LTR-C155DD-G Fotodiyot Veri Sayfası - 940nm Tepe Dalga Boyu - 5V Ters Gerilim - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTR-C155DD-G, yakın kızılötesi spektrumda algılama uygulamaları için tasarlanmış ayrık bir kızılötesi fotodiyot bileşenidir. Güvenilir kızılötesi sinyal tespiti gerektiren sistemlerde kullanılmak üzere tasarlanmış geniş bir optoelektronik cihaz ailesinin parçasıdır. Temel işlevi, gelen kızılötesi ışığı elektrik akımına dönüştürmektir; bu da onun bir alıcı veya sensör elemanı olarak kullanılmasını sağlar.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

Bu bileşen, tasarımcılar için birkaç önemli avantaj sunar. Oturma odası veya ofis gibi ortamlarda geçerli kızılötesi komutları ortam ışığı gürültüsünden ayırt etmek için kritik olan yüksek bir sinyal-gürültü oranına sahiptir. Cihaz, otomatik yerleştirme ekipmanları ve kızılötesi reflow lehimleme işlemleriyle uyumludur; bu da onu yüksek hacimli, otomatik üretim hatları için uygun kılar. Birincil hedef pazarları arasında uzaktan kumanda sistemleri için tüketici elektroniği, hareket veya ışın algılama için güvenlik ve alarm sistemleri ve kısa mesafeli kızılötesi veri iletimi içeren çeşitli uygulamalar bulunur.

1.2 Özellikler

• RoHS ve Yeşil Ürün direktiflerine uyumludur.
• Tutarlı açısal tepki için su berraklığında düz lense sahip üstten görünümlü paket sunar.
• Otomatik montaj için 7 inç (178mm) çapında makaralara sarılı 8mm şerit üzerinde tedarik edilir.
• Otomatik yerleştirme (pick-and-place) ekipmanlarıyla uyumludur.
• Standart kızılötesi reflow lehimleme işlemlerine dayanıklıdır.
• EIA standart form faktöründe paketlenmiştir.

1.3 Uygulamalar

• Uzaktan kumandalar için kızılötesi alıcı modülleri (TV, klima, set üstü kutular).
• Yakınlık algılama veya nesne tespiti için PCB'ye monte kızılötesi sensörler.
• Kızılötesi ışınlar kullanan güvenlik alarm sistemleri.
• Basit kızılötesi kablosuz veri iletim bağlantıları.

2. Teknik Parametreler: Derinlemesine Nesnel Yorum

Elektriksel ve optik özellikler, fotodiyotun çalışma sınırlarını ve performansını tanımlar. Bu parametreleri anlamak, doğru devre tasarımı ve amaçlanan uygulama içinde güvenilir çalışma sağlamak için esastır.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek sınırları belirtir. Sürekli çalışma için değildir.

• Güç Dağılımı (Pd):Maksimum 150 mW. Bu, cihazın başlıca ters öngerilim akımı ve yüksek aydınlatma altındaki herhangi bir fotoakımdan kaynaklanan ısı olarak dağıtabileceği toplam güçtür.
• Ters Gerilim (VR):Maksimum 30 V. Ters yönde bu değerden daha yüksek bir gerilim uygulamak, fotodiyot eklemini bozabilir ve hasara neden olabilir.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı (TA):-40°C ila +85°C. Cihazın bu ortam sıcaklığı aralığında çalışacağı garanti edilir.
• Depolama Sıcaklığı Aralığı (Tstg):-55°C ila +100°C. Cihaz, bu sınırlar içinde çalıştırılmadan depolanabilir.
• Kızılötesi Lehimleme Koşulu:10 saniye boyunca 260°C tepe sıcaklığına dayanır; bu, tipik kurşunsuz (Pb-free) reflow profilleriyle uyumludur.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler (TA=25°C)

Bunlar, belirtilen test koşulları altındaki tipik ve garanti edilen performans parametreleridir.

• İleri Yönlü Gerilim (Vf):If=1mA'de 0.4V ila 1.0V. Bu parametre, fotodiyot yanlışlıkla ileri yönde öngerilimli hale getirilirse ilgilidir; normal çalışma modu değildir.
• Ters Kırılma Gerilimi V(BR):IR=100µA'de minimum 30V. Bu, cihazın maksimum derecelendirilmiş ters gerilimi güvenle kaldırabileceğini doğrular.
• Ters Karanlık Akımı (ID):VR=5V, Ee=0mW/cm²'de maksimum 100 nA. Bu, ışık olmadığında akan kaçak akımdır. Daha düşük bir karanlık akım, zayıf sinyallere karşı hassasiyeti artırır.
• Açık Devre Gerilimi (VOC):λ=940nm, Ee=0.5mW/cm²'de maksimum 0.4V. Bu, fotodiyotun fotovoltaik modda (harici öngerilim olmadan) aydınlatma altında ürettiği gerilimdir.
• Yükselme Süresi (Tr) ve Düşme Süresi (Tf):Sırasıyla VR=10V, RL=1kΩ'da tipik olarak 0.30µs ve 0.28µs. Bu parametreler anahtarlama hızını tanımlar ve cihazı modüle edilmiş kızılötesi sinyalleri (örneğin, 38-40 kHz'de çalışan uzaktan kumandalardan) çözmek için uygun kılar.
• Ters Işık Akımı (Ip):VR=5V, λ=940nm, Ee=1mW/cm²'de tipik 16 µA (min. 10 µA). Bu, diyot ters öngerilimli olduğunda üretilen fotoakımdır; doğrusal tepki ve hız için standart çalışma modudur.
• Kısa Devre Akımı (Is):Ip ile aynı koşullar altında tipik 16 µA. Fotovoltaik modda, bu, cihazın sağlayabileceği maksimum akımdır.
• Toplam Kapasitans (CT):VR=3V, f=1MHz'de tipik 14 pF. Bu eklem kapasitansı yüksek frekans tepkisini etkiler; daha düşük bir kapasitans daha yüksek bant genişliği sağlar.
• Tepe Algılama Dalga Boyu (λp):Tipik 910 nm. Fotodiyot bu dalga boyundaki kızılötesi ışığa en hassastır; bu da onu 940nm kızılötesi yayan diyotlar (IRED'ler) ile eşleştirmek için ideal kılar.

3. Performans Eğrisi Analizi

Sağlanan grafikler, cihazın değişen koşullar altındaki davranışına görsel bir bakış sunar.

3.1 Fotoakım - Işınım İlişkisi

Eğri, gelen ışık gücü (ışınım Ee) ile üretilen fotoakım (Ip) arasındaki ilişkiyi gösterir. Doğrusal bölgede (ters öngerilimli) çalışan bir fotodiyot için bu ilişki tipik olarak doğrusaldır. Grafik, 940nm ışığın 1 mW/cm²'sinde fotoakımın tabloda belirtildiği gibi yaklaşık 16 µA olduğunu doğrular. Bu doğrusallık, analog algılama uygulamaları için çok önemlidir.

3.2 Spektral Hassasiyet

Bu grafik, bağıl ışıma hassasiyetini dalga boyuna karşı çizer. Yaklaşık 910nm civarında bir tepe ve yaklaşık 800nm ila 1050nm aralığında önemli bir tepki gösterir. Görünür ışık (700nm altı) için hassasiyet keskin bir şekilde düşer; bu, akkor ampuller veya güneş ışığı gibi kaynaklardan gelen ortam ışığı gürültüsünü engellemek için faydalıdır. Açıklamada belirtildiği gibi bir filtre eklenmesi, bu kesme noktasını daha da keskinleştirir.

3.3 Toplam Güç Dağılımı - Ortam Sıcaklığı İlişkisi

Bu güç azaltma eğrisi, maksimum izin verilen güç dağılımının ortam sıcaklığı arttıkça nasıl azaldığını gösterir. 25°C'de tam 150 mW izin verilir. Sıcaklık maksimum çalışma sınırı olan 85°C'ye doğru yükseldikçe, izin verilen güç dağılımı doğrusal olarak azalır. Bu, aşırı ısınmayı önlemek için uygulama tasarımında termal yönetim için kritiktir.

3.4 Açısal Hassasiyet Diyagramı

Kutupsal diyagram, gelen ışığın farklı açılarındaki bağıl hassasiyeti tasvir eder. Bu gibi düz lense sahip bir fotodiyot, tipik olarak nispeten geniş bir görüş açısına sahiptir (genellikle hassasiyetin %50'ye düştüğü ±60 derece civarında). Bu geniş açı, hassas hizalama olmadan geniş bir alandan sinyal yakalaması gereken alıcılar için avantajlıdır.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgisi

4.1 Dış Boyutlar

Cihaz, standart bir endüstriyel paket şekline uyar. Ana boyutlar arasında gövde boyutu, bacak aralığı ve toplam yükseklik bulunur. Paket, yüzey montaj teknolojisi (SMT) için tasarlanmıştır. Aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar milimetre cinsindendir ve standart tolerans ±0.1mm'dir.

4.2 Polarite Tanımlama ve Lehim Pedi Tasarımı

Katot tipik olarak paket üzerinde işaretlenmiştir. Veri sayfası, PCB düzeni için önerilen lehim pedi boyutlarını sağlar. Önerilen bir ped tasarımı, reflow işlemi sırasında ve sonrasında güvenilir bir lehim bağlantısı ve uygun mekanik stabilite sağlar. Lehim macunu uygulaması için 0.1mm ila 0.12mm kalınlığında bir metal şablon kullanılması tavsiye edilir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

5.1 Reflow Lehimleme Profili

Bileşen, kurşunsuz (Pb-free) reflow lehimleme işlemleri için niteliklidir. JEDEC standartlarına uygun önerilen bir sıcaklık profili sağlanmıştır. Ana parametreler arasında ön ısıtma bölgesi (150-200°C), 260°C'yi aşmayan bir tepe sıcaklığı ve bileşeni aşırı termal strese maruz bırakmadan uygun lehim bağlantısı oluşumunu sağlayan sıvılaşma üzeri süre (TAL) bulunur. Cihaz, bu profili tepe sıcaklığında maksimum 10 saniye, en fazla iki kez dayanabilir.

5.2 El Lehimlemesi

El lehimlemesi gerekliyse, lehimleme havya ucu sıcaklığı 300°C'yi aşmamalı ve her bağlantı için temas süresi maksimum 3 saniye ile sınırlandırılmalıdır. Bu, yarıiletken çip veya plastik pakete termal hasar riskini en aza indirir.

5.3 Depolama Koşulları

Reflow sırasında "patlamış mısır" etkisine neden olabilecek nem emilimini önlemek için belirli depolama koşulları zorunludur. Orijinal, nem geçirmez, kurutuculu kapalı torbasında, cihaz ≤30°C ve ≤%90 RH'de depolanmalı ve bir yıl içinde kullanılmalıdır. Torba açıldıktan sonra, bileşenler ≤30°C ve ≤%60 RH'de depolanmalı ve ideal olarak bir hafta içinde işlenmelidir. Orijinal ambalaj dışında daha uzun süreli depolama için, lehimlemeden önce yaklaşık 60°C'de en az 20 saat pişirme (baking) gereklidir.

5.4 Temizlik

Lehim sonrası temizlik gerekliyse, sadece izopropil alkol gibi alkol bazlı çözücüler kullanılmalıdır. Paket malzemesine veya lense zarar verebileceğinden, sert veya agresif kimyasal temizleyicilerden kaçınılmalıdır.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

6.1 Şerit ve Makara Özellikleri

Bileşen, koruyucu kapak bandı ile birlikte kabartmalı taşıyıcı şerit üzerinde tedarik edilir. Şerit genişliği 8mm'dir ve standart 7 inç (178mm) çapında bir makaraya sarılmıştır. Her makara 3000 adet içerir. Paketleme, ANSI/EIA 481-1-A-1994 spesifikasyonlarına uyar ve otomatik besleyicilerle uyumluluğu sağlar.

7. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

7.1 Tipik Devre Konfigürasyonu

LTR-C155DD-G gibi bir fotodiyot için en yaygın çalışma modu fotokondüktif moddur. Burada, diyot bir gerilimle (örneğin, test koşulundaki gibi 5V) ters öngerilimlidir. Üretilen fotoakım, ışık şiddetiyle orantılıdır. Bu akım, bir yük direnci (RL) kullanılarak gerilime dönüştürülebilir. RL'nin değeri, hem çıkış gerilim salınımını hem de fotodiyotun eklem kapasitansı (CT) ile oluşan RC zaman sabiti nedeniyle devrenin bant genişliğini (hızını) etkiler. 38 kHz IR uzaktan kumanda çözümleme gibi yüksek hızlı uygulamalar için daha küçük bir RL (örneğin, 1kΩ ila 10kΩ) kullanılır. Düşük ışık koşullarında daha yüksek hassasiyet için, daha büyük bir RL veya bir transempedans amplifikatör (TIA) devresi önerilir.

7.2 Optik Tasarım Hususları

Performansı optimize etmek için, kızılötesi kaynağın (IRED) fotodiyotun tepe hassasiyeti (yaklaşık 940nm) ile eşleşen bir emisyon dalga boyuna sahip olması gerekir. Fotodiyotun önüne görünür ışığı engellemek için bir optik filtre yerleştirilebilir; bu, güçlü ortam ışığına sahip ortamlarda sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde iyileştirir. Fotodiyotun geniş görüş açısı, optik hizalamayı basitleştirir ancak aynı zamanda onu saçılan ışığa karşı daha duyarlı hale getirebilir; mekanik bir gölgelik görüş alanını tanımlamaya yardımcı olabilir.

7.3 Düzen (Layout) Hususları

İyi lehimlenebilirlik ve mekanik dayanım sağlamak için önerilen lehim pedi düzenini takip edin. Hassas analog devrelerde, fotodiyot anot ve katot izlerini mümkün olduğunca kısa tutarak gürültü alımını ve parazitik kapasitansı en aza indirin. Elektriksel olarak gürültülü ortamlarda uygun topraklama ve ekranlama gerekli olabilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Bir fototransistörle karşılaştırıldığında, LTR-C155DD-G gibi bir fotodiyot daha hızlı bir tepki süresi (mikrosaniyenin altı vs. mikrosaniyeler) sunar; bu da onu yüksek hızlı veri iletimi veya modüle edilmiş sinyal alımı için üstün kılar. Ayrıca ışık şiddetine göre daha doğrusal bir çıkış sağlar. Diğer fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, temel özellikleri arasında otomatik montaj için standartlaştırılmış paket, kurşunsuz reflow ile uyumluluk ve tüketici IR protokolleri için uygun belirtilmiş yüksek hızlı performans bulunur.

9. Sık Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

9.1 Ters Işık Akımı (Ip) ile Kısa Devre Akımı (Is) Arasındaki Fark Nedir?

Ters Işık Akımı (Ip), fotodiyot ters öngerilim gerilimi altındayken (örneğin, 5V) ölçülür. Bu, doğrusal tepki ve hız için standart çalışma koşuludur. Kısa Devre Akımı (Is), diyot üzerinde sıfır volt varken (fotovoltaik mod) ölçülür. Tipik değer benzerdir, ancak fotovoltaik mod daha yavaş bir tepkiye ve gerilime bağlı bir akım çıkışına sahiptir.

9.2 Yük direnci (RL) değerini nasıl seçerim?

Seçim, bant genişliği ve sinyal genliği arasında bir denge içerir. 38kHz IR sinyali için periyot yaklaşık 26µs'dir. Fotodiyotun yükselme/düşme süresi (0.3µs) bundan çok daha hızlıdır, bu nedenle sınırlayıcı faktör değildir. RC zaman sabiti (RL * CT), tespit etmeniz gereken darbe genişliğinden önemli ölçüde küçük olmalıdır. 1kΩ direnç ve 14pF kapasitans için zaman sabiti 14ns'dir; bu yüksek hız için mükemmeldir. Daha büyük bir RL, aynı ışık seviyesi için daha büyük bir çıkış gerilimi verir ancak bant genişliğini azaltır ve gürültüyü artırabilir.

9.3 Parçalar torbanın dışında depolandığında neden pişirme (baking) gereklidir?

Plastik SMT paketleri havadan nem emebilir. Yüksek sıcaklıklı reflow lehimleme işlemi sırasında, hapsolmuş bu nem hızla buharlaşarak paketin katmanlarını ayırabilen veya çipi çatlatabilen iç basınç yaratabilir - bu olguya "patlamış mısır" etkisi denir. Pişirme, bu emilmiş nemi uzaklaştırarak bu arıza modunu önler.

10. Çalışma Prensibi Tanıtımı

Bir fotodiyot, bir yarıiletken PN eklemidir. Yarıiletkenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip fotonlar, eklemin tükenim bölgesine çarptığında, değerlik bandından iletim bandına elektron uyararak elektron-boşluk çiftleri oluşturabilir. İç elektrik alanının (eklemde doğal olarak bulunan veya harici bir ters öngerilim gerilimi ile güçlendirilen) etkisi altında, bu yük taşıyıcıları ayrılır ve harici bir devrede ölçülebilir bir akım üretir. Bu fotoakım, cihaz doğrusal bölgesi içinde çalıştığı sürece, gelen ışığın şiddetiyle doğru orantılıdır. Hassasiyetin tepe dalga boyu, kullanılan yarıiletken malzemenin bant aralığı enerjisi tarafından belirlenir.

11. Gelişim Trendleri

Fotodiyotlar gibi ayrık kızılötesi sensörlerdeki trend, daha düşük karanlık akım, daha yüksek hız ve gelişmiş ortam ışığı girişimine direnç gibi performans parametrelerini korurken veya iyileştirirken paketlerin daha da küçültülmesi yönündedir. Entegrasyon bir diğer önemli trenddir; fotodiyotun özel bir amplifikatör, filtre ve dijital mantık ile tek bir pakette birleştirilerek, nihai ürün tasarımını basitleştiren tam "IR alıcı modülleri" oluşturulmaktadır. Ayrıca, otomotiv veya endüstriyel uygulamalar için olanlar gibi giderek daha katı çevresel ve üretim standartlarıyla daha yüksek güvenilirlik ve uyumluluk için sürekli bir çaba vardır.