Техническая документация на фототранзистор LTR-3208 - Габаритные размеры корпуса - Напряжение коллектор-эмиттер 30В - Рассеиваемая мощность 100мВт

1. Обзор продукта

LTR-3208 — это кремниевый NPN фототранзистор, предназначенный для применения в системах инфракрасного детектирования. Он размещён в недорогом пластиковом корпусе со встроенной линзой, оптимизированной для высокой чувствительности. Этот компонент спроектирован для преобразования падающего инфракрасного света в соответствующий электрический ток на выводе коллектора, что делает его подходящим для различных систем сенсорного контроля и детектирования, где требуется надёжное и экономически эффективное обнаружение света.

1.1 Ключевые преимущества

Устройство предлагает разработчикам несколько важных преимуществ. Его основная особенность — широкий рабочий диапазон тока коллектора, обеспечивающий гибкость при проектировании схем для различных уровней сигнала. Встроенная в корпус линза повышает чувствительность к падающему инфракрасному излучению, улучшая соотношение сигнал/шум и дальность детектирования. Кроме того, использование стандартного пластикового корпуса способствует снижению общей стоимости компонента, делая его привлекательным выбором для массового производства или бюджетных приложений.

1.2 Целевой рынок и области применения

Данный фототранзистор ориентирован на широкий рынок оптоэлектроники и служит для приложений, требующих бесконтактного сенсорного контроля. Типичные примеры использования: обнаружение объектов, определение положения, оптические прерыватели (например, в принтерах и энкодерах), бесконтактные выключатели и системы промышленной автоматизации. Его надёжность и простой интерфейс (обычно требующий только подтягивающего резистора и напряжения питания) делают его распространённым выбором как для бытовой электроники, так и для систем промышленного управления.

2. Подробный анализ технических параметров

Электрические и оптические характеристики LTR-3208 приведены для стандартных условий окружающей температуры (25°C). Понимание этих параметров критически важно для корректного проектирования схемы и обеспечения надёжной работы в пределах установленных для устройства ограничений.

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется. Максимальная рассеиваемая мощность составляет 100 мВт, что определяет тепловой расчёт приложения. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер (V_CEO) равно 30В, в то время как максимальное напряжение эмиттер-коллектор (V_ECO) составляет 5В, что указывает на асимметричность устройства. Рабочий диапазон температур — от -40°C до +85°C, а хранение возможно в среде от -55°C до +100°C. При пайке выводы могут выдерживать температуру 260°C в течение 5 секунд при измерении на расстоянии 1,6 мм от корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Ключевые рабочие параметры определяют производительность устройства в конкретных условиях испытаний. Напряжение пробоя коллектор-эмиттер (V_(BR)CEO) обычно составляет 30В при токе коллектора 1мА без освещения. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V_CE(SAT)) очень низкое, от 0,1В (мин.) до 0,4В (макс.), когда устройство работает с током коллектора 100 мкА при облучённости 1 мВт/см². Такое низкое напряжение насыщения желательно для переключающих приложений. Скорость переключения характеризуется временем нарастания (T_r) и временем спада (T_f), указанными как 10 мкс и 15 мкс соответственно при условиях испытаний: V_CC=5В, I_C=1мА и R_L=1кОм. Темновой ток коллектора (I_CEO), то есть ток утечки в отсутствие света, имеет максимальное значение 100 нА при V_CE=10В.

2.3 Ток коллектора в открытом состоянии и сортировка

Критическим параметром является ток коллектора в открытом состоянии (I_C(ON)), то есть выходной ток при освещении устройства. Этот параметр подвергается сортировке (биннингу), что означает распределение устройств по группам производительности. Условия испытаний: V_CE= 5В, облучённость 1 мВт/см² на длине волны 940 нм. Группы следующие: Бин C: от 0,8 до 2,4 мА; Бин D: от 1,6 до 4,8 мА; Бин E: от 3,2 до 9,6 мА; Бин F: от 6,4 мА (мин.). Такая сортировка позволяет разработчикам выбрать устройство с диапазоном чувствительности, подходящим для их конкретного приложения, обеспечивая стабильную работу системы.

3. Анализ характеристических кривых

В документации представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих, как ключевые параметры изменяются в зависимости от условий окружающей среды и эксплуатации. Эти графики необходимы для понимания поведения устройства за пределами точечных спецификаций, приведённых в таблицах.

3.1 Зависимость от температуры

Рисунок 1 показывает зависимость темнового тока коллектора (I_CEO) от температуры окружающей среды (T_a). Темновой ток экспоненциально возрастает с температурой, что является фундаментальным свойством полупроводниковых переходов. Разработчики должны учитывать этот возросший ток утечки в условиях высоких температур, так как он может влиять на уровень сигнала в закрытом состоянии и уровень шума. Рисунок 2 изображает снижение максимально допустимой рассеиваемой мощности коллектора (P_C) с ростом температуры окружающей среды. Номинальная мощность 100 мВт действительна только при температуре 25°C или ниже; выше этой температуры максимальная мощность должна снижаться линейно для предотвращения тепловой перегрузки.

3.2 Динамические и отзывчивые характеристики

Рисунок 3 иллюстрирует, как на время нарастания и спада (T_r, T_f) влияет сопротивление нагрузки (R_L). Время переключения увеличивается с ростом сопротивления нагрузки. Это важное соображение при проектировании высокоскоростных детектирующих схем, где для достижения желаемой полосы пропускания может потребоваться резистор меньшего номинала, хотя и за счёт большего потребления тока. Рисунок 4 показывает относительный ток коллектора как функцию облучённости (E_e). Зависимость в рабочей области, как правило, линейна, что подтверждает прямую пропорциональность выходного тока мощности падающего света, что идеально для аналоговых сенсорных приложений.

3.3 Спектральная характеристика

Рисунки 5 и 6 относятся к спектральной чувствительности устройства. Рисунок 5 — это полярная диаграмма, показывающая угловую зависимость чувствительности, то есть как выходной сигнал изменяется в зависимости от угла падения света относительно оси устройства. Это важно для юстировки в оптических системах. Рисунок 6, кривая спектрального распределения, показывает, что LTR-3208 наиболее чувствителен к инфракрасному свету, с пиком отклика на определённой длине волны (подразумевается ближняя инфракрасная область, типичная для кремниевых фототранзисторов). Его отклик на видимый свет пренебрежимо мал, что во многих случаях делает его невосприимчивым к окружающему освещению в помещении.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

LTR-3208 использует стандартный пластиковый корпус с тремя выводами. Корпус включает в себя формованную линзу сверху для фокусировки падающего света на чувствительную полупроводниковую область. Критические размеры включают размер корпуса, расстояние между выводами и выступ смолы под фланцем, который ограничен максимум 1,5 мм. Расстояние между выводами измеряется в точке их выхода из корпуса. Все размеры приведены в миллиметрах со стандартным допуском ±0,25 мм, если не указано иное. Физические контуры и размеры необходимы для проектирования посадочного места на печатной плате и обеспечения правильной установки в сборке.

4.2 Идентификация полярности и распиновка

Устройство имеет три вывода: Коллектор, Эмиттер и База (часто оставляется неподключенной или используется для смещения в некоторых конфигурациях). Типичная распиновка фототранзистора в таком корпусе: при взгляде на устройство сверху (со стороны линзы), когда плоская сторона или выемка обращена в определённом направлении, выводы слева направо обычно: Эмиттер, Коллектор, База. Однако разработчики всегда должны проверять распиновку по механическому чертежу в документации, чтобы избежать ошибок подключения. На корпусе также может быть маркировка или углубление для идентификации первого вывода.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

5.1 Параметры групповой пайки оплавлением

Хотя в данном отрывке не приведены детали конкретного профиля оплавления, в предельно допустимых режимах указано важное ограничение: выводы могут выдерживать температуру пайки 260°C не более 5 секунд при измерении на расстоянии 1,6 мм от корпуса. Это означает, что стандартные профили бессвинцовой пайки оплавлением (пиковая температура обычно около 245-260°C) допустимы, но время выше температуры ликвидуса должно контролироваться для предотвращения повреждения корпуса. Рекомендуется следовать стандартам JEDEC или IPC для пайки пластиковых корпусов.

5.2 Меры предосторожности при обращении и хранении

С устройством следует обращаться с соблюдением стандартных мер предосторожности от электростатического разряда (ESD), так как полупроводниковый переход может быть повреждён статическим электричеством. Хранение должно осуществляться в пределах указанного температурного диапазона от -55°C до +100°C в среде с низкой влажностью. Линзу следует содержать в чистоте, защищать от царапин, загрязнений или подтёков эпоксидной смолы во время сборки, так как это может существенно повлиять на оптические характеристики и чувствительность.

6. Рекомендации по применению

6.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространённая конфигурация схемы — \"ключевой режим\". Коллектор фототранзистора подключён к положительному напряжению питания (V_CC) через подтягивающий резистор (R_L). Эмиттер подключён к земле. Выходной сигнал снимается с узла коллектора. Когда света нет, устройство закрыто, и выход подтянут к высокому уровню V_CC. Когда на устройство попадает достаточное количество инфракрасного света, оно открывается, опуская выходное напряжение до низкого уровня, близкого к V_CE(SAT). Значение R_Lопределяет размах выходного сигнала, потребление тока и скорость переключения, как показано на характеристических кривых.

6.2 Соображения при проектировании

Ключевые факторы проектирования включают:Смещение:Убедитесь, что рабочее напряжение V_CEнаходится в пределах максимально допустимого (30В).Выбор нагрузочного резистора:Выберите R_Lисходя из требуемой скорости переключения (см. Рис. 3), размаха выходного напряжения и потребляемой мощности. Меньшее значение R_Lдаёт более высокую скорость, но больший ток.Оптическая юстировка:Учитывайте диаграмму угловой чувствительности (Рис. 5) при проектировании оптического тракта между ИК-излучателем и детектором.Защита от фоновой засветки:Хотя устройство в первую очередь чувствительно к ИК-излучению, сильные фоновые ИК-источники (например, солнечный свет или лампы накаливания) могут вызывать ложные срабатывания. Использование модулированного ИК-сигнала и синхронного детектирования может значительно повысить помехоустойчивость.Влияние температуры:Учитывайте увеличение темнового тока с температурой, что может потребовать корректировки порога в детектирующей схеме.

7. Техническое сравнение и отличительные особенности

По сравнению с простым фотодиодом, фототранзистор обеспечивает внутреннее усиление, что даёт значительно больший выходной ток при том же световом входе, часто устраняя необходимость в дополнительном каскаде усиления. По сравнению с другими фототранзисторами, отличительными особенностями LTR-3208 являются его конкретная комбинация корпуса (со встроенной линзой для более высокой чувствительности), определённые группы по току, позволяющие выбирать чувствительность, и сбалансированные электрические параметры (30В V_CEO, 100мВт P_D). Низкое значение V_CE(SAT)также является благоприятной характеристикой для чистого цифрового переключения.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какова цель различных групп (C, D, E, F) для I_C(ON)?

? О: Сортировка распределяет устройства по их чувствительности. Устройства группы F имеют самый высокий минимальный выходной ток (наиболее чувствительные), а устройства группы C — самый низкий. Это позволяет выбрать компонент, соответствующий требуемому уровню сигнала в вашей системе, обеспечивая стабильность и потенциально упрощая проектирование схемы благодаря предсказуемому диапазону сигнала.

В: Могу ли я использовать этот датчик при солнечном свете?

О: Прямой солнечный свет содержит значительное количество инфракрасного излучения и, вероятно, приведёт к насыщению датчика, вызывая постоянное \"открытое\" состояние. Для использования на открытом воздухе или в ярко освещённых помещениях настоятельно рекомендуется использовать оптические фильтры (ИК-пропускающий фильтр, блокирующий видимый свет) и/или методы модуляции сигнала, чтобы отличать целевой ИК-сигнал от фонового ИК-шума.

В: Как интерпретировать время нарастания и спада?

О: Эти параметры определяют скорость, с которой выходной сигнал может изменять состояние. Время нарастания 10 мкс означает, что выходному сигналу требуется примерно 10 микросекунд, чтобы перейти от 10% до 90% своего конечного значения при освещении. Это ограничивает максимальную частоту модулированного света, который может быть точно детектирован. Для простого обнаружения объектов этой скорости более чем достаточно. Для высокоскоростной связи это может быть ограничивающим фактором.

9. Пример практического использования

Сценарий: Обнаружение бумаги в принтере.LTR-3208 (из подходящей группы чувствительности) и инфракрасный светодиод размещаются по разные стороны пути движения бумаги, выравниваются так, чтобы бумага прерывала луч. Фототранзистор включён по ключевой схеме с подтягивающим резистором 10 кОм к напряжению 5В. Когда бумаги нет, ИК-свет попадает на датчик, открывая его и опуская выходной вывод до низкого напряжения (~0,2В). Когда бумага проходит, она блокирует свет, закрывая фототранзистор, что позволяет выходному выводу подтянуться к высокому уровню 5В. Этот цифровой сигнал подаётся на микроконтроллер для отслеживания наличия бумаги и определения её края. Линза на LTR-3208 помогает фокусировать ИК-луч, повышая надёжность и позволяя увеличить зазор между излучателем и детектором.

10. Принцип работы

Фототранзистор — это биполярный транзистор, базовая область которого подвергается воздействию света. Падающие фотоны с энергией большей, чем ширина запрещённой зоны полупроводника, генерируют электрон-дырочные пары в переходе база-коллектор. Эти фотосгенерированные носители эквивалентны току базы. Благодаря усилению тока транзистором (коэффициент бета или h_FE), этот небольшой фототок умножается, что приводит к значительно большему току коллектора. Устройство по сути объединяет детектирование света фотодиода с усилением тока транзистора в одном корпусе. Встроенная линза служит для концентрации большего количества света на активную полупроводниковую область, увеличивая эффективный \"ток базы\" и, следовательно, выходной сигнал.

11. Технологические тренды

Общая тенденция для дискретных оптоэлектронных компонентов, таких как фототранзисторы, — миниатюризация, более высокая интеграция и улучшенные характеристики. Это включает разработку корпусов для поверхностного монтажа с меньшей площадью и высотой для соответствия требованиям современных плотных печатных плат. Также наблюдается движение в сторону устройств с более чётко определёнными и стабильными параметрами, что снижает необходимость калибровки в конечных приложениях. В некоторых передовых приложениях фототранзисторы интегрируются со схемами усиления и обработки сигнала на кристалле для создания более завершённых решений \"сенсор в корпусе\", хотя дискретные компоненты, такие как LTR-3208, остаются крайне актуальными благодаря своей простоте, надёжности и экономической эффективности в огромном множестве стандартных сенсорных задач.