Техническая документация LTR-1650D - Фототранзистор - Корпус 5.0x4.0x3.2мм - Напряжение 30В - Мощность 100мВт - Темный прозрачный корпус

1. Обзор продукта

LTR-1650D — это кремниевый NPN фототранзистор, предназначенный для применения в системах инфракрасного обнаружения. Он размещен в недорогом темном прозрачном пластиковом корпусе, который эффективно фильтрует видимый свет, пропуская инфракрасное излучение, в основном в районе 940 нм. Интегрированная линза повышает чувствительность устройства, фокусируя падающее ИК-излучение на активную область транзистора. Этот компонент разработан для надежной работы и высокой производительности в широком диапазоне рабочих температур, что делает его пригодным для различных систем контроля и сенсорных приложений.

2. Ключевые особенности и основные преимущества

• Широкий диапазон тока коллектора:Устройство предлагает несколько градаций производительности (от A до F), обеспечивая широкий выбор тока коллектора в открытом состоянии (Iᶚ(ᶚᵎ)) от минимального 0,2 мА до более 9,6 мА максимум, что позволяет разработчикам выбрать компонент, соответствующий конкретным требованиям к чувствительности.
• Высокочувствительная линза:Интегрированная эпоксидная линза увеличивает эффективную площадь сбора инфракрасного света, улучшая соотношение сигнал/шум и общую чувствительность.
• Экономичный пластиковый корпус:Используется стандартный, экономичный пластиковый корпус для массового производства и широкого внедрения на рынке.
• Специальный темный прозрачный корпус:Материал корпуса затемнен для ослабления видимого света, что снижает помехи от окружающих источников света и повышает производительность в условиях меняющейся освещенности.

3. Подробный анализ технических параметров

3.1 Предельные эксплуатационные характеристики

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

• Рассеиваемая мощность (Pᵣ):_D):100 мВт при Tₐ=25°C. Это максимальная мощность, которую устройство может безопасно рассеивать в виде тепла._A=25°C. This is the maximum power the device can safely dissipate as heat.
• Напряжение коллектор-эмиттер (Vᶚᴇ):_CEO):30 В. Максимальное напряжение, которое может быть приложено между выводами коллектора и эмиттера при разомкнутой базе.
• Напряжение эмиттер-коллектор (Vᴇᶚ):_ECO):5 В. Максимальное обратное напряжение, приложимое между эмиттером и коллектором.
• Диапазон рабочих температур (Tₐₜᵖ):_opr):от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором гарантируется работа устройства.
• Диапазон температур хранения (Tₛᵗᶟ):_stg):от -55°C до +100°C.
• Температура пайки выводов:260°C в течение 5 секунд на расстоянии 1,6 мм от корпуса. Это критически важно для процессов волновой пайки или пайки оплавлением.

3.2 Электрические и оптические характеристики (Tₐ=25°C)_A=25°C)

Следующие параметры измерены в определенных условиях и определяют производительность устройства.

• Напряжение пробоя коллектор-эмиттер (V(ᴱᵇ)ᶚᴇᶚ):_(BR)CEO):30 В (мин.). Измерено при Iᶚ = 1мА без облучения (Eᴇ = 0 мВт/см²)._C= 1mA with no irradiance (E_e= 0 mW/cm²).
• Напряжение пробоя эмиттер-коллектор (V(ᴱᵇ)ᴇᶚᶚ):_(BR)ECO):5 В (мин.). Измерено при Iᴇ = 100мкА без облучения._E= 100µA with no irradiance.
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Vᶚᴇ(ᵎᴀᵖ)):_CE(SAT)):0,4 В (макс.). Падение напряжения на транзисторе, когда он полностью "открыт", измерено при Iᶚ = 100мкА и Eᴇ = 1 мВт/см². Низкое Vᶚᴇ(ᵎᴀᵖ) желательно для эффективного переключения._C= 100µA and E_e= 1 mW/cm². A low V_CE(SAT)is desirable for efficient switching.
• Время нарастания (Tᵜ) и время спада (Tᵣ):_r) & Fall Time (T_f):10 мкс (тип.). Эти параметры скорости переключения измерены при Vᶚᴇ=5В, Iᶚ=1мА и Rᵖ=1кОм. Они определяют, насколько быстро фототранзистор может реагировать на изменения интенсивности света._CC=5V, I_C=1mA, and R_L=1kΩ. They determine how quickly the phototransistor can respond to changes in light intensity.
• Темновой ток коллектора (Iᶚᴇᵖ):_CEO):100 нА (макс.). Это ток утечки, протекающий через коллектор, когда устройство находится в полной темноте (Eᴇ = 0 мВт/см²) при Vᶚᴇ = 10В. Низкий темновой ток необходим для хорошего соотношения сигнал/шум при обнаружении слабого света._e= 0 mW/cm²) with V_CE= 10V. A low dark current is essential for good signal-to-noise ratio in low-light detection.

3.3 Система сортировки по току коллектора в открытом состоянии (Iᶚ(ᶚᵎ))_C(ON)) Binning System

LTR-1650D классифицируется по различным градациям (BIN) на основе его чувствительности, определяемой током коллектора в открытом состоянии, измеренным в стандартизированных условиях (Vᶚᴇ = 5В, Eᴇ = 1 мВт/см², λ = 940нм). Это позволяет осуществлять точный выбор в соответствии с требованиями к усилению в приложении._CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², λ = 940nm). This allows for precise selection based on application gain requirements.

• Градация A:0,2 - 0,6 мА
• Градация B:0,4 - 1,2 мА
• Градация C:0,8 - 2,4 мА
• Градация D:1,6 - 4,8 мА
• Градация E:3,2 - 9,6 мА
• Градация F:6,4 мА (мин.)

Разработчикам следует указывать конкретный код градации при заказе, чтобы гарантировать, что фототранзистор соответствует требованиям схемы по чувствительности и выходному току.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько характеристических кривых, иллюстрирующих, как ключевые параметры изменяются в зависимости от условий окружающей среды и электрических условий.

4.1 Темновой ток коллектора в зависимости от температуры окружающей среды (Рис. 1)

Эта кривая показывает, что темновой ток коллектора (Iᶚᴇᵖ) увеличивается экспоненциально с ростом температуры окружающей среды. Это фундаментальное свойство полупроводников, при котором термически генерируемые носители заряда становятся более распространенными. В высокотемпературных приложениях этот повышенный ток утечки может стать значительным источником шума, и его необходимо учитывать при проектировании порога усилителя сенсора._CEO) increases exponentially with rising ambient temperature. This is a fundamental semiconductor behavior where thermally generated charge carriers become more prevalent. In high-temperature applications, this increased leakage current can become a significant source of noise and must be accounted for in the design of the sensing amplifier's threshold.

4.2 Рассеиваемая мощность коллектора в зависимости от температуры окружающей среды (Рис. 2)

На графике показано снижение максимально допустимой рассеиваемой мощности с увеличением температуры окружающей среды. При 25°C устройство может рассеивать 100 мВт. С ростом температуры этот показатель снижается линейно. Для надежной работы выше 25°C фактическая рассеиваемая мощность (Vᶚᴇ * Iᶚ) должна поддерживаться ниже кривой снижения мощности. Это критически важно для предотвращения теплового разгона и обеспечения долгосрочной надежности._CE* I_C) must be kept below the derated curve. This is crucial for preventing thermal runaway and ensuring long-term reliability.

4.3 Время нарастания и спада в зависимости от сопротивления нагрузки (Рис. 3)

Эта кривая демонстрирует компромисс между скоростью переключения и сопротивлением нагрузки (Rᵖ). Время нарастания и спада увеличивается с увеличением сопротивления нагрузки. Это связано с тем, что большее Rᵖ создает большую постоянную времени RC с барьерной емкостью фототранзистора. Для приложений, требующих быстрого обнаружения импульсов, следует использовать меньшее сопротивление нагрузки, хотя и за счет уменьшения размаха выходного напряжения._L). Rise and fall times increase with larger load resistors. This is because a larger R_Lcreates a larger RC time constant with the phototransistor's junction capacitance. For applications requiring fast pulse detection, a smaller load resistor should be used, albeit at the cost of reduced output voltage swing.

4.4 Относительный ток коллектора в зависимости от облученности (Рис. 4)

Этот график показывает зависимость между падающим инфракрасным излучением (Eᴇ) и результирующим током коллектора. Отклик, как правило, линеен в определенном диапазоне, что идеально для аналоговых приложений измерения света. Наклон этой линии представляет собой чувствительность устройства. Понимание этой характеристики является ключевым для калибровки выходного сигнала датчика до определенного уровня интенсивности света._e) and the resulting collector current. The response is generally linear over a certain range, which is ideal for analog light sensing applications. The slope of this line represents the device's responsivity. Understanding this characteristic is key for calibrating the sensor's output to a specific light intensity level.

4.5 Диаграмма направленности чувствительности (Рис. 5)

Эта полярная диаграмма иллюстрирует угловую зависимость чувствительности фототранзистора. Чувствительность обычно максимальна, когда инфракрасный свет падает перпендикулярно линзе (0°). Она уменьшается с увеличением угла падения. Эта характеристика жизненно важна для проектирования оптической трассы в приложении, например, для обеспечения правильного выравнивания в щелевом прерывателе или определения угла обзора для датчика приближения.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство использует стандартный радиальный выводной корпус 3мм (T-1). Ключевые размеры включают:

• Диаметр корпуса: приблизительно 5,0 мм.
• Высота корпуса: приблизительно 3,2 мм (без учета выводов).
• Расстояние между выводами: измеряется в месте выхода выводов из корпуса, обычно 2,54 мм (0,1").
• Допускается максимальный выступ смолы под фланцем 1,5 мм.

Примечание:Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0,25 мм, если не указано иное. Разработчики должны обращаться к подробному механическому чертежу для точного планирования посадочного места и размещения.

5.2 Определение полярности выводов

Фототранзистор имеет два вывода: Коллектор и Эмиттер. Более длинный вывод, как правило, является Коллектором. На корпусе также может быть плоская сторона или другая маркировка рядом с выводом Коллектора. Правильная полярность необходима для корректной работы схемы и подачи правильного напряжения смещения.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

• Ручная пайка:Используйте паяльник с регулировкой температуры. Ограничьте время пайки, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев полупроводникового кристалла.
• Волновая пайка / Пайка оплавлением:Строго соблюдайте предельное значение: 260°C в течение 5 секунд, измеренное на расстоянии 1,6 мм от корпуса. Превышение этого значения может повредить внутренние проводные соединения или эпоксидный корпус.
• Очистка:Используйте подходящие растворители, совместимые с темной прозрачной эпоксидной смолой. Избегайте ультразвуковой очистки, если не подтверждена ее безопасность для корпуса.
• Хранение:Храните в сухой антистатической среде в указанном диапазоне температур от -55°C до +100°C, чтобы предотвратить поглощение влаги (что может вызвать "вспучивание" при оплавлении) и повреждение от электростатического разряда.

7. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

7.1 Типовые сценарии применения

• Обнаружение и прерывание объекта:Используется в щелевых оптических выключателях (например, обнаружение бумаги в принтерах, датчики конечных положений в 3D-принтерах).
• Датчик приближения:В паре с инфракрасным светодиодом для бесконтактного обнаружения объектов.
• Энкодеры:Обнаружение меток на вращающихся дисках для измерения скорости или положения.
• Промышленная автоматика:Датчики в автоматизированном оборудовании, где требуется устойчивость к окружающему свету.
• Бытовая электроника:Приемники ИК-пультов дистанционного управления (хотя часто используются со специализированными ИС, фототранзистор может формировать входной каскад).

7.2 Критически важные аспекты проектирования

• Схема смещения:Фототранзистор может использоваться либо в ключевом режиме (схема с общим эмиттером), либо в режиме повторителя (эмиттерный повторитель). Схема с общим эмиттером обеспечивает усиление по напряжению и часто используется для цифрового переключения. Требуется резистор подтяжки (Rᵖ)._L) is required.
• Выбор Rᵖ:_L:Величина нагрузочного резистора представляет собой компромисс. Большее Rᵖ дает больший размах выходного напряжения для заданного фототока, но замедляет скорость переключения (см. Рис. 3). Выбирайте исходя из требуемой скорости и уровня сигнала._Lgives a larger output voltage swing for a given photocurrent but slows down the switching speed (see Fig. 3). Choose based on required speed and signal level.
• Подавление фоновой засветки:Хотя темный корпус помогает, сильные источники окружающего ИК-излучения (солнечный свет, лампы накаливания) могут насыщать датчик. Рассмотрите возможность использования оптических фильтров, модуляции ИК-источника и применения синхронного детектирования.
• Температурная компенсация:Для прецизионных аналоговых измерений вариации темнового тока и чувствительности с температурой (Рис. 1 и 2) должны компенсироваться в схеме обработки сигнала.
• Электрические помехи:Высокоомный узел коллектора может быть подвержен электромагнитным помехам (EMI). Делайте дорожки короткими, при необходимости используйте экранирование и рассмотрите возможность добавления небольшого конденсатора (например, 10-100 пФ) параллельно Rᵖ для фильтрации высокочастотного шума, учитывая его влияние на скорость._Lto filter high-frequency noise, mindful of its impact on speed.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с базовым фотодиодом, фототранзистор, такой как LTR-1650D, обеспечивает внутреннее усиление, создавая гораздо больший выходной ток при том же световом входе, что часто устраняет необходимость в дополнительном внешнем усилителе в простых переключающих приложениях. По сравнению с фототранзистором Дарлингтона, он предлагает более быстрое время отклика (мкс против десятков/сотен мкс), но меньшее усиление. Специфическая система градации по Iᶚ(ᶚᵎ) позволяет проводить более точное проектирование системы по сравнению с устройствами с единой широкой спецификацией. Темный прозрачный корпус является ключевым отличием от прозрачных корпусов, предлагая встроенное подавление видимого света._C(ON)allows for tighter system design compared to devices with a single, broad specification. The dark transparent package is a key differentiator from clear packages, offering built-in visible light suppression.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 Что означает спецификация "BIN" и как ее выбрать?

Код градации (от A до F) определяет гарантированный диапазон чувствительности фототранзистора (Iᶚ(ᶚᵎ)). Выбирайте градацию на основе требуемого выходного тока для вашего конкретного уровня облученности. Для приложений с более высокой чувствительностью/низким уровнем освещенности выбирайте градацию с более высокой буквой (например, E или F). Для экономически чувствительных приложений, где высокое усиление не критично, может быть достаточно более низкой градации (A или B)._C(ON)). Choose a bin based on the required output current for your specific irradiance level. For higher sensitivity/lower light level applications, select a higher bin letter (e.g., E or F). For cost-sensitive applications where high gain is not critical, a lower bin (A or B) may suffice.

9.2 Почему важен темновой ток?

Темновой ток (Iᶚᴇᵖ) — это выходной сигнал, присутствующий при отсутствии падающего света. Он устанавливает нижний предел обнаруживаемого света и действует как источник шума. В цифровых переключающих приложениях порог обнаружения схемы должен быть установлен выше максимального ожидаемого темнового тока, особенно при высоких температурах, где он значительно возрастает._CEO) is the output signal present when no light is incident. It sets the lower limit of detectable light and acts as a noise source. In digital switching applications, the circuit's detection threshold must be set above the maximum expected dark current, especially at high temperatures where it increases significantly.

9.3 Как сопротивление нагрузки влияет на производительность?

Сопротивление нагрузки (Rᵖ) напрямую влияет на два ключевых параметра:_L) directly affects two key parameters:Выходное напряжение(Vₒᵜᵗ = Iᶚ * Rᵖ) и_out= I_C* R_L) andСкорость переключения(см. Рис. 3). Вы должны выбрать Rᵖ, чтобы достичь необходимого размаха напряжения для ваших логических уровней или входа АЦП, а также обеспечить, чтобы время нарастания/спада было достаточно быстрым для скорости передачи данных или времени отклика вашего приложения._Lto achieve the necessary voltage swing for your logic levels or ADC input, while also ensuring the rise/fall times are fast enough for your application's data rate or response time.

9.4 Можно ли использовать этот компонент при ярком солнечном свете?

Темный прозрачный корпус обеспечивает некоторое подавление, но прямой солнечный свет содержит интенсивное инфракрасное излучение, которое может легко насытить датчик. Для использования на открытом воздухе обязательны дополнительные меры: физическое затенение (козырьки), узкополосные оптические фильтры, настроенные на длину волны вашего ИК-источника (например, 940 нм), и, желательно, использование модулированного ИК-источника с синхронным детектированием в приемной схеме для отделения сигнала от постоянной составляющей солнечного света.

10. Практический пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование датчика обнаружения бумаги для принтера.

1. Выбор:Выберите градацию средней чувствительности (например, C или D), чтобы обеспечить надежное срабатывание без излишней чувствительности к пыли или отражениям.
2. Конфигурация схемы:Используйте ключевую конфигурацию с общим эмиттером. Сопрягите LTR-1650D с инфракрасным светодиодом (например, 940 нм), расположенным на противоположной стороне тракта бумаги.
3. Расчет компонентов:Выберите значение Rᵖ (например, 4,7 кОм), которое обеспечивает логический низкий уровень на выходе (близко к 0В), когда бумага присутствует (блокирует свет, Iᶚ низкий), и логический высокий уровень (близко к Vᶚᴇ), когда бумага отсутствует (свет есть, Iᶚ высокий). Убедитесь, что уровни напряжения совместимы с входными контактами микроконтроллера._Lvalue (e.g., 4.7kΩ) that provides a logic-low output (near 0V) when paper is present (blocking light, I_Cis low) and a logic-high output (near V_CC) when paper is absent (light present, I_Cis high). Verify the voltage levels are compatible with the microcontroller's input pins.
4. Устойчивость к помехам:Добавьте конденсатор 10 нФ параллельно Rᵖ для подавления электрических помех от двигателей принтера. Результирующая скорость (~100 мкс) все еще намного выше скорости механического движения бумаги._Lto suppress electrical noise from printer motors. The resulting speed (~100µs) is still far faster than the mechanical paper movement.
5. Выравнивание:Используйте диаграмму направленности чувствительности (Рис. 5) для руководства механическим проектированием. Убедитесь, что ИК-светодиод и фототранзистор выровнены в пределах конуса высокой чувствительности (например, ±20°), чтобы максимизировать силу сигнала.
6. Тестирование:Протестируйте датчик в наихудших условиях: высокая температура (для проверки увеличения темнового тока) и с различными типами бумаги (некоторые могут быть более прозрачными для ИК-излучения).

11. Принцип работы

Фототранзистор по своей сути является биполярным транзистором (BJT), в котором базовый ток генерируется светом, а не подается электрически. Падающие фотоны с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника, поглощаются в области перехода база-коллектор, создавая электрон-дырочные пары. Электрическое поле в обратносмещенном переходе коллектор-база разделяет эти носители, эффективно генерируя фототок, который действует как базовый ток (Iᵀ). Этот фотогенерированный базовый ток затем усиливается коэффициентом усиления по току транзистора (hᵇᴇ), что приводит к гораздо большему току коллектора (Iᶚ = hᵇᴇ * Iᵀ). Это внутреннее усиление является ключевым преимуществом перед простым фотодиодом. Материал темного прозрачного корпуса действует как фильтр верхних частот, пропуская инфракрасные длины волн (например, 940 нм) и поглощая более короткие видимые длины волн, тем самым улучшая соотношение сигнал/шум в условиях видимого света._B). This photogenerated base current is then amplified by the transistor's current gain (h_FE), resulting in a much larger collector current (I_C= h_FE* I_B). This internal amplification is the key advantage over a simple photodiode. The dark transparent package material acts as a long-pass filter, allowing infrared wavelengths (like 940nm) to pass while absorbing shorter visible wavelengths, thus improving the signal-to-noise ratio in environments with visible light.

12. Тенденции и развитие отрасли

Сектор оптоэлектроники продолжает развиваться. В то время как дискретные фототранзисторы, такие как LTR-1650D, остаются важными для экономически чувствительных, массовых или специальных приложений, более широкие тенденции включают:

• Интеграция:Растущая интеграция фотодетектора с аналоговыми усилителями входного каскада, аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и цифровой логикой в однокристальные решения (например, датчики внешней освещенности, модули датчиков приближения). Они предлагают калиброванный цифровой выход, меньшие габариты и упрощенное проектирование, но могут иметь более высокую удельную стоимость.
• Миниатюризация:Спрос на корпуса меньшего размера (например, корпуса чип-скейл) для размещения в постоянно уменьшающейся бытовой электронике.
• Повышение производительности:Разработка устройств с более низким темновым током, более быстрым временем отклика (в наносекундном диапазоне) и более высокой чувствительностью для более требовательных приложений, таких как LiDAR и высокоскоростная связь.
• Специализация:Датчики, адаптированные для конкретных длин волн (например, для мониторинга сердечного ритма, газового анализа) или со встроенными спектральными фильтрами.

Дискретные фототранзисторы, вероятно, сохранят свои позиции в приложениях, где их простота, надежность, низкая стоимость и специфические характеристики производительности (такие как темный корпус LTR-1650D) обеспечивают оптимальное решение.