Техническая документация на инфракрасный фототранзистор LTR-516AB - Габаритные размеры - Обратное напряжение 30В - Длина волны 940нм

1. Обзор продукта

LTR-516AB — это кремниевый NPN фототранзистор, специально разработанный для приложений инфракрасного (ИК) обнаружения. Его основная функция — преобразование падающего инфракрасного света в электрический ток. Ключевой особенностью является специальный тёмно-синий пластиковый эпоксидный корпус, который действует как фильтр видимого света. Эта конструкция значительно снижает чувствительность датчика к окружающему видимому свету, что делает его идеально подходящим для приложений, использующих исключительно инфракрасные сигналы, таких как системы дистанционного управления, обнаружение объектов и ИК-передача данных.

Устройство сочетает в себе высокую фоточувствительность и быстрые времена отклика, обеспечивая надёжное обнаружение модулированных ИК-сигналов. Его низкая ёмкость перехода способствует высокой граничной частоте, что полезно для высокоскоростных переключающих приложений.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. LTR-516AB может выдерживать максимальное обратное напряжение (V_R) 30В. Его максимальная рассеиваемая мощность составляет 150 мВт при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Устройство рассчитано на работу в диапазоне температур от -40°C до +85°C и может храниться в средах от -55°C до +100°C. При пайке выводы могут выдерживать 260°C до 5 секунд при измерении на расстоянии 1,6 мм от корпуса.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измеряются при определённых условиях испытаний при T_A=25°C и определяют производительность устройства.

• Напряжение обратного пробоя (V_(BR)R): Минимум 30В при I_R=100мкА. Это напряжение, при котором происходит пробой перехода.
• Обратный темновой ток (I_D(R)): Максимум 30 нА при V_R=10В. Это небольшой ток утечки, протекающий при отсутствии падающего на устройство света.
• Напряжение холостого хода (V_OC): Типичное значение 350 мВ при освещении ИК-светом длиной волны 940нм и облучённости (E_e) 0,5 мВт/см². Это напряжение, возникающее на разомкнутых выводах.
• Ток короткого замыкания (I_S): Типичное значение 2 мкА (мин. 1,7 мкА) при V_R=5В, λ=940нм и E_e=0,1 мВт/см². Это представляет собой фототок, генерируемый при коротком замыкании выхода.
• Время нарастания/спада (T_r, T_f): Максимум 50 нс каждое. Эти параметры определяют скорость переключения фототранзистора при управлении импульсным источником света, с нагрузочным резистором (R_L) 1 кОм и V_R=10В.
• Общая ёмкость (C_T): Максимум 25 пФ при V_R=3В и f=1 МГц. Низкая ёмкость критически важна для высокочастотной работы.
• Длина волны пиковой чувствительности (λ_SMAX): Приблизительно 900 нм. Устройство наиболее чувствительно к инфракрасному свету вблизи этой длины волны.

3. Анализ характеристических кривых

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

3.1 Зависимость темнового тока от обратного напряжения

Рисунок 1 показывает зависимость обратного темнового тока (I_D) от приложенного обратного напряжения (V_R). Темновой ток остаётся очень низким (в диапазоне от пА до низких нА) во всём указанном диапазоне напряжений, что необходимо для поддержания хорошего отношения сигнал/шум при обнаружении в условиях низкой освещённости.

3.2 Зависимость ёмкости от обратного напряжения

Рисунок 2 показывает, как ёмкость перехода (C_t) уменьшается с увеличением напряжения обратного смещения. Это типичная характеристика PN-переходов. Работа при более высоком обратном смещении может снизить ёмкость, тем самым улучшив высокочастотную характеристику.

3.3 Температурная зависимость

Рисунок 3 показывает, что фототок (I_P) имеет положительный температурный коэффициент; он обычно увеличивается с ростом температуры окружающей среды при постоянном уровне облучённости. Рисунок 4 иллюстрирует, что темновой ток (I_D) экспоненциально возрастает с температурой. Разработчики должны учитывать эти вариации в приложениях с широким диапазоном рабочих температур.

3.4 Спектральная характеристика

Рисунок 5 — это критически важный график, показывающий относительную спектральную чувствительность в зависимости от длины волны. Пик отклика приходится на область около 900 нм и простирается примерно от 700 нм до 1100 нм, покрывая ближний инфракрасный спектр. Тёмно-синий корпус эффективно ослабляет чувствительность ниже примерно 700 нм (видимый свет).

3.5 Зависимость фототока от облучённости

Рисунок 6 демонстрирует линейную зависимость между генерируемым фототоком (I_P) и падающей инфракрасной облучённостью (E_e) на длине волны 940 нм. Эта линейность важна для аналоговых сенсорных приложений.

3.6 Кривая снижения мощности

Рисунок 8 представляет кривую снижения максимальной рассеиваемой мощности в зависимости от температуры окружающей среды. Максимально допустимая рассеиваемая мощность линейно уменьшается по мере роста температуры окружающей среды выше 25°C. Эта кривая жизненно важна для обеспечения надёжной работы и предотвращения теплового разгона.

4. Механическая информация и информация о корпусе

4.1 Габаритные размеры

LTR-516AB поставляется в стандартном радиальном корпусе диаметром 3 мм с выводами. Ключевые размеры включают диаметр корпуса, расстояние между выводами и общую длину. Тёмно-синяя эпоксидная смола отлита в форме линзы. На корпусе имеется небольшой фланец, с примечанием, что выступающая смола под этим фланцем имеет максимальную высоту 1,5 мм. Расстояние между выводами измеряется в точке их выхода из корпуса. Все допуски на размеры составляют ±0,25 мм, если не указано иное.

4.2 Идентификация полярности

Более длинный вывод обычно является коллектором, а более короткий — эмиттером. Плоская сторона на ободке корпуса также может служить визуальным индикатором для правильной ориентации. Всегда обращайтесь к схеме корпуса для точной идентификации выводов.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Устройство подходит для процессов волновой или ручной пайки. Предельный эксплуатационный параметр указывает, что выводы могут выдерживать 260°C в течение 5 секунд при измерении на расстоянии 1,6 мм (0,063\") от корпуса. Рекомендуется использовать паяльник с регулировкой температуры и минимизировать общее время воздействия тепла, чтобы предотвратить повреждение эпоксидного корпуса или внутреннего полупроводникового кристалла. Избегайте приложения механических напряжений к выводам во время и после пайки.

6. Рекомендации по применению

6.1 Типовые схемы включения

LTR-516AB обычно используется в простой схеме с общим эмиттером. Коллектор подключается к положительному напряжению питания (V_CC) через нагрузочный резистор (R_L). Эмиттер подключается к земле. Когда ИК-свет падает на фототранзистор, он открывается, вызывая падение напряжения на R_L. Этот сигнал напряжения может быть подан на компаратор, АЦП микроконтроллера или усилитель для дальнейшей обработки. Значение R_Lвлияет на усиление, полосу пропускания и размах выходного сигнала; резистор 1 кОм используется в условиях испытания времени нарастания/спада.

6.2 Соображения при проектировании

• Смещение: Приложение обратного смещения (V_R) уменьшает ёмкость перехода, повышая скорость, но может незначительно увеличить темновой ток.
• Подавление фоновой засветки: Тёмно-синий корпус обеспечивает отличное подавление видимого света. Однако для приложений в средах с сильными ИК-источниками (например, солнечный свет, лампы накаливания) могут потребоваться дополнительные оптические фильтры или конструкция кожуха.
• Скорость vs. Чувствительность: Меньший нагрузочный резистор (R_L) улучшает скорость переключения, но уменьшает размах выходного напряжения для заданного фототока. Разработчики должны балансировать эти факторы, исходя из потребностей приложения.
• Температурная компенсация: Для прецизионного аналогового измерения в широком диапазоне температур может потребоваться схема для компенсации вариаций темнового тока и фототока.

7. Техническое сравнение и отличия

Основной отличительной особенностью LTR-516AB является его тёмно-синий корпус, который отсутствует у стандартных прозрачных фототранзисторов. Этот встроенный фильтр делает его превосходным для исключительно ИК-приложений, упрощая оптическую конструкцию. По сравнению с фотодиодами, фототранзисторы обеспечивают внутреннее усиление, что приводит к более высокому выходному току при том же уровне освещённости, но обычно имеют более медленное время отклика. Время нарастания/спада LTR-516AB в 50 нс хорошо позиционирует его для среднескоростных ИК-протоколов связи.

8. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Для чего нужен тёмно-синий корпус?

О: Он действует как фильтр, блокирующий большую часть видимого света, позволяя в основном инфракрасному свету достигать полупроводникового кристалла. Это улучшает производительность в ИК-системах за счёт снижения шума от окружающего видимого света.

В: Могу ли я использовать этот датчик для обнаружения видимого света?

О: Нет, его чувствительность в видимом спектре сильно ослаблена фильтром корпуса. Он специально разработан для инфракрасного обнаружения.

В: Как выбрать значение нагрузочного резистора (R_L)?

О: Выбор предполагает компромисс. Большее значение R_Lдаёт большее выходное напряжение на единицу фототока (большее усиление), но увеличивает постоянную времени RC, замедляя отклик. Начните со значения 1 кОм из условий испытаний и корректируйте исходя из требуемой скорости и уровня сигнала.

В: В чём разница между током короткого замыкания (I_S) и фототоком в схеме?

О: I_S— это параметр, измеренный в определённых условиях короткого замыкания. В практической схеме с нагрузочным резистором выходной ток будет немного меньше из-за внутреннего сопротивления транзистора и приложенного смещения.

9. Принцип работы

Фототранзистор — это биполярный транзистор (BJT), у которого переход база-коллектор подвергается воздействию света. Падающие фотоны с энергией, превышающей ширину запрещённой зоны полупроводника, генерируют электрон-дырочные пары в обеднённой области этого перехода. Эти носители увлекаются электрическим полем, создавая ток базы. Этот фотоиндуцированный ток базы затем усиливается коэффициентом усиления по току транзистора (h_FE), что приводит к значительно большему току коллектора. Таким образом, слабый световой сигнал управляет большим выходным током.

10. Тенденции развития

Область оптоэлектроники продолжает развиваться в направлении большей интеграции, меньших корпусов (например, SMD-компонентов) и улучшенных характеристик. Тенденции включают фототранзисторы и фотодиоды, интегрированные с усилительными и формирующими цепями на одном кристалле (опто-ИС), что снижает сложность системы. Также продолжается разработка материалов и корпусов для повышения чувствительности, скорости и селективности по длине волны для новых приложений в сенсорике, LiDAR и оптической связи.