Техническая документация на фототранзистор LTR-536AD - Корпус тёмно-зелёный - Обратное напряжение 30В - Рассеиваемая мощность 150мВт

1. Обзор продукта

LTR-536AD — это высокопроизводительный кремниевый NPN фототранзистор, специально разработанный для применения в системах инфракрасного (ИК) обнаружения. Его основная функция — преобразование падающего инфракрасного излучения в электрический ток. Отличительной особенностью компонента является его специальный тёмно-зелёный пластиковый эпоксидный корпус. Этот материал разработан для ослабления или "отсечки" длин волн видимого света, что значительно повышает его чувствительность и отношение сигнал/шум именно в инфракрасном спектре, обычно около 940 нм. Это делает его идеальным выбором для применений, где важно подавление фонового видимого света.

Ключевые преимущества:

• Высокая фоточувствительность:Обеспечивает сильный выходной электрический сигнал при заданном уровне инфракрасной облученности.
• Оптимизация для ИК-диапазона:Тёмно-зелёный корпус действует как фильтр видимого света, делая устройство особенно подходящим для чистого ИК-обнаружения.
• Низкая ёмкость перехода:Этот параметр критически важен для работы на высоких частотах, обеспечивая более быстрое время отклика.
• Быстродействие:Характеризуется малым временем нарастания и спада, подходит для импульсных ИК-систем и передачи данных.
• Высокая граничная частота:Поддерживает работу в высокочастотных схемах.

Целевой рынок:Этот фототранзистор предназначен для разработчиков и инженеров, работающих над системами на основе инфракрасного излучения. Типичные области применения включают датчики приближения, обнаружение объектов, бесконтактные выключатели, каналы передачи ИК-данных (например, пульты дистанционного управления), промышленную автоматизацию и любые системы, требующие надёжного обнаружения ИК-сигналов при подавлении помех от источников видимого света.

2. Подробный анализ технических параметров

Все параметры указаны при температуре окружающей среды (T_amb) 25°C, если не оговорено иное. Понимание этих параметров необходимо для правильного проектирования схемы и обеспечения надёжной работы в пределах возможностей устройства._A2.1 Абсолютные максимальные параметры

Это предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа всегда должна поддерживаться в этих пределах.

Рассеиваемая мощность (P_d):

• 150 мВт. Это максимально допустимая мощность, которую устройство может рассеивать в виде тепла._DОбратное напряжение (V_R):30 В. Максимальное напряжение, которое можно приложить в обратном смещении к переходу коллектор-эмиттер.
• Диапазон рабочих температур (T_oper):_Rот -40°C до +85°C. Диапазон температур окружающей среды для нормальной работы устройства.Диапазон температур хранения (T_stg):
• от -55°C до +100°C. Диапазон температур для нерабочего хранения._{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 указанных условиях испытаний._{Напряжение обратного пробоя (V_(BR)R):}30 В (мин.). Напряжение, при котором обратный ток (I_R) резко возрастает (испытано при 100 мкА). Соотносится с абсолютным максимальным параметром.Обратный темновой ток (I_D(R)):
• 30 нА (макс.). Ток утечки, протекающий, когда устройство находится под обратным смещением (V_R=10В) и в полной темноте (E_v=0). Более низкое значение указывает на лучшую производительность в условиях низкой освещённости.Напряжение холостого хода (V_OC):

350 мВ (тип.). Напряжение, генерируемое на устройстве при освещении (λ=940нм, E_v=0,5мВт/см²) без внешней нагрузки (холостой ход).

Ток короткого замыкания (I_SC):

• 1,7 мкА (мин.), 2 мкА (тип.). Ток, протекающий при освещении устройства (λ=940нм, E_v=0,1мВт/см²) и закороченном выходе (V_R=5В). Это ключевая мера чувствительности._{Время нарастания (T_r) и время спада (T_f):}50 нс (тип.). Время, необходимое выходному току для нарастания от 10% до 90% (нарастание) или спада от 90% до 10% (спад) от своего конечного значения в ответ на ступенчатое изменение освещённости. Критически важно для высокоскоростных применений.Полная ёмкость (C_t):_R25 пФ (тип.). Ёмкость перехода, измеренная при V_R=3В и f=1МГц в темноте. Меньшая ёмкость обеспечивает более высокие скорости переключения.
• Длина волны максимальной чувствительности (λ_pk):_{900 нм (тип.). Пиковая длина волны инфракрасного света, на которую фототранзистор наиболее чувствителен. Оптимизирован для излучателей около 940 нм.}3. Анализ графиков характеристикВ технической документации представлено несколько графиков, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях. Они неоценимы для детальной проектной работы, выходящей за рамки типовых/мин./макс. значений._R3.1 Темновой ток в зависимости от обратного напряжения (Рис.1)_eЭта кривая показывает, как обратный темновой ток (I_D) увеличивается с приложенным обратным напряжением (V_R). Обычно показывает очень низкий, относительно постоянный ток при более низких напряжениях, с постепенным увеличением по мере роста напряжения, достигая резкого подъёма при напряжении пробоя. Конструкторы должны убедиться, что рабочее V_R достаточно ниже "колена" этой кривой, чтобы минимизировать шум от тока утечки.
• 3.2 Ёмкость в зависимости от обратного напряжения (Рис.2)_OCЭтот график изображает зависимость ёмкости перехода (C_t) от напряжения обратного смещения. Ёмкость уменьшается с увеличением обратного напряжения. Для проектирования высокоскоростных схем работа при более высоком обратном напряжении (в пределах) может уменьшить C_t и улучшить полосу пропускания, но это должно быть сбалансировано с увеличением темнового тока (из Рис.1).3.3 Фототок и темновой ток в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.3 и Рис.4)_eРисунок 3 иллюстрирует, как фототок (I_C) изменяется с температурой окружающей среды. Чувствительность фототранзистора обычно уменьшается с повышением температуры. Рисунок 4 показывает экспоненциальное увеличение темнового тока (I_D) с ростом температуры. Эти две кривые критически важны для проектирования систем, которые должны надёжно работать в широком диапазоне температур (например, от -40°C до +85°C). При высоких температурах возрастающий темновой ток может "затопить" слабый оптический сигнал, снижая отношение сигнал/шум.
• 3.4 Относительная спектральная чувствительность (Рис.5)_SЭто, пожалуй, самая важная кривая для согласования применения. Она показывает нормированную чувствительность фототранзистора в диапазоне длин волн (обычно ~800нм до 1100нм). LTR-536AD показывает пиковую чувствительность около 900нм и значительное ослабление в спектре видимого света (<800нм), что является прямым результатом его тёмно-зелёного корпуса. Эту кривую необходимо сверять со спектром излучения предполагаемого ИК-светодиода или источника света для обеспечения оптимальной связи.3.5 Фототок в зависимости от облученности (Рис.6)_eЭтот график показывает линейную зависимость между мощностью падающего инфракрасного света (облученность E_v) и результирующим фототоком (I_C). Наклон этой линии представляет собой чувствительность устройства. Он подтверждает, что устройство работает в линейной области для испытанного диапазона облученности, что желательно для аналоговых сенсорных применений._R3.6 Полная рассеиваемая мощность в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.8)
• Эта кривая снижения номинальных значений показывает максимально допустимую рассеиваемую мощность (P_d) как функцию температуры окружающей среды. Абсолютный максимальный параметр 150мВт применяется только до определённой температуры (вероятно, 25°C). По мере увеличения температуры окружающей среды способность устройства рассеивать тепло уменьшается, поэтому максимально допустимая мощность должна линейно снижаться, чтобы предотвратить перегрев. Это критически важно для расчётов надёжности._r4. Механическая информация и данные о корпусе_f4.1 Габаритные размеры корпусаLTR-536AD поставляется в стандартном корпусе для монтажа в отверстия диаметром 3 мм (T-1). Ключевые размерные примечания из документации включают:
• Все размеры указаны в миллиметрах (дюймы приведены в скобках)._TПрименяется стандартный допуск ±0,25 мм (0,010"), если не указано иное.Максимальный выступ смолы под фланцем составляет 1,5 мм (0,059")._RРасстояние между выводами измеряется в точке выхода выводов из корпуса.
• Идентификация полярности:_SMAXУ устройства есть плоская сторона на линзе, которая обычно указывает на вывод коллектора. Более длинный вывод обычно является эмиттером. Однако разработчикам всегда следует проверять полярность с помощью мультиметра в режиме проверки диодов перед установкой.5. Рекомендации по пайке и монтажу

Для обеспечения целостности устройства во время сборки необходимо соблюдать следующие условия:

Пайка оплавлением:

Выводы могут выдерживать температуру 260°C максимум в течение 5 секунд. Это измерение проводится на расстоянии 1,6 мм (0,063") от корпуса. Стандартные профили волновой пайки или оплавления должны быть скорректированы в соответствии с этим ограничением, чтобы предотвратить повреждение внутреннего полупроводникового кристалла или эпоксидного корпуса.

Ручная пайка:_DЕсли необходима ручная пайка, используйте паяльник с регулировкой температуры и минимизируйте время контакта до менее 3 секунд на вывод. По возможности используйте теплоотводящую зажимную клипсу на выводе между местом пайки и корпусом._RОчистка:_RИспользуйте только одобренные чистящие растворители, совместимые с тёмно-зелёным эпоксидным материалом. Избегайте ультразвуковой очистки, если не проверены её совместимость и настройки мощности/времени, так как она может повредить корпус или внутренние соединения.

Условия хранения:

Храните в сухой, антистатической среде в указанном диапазоне температур хранения от -55°C до +100°C. Оригинальный влагозащитный пакет следует использовать, если планируется длительное хранение._T6. Рекомендации по применению и соображения по проектированию_T6.1 Типовые схемы включения

LTR-536AD может использоваться в двух основных конфигурациях:

Ключевой режим (цифровой выход):_PФототранзистор включен последовательно с подтягивающим резистором между напряжением питания (V_CC) и землёй. Выходной сигнал снимается с узла коллектора. Когда ИК-свет падает на датчик, он включается, опуская выходное напряжение до низкого уровня. В темноте он выключается, и подтягивающий резистор подтягивает выход к высокому уровню. Значение подтягивающего резистора определяет скорость переключения и потребление тока (меньший резистор даёт более быстрое переключение, но большую мощность)._DЛинейный режим (аналоговый выход):

Аналогичная конфигурация, но фототранзистор смещается в активной области с использованием фиксированного тока базы (часто нулевого, полагаясь только на фототок) и резистора коллектора. Напряжение на коллекторе изменяется линейно с интенсивностью падающего ИК-света. Этот режим используется для аналогового измерения, такого как измерение расстояния или уровня освещённости.

6.2 Критически важные соображения по проектированию

Согласование с источником:

Всегда сочетайте LTR-536AD с ИК-излучателем (светодиодом), имеющим пиковую длину волны, близкую к 940 нм, и совпадающим с пиком спектральной чувствительности фототранзистора (900 нм) для максимальной эффективности._eПодавление фонового света:_PХотя тёмно-зелёный корпус помогает, для работы в яркой среде могут потребоваться дополнительные оптические фильтры (специальный ИК-пропускающий фильтр) или методы модуляции/демодуляции (импульсная работа ИК-источника и синхронное детектирование сигнала) для подавления шума фонового света.

Смещение для скорости:

Для достижения максимально возможного времени отклика (50 нс тип.) работайте с устройством при обратном напряжении (V_R) около 10 В и используйте небольшой нагрузочный резистор (например, 1 кОм, как в условиях испытаний). Это минимизирует постоянную времени RC, образованную ёмкостью перехода (C_t) и сопротивлением нагрузки (R_L)._DТемпературная компенсация:

Для прецизионных применений в широком диапазоне температур рассмотрите схемотехнические приёмы для компенсации изменения темнового тока и чувствительности. Это может включать использование согласованного фототранзистора в тёмном опорном канале или реализацию температурно-зависимой регулировки усиления в схеме обработки сигнала.

7. Техническое сравнение и отличительные особенности

LTR-536AD выделяется на рынке фототранзисторов благодаря своему специализированному корпусу. По сравнению со стандартными фототранзисторами в прозрачных или водопрозрачных эпоксидных корпусах его ключевым преимуществом является встроенная отсечка видимого света. Это устраняет необходимость во внешнем ИК-фильтре во многих применениях, сокращая количество компонентов, стоимость и сложность сборки. Его сочетание относительно высокой скорости переключения (50 нс), низкой ёмкости (25 пФ) и хорошей чувствительности (2 мкА тип. при 0,1 мВт/см²) делает его сбалансированным выбором как для аналогового измерения, так и для цифровых ИК-каналов связи средней скорости.

• 8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)
• 8.1 Можно ли использовать его с красным светодиодом (650нм)?
• Ответ:
• Нет, это не рекомендуется. Кривая относительной спектральной чувствительности (Рис.5) показывает очень низкую чувствительность на длине волны 650 нм (видимый красный). Тёмно-зелёный корпус активно блокирует эту длину волны. Для обнаружения красного света следует выбрать фототранзистор с прозрачным корпусом и пиковой чувствительностью в видимом диапазоне.

8.2 Почему выходной сигнал зашумлён в тёплой среде?Ответ:

См. Рисунок 4 (Темновой ток в зависимости от температуры). Темновой ток увеличивается экспоненциально с температурой. Если ваша схема предназначена для обнаружения слабого ИК-сигнала, термически генерируемый темновой ток может стать значительным при повышенных температурах, проявляясь как шум или постоянное смещение. Решения включают охлаждение датчика, использование модулированного источника света с синхронным детектированием или выбор топологии схемы, которая вычитает темновой ток.

8.3 Как выбрать значение нагрузочного резистора (R_L)?

• Ответ:Это связано с компромиссом между скоростью, чувствительностью и мощностью.
• Для скорости (цифровое переключение):Выберите небольшой R_L (например, от 1 кОм до 4,7 кОм). Это даёт малую постоянную времени RC (C_t * R_L) для быстрых фронтов, но потребляет больший ток.
• Для большого размаха напряжения (аналоговое измерение):Выберите больший R_L (например, от 10 кОм до 100 кОм). Это обеспечивает большее изменение выходного напряжения при заданном изменении света, но замедляет время отклика.
• Всегда убеждайтесь, что падение напряжения на R_L, когда фототранзистор полностью открыт, не вызывает падение напряжения коллектор-эмиттер ниже уровня насыщения, и что рассеиваемая мощность в фототранзисторе остаётся ниже сниженного предела для вашей рабочей температуры.9. Пример практического применения

Применение:

Бесконтактное обнаружение объектов в промышленном счётчике.

Реализация:

1. ИК-светодиод (940 нм) и LTR-536AD установлены на противоположных сторонах конвейерной ленты (конфигурация "на просвет"). Светодиод управляется импульсами с частотой 10 кГц с помощью драйверной схемы. Фототранзистор включён в ключевом режиме с подтягивающим резистором 4,7 кОм к напряжению 5 В. Его выход подаётся на входной захватывающий вывод микроконтроллера. В нормальных условиях (без объекта) импульсный ИК-свет достигает датчика, заставляя выход выдавать импульсы с частотой 10 кГц. Прошивка микроконтроллера обнаруживает эту частоту. Когда объект проходит через луч, он блокирует свет, и выход фототранзистора переходит и остаётся на высоком (или низком, в зависимости от логики) уровне. Микроконтроллер обнаруживает отсутствие сигнала 10 кГц и увеличивает счётчик. Тёмно-зелёный корпус LTR-536AD предотвращает ложное срабатывание счётчика от фонового флуоресцентного или лампового освещения на заводе.10. Введение в принцип работы_CCФототранзистор по своей сути является биполярным транзистором (BJT), где ток базы генерируется светом, а не подаётся электрически. В LTR-536AD (NPN-тип) падающие фотоны с энергией больше ширины запрещённой зоны кремния (соответствующей длинам волн короче ~1100 нм) поглощаются в области перехода база-коллектор. Это поглощение создаёт электрон-дырочные пары. Электрическое поле в обратносмещённом переходе коллектор-база разделяет эти носители, генерируя фототок. Этот фототок действует точно так же, как ток базы, инжектированный в транзистор. Благодаря коэффициенту усиления транзистора по току (бета, β), ток коллектора намного больше начального фототока (I_C = β * I_photo). Именно это внутреннее усиление придаёт фототранзисторам их высокую чувствительность по сравнению с фотодиодами. Тёмно-зелёная эпоксидная смола поглощает большинство фотонов видимого света, позволяя в основном инфракрасным фотонам достигать кремниевого кристалла, тем самым делая устройство избирательно чувствительным к ИК-излучению.
2. 11. Тенденции развития технологийОбласть оптоэлектроники продолжает развиваться. В то время как дискретные фототранзисторы для монтажа в отверстия, такие как LTR-536AD, остаются важными для многих применений, тенденции включают:

Интеграция:

• Увеличение степени интеграции фотодетектора с аналоговой входной схемой (усилители, фильтры) и цифровой логикой (компараторы, логические выходы) в однокристальные решения или модули.Технология поверхностного монтажа (SMT):
• Сильный сдвиг в сторону корпусов SMT меньшего размера для автоматизированной сборки и уменьшения занимаемой площади на плате, хотя часто за счёт чувствительности из-за меньших активных областей.Специализация:
• Разработка устройств с ещё более специфическими спектральными характеристиками, более высокими скоростями для оптической передачи данных и повышенной устойчивостью к суровым условиям окружающей среды (более высокая температура, влажность).Основной принцип работы фототранзистора остаётся неизменным, но его реализации становятся более специализированными для конкретных применений и интегрированными._CE) of around 10V and use a small load resistor (e.g., 1kΩ as in the test condition). This minimizes the RC time constant formed by the junction capacitance (C_T) and the load resistance (R_L).
• Temperature Compensation:For precision applications over a wide temperature range, consider circuit techniques to compensate for the variation in dark current and sensitivity. This could involve using a matched phototransistor in a dark reference channel or implementing temperature-dependent gain adjustment in the signal conditioning circuitry.

. Technical Comparison & Differentiation

The LTR-536AD differentiates itself in the phototransistor market through its specialized package. Compared to standard clear or water-clear epoxy phototransistors, its key advantage is the built-in visible light cutoff. This eliminates the need for an external IR filter in many applications, reducing component count, cost, and assembly complexity. Its combination of relatively fast switching speed (50ns), low capacitance (25pF), and good sensitivity (2µA typ. at 0.1mW/cm²) makes it a balanced choice for both analog sensing and moderate-speed digital IR communication links.

. Frequently Asked Questions (Based on Technical Parameters)

.1 Can I use this with a red LED (650nm)?

Answer:No, it is not recommended. The Relative Spectral Sensitivity curve (Fig.5) shows very low responsivity at 650nm (visible red). The dark green package actively blocks this wavelength. For detecting red light, a phototransistor with a clear package and a peak sensitivity in the visible range should be selected.

.2 Why is my output signal noisy in a warm environment?

Answer:Refer to Figure 4 (Dark Current vs. Temperature). Dark current increases exponentially with temperature. If your circuit is designed to detect a weak IR signal, the thermally generated dark current can become significant at elevated temperatures, appearing as noise or a DC offset. Solutions include cooling the sensor, using a modulated light source with synchronous detection, or selecting a circuit topology that subtracts the dark current.

.3 How do I choose the value of the load resistor (R_L)?

Answer:It involves a trade-off between speed, sensitivity, and power.
For Speed (Digital Switching):Choose a small R_L(e.g., 1kΩ to 4.7kΩ). This gives a small RC time constant (C_T* R_L) for fast edges but draws more current.
For High Voltage Swing (Analog Sensing):Choose a larger R_L(e.g., 10kΩ to 100kΩ). This provides a larger output voltage change for a given change in light but slows down the response time.
Always ensure the voltage drop across R_Lwhen the phototransistor is fully on does not cause the collector-emitter voltage to fall below the saturation level, and that the power dissipation in the phototransistor remains below the derated limit for your operating temperature.

. Practical Use Case Example

Application:Non-Contact Object Detection in an Industrial Counter.
Implementation:An IR LED (940nm) and the LTR-536AD are mounted on opposite sides of a conveyor belt (through-beam configuration). The LED is pulsed at 10kHz using a driver circuit. The phototransistor is connected in switch mode with a 4.7kΩ pull-up resistor to 5V. Its output is fed into a microcontroller's input capture pin. Under normal conditions (no object), the pulsed IR light reaches the sensor, causing the output to pulse at 10kHz. The microcontroller firmware detects this frequency. When an object passes through the beam, it blocks the light, and the phototransistor's output goes and stays high (or low, depending on logic). The microcontroller detects the absence of the 10kHz signal and increments a counter. The dark green package of the LTR-536AD prevents ambient fluorescent or incandescent light in the factory from falsely triggering the counter.

. Operating Principle Introduction

A phototransistor is fundamentally a bipolar junction transistor (BJT) where the base current is generated by light instead of being supplied electrically. In the LTR-536AD (NPN type), incident photons with energy greater than the bandgap of silicon (corresponding to wavelengths shorter than ~1100nm) are absorbed in the base-collector junction region. This absorption creates electron-hole pairs. The electric field in the reverse-biased collector-base junction sweeps these carriers, generating a photocurrent. This photocurrent acts exactly like a base current injected into the transistor. Due to the transistor's current gain (beta, β), the collector current is much larger than the initial photocurrent (I_C= β * I_photo). This internal amplification is what gives phototransistors their high sensitivity compared to photodiodes. The dark green epoxy absorbs most visible light photons, allowing primarily infrared photons to reach the silicon chip, thus making the device selectively sensitive to IR.

. Technology Trends

The field of optoelectronics continues to evolve. While discrete through-hole phototransistors like the LTR-536AD remain vital for many applications, trends include:
Integration:Increasing integration of the photodetector with analog front-end circuitry (amplifiers, filters) and digital logic (comparators, logic outputs) into single-chip solutions or modules.
Surface-Mount Technology (SMT):A strong shift towards smaller SMT packages for automated assembly and reduced board space, though often at a trade-off with sensitivity due to smaller active areas.
Specialization:Development of devices with even more specific spectral responses, faster speeds for optical data communication, and enhanced resilience to harsh environments (higher temperature, humidity).
The core principle of the phototransistor remains unchanged, but its implementations are becoming more application-specific and integrated.