Техническая документация на инфракрасный фототранзистор LTR-C950-TB-T - Корпус с боковым обзором - Vce 30V

1. Обзор изделия

LTR-C950-TB-T — это дискретный инфракрасный (ИК) фототранзистор, предназначенный для применений в системах датчиков. Он относится к обширному семейству оптоэлектронных приборов, используемых в системах, требующих надежного детектирования инфракрасного излучения. Основная функция компонента — преобразование падающего инфракрасного излучения в соответствующий электрический ток на выводе коллектора. Его корпус с боковым обзором, куполообразной линзой и черным корпусом оптимизирован для монтажа на печатную плату и способствует снижению влияния фоновой засветки.

Прибор разработан для совместимости с современными автоматизированными процессами сборки, включая установочное оборудование и групповую пайку оплавлением в ИК-печах. Он характеризуется чувствительностью к инфракрасному излучению с длиной волны 940 нм, которая обычно используется в различных системах дистанционного управления и датчиках для исключения помех от видимого света.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Соответствие RoHS и экологичность:Изготовлен без использования опасных веществ, соответствует экологическим стандартам.
• Оптическая конструкция:Оснащен черной куполообразной линзой бокового обзора, обеспечивающей определенное поле зрения и защищающей сенсор от нежелательной фоновой засветки.
• Совместимость с производством:Поставляется на 8-мм ленте, намотанной на катушки диаметром 7 дюймов, что обеспечивает полную совместимость с высокоскоростными автоматами установки компонентов (pick-and-place).
• Совместимость с технологическими процессами:Рассчитан на воздействие стандартных профилей групповой пайки оплавлением, используемых в линиях сборки поверхностного монтажа (SMT).
• Стандартизированный корпус:Соответствует стандартным габаритным чертежам EIA, что обеспечивает предсказуемость при проектировании посадочного места на печатной плате.

1.2 Целевые области применения

Данный фототранзистор подходит для ряда электронных применений, где требуется бесконтактное детектирование или измерение. Типичные примеры использования включают:

• Инфракрасные приемники:Декодирование сигналов от пультов дистанционного управления в бытовой электронике (телевизоры, аудиосистемы, ТВ-приставки).
• Датчики приближения/объектов на печатной плате:Обнаружение наличия, отсутствия или положения объекта в бытовой технике, оборудовании автоматизации и охранных устройствах.
• Базовые оптические переключатели:Использование в щелевых прерывателях или отражательных датчиках.

2. Подробный анализ технических параметров

В следующих разделах представлен детальный разбор предельных режимов работы и рабочих характеристик прибора в заданных условиях испытаний.

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют предельные уровни воздействия, превышение которых может привести к необратимому повреждению прибора. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность (P_D):100 мВт. Максимальная непрерывная мощность, которую прибор может рассеивать в виде тепла.
• Напряжение коллектор-эмиттер (V_CEO):30 В. Максимальное напряжение, которое может быть приложено между выводами коллектора и эмиттера.
• Напряжение эмиттер-коллектор (V_ECO):5 В. Максимальное обратное напряжение между эмиттером и коллектором.
• Диапазон рабочих температур (T_A):от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды для нормальной функциональной работы.
• Диапазон температур хранения (T_stg):от -55°C до +100°C. Безопасный диапазон температур для прибора при отсутствии питания.
• Условия инфракрасной пайки оплавлением:Выдерживает пиковую температуру 260°C в течение не более 10 секунд во время оплавления.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измерены при температуре окружающей среды (T_A) 25°C и определяют типичные рабочие характеристики прибора.

• Напряжение пробоя коллектор-эмиттер (V_(BR)CEO):30 В (мин.). Напряжение, при котором протекает заданный малый обратный ток (I_R= 100 мкА) при отсутствии освещения (E_e= 0 мВт/см²).
• Напряжение пробоя эмиттер-коллектор (V_(BR)ECO):5 В (мин.). Аналогично V_(BR)CEO, но для условия обратного смещения.
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V_CE(SAT)):0.4 В (макс.). Напряжение между коллектором и эмиттером, когда транзистор полностью "открыт" (проводит) при облученности 0.5 мВт/см² и токе коллектора (I_C) 100 мкА. Более низкое значение указывает на лучшие характеристики.
• Время нарастания (T_r) и время спада (T_f):15 мкс (тип.). Время, необходимое выходному току для нарастания от 10% до 90% (время нарастания) или спада от 90% до 10% (время спада) от своего максимального значения в ответ на импульсный световой сигнал. Измерено при V_CE=5В, I_C=1мА и R_L=1кОм.
• Темновой ток коллектора (I_CEO):100 нА (макс.). Малый ток утечки, протекающий от коллектора к эмиттеру, когда на прибор не падает свет (V_CE= 20В). Чем ниже, тем лучше для чувствительности.
• Ток коллектора в открытом состоянии (I_C(ON)):от 1.5 до 9.2 мА. Ток коллектора, генерируемый при освещении прибора стандартизированным инфракрасным источником (E_e=0.5 мВт/см², λ=940нм, V_CE=5В). Это ключевой параметр чувствительности.

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

Приборы сортируются по группам (бина) в зависимости от их тока коллектора в открытом состоянии (I_C(ON)). Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованной чувствительностью для конкретных требований схемы.

• БИН A: I_C(ON)в диапазоне от 1.5 мА (мин.) до 2.9 мА (макс.).
• БИН B: I_C(ON)в диапазоне от 2.9 мА (мин.) до 5.5 мА (макс.).
• БИН C: I_C(ON)в диапазоне от 5.5 мА (мин.) до 9.2 мА (макс.).

К пределам каждого бина применяется допуск ±15%. Разработчики должны учитывать это отклонение при расчете усиления схемы и пороговых уровней.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических графиков, иллюстрирующих поведение прибора в различных условиях.

4.1 Спектральная чувствительность

График (Рис.1) показывает относительную спектральную чувствительность в зависимости от длины волны. LTR-C950-TB-T демонстрирует пик чувствительности около 940 нм, что соответствует распространенным инфракрасным излучателям (IRED). Чувствительность резко падает для длин волн короче 800 нм и длиннее 1100 нм, обеспечивая естественную фильтрацию большей части спектра видимого света.

4.2 Темновой ток коллектора в зависимости от температуры

Кривая (Рис.3) показывает зависимость темнового тока коллектора (I_CEO) от температуры окружающей среды (T_A). I_CEOэкспоненциально возрастает с температурой. Это критически важный фактор для применений при высоких температурах, так как увеличение темнового тока повышает уровень шума и может ухудшить отношение сигнал/шум сенсора.

4.3 Динамический отклик в зависимости от нагрузки

Графики (Рис.4) показывают, как время нарастания (T_r) и время спада (T_f) изменяются в зависимости от сопротивления нагрузки (R_L). Оба времени увеличиваются с ростом сопротивления нагрузки. Для применений, требующих быстрого переключения, предпочтительнее меньшее сопротивление нагрузки, хотя это уменьшит амплитуду выходного напряжения.

4.4 Относительный ток коллектора в зависимости от облученности

Этот график (Рис.5) демонстрирует зависимость выходного тока от мощности падающего света (облученности). Отклик является в основном линейным в значительном диапазоне, что желательно для аналоговых датчиков. Он подтверждает функцию прибора как пропорционального преобразователя света в ток.

4.5 Диаграмма направленности

Полярная диаграмма (Рис.6) иллюстрирует угловую чувствительность корпуса с боковым обзором. Относительная излучаемая интенсивность (или чувствительность) отображается в зависимости от угла падения света. Эта диаграмма необходима для механического проектирования, показывая эффективный угол обзора (FOV), в пределах которого сенсор будет надежно детектировать ИК-источник.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Прибор имеет стандартный корпус фототранзистора с боковым обзором. Ключевые размеры включают размер корпуса, расстояние между выводами и положение линзы. Все размеры приведены в миллиметрах с типичным допуском ±0.1 мм, если не указано иное. Распиновка идентифицирует выводы Коллектора и Эмиттера.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок

Предоставлен посадочный рисунок (footprint) для проектирования печатной платы. Рекомендуемые размеры контактных площадок для монтажа составляют 1.0мм x 1.8мм, с зазором 1.8мм между ними. Следование этому рисунку обеспечивает надежное паяное соединение во время оплавления и правильное механическое выравнивание.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль групповой пайки оплавлением

Приведен рекомендуемый профиль оплавления для бессвинцовых процессов. Ключевые параметры:

• Предварительный нагрев:150-200°C в течение не более 120 секунд.
• Пиковая температура:не более 260°C.
• Время выше температуры ликвидуса:Прибор не должен подвергаться воздействию температур выше 260°C более 10 секунд.

Профиль основан на стандартах JEDEC. Инженеры должны характеризовать профиль для своей конкретной конструкции печатной платы, паяльной пасты и печи.

6.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с температурой не выше 300°C и ограничьте время контакта 3 секундами на соединение. Избегайте приложения механических напряжений к выводам компонента.

6.3 Очистка

Если требуется очистка после пайки, используйте только спиртовые растворители, такие как изопропиловый спирт. Избегайте агрессивных или неизвестных химических очистителей, которые могут повредить пластиковый корпус или линзу.

7. Упаковка и обращение

7.1 Спецификация на ленте и катушке

Компоненты упакованы в 8-мм перфорированную несущую ленту, намотанную на катушки диаметром 7 дюймов (178 мм). Каждая катушка содержит 2000 штук. Упаковка соответствует стандарту ANSI/EIA 481-1-A-1994. В примечаниях указано, что подряд может быть пусто не более двух карманов для компонентов (в соответствии с запайкой ленты), а ориентация компонентов в ленте промаркирована.

7.2 Условия хранения

Запечатанная упаковка:Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤90%. Срок годности в запечатанном влагозащитном пакете (с осушителем) составляет один год.
Вскрытая упаковка:Для компонентов, извлеченных из запечатанного пакета, условия хранения не должны превышать 30°C / 60% RH. Настоятельно рекомендуется завершить пайку оплавлением в течение одной недели после вскрытия. Для более длительного хранения вне оригинального пакета храните в герметичном контейнере с осушителем или в азотном эксикаторе. Компоненты, хранившиеся в открытом виде более одной недели, перед пайкой должны быть прогреты при температуре около 60°C в течение не менее 20 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения "вспучивания" (popcorning) во время оплавления.

8. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

8.1 Проектирование схемы управления

Фототранзистор является устройством с токовым выходом. В типовой схеме он включен по схеме с общим эмиттером. Нагрузочный резистор (R_L) включен между коллектором и напряжением питания (V_CC). Эмиттер соединен с землей. Падающий свет вызывает протекание тока коллектора (I_C), создавая падение напряжения на R_L. Это напряжение (V_OUT= V_CC- I_C*R_L) является выходным сигналом.

Ключевые решения при проектировании:

• Нагрузочный резистор (R_L):Большее значение R_Lдает большую амплитуду выходного напряжения при заданном изменении освещенности, но увеличивает время отклика (см. Рис.4). Меньшее значение R_Lобеспечивает более быстрый отклик, но меньший сигнал.
• Смещение:Прибор не требует внешнего тока смещения для базы; он полностью управляется светом.
• Несколько приборов:Если в применении необходимо подключить несколько фототранзисторов параллельно, не рекомендуется соединять их выводы напрямую. Разброс их параметров I_C(ON)(даже внутри одного бина) приведет к неравномерному распределению тока. Следует установить токоограничивающий резистор последовательно с каждым прибором для обеспечения равномерной работы.

8.2 Улучшение отношения сигнал/шум (ОСШ)

• Модуляция:Для применений в пультах ДУ ИК-источник (IRED) импульсно модулируется на определенной несущей частоте (например, 38 кГц). Приемная схема включает полосовой фильтр, настроенный на эту частоту, что позволяет отсекать постоянную фоновую засветку и шум.
• Оптическая фильтрация:Черный корпус и естественная спектральная чувствительность (пик на 940 нм) обеспечивают некоторую фильтрацию видимого света. Для условий с сильными помехами можно использовать дополнительный внешний ИК-пропускающий/видимый свет блокирующий фильтр перед сенсором.
• Электрическая фильтрация:Установка после фототранзистора усилительного каскада, включающего фильтры верхних или полосовых частот, может дополнительно улучшить ОСШ для сигналов с переменной составляющей.

8.3 Рекомендации по разводке печатной платы

• Размещайте сенсор вдали от компонентов, выделяющих тепло, чтобы минимизировать температурный дрейф темнового тока.
• Убедитесь, что используется рекомендуемая геометрия контактных площадок, чтобы предотвратить "эффект надгробия" (tombstoning) или смещение во время оплавления.
• Учитывайте диаграмму направленности (Рис.6) при проектировании механического корпуса, чтобы ИК-источник находился в пределах чувствительного угла обзора сенсора.

9. Принцип работы

Фототранзистор по своей сути является биполярным транзистором (BJT), в котором ток базы генерируется светом, а не электрическим соединением. Переход база-коллектор действует как фотодиод. Когда фотоны с достаточной энергией (в данном случае инфракрасные) попадают на этот переход, они создают электрон-дырочные пары. Этот фототок затем усиливается коэффициентом усиления по току транзистора (β или h_FE), что приводит к значительно большему току коллектора, пропорциональному интенсивности падающего света. Корпус с боковым обзором позиционирует чувствительный полупроводниковый кристалл таким образом, что он может детектировать свет, падающий параллельно поверхности печатной платы.

10. Практический пример проектирования

Сценарий: Обнаружение объекта в торговом автомате.Требуется датчик прерывания луча для обнаружения прохождения товара через лоток.

1. Выбор компонентов:Выбран LTR-C950-TB-T (БИН B) из-за его корпуса с боковым обзором, подходящего для установки на краю печатной платы, направленной поперек лотка. В качестве источника света выбран соответствующий ИК-излучатель (IRED) на 940 нм.
2. Проектирование схемы:Фототранзистор включен по схеме с общим эмиттером с V_CC= 5В. Нагрузочный резистор R_L= 2.2 кОм выбран как компромисс между хорошей амплитудой выходного напряжения и приемлемой для данного применения скоростью. Выходной сигнал подается на компаратор, порог которого установлен для различения состояний "луч присутствует" (высокий уровень) и "луч перекрыт" (низкий уровень).
3. Механическая интеграция:IRED и фототранзистор установлены на противоположных сторонах лотка для товара, выровнены в соответствии с их диаграммами направленности/чувствительности. Могут быть добавлены световые экраны для ограничения рассеянного света.
4. Дополнительные соображения:Температура внутри автомата контролируется, чтобы она оставалась в рабочем диапазоне. Измеряется начальное выходное напряжение, и порог компаратора устанавливается с запасом, чтобы учесть допуск компонентов (бин ±15%) и возможное со временем накопление пыли на линзах.