Техническая документация на фототранзистор LTR-516AD - Темно-зеленый корпус - Обратное напряжение 30В - Рассеиваемая мощность 150мВт

1. Обзор продукта

LTR-516AD — это высокопроизводительный кремниевый NPN фототранзистор, предназначенный для детектирования инфракрасного излучения. Его основная функция — преобразование падающего инфракрасного света в электрический ток. Ключевой особенностью компонента является специальный темно-зеленый пластиковый корпус, разработанный для фильтрации большей части спектра видимого света. Это делает его особенно подходящим для применений, где датчик должен реагировать в основном на инфракрасные сигналы, минимизируя помехи от окружающего видимого света. Устройство сочетает в себе высокую фоточувствительность, низкую емкость перехода и быстрое время переключения, что позиционирует его как идеальный выбор для различных систем инфракрасного детектирования и связи.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Устройство рассчитано на работу в определенных экологических и электрических пределах для обеспечения надежности и предотвращения повреждений. Максимальная рассеиваемая мощность составляет 150 мВт при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Оно может выдерживать обратное напряжение (V_R) до 30 В. Рабочий диапазон температур составляет от -40°C до +85°C, при этом хранение возможно в диапазоне от -55°C до +100°C. При монтаже выводы можно паять при температуре 260°C в течение максимум 5 секунд, при этом точка пайки должна находиться на расстоянии не менее 1,6 мм от корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Все электрические и оптические параметры указаны при T_A= 25°C. Напряжение обратного пробоя (V_(BR)R) обычно составляет 30В при обратном токе (I_R) 100мкА. Обратный темновой ток (I_D(R)), который представляет собой ток утечки при отсутствии падающего света, имеет максимальное значение 30 нА при V_R= 10В. При облучении (E_e) 0,5 мВт/см² от источника с длиной волны 940 нм фототранзистор генерирует напряжение холостого хода (V_OC) 350 мВ. Его динамические характеристики определяются временами нарастания и спада (T_r, T_f) по 50 наносекунд каждый при испытаниях с V_R=10В, импульсом 940 нм и нагрузочным резистором 1 кОм. Ток короткого замыкания (I_S), ключевой показатель чувствительности, составляет 2 мкА (типичное значение) при V_R=5В, λ=940нм и E_e=0,1 мВт/см². Общая емкость перехода (C_T) составляет максимум 25 пФ при V_R=3В и частоте 1 МГц. Длина волны пика спектральной чувствительности (λ_SMAX) равна 900 нм.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлено несколько характеристических кривых, важных для проектирования схем. На рисунке 1 показана зависимость темнового тока (I_D) от обратного напряжения (V_R), демонстрирующая поведение устройства по утечке в темноте. Рисунок 2 иллюстрирует, как емкость перехода (C_T) уменьшается с увеличением обратного напряжения, что важно для высокочастотных применений. Рисунок 3 показывает изменение фототока в зависимости от температуры окружающей среды, указывая на возможный дрейф выходного сигнала датчика при изменении температуры. Рисунок 4 аналогично отображает зависимость темнового тока от температуры. Рисунок 5 — это кривая относительной спектральной чувствительности, которая графически подтверждает пик отклика на 900 нм и эффективность темно-зеленого корпуса в ослаблении чувствительности в диапазоне видимого света. Рисунок 6 показывает линейную зависимость фототока (I_p) от инфракрасного облучения (E_e). Рисунок 7 представляет собой полярную диаграмму, показывающую угловую зависимость чувствительности. Рисунок 8 детализирует, как максимально допустимая общая рассеиваемая мощность снижается при увеличении температуры окружающей среды выше 25°C.

4. Механическая информация и данные о корпусе

LTR-516AD заключен в специальный темно-зеленый пластиковый корпус. Ключевые размерные примечания включают: все размеры указаны в миллиметрах, общий допуск составляет ±0,25 мм, если не указано иное. Максимальный выступ смолы под фланцем составляет 1,5 мм. Расстояние между выводами измеряется в точке выхода выводов из корпуса. Корпус предназначен для монтажа в отверстия. Темно-зеленый цвет является неотъемлемой частью его функции, действуя как фильтр видимого света для улучшения соотношения сигнал/шум при инфракрасном детектировании.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Для надежной пайки критически важно соблюдать указанные условия. Выводы следует паять при температуре 260°C не более 5 секунд. Точка пайки должна находиться на расстоянии не менее 1,6 мм (0,063 дюйма) от пластикового корпуса, чтобы предотвратить термическое повреждение полупроводникового кристалла и пластиковой оболочки. Можно использовать стандартные методы волновой или ручной пайки при условии строгого соблюдения ограничений по температуре и времени. Длительное воздействие температур выше указанного предела может ухудшить производительность или вызвать необратимый отказ.

6. Рекомендации по применению

6.1 Типовые сценарии применения

LTR-516AD хорошо подходит для различных применений на основе инфракрасного излучения. К ним относятся обнаружение объектов и датчики приближения в системах автоматизации и безопасности, щелевые датчики в принтерах и торговых автоматах, бесконтактные выключатели и инфракрасные каналы передачи данных (например, старые интерфейсы IRDA). Его быстрое время переключения делает его применимым в системах, требующих быстрого обнаружения импульсов.

6.2 Особенности проектирования

При проектировании с использованием этого фототранзистора необходимо учитывать несколько факторов. Во-первых, рабочая точка должна быть выбрана с учетом требуемой чувствительности и скорости; более высокое обратное напряжение обычно уменьшает емкость и улучшает скорость, но увеличивает темновой ток. Значение нагрузочного резистора (R_L) является критическим выбором при проектировании: больший R_Lобеспечивает более высокое выходное напряжение, но замедляет время отклика (увеличивает постоянную времени RC). Темно-зеленый корпус снижает помехи от окружающего видимого света, но разработчик все равно должен учитывать инфракрасный фон в среде применения. Для стабильной работы в диапазоне температур следует учитывать вариации, показанные на рисунках 3 и 4, возможно, с помощью температурной компенсации в схеме обработки сигнала.

7. Техническое сравнение и отличия

Основной отличительной особенностью LTR-516AD является его специальный темно-зеленый корпус для подавления видимого света, который отсутствует во всех стандартных фототранзисторах. Это дает ему значительное преимущество в условиях с изменяющимся видимым светом. Сочетание его параметров — относительно высокий ток короткого замыкания (2 мкА, типично), низкая емкость (25 пФ, макс.) и быстрое время переключения (50 нс) — делает его сбалансированным компонентом, подходящим как для чувствительных, так и для умеренно высокоскоростных применений. По сравнению с фотодиодами, фототранзисторы, такие как LTR-516AD, обеспечивают внутреннее усиление, что приводит к более высокому выходному току при том же световом входе, упрощая последующие каскады усилителей.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какова цель темно-зеленого корпуса?

О: Темно-зеленый пластик действует как встроенный оптический фильтр. Он значительно ослабляет длины волн в видимом спектре, позволяя проходить инфракрасному свету (особенно около 900-940 нм). Это сводит к минимуму реакцию датчика на окружающий комнатный свет, солнечный свет или другие видимые источники, делая его более надежным для обнаружения специальных инфракрасных сигналов.

В: Как интерпретировать параметр "Ток короткого замыкания (I_S)"?

О: I_Sизмеряется при коротком замыкании коллектора и эмиттера (V_CE= 0В). Он представляет собой фотоиндуцированный ток на единицу облучения в определенных условиях испытаний (940 нм, 0,1 мВт/см²). В вашей схеме фактический выходной ток будет меньше I_Sкогда применяется нагрузочный резистор или напряжение смещения, но I_Sявляется ключевым показателем для сравнения базовой чувствительности различных устройств.

В: Почему важны времена нарастания и спада?

О: Эти параметры (T_rи T_f) определяют, насколько быстро фототранзистор может реагировать на изменения интенсивности света. Значение 50 нс означает, что устройство теоретически может обрабатывать сигналы с частотой до нескольких мегагерц, что делает его подходящим для импульсных ИК-систем, передачи данных или высокоскоростных счетных применений.

В: Как температура влияет на производительность?

О: Как показано на кривых, и темновой ток (шум), и фототок (сигнал) увеличиваются с температурой. Увеличение темнового тока может быть значительным, потенциально повышая уровень шума. Разработчики должны обеспечить, чтобы схема обработки сигнала могла справиться с этой вариацией, особенно если устройство работает во всем диапазоне от -40°C до +85°C.

9. Практический пример проектирования

Рассмотрим проектирование простой схемы обнаружения инфракрасных объектов. LTR-516AD используется в паре с инфракрасным светодиодным излучателем. Фототранзистор включен по схеме с общим эмиттером: коллектор подключен к напряжению питания (например, 5В) через нагрузочный резистор R_L, а эмиттер заземлен. Когда объект отсутствует, ИК-свет от светодиода достигает фототранзистора, заставляя его проводить ток и понижая напряжение на коллекторе (V_OUT). Когда объект прерывает луч, фототранзистор выключается, и V_OUTстановится высоким. Значение R_Lдолжно быть выбрано на основе желаемого размаха выходного напряжения и скорости. Для питания 5В и типичного I_S2мкА, R_L10 кОм даст падение напряжения около 20 мВ при освещении, что довольно мало. Поэтому после фототранзистора обычно добавляется каскад компаратора на операционном усилителе для обеспечения чистого цифрового выхода. Темно-зеленый корпус помогает отсекать окружающий свет, делая систему устойчивой к использованию в различных условиях освещения.

10. Принцип работы

Фототранзистор по своей сути является биполярным транзистором (BJT), где базовый ток генерируется светом, а не подается электрически. В LTR-516AD (тип NPN) падающие фотоны с энергией больше ширины запрещенной зоны кремния создают электрон-дырочные пары в области перехода база-коллектор. Эти фотоиндуцированные носители увлекаются электрическим полем, эффективно создавая базовый ток. Этот базовый ток затем усиливается коэффициентом усиления по току транзистора (бета, β), что приводит к значительно большему коллекторному току. Устройство обычно работает с открытой или отключенной базой, а обратное смещение прикладывается к переходу коллектор-база для расширения области обеднения, улучшая чувствительность и скорость.

11. Тенденции отрасли

Область оптического детектирования продолжает развиваться. Наблюдается тенденция к интеграции, когда фотодетектор, усилитель и цифровая логика объединяются в один чип (например, интегрированные датчики внешней освещенности, датчики приближения). Корпуса для поверхностного монтажа (SMD) становятся более распространенными, чем выводные, для автоматизированной сборки. Также продолжается разработка материалов и конструкций для улучшения чувствительности, снижения шума (темнового тока) и расширения спектрального диапазона. Однако дискретные компоненты, такие как LTR-516AD, остаются жизненно важными для применений, требующих определенных характеристик производительности, пользовательских оптических трактов или работы с высоким напряжением, которые могут быть недоступны в интегрированных решениях. Принцип использования фильтрованных корпусов для определенных спектральных откликов остается распространенной и эффективной практикой проектирования.