LTR-516AD Fototransistör Veri Sayfası - Koyu Yeşil Paket - 30V Ters Gerilim - 150mW Güç Dağılımı - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTR-516AD, kızılötesi radyasyonu algılamak için tasarlanmış yüksek performanslı bir silikon NPN fototransistördür. Temel işlevi, gelen kızılötesi ışığı elektrik akımına dönüştürmektir. Bu bileşenin önemli bir özelliği, görünür ışık spektrumunun çoğunu filtrelemek için tasarlanmış özel koyu yeşil plastik paketidir. Bu, sensörün öncelikle kızılötesi sinyallere yanıt vermesi gereken ve ortam görünür ışığından kaynaklanan paraziti en aza indiren uygulamalar için özellikle uygun kılar. Cihaz, yüksek foto-hassasiyet, düşük eklem kapasitansı ve hızlı anahtarlama sürelerinin birleşimini sunarak, çeşitli kızılötesi algılama ve iletişim sistemleri için ideal bir seçenek konumundadır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihaz, güvenilirliği sağlamak ve hasarı önlemek için belirli çevresel ve elektriksel sınırlar dahilinde çalışacak şekilde derecelendirilmiştir. Maksimum güç dağılımı, 25°C ortam sıcaklığında (T_A) 150 mW'dır. 30 V'a kadar ters gerilime (V_R) dayanabilir. Çalışma sıcaklık aralığı -40°C ila +85°C'dir, depolama sıcaklık aralığı ise -55°C ila +100°C'dir. Montaj için, uçlar 260°C'de maksimum 5 saniye süreyle lehimlenebilir; lehim noktası paket gövdesinden en az 1.6mm uzakta olmalıdır.

2.2 Elektriksel ve Optik Karakteristikler

Tüm elektriksel ve optik parametreler T_A= 25°C'de belirtilmiştir. Ters kırılma gerilimi (V_(BR)R), 100µA ters akımda (I_R) tipik olarak 30V'dur. Ters karanlık akımı (I_D(R)), yani ışık gelmediğindeki kaçak akım, V_R= 10V'da maksimum 30 nA değerine sahiptir. 940nm kaynaktan gelen 0.5 mW/cm² ışınım şiddeti (E_e) altında, fototransistör 350 mV'luk bir açık devre gerilimi (V_OC) üretir. Dinamik performansı, V_r=10V, 940nm darbe ve 1 kΩ yük direnci ile test edildiğinde, 50 nanosaniyelik yükselme ve düşme süreleri (T_f, T_R) ile karakterize edilir. Hassasiyetin önemli bir ölçüsü olan kısa devre akımı (I_S), V_R=5V, λ=940nm ve E_e=0.1 mW/cm² koşullarında tipik olarak 2 µA'dır. Toplam eklem kapasitansı (C_T), V_R=3V ve 1 MHz'de maksimum 25 pF'dır. Pik spektral hassasiyet dalga boyu (λ_SMAX) 900 nm'dir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, devre tasarımı için kritik olan çeşitli karakteristik eğriler sağlar. Şekil 1, karanlık akımı (I_D) ters gerilime (V_R) karşı çizer ve cihazın karanlıktaki kaçak davranışını gösterir. Şekil 2, eklem kapasitansının (C_T) artan ters gerilimle nasıl azaldığını gösterir; bu yüksek frekans uygulamaları için önemlidir. Şekil 3, fotoakımın ortam sıcaklığıyla değişimini gösterir ve sensör çıkışının sıcaklık değişimleriyle nasıl kayabileceğini belirtir. Şekil 4 benzer şekilde karanlık akımı sıcaklığa karşı çizer. Şekil 5, göreceli spektral hassasiyet eğrisidir ve 900nm'deki pik tepkiyi ve koyu yeşil paketin görünür ışık aralığındaki hassasiyeti zayıflatmadaki etkinliğini grafiksel olarak doğrular. Şekil 6, fotoakım (I_p) ile kızılötesi ışınım şiddeti (E_e) arasındaki doğrusal ilişkiyi gösterir. Şekil 7, hassasiyetin açısal bağımlılığını gösteren bir kutupsal diyagramdır. Şekil 8, ortam sıcaklığı 25°C'nin üzerine çıktıkça izin verilen maksimum toplam güç dağılımının nasıl düştüğünü detaylandırır.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

LTR-516AD, özel bir koyu yeşil plastik paket içinde bulunur. Önemli boyutsal notlar şunlardır: aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar milimetre cinsindendir ve genel tolerans ±0.25mm'dir. Flanş altındaki reçine çıkıntısı maksimum 1.5mm'dir. Uç aralığı, uçların paket gövdesinden çıktığı noktada ölçülür. Paket, delikli montaj için tasarlanmıştır. Koyu yeşil renk, işlevinin ayrılmaz bir parçasıdır ve kızılötesi algılama için sinyal-gürültü oranını iyileştirmek amacıyla bir görünür ışık filtresi görevi görür.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Güvenilir lehimleme için belirtilen koşullara uymak kritik öneme sahiptir. Uçlar, 260°C sıcaklıkta maksimum 5 saniye süreyle lehimlenmelidir. Lehim noktası, yarıiletken çip ve plastik kapsülasyon üzerinde termal hasarı önlemek için plastik paket gövdesinden en az 1.6mm (0.063 inç) uzakta olmalıdır. Sıcaklık ve süre sınırlarına kesinlikle uyulduğu sürece standart dalga lehimleme veya el lehimleme teknikleri kullanılabilir. Belirtilen sınırın üzerindeki sıcaklıklara uzun süre maruz kalmak, performansı düşürebilir veya kalıcı arızaya neden olabilir.

6. Uygulama Önerileri

6.1 Tipik Uygulama Senaryoları

LTR-516AD, çeşitli kızılötesi tabanlı uygulamalar için oldukça uygundur. Bunlar arasında otomasyon ve güvenlik sistemlerinde nesne algılama ve yakınlık sensörleri, yazıcı ve otomatlarda yarık sensörleri, temasız anahtarlar ve kızılötesi veri iletişim bağlantıları (eski IRDA arayüzleri gibi) bulunur. Hızlı anahtarlama süresi, onu hızlı darbe algılama gerektiren sistemlerde uygulanabilir kılar.

6.2 Tasarım Hususları

Bu fototransistör ile tasarım yaparken, birkaç faktör göz önünde bulundurulmalıdır. İlk olarak, çalışma noktası gerekli hassasiyet ve hız dikkate alınarak seçilmelidir; daha yüksek bir ters gerilim genellikle kapasitansı azaltır ve hızı artırır ancak karanlık akımı yükseltir. Yük direnci (R_L) değeri kritik bir tasarım seçimidir: daha büyük bir R_Ldaha yüksek gerilim çıkışı sağlar ancak tepki süresini yavaşlatır (RC zaman sabitini artırır). Koyu yeşil paket ortam görünür ışığından gelen paraziti azaltır, ancak tasarımcı yine de uygulama ortamındaki kızılötesi arka planı düşünmelidir. Sıcaklık üzerinde kararlı çalışma için, Şekil 3 ve 4'te gösterilen değişimler hesaba katılmalı, muhtemelen sinyal işleme devresinde sıcaklık kompanzasyonu yapılmalıdır.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

LTR-516AD'nin birincil farklılaştırıcı özelliği, görünür ışık bastırma için özel koyu yeşil paketidir; bu, tüm standart fototransistörlerde bulunmaz. Bu, onu görünür ışığın değişken olduğu ortamlarda önemli bir avantaj sağlar. Parametrelerinin birleşimi - nispeten yüksek kısa devre akımı (tipik 2 µA), düşük kapasitans (maks. 25 pF) ve hızlı anahtarlama süreleri (50 ns) - onu hem hassas hem de orta düzeyde yüksek hızlı uygulamalar için uygun dengeli bir bileşen yapar. Fotodiyotlarla karşılaştırıldığında, LTR-516AD gibi fototransistörler dahili kazanç sağlar, aynı ışık girişi için daha yüksek çıkış akımı ile sonuçlanır ve sonraki amplifikatör aşamalarını basitleştirir.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Koyu yeşil paketin amacı nedir?

C: Koyu yeşil plastik, dahili bir optik filtre görevi görür. Görünür spektrumdaki dalga boylarını önemli ölçüde zayıflatırken, kızılötesi ışığın (özellikle 900-940nm civarında) geçmesine izin verir. Bu, sensörün ortam oda ışığına, güneş ışığına veya diğer görünür kaynaklara tepkisini en aza indirerek, özel kızılötesi sinyalleri algılamada daha güvenilir olmasını sağlar.

S: "Kısa Devre Akımı (I_S)" parametresini nasıl yorumlamalıyım?

C: I_S, kollektör ve emitör kısa devre edilmişken (V_CE= 0V) ölçülür. Belirli test koşulları (940nm, 0.1 mW/cm²) altında birim ışınım şiddeti başına üretilen foto-akımı temsil eder. Devrenizde, bir yük direnci veya öngerilim gerilimi uygulandığında gerçek çıkış akımı I_S'den daha az olacaktır, ancak I_Sfarklı cihazların temel hassasiyetini karşılaştırmak için önemli bir değerdir.

S: Yükselme ve düşme süreleri neden önemlidir?

C: Bu parametreler (T_rve T_f), fototransistörün ışık yoğunluğundaki değişikliklere ne kadar hızlı yanıt verebileceğini tanımlar. 50 ns'lik bir değer, cihazın teorik olarak birkaç megahertze kadar sinyal frekanslarını işleyebileceği anlamına gelir; bu da onu darbe IR sistemleri, veri iletimi veya yüksek hızlı sayım uygulamaları için uygun kılar.

S: Sıcaklık performansı nasıl etkiler?

C: Eğrilerde gösterildiği gibi, hem karanlık akım (gürültü) hem de fotoakım (sinyal) sıcaklıkla artar. Karanlık akımdaki artış önemli olabilir ve potansiyel olarak gürültü tabanını yükseltebilir. Tasarımcılar, özellikle cihaz tam -40°C ila +85°C aralığında çalışıyorsa, sinyal işleme devresinin bu değişimi karşılayabileceğinden emin olmalıdır.

9. Pratik Tasarım Örneği

Basit bir kızılötesi nesne algılama devresi tasarlamayı düşünelim. LTR-516AD, bir kızılötesi LED verici ile eşleştirilir. Fototransistör ortak emitör konfigürasyonunda bağlanır: kollektör, bir yük direnci R_Lüzerinden bir besleme gerilimine (örn. 5V) bağlanır ve emitör topraklanır. Nesne olmadığında, LED'den gelen IR ışık fototransistöre ulaşır, onun iletmesine neden olur ve kollektör gerilimini (V_OUT) düşürür. Bir nesne ışını kestiğinde, fototransistör kapanır ve V_OUTyükselir. R_Ldeğeri, istenen çıkış gerilim salınımı ve hıza göre seçilmelidir. 5V besleme ve tipik 2µA I_Siçin, 10 kΩ'luk bir R_L, aydınlatıldığında yaklaşık 20 mV'luk bir gerilim düşüşü sağlar ki bu oldukça küçüktür. Bu nedenle, fototransistörden sonra genellikle temiz bir dijital çıkış sağlamak için bir operasyonel amplifikatör karşılaştırıcı aşaması eklenir. Koyu yeşil paket, ortam ışığını reddetmeye yardımcı olarak, sistemi çeşitli aydınlatma koşullarında kullanım için sağlam kılar.

10. Çalışma Prensibi

Bir fototransistör temelde, beyz akımının elektriksel olarak sağlanmak yerine ışık tarafından üretildiği bir bipolar eklem transistördür (BJT). LTR-516AD'de (bir NPN tipi), silikonun bant aralığından daha büyük enerjiye sahip gelen fotonlar, beyz-kollektör eklem bölgesinde elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Bu foto-üretilmiş taşıyıcılar elektrik alanı tarafından süpürülür ve etkili bir şekilde bir beyz akımı oluşturur. Bu beyz akımı daha sonra transistörün akım kazancı (beta, β) ile yükseltilir ve çok daha büyük bir kollektör akımı ile sonuçlanır. Cihaz tipik olarak beyz terminali açık veya bağlantısız bırakılarak çalıştırılır ve hassasiyeti ve hızı iyileştirmek için kollektör-beyz eklemi üzerine ters öngerilim uygulanarak tükenim bölgesi genişletilir.

11. Sektör Trendleri

Optik algılama alanı gelişmeye devam etmektedir. Fotodedektör, amplifikatör ve dijital mantığın tek bir çip içinde birleştirildiği entegrasyon eğilimi vardır (örn., entegre ortam ışığı sensörleri, yakınlık sensörleri). Yüzey montaj cihaz (SMD) paketleri, otomatik montaj için delikli tiplere göre daha yaygın hale gelmektedir. Hassasiyeti artırmak, gürültüyü (karanlık akım) azaltmak ve spektral aralığı genişletmek için malzeme ve tasarımlarda da sürekli gelişme vardır. Ancak, LTR-516AD gibi ayrık bileşenler, belirli performans özellikleri, özel optik yollar veya entegre çözümlerde bulunmayan yüksek gerilim işleme gerektiren uygulamalar için hayati önemini korumaktadır. Belirli spektral tepkiler için filtreli paketler kullanma prensibi, yaygın ve etkili bir tasarım uygulaması olmaya devam etmektedir.