LTR-S320-DB-L Fototransistör Veri Sayfası - EIA Standart Paketi - 940nm Tepe Duyarlılığı - Basitleştirilmiş Çince Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTR-S320-DB-L, kızılötesi sensör uygulamaları için özel olarak tasarlanmış yüksek performanslı bir silikon NPN fototransistördür. Bu bileşen, yakın kızılötesi spektrum tespiti için optimize edilmiştir ve 940nm'de zirve hassasiyetine sahiptir; geniş bir uzaktan kumanda sistemi, nesne tespiti ve endüstriyel otomasyon görevleri için uygundur. Temel işlevi, gelen kızılötesi ışığı karşılık gelen akıma dönüştürmektir.

Cihaz, EIA standardına uygun bir paketle sunulur ve siyah gün ışığı kesme reçineli lens ile donatılmıştır. Bu lens, görünür ortam ışığını etkili bir şekilde filtreleyerek gürültü ve yanlış tetiklemeyi önemli ölçüde azaltır ve böylece arka plan aydınlatması altında sinyal-gürültü oranını artırır. Paket tasarımı, şerit besleme ve kızılötesi reflow lehimleme dahil olmak üzere yüksek hacimli otomatik montaj süreçleriyle uyumludur ve modern üretim gereksinimlerini karşılar.

RoHS uyumlu ve kurşunsuz bir "yeşil ürün" olarak, çağdaş çevre standartlarını karşılar. Spektral tepkisi, paketleme tasarımı ve üretim uyumluluğunun kombinasyonu, onu maliyet açısından hassas ancak performans odaklı kızılötesi algılama devreleri için güvenilir ve çok yönlü bir çözüm haline getirir.

2. Teknik Parametreler: Derinlemesine ve Tarafsız Bir Analiz

Tüm elektriksel ve optik özellikler, ortam sıcaklığının (T_A) 25°C olduğu koşullarda belirtilmiştir ve performans değerlendirmesi için standart bir temel sağlar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihazda kalıcı hasara yol açabilecek stres limitlerini tanımlar. Cihazın bu limitlerde veya ötesinde çalışacağı garanti edilmez; devre tasarımında bunlardan kaçınılmalıdır.

• Güç tüketimi (P_D):150 mW. Bu, cihazın ısı olarak dağıtabileceği izin verilen maksimum güçtür. Bu sınırın aşılması termal kaçak ve arıza riski taşır.
• Kollektör-emitör voltajı (V_CEO):30 V. Baz açıkken (fototransistör karanlık durumdayken) kollektör ve emiter terminalleri arasında uygulanabilecek maksimum voltaj.
• Çalışma sıcaklığı aralığı:-40°C ila +85°C. Cihaz, bu ortam sıcaklığı aralığında normal çalışacak şekilde tasarlanmıştır.
• Depolama sıcaklığı aralığı:-55°C ila +100°C. Cihazın çalışmadan depolanabileceği ve bozulmayacağı sıcaklık aralığı.
• Kızılötesi lehimleme koşulları:Tepe sıcaklığı 260°C, maksimum 10 saniye. Bu, kurşunsuz geri akış kaynak işleminin termal profil sınırını tanımlar.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Bu parametreler, cihazın belirli test koşulları altındaki performansını tanımlar.

• Ters kırılma gerilimi (V_(BR)R):Minimum değer 33V, tipik değer 170V (I_R=100µA koşulunda). Bu yüksek değer, sağlam bir bağlantı yapısını gösterir ve devrelerde endüktif yükler veya voltaj sivri uçları mevcut olduğunda faydalı olan önemli ters öngerilimlere dayanabilir.
• Ters karanlık akım (I_D):Maksimum 10 nA (V_R=10V koşulunda). Bu, ışık olmadığında oluşan sızıntı akımıdır. Düşük karanlık akım, özellikle düşük ışık tespiti senaryolarında yüksek hassasiyet ve düşük gürültülü çalışma için kritik öneme sahiptir.
• Açık devre voltajı (V_OC):Tipik değer 390 mV (940nm ışık altında, ışınım E_e=0.5 mW/cm²). Bu parametre, cihaz fotovoltaik modda (harici öngerilimsiz) kullanıldığında ilgilidir.
• Kısa devre akımı (I_SC):Tipik değer 1.8 µA (test koşulu V_OCile aynı, yani V_R=5V, λ=940nm, E_e=0.5 mW/cm²). Bu, çıkış kısa devre yaptığında üretilen fotoelektrik akımı ifade eder.
• Yükselme süresi (T_r) ile düşme süresi (T_f):) maksimum 30 ns'dir (V_R=10V, R_L=1kΩ). Bu anahtarlama hızı özellikleri, veri iletişim bağlantıları gibi hızlı darbe algılama veya yüksek frekanslı modülasyon gerektiren uygulamalar için kritik öneme sahiptir.
• Toplam kapasitans (C_T):Maksimum 1 pF (V_R=5V, f=1MHz). Düşük eklem kapasitansı, devrenin RC zaman sabitini sınırladığı için hızlı tepki süresinin korunmasında kritik öneme sahiptir.
• Spektral bant genişliği (λ_0.5):750 nm ila 1100 nm. Bu, cihazın tepkisinin en az tepe değerinin yarısı olduğu dalga boyu aralığını tanımlar. 850nm ve 940nm LED'ler gibi birçok kızılötesi vericinin kullandığı yaygın kızılötesi bölgeyi kapsar.
• Tepe hassasiyet dalga boyu (λ_P):940 nm. Bu cihaz, spektral olarak 940 nm yayan kızılötesi LED ile eşleşir ve bu tür eşleştirmelerde en yüksek verimlilik ve sinyal gücünün elde edilmesini sağlar.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın farklı koşullar altındaki davranışını görsel olarak gösteren tipik karakteristik eğrilere atıfta bulunur. Metinde belirli grafikler yeniden üretilmemiş olsa da, bunların tipik anlamları aşağıdaki gibi analiz edilir.

3.1 IV (Akım-Gerilim) Karakteristiği

Farklı gelen ışınım (E_C) seviyelerinde, kollektör akımının (I_CE) ile kollektör-emiter gerilimi (V_e) arasındaki ilişki. Bu eğriler genellikle sabir bir ışınım şiddeti için, I_C'nin V_CEile arttığını ve doygunluk bölgesine ulaşana kadar yükseldiğini gösterir. Daha yüksek ışınım şiddeti seviyeleri, daha büyük bir fotoakımı gösteren eğrileri yukarı kaydırır. Aktif bölgenin eğimi, cihazın çıkış iletkenliği ile ilgilidir.

3.2 Bağıl Duyarlılık-Dalga Boyu İlişkisi

Bu eğri, spektral tepkiyi grafiksel olarak temsil eder, 940 nm'de zirveye ulaşır ve 750 nm ile 1100 nm (λ_0.5noktası) civarında kademeli olarak azalır. Bu, uygun kızılötesi verici ve dedektör eşleştirmesinin seçilmesi ve farklı spektrumlara sahip ortam ışık kaynaklarının etkisinin değerlendirilmesi için çok önemlidir.

3.3 Sıcaklık Bağımlılığı

Eğri, karanlık akım (I_D) ve fotoakım gibi kritik parametrelerin ortam sıcaklığına bağlı değişimini gösterebilir. Karanlık akım genellikle sıcaklıkla üstel olarak artar (yaklaşık her 10°C'de iki katına çıkar) ve bu, yüksek sıcaklık uygulamalarında önemli bir gürültü kaynağı olabilir. Fotoakımın da hafif bir negatif sıcaklık katsayısı olabilir.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Paket Boyutları

Bu cihaz standart EIA paket şekline uygundur. Aksi belirtilmedikçe, tüm boyutlar milimetre cinsinden verilmiştir ve standart tolerans ±0.10 mm'dir. Paketleme, silikon çip üzerine yerleştirilmiş siyah gün ışığı kesici reçine lens kullanır.

4.2 Polarite Tanımlama ve Bacak Tanımları

Bu fototransistör 2 bacaklı bir bileşendir. Bu tür paketlerde bacak tanımları standarttır: Kolektör genellikle gövdeye veya (uygulanabilirse) daha uzun bacağa bağlanır, emitör ise diğer bacaktır. Veri sayfası şemaları net tanımlamalar sağlar. Devrenin düzgün çalışması için doğru polarite kritik öneme sahiptir.

4.3 Önerilen Lehim Pedi Yerleşimi

PCB tasarımı için, reflow lehimleme sırasında güvenilir lehim bağlantılarının oluşmasını sağlamak amacıyla önerilen lehim pedi desenleri (paket boyutları) sağlanmıştır. Bu boyutlara uyulması, tombstone oluşumu, yanlış hizalama veya yetersiz lehim filleti gibi sorunların önlenmesine yardımcı olur.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

5.1 Reflow Lehimleme Sıcaklık Profili

Kurşunsuz lehimleme prosesleri için uygun kızılötesi reflow lehimleme sıcaklık profiline ilişkin detaylı öneriler sunar. Temel parametreler şunları içerir:

• Ön Isıtma:150°C ila 200°C.
• Ön Isıtma Süresi:Maksimum 120 saniye.
• Tepe Sıcaklığı:Maksimum 260°C.
• Likidus Üzeri Süre (Tepe Noktasında):En fazla 10 saniye.
• Maksimum reflow sayısı: Two.

Bu eğri, paket bütünlüğünü sağlamak için JEDEC standardına dayanmaktadır. Mühendisler, kendi özel PCB tasarımlarına, bileşenlerine ve lehim pastalarına göre sıcaklık profilini karakterize etmelidir.

5.2 El Lehimleme

El ile lehimleme yapılması gerekiyorsa, havya ucu sıcaklığı 300°C'yi geçmemeli ve her pimin lehimleme süresi en fazla 3 saniye ile sınırlandırılmalıdır. Termal stresi önlemek için yalnızca bir el ile lehimleme döngüsü yapılması önerilir.

5.3 Temizleme

Yalnızca belirtilen temizleme maddeleri kullanılmalıdır. İzopropil alkol (IPA) veya etanol tavsiye edilir. Cihaz oda sıcaklığında bir dakikadan daha kısa süre bekletilmelidir. Belirtilmemiş kimyasal sıvılar, paketleme reçinesine zarar verebilir.

5.4 Depolama Koşulları

Sızdırmaz Ambalaj (Nem Önleyici Torba):≤30°C ve ≤90% RH koşullarında depolayın. Bileşenler, torbanın kapatıldığı tarihten itibaren bir yıl içinde kullanılmalıdır.

Açılmış Ambalaj:≤30°C ve ≤%60 RH koşullarında saklayın. Bileşenler bir hafta (168 saat) içinde reflow lehimlemeye tabi tutulmalıdır. Orijinal torba dışında daha uzun süreli depolama için, bileşenler kurutucu maddeli hava geçirmez bir kapta veya nitrojen kurutucuda saklanmalıdır. Bir haftadan uzun süre depolanan bileşenler, emilmiş nemi gidermek ve reflow sırasında "patlamış mısır" (popcorning) etkisini önlemek için, lehimlemeden önce yaklaşık 60°C'de en az 20 saat tavlanmalıdır.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Kaset ve Makara Özellikleri

Bu cihaz, standart otomatik montaj ekipmanlarıyla uyumlu, 7 inç (178mm) çapında bir makaraya sarılı 8mm taşıyıcı şerit formunda tedarik edilir.

• Makara Başına Miktar: 3000.
• Cover Tape:Boş bileşen cepleri üst kapak bandı ile kapatılır.
• Eksik Parça:Makara spesifikasyonuna göre, her makarada en fazla iki ardışık eksik parçaya ("eksik LED") izin verilir.
• Standart:Paketleme, ANSI/EIA 481-1-A-1994 spesifikasyonuna uygun olarak yapılır.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Kızılötesi Uzaktan Kumanda Alıcısı:Televizyonlar, ses sistemleri ve set üstü kutular için kullanılır (940nm kızılötesi LED ile eşleştirilir).
• Nesne/Yakınlık Algılama:Yazıcılar, fotokopi makineleri, otomatlar ve endüstriyel otomasyonda kağıt, nesne veya konum algılamak için kullanılır.
• Duman dedektörü:Optik kavite tabanlı tasarımlarda kullanılır.
• Kodlayıcı:Motor kontrolünde hız veya konum algılama için kullanılır.
• Temel Optik İzolasyon:Düşük hızlı, maliyet duyarlı optik izolasyon devreleri için kullanılır.

7.2 Devre Tasarımı Dikkat Edilmesi Gerekenler

Sürüş Yöntemi:Fototransistör bir akım çıkış cihazıdır. Tutarlı performans elde etmek için, özellikle birden fazla cihaz paralel bağlandığında, her fototransistöre seri olarak bir akım sınırlama direnci bağlanması şiddetle tavsiye edilir (veri sayfasındaki Devre Modeli A).

Devre Modeli A (Tavsiye Edilen):Her fototransistörün, besleme voltajına bağlanan kendi seri direnci vardır. Bu, her cihazın tanımlanmış bir akım noktasında çalışmasını sağlar, akım-gerilim (I-V) karakteristiklerindeki küçük farklılıkları telafi eder ve bir cihazın akımın çoğunu "kapmasını" önler.

Devre Modeli B (Paralel bağlantı için önerilmez):Birden fazla fototransistör, doğrudan paylaşılan bir dirence paralel bağlanır. Tekil bileşenlerin I-V eğrilerindeki doğal farklılıklar nedeniyle, bir cihaz diğerlerinden daha fazla akım çekebilir; bu da algılama uygulamalarında düzensiz parlaklığa veya hassasiyete yol açar.

Önyargı:Bu cihaz genellikle ortak emetör konfigürasyonunda kullanılır ve kollektör bir çekme direncine bağlanır. Bu yük direncinin (R_L) değeri hem çıkış voltajı salınımını hem de yanıt hızını (cihaz kapasitansı ile oluşan RC zaman sabiti aracılığıyla) etkiler. Daha küçük bir R_Ldaha hızlı bir yanıt sağlar, ancak daha küçük bir çıkış voltajı değişimi olur.

Gürültü Bağışıklığı:Siyah gün ışığı kesme lensi, mükemmel görünür ışık baskılama yeteneği sağlar. Ancak, yüksek gürültülü ortamlar için (örneğin, floresan lamba veya güneş ışığının olduğu ortamlar), modülasyon parazitini bastırmak amacıyla ek elektriksel filtreleme (örneğin, yük direnciyle paralel bir kapasitör veya donanım/yazılım titreşim giderme algoritmaları) gerekli olabilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Basit fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, fototransistörler dahili akım kazancı (transistörün β değeri) sağlayarak aynı gelen ışık seviyesinde daha yüksek çıkış akımı üretir. Bu, tasarımı basitleştirerek ve bileşen sayısını azaltarak, sonraki bir yükseltme aşamasına gerek kalmadan doğrudan mantık devreleri veya mikrodenetleyicilerle arayüz oluşturmayı kolaylaştırır.

然而，这种增益的代价是响应速度较慢（光电晶体管通常为几十到几百纳秒，而光电二极管为纳秒级）以及可能更高的电容。对于非常高速的应用（例如，>1 MHz调制），带有外部跨阻放大器的光电二极管可能是更好的选择。

LTR-S320-DB-L'nin fototransistör kategorisindeki temel farklılaştırıcı faktörleri şunları içerir: üretim kolaylığı için standartlaştırılmış EIA paketi, belirli 940nm spektral eşleşmesi, entegre gün ışığı filtre lensi ve kurşunsuz reflow işlemlerine uygunluk sertifikasyonu.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

9.1 "Gün ışığı kesme" lensinin işlevi nedir?

Siyah reçine lens, katkılanarak görünür ışığa karşı opak, ancak yaklaşık 940nm'lik kızılötesi dalga boyuna karşı şeffaf hale getirilmiştir. Bu, iç ortam aydınlatması, güneş ışığı veya diğer görünür ışık kaynaklarından kaynaklanan fotoakımı büyük ölçüde azaltarak yanlış tetiklemeleri en aza indirir ve kızılötesi sinyal tespitinin güvenilirliğini artırır.

9.2 Bunu 850nm kızılötesi LED ile eşleştirerek kullanabilir miyim?

Evet, ancak verimlilik düşecektir. Cihazın spektral tepki eğrisi, 850nm'de (750-1100nm bant genişliği içinde) önemli bir hassasiyet gösterir, ancak bu tepe noktası (940nm) değildir. Eşleşen bir 940nm verici kullanımıyla karşılaştırıldığında, çıkış sinyali daha zayıf olacaktır. En iyi performans ve maksimum mesafe için 940nm ışık kaynağı ile eşleştirilmesi önerilir.

9.3 Uygun seri direnç değeri nasıl hesaplanır?

Direnç değeri, gereken çalışma akımına ve besleme voltajına (V_CC). Belirli bir ışınım şiddetinde, fototransistör bir akım kaynağı gibi davranır. Ohm yasasını kullanın: R = (V_CC- V_CE(sat)) / I_C. V_CE(sat), doygunluk voltajıdır (orta akım seviyelerinde genellikle birkaç yüz mV). I_C, istenen kollektör akımıdır ve I_SCParametreler ve beklenen aydınlatma seviyelerine göre tahmin edilir. Tipik I_SCdeğerinden (1.8 µA, 0.5 mW/cm²'de) başlayın ve uyguladığınız ışınım şiddetine göre ölçeklendirin. Çalışma noktasını IV eğrisinin istenen bölgesine ayarlamak için R'yi seçin.

9.4 Bileşenler Nem Önleyici Torbanın Dışında Saklandıysa Neden Kurutma Gereklidir?

Plastik paketleme, atmosferden nem emer. Yüksek sıcaklıktaki reflow lehimleme işlemi sırasında, hapsolmuş bu nem hızla buharlaşarak yüksek bir iç basınç oluşturur. Bu, paket ile çip arasında tabakalaşmaya ("popcorn" efekti) veya ani veya potansiyel arızalara yol açabilecek iç çatlaklara neden olabilir. Ön ısıtma, bu emilmiş nemi uzaklaştırarak bileşenin reflow lehimleme işlemine güvenle girebilmesini sağlar.

10. Çalışma Prensibi

Bir fototransistör, temel olarak, taban akımının elektriksel bir bağlantı yerine ışıkla üretildiği bir bipolar bağlantı transistörüdür (BJT). Silikon bant aralığından daha büyük enerjiye sahip gelen fotonlar, taban-toplayıcı eklem bölgesinde elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Bu taşıyıcılar iç elektrik alan tarafından süpürülerek, taban akımı (I_B) olarak işlev gören bir fotoakım üretir. Daha sonra bu fotovoltaik taban akımı, transistörün akım kazancı (h_FEveya β) yükselterek, çok daha büyük bir kollektör akımı (I_C= β * I_B) üretir. Çıkış, kollektör terminalinden alınır ve emetör topraklanmıştır. Fiziksel bir baz pimi olmaması yaygın bir özelliktir, ancak bazı fototransistörler önyargı kontrolü veya hız optimizasyonu için baz bağlantısı içerir.

11. Gelişim Eğilimleri

Fotoelektrik algılama alanı sürekli gelişmektedir. LTR-S320-DB-L gibi cihazlarla ilgili eğilimler şunları içerir:

• Küçülme:Daha yoğun elektronik cihazlar için daha küçük paket boyutlarında (örneğin, çip ölçeğinde paketleme) fototransistörler geliştirmek.
• Entegrasyonu Artırma:Fotodedektörü, yükseltme, filtreleme ve dijital mantık ile tek bir çip üzerinde entegre ederek, harici bileşen sayısını azaltan ve sistem tasarımını basitleştiren dijital çıkışlı (I2C, SPI) "akıllı sensörler" oluşturmak.
• Hızı Artırın:Veri iletişim uygulamaları için fototransistörlerin bant genişliğini artırmak amacıyla, taşıyıcı geçiş süresini ve kapasitansı azaltan yapılar ve malzemeler üzerine araştırma yapın.
• Dalga Boyu Özgüllüğü:Daha dar ve daha hassas ayarlanmış spektral tepkiye sahip dedektörler geliştirerek, çoklu kızılötesi kaynak ortamlarında seçiciliği artırmak veya yeni algılama modları elde etmek.
• Güvenilirlik ve Teste Odaklanma:Optoelektronik teknolojilerinin otomotiv, tıbbi ve endüstriyel güvenlik uygulamalarına nüfuz etmesiyle birlikte, katı kalifikasyon standartlarına, genişletilmiş çalışma sıcaklığı aralıklarına ve hata modu analizlerine artan bir vurgu yapılmaktadır.

Ayrık fototransistörler basitlikleri ve maliyet etkinlikleri nedeniyle birçok uygulamada kritik önemini korurken, bu eğilimler gelecekte daha karmaşık ve uygulamaya özel çözümlerin ortaya çıkacağına işaret etmektedir.