Техническая документация на фототранзистор LTR-5888DHP1 - Корпус тёмно-зелёный - Vce 30В - Pc 100мВт

1. Обзор продукта

LTR-5888DHP1 — это высокочувствительный фототранзистор, предназначенный для применения в системах инфракрасного (ИК) обнаружения. Его основная функция — преобразование падающего инфракрасного света в электрический ток. Ключевой особенностью является специальный тёмно-зелёный пластиковый корпус, разработанный для ослабления или отсечения длин волн видимого света. Такая конструкция минимизирует помехи от окружающих источников видимого света, что делает устройство особенно подходящим для применений, где полезный сигнал находится исключительно в инфракрасном спектре, например, для датчиков приближения, обнаружения объектов и приёмников ИК-пультов дистанционного управления.

Устройство предлагает широкий рабочий диапазон коллекторного тока и характеризуется быстрым временем переключения, что позволяет ему быстро реагировать на изменения ИК-освещённости. Это сочетание оптической фильтрации, чувствительности и скорости делает его универсальным компонентом для различных электронных систем, требующих надёжного ИК-обнаружения.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Эти характеристики определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность (P_C):100 мВт. Это максимальная мощность, которую устройство может рассеивать в виде тепла при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Превышение этого предела грозит тепловым разгоном и выходом из строя.
• Напряжение коллектор-эмиттер (V_CEO):30 В. Максимальное напряжение, которое может быть приложено между выводами коллектора и эмиттера при разомкнутой базе (светочувствительной области).
• Напряжение эмиттер-коллектор (V_ECO):5 В. Максимальное обратное напряжение, применимое между эмиттером и коллектором.
• Рабочий температурный диапазон:от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором устройство предназначено для корректной работы.
• Температурный диапазон хранения:от -55°C до +100°C. Диапазон температур для неработающего устройства.
• Температура пайки выводов:260°C в течение 5 секунд на расстоянии 1,6 мм от корпуса. Это определяет ограничение профиля пайки оплавлением для предотвращения повреждения корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры указаны при T_A=25°C и определяют типичные характеристики устройства.

• Напряжения пробоя: V_(BR)CEO(мин. 30В) и V_(BR)ECO(мин. 5В). Это напряжения, при которых происходит пробой перехода при заданных испытательных токах без освещения (E_e= 0 мВт/см²).
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V_CE(SAT)):макс. 0,4В при I_C= 100мкА и E_e= 1 мВт/см². Это падение напряжения на транзисторе, когда он полностью "открыт" (насыщен) при освещении. Более низкое V_CE(SAT)желательно для эффективного переключения.
• Времена переключения:Время нарастания (T_r) типично 15 мкс и время спада (T_f) типично 18 мкс, измеренные при V_CC=5В, I_C=1мА и R_L=1кОм. Эти времена определяют, насколько быстро выход может реагировать на импульсный световой вход.
• Ток коллектора в темноте (I_CEO):макс. 100 нА при V_CE=10В без освещения. Это небольшой ток утечки, который протекает, когда устройство находится в полной темноте. Более низкий темновой ток указывает на лучшее соотношение сигнал/шум при обнаружении слабого света.
• Коэффициент тока коллектора (R):от 0,8 до 1,25. Этот параметр, вероятно, определяет соответствие между двумя фототранзисторами или каналами, что важно для дифференциальных датчиков.

3. Объяснение системы сортировки

LTR-5888DHP1 использует комплексную систему сортировки на основе своего коллекторного тока во включённом состоянии (I_C(ON)). Сортировка — это процесс контроля качества, который группирует компоненты со схожими характеристиками. Предоставлены две таблицы сортировки: одна для диапазона производственной настройки, а другая для окончательного гарантированного диапазона.

Параметр I_C(ON)определяется как средний ток коллектора в стандартизированных условиях (V_CE= 5В, E_e= 1 мВт/см²). Устройства сортируются в группы, обозначенные от A до H, каждая со своим диапазоном I_C(ON)(например, группа A: от 0,20мА до 0,26мА для производственной настройки). Каждая группа связана с определённой цветовой маркировкой (Красный, Чёрный, Зелёный, Синий, Белый, Фиолетовый, Жёлтый, Оранжевый). Это позволяет разработчикам выбирать устройства с жёстко контролируемой чувствительностью для своих конкретных требований схемы, обеспечивая стабильную работу системы. Например, приложение, требующее точного порога срабатывания, выиграет от использования устройств из одной узкой группы.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены несколько типичных характеристических кривых, которые визуально показывают поведение устройства в различных условиях.

• Рисунок 1: Ток коллектора в темноте в зависимости от температуры окружающей среды:Этот график показывает, как I_CEOэкспоненциально возрастает с повышением температуры. Это критически важное соображение для высокотемпературных применений, так как растущий темновой ток может маскировать слабые оптические сигналы.
• Рисунок 2: Рассеиваемая мощность коллектора в зависимости от температуры окружающей среды:Эта кривая снижения номинальных характеристик показывает, что максимально допустимая рассеиваемая мощность (P_C) уменьшается с ростом температуры окружающей среды. При 85°C максимальная мощность, которую может выдержать устройство, значительно меньше номинальных 100мВт при 25°C. Разработчики должны использовать эту кривую для обеспечения безопасной тепловой работы.
• Рисунок 3: Время нарастания и спада в зависимости от сопротивления нагрузки:Этот график демонстрирует, что времена переключения (T_rи T_f) увеличиваются с ростом сопротивления нагрузки (R_L). Для применений, требующих максимальной скорости, следует выбирать меньшее значение R_L, хотя это повлияет на размах выходного напряжения.
• Рисунок 4: Относительный ток коллектора в зависимости от облученности:Это основная передаточная функция фототранзистора. Она показывает, что ток коллектора линейно возрастает с увеличением падающей инфракрасной облученности (E_e) в определённом диапазоне. Наклон этой линии представляет собой отзывчивость или чувствительность устройства.

5. Механическая и упаковочная информация

Устройство использует специальный тёмно-зелёный пластиковый корпус. Габаритные размеры корпуса приведены в техническом описании, все измерения указаны в миллиметрах. Ключевые примечания по размерам включают: допуск ±0,25 мм, если не указано иное; максимальный выступ смолы под фланцем 1,5 мм; расстояние между выводами измеряется в точке их выхода из корпуса. Тёмно-зелёный материал критически важен для своих оптических фильтрующих свойств, блокируя видимый свет для улучшения характеристик, специфичных для ИК-диапазона.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Основная предоставленная рекомендация связана с термическим напряжением при пайке. Выводы могут подвергаться температуре 260°C в течение максимум 5 секунд, измеренной в точке на расстоянии 1,6 мм (0,063 дюйма) от корпуса. Эта спецификация критически важна для определения безопасного профиля пайки оплавлением. Превышение этого ограничения по времени и температуре может вызвать внутреннее повреждение полупроводникового кристалла, проводящих соединений или самого пластикового корпуса, приводя к немедленному отказу или снижению долгосрочной надёжности. Также следует соблюдать стандартные отраслевые практики для устройств, чувствительных к влаге (MSL), если не указано иное.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

• Приёмники инфракрасных пультов дистанционного управления:Обнаружение модулированных ИК-сигналов от пультов телевизоров, кондиционеров и т.д.
• Датчики приближения и обнаружения объектов:Используются в автоматических кранах, сушилках для рук, дозаторах бумажных полотенец и робототехнике для определения наличия объекта.
• Промышленный подсчёт и сортировка:Обнаружение объектов на конвейерных лентах в паре с ИК-излучателем.
• Оптические энкодеры:Обнаружение прорезей или меток на вращающемся диске для измерения положения или скорости.
• Дымовые извещатели:В некоторых конструкциях оптических камер для обнаружения света, рассеянного частицами дыма.

7.2 Соображения при проектировании

• Смещение:Фототранзистор может использоваться либо в ключевом (насыщенном) режиме, либо в линейном (активном) режиме. В ключевом режиме (схема с общим эмиттером и подтягивающим резистором) он обеспечивает цифровой выход. В линейном режиме (часто с операционным усилителем) он обеспечивает аналоговый выход, пропорциональный интенсивности света.
• Нагрузочный резистор (R_L):Значение R_Lв цепи коллектора является ключевым выбором при проектировании. Меньшее R_Lобеспечивает более быстрое переключение (см. Рис. 3), но приводит к меньшему размаху выходного напряжения для заданного фототока. Большее R_Lдаёт больший размах напряжения, но более медленный отклик.
• Подавление фонового света:Хотя тёмно-зелёный корпус помогает, для сред с сильным фоновым ИК-излучением (например, солнечный свет, лампы накаливания) может потребоваться дополнительная электрическая фильтрация. Использование модулированного ИК-источника и демодулирующей приёмной схемы является высокоэффективной техникой.
• Тепловой менеджмент:См. Рисунок 2 (кривая снижения номинальных характеристик), чтобы убедиться, что рассеиваемая мощность устройства остаётся в безопасных пределах при максимальной ожидаемой рабочей температуре окружающей среды.
• Выбор группы сортировки:Выбирайте соответствующую группу чувствительности (A-H) на основе требуемого уровня сигнала и ожидаемой интенсивности ИК-источника для оптимизации работы схемы и её стабильности.

8. Техническое сравнение и отличия

Основным отличием LTR-5888DHP1 является его специальный тёмно-зелёный корпус для подавления видимого света. По сравнению с прозрачными или нефльтрованными фототранзисторами, он обеспечивает превосходную производительность в средах с высоким уровнем окружающего видимого света, так как менее вероятно его ложное срабатывание. Его сочетание относительно высокого V_CEO(30В), высокой скорости переключения (диапазон мкс) и детальной системы сортировки по чувствительности делает его надёжным и удобным для проектирования выбором для широкого спектра задач ИК-обнаружения. Комплексная сортировка позволяет точно подбирать устройства в приложениях, требующих нескольких датчиков или очень стабильных точек срабатывания.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какова цель тёмно-зелёного корпуса?

О: Он действует как фильтр видимого света. Он ослабляет свет в видимом спектре (приблизительно 400-700 нм), позволяя инфракрасным длинам волн (обычно >700 нм) проходить к полупроводниковому кристаллу. Это улучшает соотношение сигнал/шум в приложениях, использующих только ИК-диапазон.

В: Как интерпретировать две разные таблицы сортировки?

О: Таблица "Производственная настройка" показывает более узкие внутренние диапазоны, используемые при производстве для сортировки устройств. Таблица "Диапазон во включённом состоянии" показывает более широкий, гарантированный диапазон спецификаций, на который может полагаться заказчик. Устройства из одной производственной группы будут иметь более стабильные характеристики, чем те, которые просто соответствуют более широкому гарантированному диапазону.

В: Могу ли я использовать это устройство под прямыми солнечными лучами?

О: Хотя корпус фильтрует видимый свет, солнечный свет содержит значительное количество инфракрасного излучения. Это может насытить датчик. Для использования на открытом воздухе или в условиях сильного фонового ИК-излучения настоятельно рекомендуется использовать оптическое экранирование, электрическую фильтрацию или систему с модулированным ИК-источником.

В: Что произойдёт, если я превышу температуру/время пайки выводов?

О: Это может вызвать необратимое повреждение: расплавление корпуса, разрыв внутренних проводящих соединений или ухудшение свойств полупроводника. Всегда соблюдайте рекомендацию 260°C в течение 5 секунд на расстоянии 1,6 мм от корпуса.

10. Практический пример проектирования

Сценарий: Проектирование датчика приближения для автоматического дозатора мыла.

Цель — обнаружить руку, расположенную на расстоянии ~5-10 см ниже сопла. ИК-светодиодный излучатель размещается напротив детектора LTR-5888DHP1, оба направлены в зону обнаружения.

Этапы проектирования:

1. Конфигурация схемы:Используйте фототранзистор в ключевом режиме с общим эмиттером. Подключите эмиттер к земле, коллектор — к подтягивающему резистору (R_L), подключённому к напряжению питания (например, 5В). Выходной сигнал снимается с узла коллектора.

2. Выбор компонентов:Выберите ИК-светодиод с длиной волны, соответствующей пику чувствительности фототранзистора. Выберите значение R_L(например, 10 кОм), обеспечивающее хороший размах напряжения. На основе ожидаемой интенсивности отражённого ИК-излучения выберите фототранзистор из группы D или E для средней чувствительности.

3. Модуляция (необязательно, но рекомендуется):Для подавления фонового света управляйте ИК-светодиодом импульсным током (например, 38 кГц). После выхода фототранзистора установите полосовой фильтр или специализированную ИС приёмника, настроенную на ту же частоту. Это делает систему невосприимчивой к постоянному фоновому ИК-излучению.

4. Пороговое обнаружение:Выходное напряжение на коллекторе будет падать, когда рука отражает ИК-свет на детектор. Для обнаружения этого изменения напряжения и активации насоса мыла можно использовать компаратор или АЦП микроконтроллера.

5. Соображения:Учитывайте увеличение темнового тока с температурой (Рис. 1) при установке порога обнаружения. Убедитесь, что рассеиваемая мощность устройства находится в пределах, указанных на Рис. 2.

11. Принцип работы

Фототранзистор по своей сути является биполярным транзистором (BJT), в котором базовая область подвергается воздействию света и не подключена к электрическому выводу. Падающие фотоны с энергией, превышающей ширину запрещённой зоны полупроводника, поглощаются в области перехода база-коллектор. Это поглощение создаёт электрон-дырочные пары. Электрическое поле в обратносмещённом переходе база-коллектор разделяет эти носители заряда, генерируя фототок. Этот фототок действует как базовый ток транзистора. Благодаря коэффициенту усиления по току транзистора (β или h_FE), результирующий ток коллектора равен фототоку, умноженному на коэффициент усиления (I_C≈ β * I_photo). Это внутреннее усиление придаёт фототранзистору гораздо более высокую чувствительность, чем простому фотодиоду. Материал тёмно-зелёного корпуса поглощает большинство фотонов видимого света, в то время как инфракрасные фотоны могут проходить и поглощаться кремнием для генерации сигнального тока.

12. Технологические тренды

Область оптоэлектроники для сенсоров продолжает развиваться. Тренды, относящиеся к устройствам типа LTR-5888DHP1, включают:

Интеграция:Движение к интегрированным решениям, которые объединяют фотодетектор, усилитель и цифровую логику (например, триггер Шмитта или модулятор/демодулятор) в один корпус (например, модули ИК-приёмников).

Миниатюризация:Разработка фототранзисторов в корпусах для поверхностного монтажа меньшего размера для удовлетворения требований компактной потребительской электроники.

Улучшенная фильтрация:Использование более сложных интерференционных фильтров, нанесённых непосредственно на кристалл или корпус, для обеспечения более острой селективности по длине волны, улучшая подавление нежелательных источников фонового света.

Оптимизация для конкретных применений:Устройства всё чаще характеризуются и сортируются для очень специфических применений (например, обнаружение определённых импульсов для передачи данных, очень низкий темновой ток для точных измерений), а не как компоненты общего назначения.