфракрасного излучения, которое может насытить датчик. Для наружных применений или применений с высоким фоновым ИК-излучением необходимы дополнительные меры, такие как оптические полосовые фильтры, настроенные на конкретную длину волны вашего ИК-источника, физическое экранирование или использование модулированного ИК-источника с синхронным детектированием.

10. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование датчика для диспенсера бумажных полотенец.
Цель — обнаружить руку, помещенную под диспенсер, и активировать мотор. ИК-светодиодный излучатель размещается напротив детектора LTR-5576D. В обычном состоянии ИК-луч попадает на детектор, генерируя ток. Когда рука прерывает луч, ток падает.

Шаги проектирования:
1. Конфигурация схемы:Используйте фототранзистор в конфигурации ключа с общим эмиттером. Подключите коллектор к напряжению питания (например, 5В) через нагрузочный резистор R_L. Эмиттер подключен к земле. Выходное напряжение снимается с узла коллектора.
2. Выбор R_L:Поскольку скорость не критична (движение руки медленное), приоритетом является хороший размах сигнала. Из Рис. 4, при разумной облученности, I_Cможет составлять ~500мкА (Группа C). Выбор R_L= 10кОм дает размах напряжения ΔV = I_C* R_L≈ 5В, что отлично для управления логическим входом.
3. Выбор группы сортировки:Выберите группу (например, C или D), которая обеспечивает достаточный ток при выходной мощности выбранного ИК-светодиода на требуемом расстоянии детектирования. Это гарантирует надежное срабатывание.
4. Устойчивость к фоновому свету:Темно-зеленый корпус LTR-5576D автоматически подавляет большинство изменений комнатного освещения, делая систему надежной без сложной фильтрации.
5. Обработка выходного сигнала:Напряжение на коллекторе (высокое при наличии луча, низкое при прерывании) может подаваться непосредственно на компаратор или вывод GPIO микроконтроллера для обработки.

11. Принцип работы

Фототранзистор по своей сути является биполярным транзистором (BJT), в котором базовый ток генерируется светом, а не электрическим соединением. В LTR-5576D (тип NPN) инфракрасные фотоны, падающие на переход база-коллектор, генерируют электрон-дырочные пары. Эти фотосгенерированные носители увлекаются электрическим полем через обратносмещенный переход база-коллектор, создавая фототок. Этот фототок действует как базовый ток (I_B) для транзистора. Благодаря коэффициенту усиления тока транзистора (β или h_FE), коллекторный ток (I_C) намного больше исходного фототока (I_C≈ β * I_B). Именно это внутреннее усиление придает фототранзистору высокую чувствительность по сравнению с простым фотодиодом.

12. Технологические тренды

Область оптического детектирования продолжает развиваться. Тренды, относящиеся к компонентам, таким как LTR-5576D, включают:
Интеграция:Растущая интеграция фотодетектора с аналоговой входной цепью (трансимпедансные усилители, АЦП) и цифровой логикой в однокристальные решения или модули.
Специфичность по длине волны:Разработка детекторов с более резкими спектральными характеристиками или настраиваемостью для конкретных применений, таких как газовый анализ или биологический анализ.
Миниатюризация:Постоянное уменьшение размеров корпуса для размещения во все более компактных потребительских и медицинских устройствах.
Улучшение производительности:Усилия по дальнейшему снижению темнового тока, повышению скорости и увеличению чувствительности для применений с низким энергопотреблением. Основной принцип фототранзистора остается в силе, но его реализация и архитектура поддерживающей системы продолжают развиваться.