LTR-536AD Fototransistör Veri Sayfası - Koyu Yeşil Paket - 30V Ters Gerilim - 150mW Güç Dağılımı - İngilizce Teknik Belge

1. Ürün Genel Bakışı

LTR-536AD, kızılötesi (IR) algılama uygulamaları için özel olarak tasarlanmış yüksek performanslı bir silikon NPN fototransistördür. Temel işlevi, gelen kızılötesi radyasyonu bir elektrik akımına dönüştürmektir. Bu bileşenin belirleyici bir özelliği, özel koyu yeşil plastik epoksi paketidir. Bu malzeme, görünür ışık dalga boylarını zayıflatmak veya "kesmek" üzere formüle edilmiştir; bu da özellikle tipik olarak 940nm civarındaki kızılötesi spektrum içindeki hassasiyetini ve sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde artırır. Bu, ortam görünür ışığına karşı ayrımın kritik olduğu uygulamalar için onu ideal bir seçim haline getirir.

Temel Avantajlar:

• Yüksek Foto Duyarlılık: Belirli bir kızılötesi ışınım seviyesi için güçlü bir elektriksel çıkış sinyali sağlar.
• Infrared Optimized: Koyu yeşil paket, görünür ışık filtresi görevi görerek cihazı özellikle saf IR algılama için uygun hale getirir.
• Low Junction Capacitance: Bu parametre, yüksek frekanslı işlemler için kritik öneme sahiptir ve daha hızlı tepki süreleri sağlar.
• Hızlı Anahtarlama Özellikleri: Hızlı yükselme ve düşme süreleri sunar, darbe IR sistemleri ve veri iletişimi için uygundur.
• Yüksek Kesim Frekansı: Daha yüksek frekans devrelerinde çalışmayı destekler.

Hedef Pazar: Bu fototransistör, kızılötesi tabanlı sistemler üzerinde çalışan tasarımcı ve mühendisleri hedeflemektedir. Yaygın uygulamalar arasında yakınlık sensörleri, nesne algılama, temasız anahtarlar, IR veri iletim bağlantıları (uzaktan kumandalar gibi), endüstriyel otomasyon ve görünür ışık kaynaklarından gelen parazitleri engellerken kızılötesi sinyallerin güvenilir şekilde algılanmasını gerektiren herhangi bir sistem bulunur.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Aksi belirtilmedikçe, tüm parametreler 25°C ortam sıcaklığında (T_A) belirtilmiştir. Bu parametreleri anlamak, uygun devre tasarımı ve cihaz sınırları dahilinde güvenilir çalışmayı sağlamak için çok önemlidir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bunlar, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarıdır. Çalışma her zaman bu sınırlar içinde sürdürülmelidir.

• Güç Harcaması (P_D): 150 mW. Bu, cihazın ısı olarak dağıtabileceği maksimum izin verilen güçtür.
• Ters Gerilim (V_R): 30 V. Kollektör-emiter bağlantısı üzerinde ters öngerilimde uygulanabilecek maksimum gerilim.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı (T_oper): -40°C ila +85°C. Cihazın normal çalışması için ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama Sıcaklığı Aralığı (T_stg): -55°C ila +100°C. Çalışma dışı depolama için sıcaklık aralığı.
• Kurşun Lehimleme Sıcaklığı: Paket gövdesinden 1.6mm ölçülen noktada, 5 saniye boyunca 260°C. Bu, yeniden akış lehimleme profil kısıtlamalarını tanımlar.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Bu parametreler, cihazın belirtilen test koşulları altındaki performansını tanımlar.

• Ters Kırılma Gerilimi (V_(BR)R): 30 V (Min). Ters akımın (I_R) keskin bir şekilde arttığı voltaj (100µA'da test edilmiştir). Bu, Mutlak Maksimum Değer ile ilişkilidir.
• Ters Karanlık Akım (I_D(R)): 30 nA (Maks.). Cihaz ters öngerilimde (V_R=10V) ve tam karanlıkta (E_e=0) iken akan sızıntı akımı. Daha düşük bir değer, düşük ışık koşullarında daha iyi performansı gösterir.
• Açık Devre Voltajı (V_OC): 350 mV (Typ). Cihaz üzerinde harici yük olmadan (açık devre) aydınlatma altında (λ=940nm, E_e=0.5mW/cm²) oluşan voltaj.
• Short Circuit Current (I_S): 1.7 µA (Min), 2 µA (Typ). Cihaz aydınlatıldığında akan akım (λ=940nm, E_e=0.1mW/cm²) ve çıkış kısa devre yapılmıştır (V_R=5V). Bu, hassasiyetin önemli bir ölçüsüdür.
• Yükselme Süresi (T_r) & Fall Time (T_f): 50 nsec (Tipik). Çıkış akımının, aydınlanmadaki bir basamak değişikliğine yanıt olarak nihai değerinin %10'undan %90'ına yükselmesi (yükselme) veya %90'ından %10'una düşmesi (düşme) için gereken süre. Yüksek hızlı uygulamalar için kritiktir.
• Toplam Kapasitans (C_T): 25 pF (Tipik). V_R=3V ve f=1MHz'de karanlıkta ölçülen eklem kapasitansı. Daha düşük kapasitans daha hızlı anahtarlama hızları sağlar.
• Maksimum Duyarlılık Dalga Boyu (λ_SMAX): 900 nm (Tip.). Fototransistörün en hassas olduğu kızılötesi ışığın tepe dalga boyu. 940 nm civarındaki yayıcılar için optimize edilmiştir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın değişen koşullar altındaki davranışını gösteren çeşitli grafikler sağlar. Bunlar, tipik/min/maks sayılarının ötesinde detaylı tasarım çalışmaları için paha biçilmezdir.

3.1 Karanlık Akım - Ters Gerilim (Şekil 1)

Bu eğri, ters karanlık akımın (I_D) uygulanan ters gerilim (V) ile artar_R). Genellikle daha düşük voltajlarda çok düşük, nispeten sabit bir akım gösterir; voltaj yükseldikçe kademeli bir artış olur ve bu, çökme voltajındaki keskin yükselişle sonuçlanır. Tasarımcılar, çalışma V_R Bu eğrinin diz noktasının yeterince altında kalarak kaçak akım kaynaklı gürültüyü en aza indirir.

3.2 Kapasitans - Ters Gerilim (Şekil 2)

Bu grafik, eklem kapasitansı (C) ile ters öngerilim voltajı arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Kapasitans, ters voltaj arttıkça azalır. Yüksek hızlı devre tasarımı için, daha yüksek bir ters voltajda (sınırlar dahilinde) çalışmak C'yi azaltabilir ve bant genişliğini iyileştirebilir, ancak bu, artan karanlık akım ile dengelenmelidir (Şekil 1'den)._T) ve ters öngerilim voltajı. Kapasitans, ters voltaj arttıkça azalır. Yüksek hızlı devre tasarımı için, daha yüksek bir ters voltajda (sınırlar dahilinde) çalışmak C'yi azaltabilir ve bant genişliğini iyileştirebilir, ancak bu, artan karanlık akım ile dengelenmelidir (Şekil 1'den)._T ve bant genişliğini iyileştirebilir, ancak bu, artan karanlık akım ile dengelenmelidir (Şekil 1'den).

3.3 Photocurrent & Dark Current vs. Ambient Temperature (Fig.3 & Fig.4)

Şekil 3, fototransistörün fotoelektrik akımının (I_P) ortam sıcaklığına göre nasıl değiştiğini göstermektedir. Fototransistör hassasiyeti genellikle sıcaklık arttıkça azalır. Şekil 4, karanlık akımın (I_D) sıcaklık yükseldikçe üstel olarak arttığını göstermektedir. Bu iki eğri, geniş bir sıcaklık aralığında (örneğin, -40°C ila +85°C) güvenilir bir şekilde çalışması gereken sistemlerin tasarımı için kritik öneme sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda artan karanlık akım, zayıf bir optik sinyali bastırarak sinyal-gürültü oranını düşürebilir.

3.4 Bağıl Spektral Duyarlılık (Şekil 5)

This is perhaps the most important curve for application matching. It plots the normalized responsivity of the phototransistor across a range of wavelengths (typically ~800nm to 1100nm). The LTR-536AD shows peak sensitivity around 900nm and significant attenuation in the visible light spectrum (<800nm), a direct result of its dark green package. This curve must be cross-referenced with the emission spectrum of the intended IR LED or light source to ensure optimal coupling.

3.5 Fotoelektrik Akım - Işınım Şiddeti (Şekil.6)

Bu grafik, gelen kızılötesi ışık gücü (ışınım E_e) ve ortaya çıkan fotoelektrik akımı (I_P). Bu çizginin eğimi, cihazın duyarlılığını temsil eder. Cihazın test edilen ışınım aralığında doğrusal bir bölgede çalıştığını doğrular, bu da analog algılama uygulamaları için arzu edilen bir durumdur.

3.6 Toplam Güç Harcaması - Ortam Sıcaklığı (Şekil 8)

Bu güç azaltma eğrisi, izin verilen maksimum güç harcamasını (P_Dortam sıcaklığının bir fonksiyonu olarak. 150mW'lık mutlak maksimum derecelendirme yalnızca belirli bir sıcaklığa kadar geçerlidir (muhtemelen 25°C). Ortam sıcaklığı arttıkça, cihazın ısıyı dağıtma yeteneği azalır, bu nedenle aşırı ısınmayı önlemek için izin verilen maksimum güç doğrusal olarak azaltılmalıdır. Bu, güvenilirlik hesaplamaları için çok önemlidir.

4. Mechanical & Packaging Information

4.1 Paket Boyutları

LTR-536AD, standart 3mm (T-1) delikli paketle gelir. Veri sayfasındaki önemli boyut notları şunlardır:

• Tüm boyutlar milimetre cinsindendir (parantez içinde inç olarak verilmiştir).
• Aksi belirtilmedikçe, standart tolerans ±0.25mm (.010") olarak uygulanır.
• Flanş altındaki reçinenin maksimum çıkıntısı 1,5 mm (.059")'dir.
• Bacak aralığı, bacakların paket gövdesinden çıktığı noktada ölçülür.

Polarite Tanımlama: Cihazın lensinde düz bir kenar bulunur, bu genellikle kolektör ucunu gösterir. Daha uzun olan uç genellikle emitördür. Ancak, tasarımcılar montaj öncesinde polariteyi her zaman bir multimetre ile diyot test modunda doğrulamalıdır.

5. Soldering & Assembly Guidelines

Montaj sırasında cihaz bütünlüğünü sağlamak için aşağıdaki koşullara uyulmalıdır:

• Reflow Lehimleme: Bacaklar, en fazla 5 saniye boyunca 260°C sıcaklığa dayanabilir. Bu ölçüm, paket gövdesinden 1.6mm (0.063") uzaklıkta alınır. İç yarı iletken çipin veya epoksi paketin hasar görmesini önlemek için, standart dalga veya reflow profilleri bu sınıra uyacak şekilde ayarlanmalıdır.
• El İle Lehimleme: El ile lehimleme gerekliyse, sıcaklığı kontrol edilen bir havya kullanın ve her bacağa temas süresini 3 saniyeden az tutun. Mümkünse, bağlantı noktası ile paket gövdesi arasındaki bacağa bir ısı emici klips takın.
• Temizleme: Sadece koyu yeşil epoksi malzemeyle uyumlu olan onaylı temizleme çözücülerini kullanın. Uyumluluğu ve güç/zaman ayarları doğrulanmadıkça ultrasonik temizlemeden kaçının, çünkü bu pakete veya iç bağlantılara zarar verebilir.
• Depolama Koşulları: -55°C ila +100°C arasında belirtilen depolama sıcaklığı aralığında, kuru ve antistatik bir ortamda saklayın. Uzun süreli depolama öngörülüyorsa orijinal nem bariyer torbası kullanılmalıdır.

6. Application Suggestions & Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulama Devreleri

LTR-536AD iki temel konfigürasyonda kullanılabilir:

1. Anahtar Modu (Dijital Çıkış): Fototransistör, besleme gerilimi (V_CC) ve toprak. Çıkış, kollektör düğümünden alınır. Sensöre IR ışık düştüğünde, sensör açılır ve çıkış voltajını düşük seviyeye çeker. Karanlıkta ise kapanır ve yukarı çekme direnci çıkışı yüksek seviyeye çeker. Yukarı çekme direncinin değeri, anahtarlama hızını ve akım tüketimini belirler (daha küçük bir direnç daha hızlı anahtarlama ancak daha yüksek güç sağlar).
2. Lineer Mod (Analog Çıkış): Benzer konfigürasyon, ancak fototransistör, sabit bir baz akımı (genellikle sıfır, yalnızca fotoakıma dayanır) ve bir kollektör direnci kullanılarak aktif bölgesinde öngerilimlenir. Kollektördeki voltaj, gelen IR ışığının şiddetiyle doğrusal olarak değişir. Bu mod, mesafe ölçümü veya ışık seviyesi tespiti gibi analog algılama için kullanılır.

6.2 Kritik Tasarım Hususları

• Kaynak Eşleştirme: Maksimum verimlilik için, LTR-536AD'yi her zaman tepe dalga boyu 940nm'ye yakın ve fototransistörün spektral hassasiyet tepe noktası (900nm) ile uyumlu bir IR yayıcı (LED) ile eşleştirin.
• Ortam Işığından Arındırma: Koyu yeşil paket yardımcı olsa da, parlak ortamlarda çalışma için ortam ışığı gürültüsünü reddetmek amacıyla ek optik filtreleme (özel bir IR-geçiren filtre) veya modülasyon/demodülasyon teknikleri (IR kaynağını darbelemek ve sinyali senkron olarak tespit etmek) gerekli olabilir.
• Hız için Öngerilim: Mümkün olan en hızlı tepki süresine (tipik 50ns) ulaşmak için, cihazı ters gerilim (V_CE) yaklaşık 10V olan ve küçük bir yük direnci (örneğin, test koşulundaki gibi 1kΩ) kullanın. Bu, eklem kapasitansı (C_T) ve yük direnci (R_L) tarafından oluşturulan RC zaman sabitini en aza indirir.
• Sıcaklık Kompanzasyonu: Geniş bir sıcaklık aralığında hassas uygulamalar için, karanlık akım ve hassasiyetteki değişimi kompanze etmek üzere devre teknikleri düşünün. Bu, karanlık bir referans kanalında eşleştirilmiş bir fototransistör kullanmayı veya sinyal işleme devresinde sıcaklığa bağlı kazanç ayarlaması uygulamayı içerebilir.

7. Technical Comparison & Differentiation

LTR-536AD, fototransistör pazarında özel paketi ile kendini farklılaştırır. Standart şeffaf veya su berraklığında epoksi fototransistörlere kıyasla, temel avantajı dahili görünür ışık kesme özelliğidir. Bu, birçok uygulamada harici bir IR filtresine duyulan ihtiyacı ortadan kaldırarak bileşen sayısını, maliyeti ve montaj karmaşıklığını azaltır. Nispeten hızlı anahtarlama hızı (50ns), düşük kapasitans (25pF) ve iyi hassasiyet (0.1mW/cm²'de tipik 2µA) kombinasyonu, onu hem analog algılama hem de orta hızlı dijital IR iletişim bağlantıları için dengeli bir seçim haline getirir.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

8.1 Bunu kırmızı bir LED (650nm) ile kullanabilir miyim?

Cevap: Hayır, önerilmez. Göreceli Spektral Duyarlılık eğrisi (Şekil 5), 650nm'de (görünür kırmızı) çok düşük tepki gösterir. Koyu yeşil paket, bu dalga boyunu aktif olarak bloke eder. Kırmızı ışığı algılamak için, şeffaf paketli ve görünür aralıkta tepe duyarlılığı olan bir fototransistör seçilmelidir.

8.2 Sıcak bir ortamda çıkış sinyalim neden gürültülü?

Cevap: Şekil 4'e (Karanlık Akım - Sıcaklık Grafiği) bakınız. Karanlık akım sıcaklıkla üstel olarak artar. Devreniz zayıf bir IR sinyali algılamak üzere tasarlandıysa, yüksek sıcaklıklarda termal olarak üretilen karanlık akım önemli hale gelebilir ve gürültü veya bir DC ofseti olarak görünebilir. Çözümler arasında sensörü soğutmak, senkron tespitli modüle edilmiş bir ışık kaynağı kullanmak veya karanlık akımı çıkaran bir devre topolojisi seçmek yer alır.

8.3 Yük direncinin (R_L) değerini nasıl seçerim?

Cevap: Hız, hassasiyet ve güç arasında bir denge söz konusudur.
Hız İçin (Dijital Anahtarlama): Küçük bir R seçin_L (örneğin, 1kΩ ila 4.7kΩ). Bu, küçük bir RC zaman sabiti verir (C_T * R_L) hızlı kenarlar için ancak daha fazla akım çeker.
Yüksek Gerilim Salınımı İçin (Analog Algılama): Daha büyük bir R seçin_L (örneğin, 10kΩ ila 100kΩ). Bu, ışıktaki belirli bir değişiklik için daha büyük bir çıkış gerilimi değişimi sağlar ancak tepki süresini yavaşlatır.
R üzerindeki voltaj düşüşünün her zaman_L fototransistör tamamen iletkendeyken kollektör-emiter voltajının doyum seviyesinin altına düşmesine neden olmadığından ve fototransistördeki güç dağılımının çalışma sıcaklığınız için belirlenmiş düşürülmüş limitin altında kaldığından emin olun.

9. Pratik Kullanım Senaryosu Örneği

Uygulama: Endüstriyel Bir Sayıcıda Temassız Nesne Tespiti.
Uygulama: Bir IR LED (940nm) ve LTR-536AD, bir konveyör bandının karşılıklı taraflarına monte edilmiştir (ışın geçiş konfigürasyonu). LED, bir sürücü devresi kullanılarak 10kHz'de darbe üretir. Fototransistör, 5V'a bağlı 4.7kΩ bir çekme direnci ile anahtar modunda bağlanmıştır. Çıkışı bir mikrodenetleyicinin giriş yakalama pinine beslenir. Normal koşullarda (nesne yokken), darbeli IR ışığı sensöre ulaşır ve çıkışın 10kHz'de darbe üretmesine neden olur. Mikrodenetleyici firmware'i bu frekansı tespit eder. Bir nesne ışın içinden geçtiğinde, ışığı bloke eder ve fototransistörün çıkışı yüksek (veya düşük, mantığa bağlı olarak) seviyeye gider ve orada kalır. Mikrodenetleyici 10kHz sinyalinin yokluğunu tespit eder ve bir sayacı artırır. LTR-536AD'nin koyu yeşil paketi, fabrikadaki ortam floresan veya akkor ışığının sayıcıyı yanlışlıkla tetiklemesini önler.

10. Çalışma Prensibi Tanıtımı

Bir fototransistör, temelde, beyz akımının elektriksel olarak sağlanmak yerine ışık tarafından üretildiği bir bipolar bağlantı transistörüdür (BJT). LTR-536AD'de (NPN tipi), silikonun bant aralığından daha büyük enerjiye sahip (yaklaşık 1100nm'den daha kısa dalga boylarına karşılık gelen) gelen fotonlar, beyz-kollektör bağlantı bölgesinde emilir. Bu emilim, elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Ters öngerilimli kollektör-beyz bağlantısındaki elektrik alanı, bu taşıyıcıları süpürerek bir fotoakım üretir. Bu fotoakım, transistöre enjekte edilen bir beyz akımı gibi tam olarak hareket eder. Transistörün akım kazancı (beta, β) nedeniyle, kollektör akımı başlangıçtaki fotoakımdan çok daha büyüktür (I_C = β * I_photo). Bu dahili yükseltme, fototransistörlere fotodiyotlara kıyasla yüksek hassasiyetlerini veren şeydir. Koyu yeşil epoksi, görünür ışık fotonlarının çoğunu emer ve başlıca kızılötesi fotonların silikon çipe ulaşmasına izin verir, böylece cihazı IR'ye seçici olarak duyarlı hale getirir.

11. Teknoloji Trendleri

Optoelektronik alanı gelişmeye devam etmektedir. LTR-536AD gibi ayrık delikli fototransistörler birçok uygulama için hayati önem taşırken, trendler şunları içerir:
Entegrasyon: Fotodedektörün analog ön uç devreleri (yükselteçler, filtreler) ve dijital mantık (karşılaştırıcılar, mantık çıkışları) ile artan entegrasyonu, tek çipli çözümlere veya modüllere dönüşmektedir.
Yüzeye Monte Teknolojisi (SMT): Otomatik montaj ve daha az baskılı devre kartı alanı için daha küçük SMT paketlerine doğru güçlü bir yönelim, ancak genellikle daha küçük aktif alanlar nedeniyle hassasiyetten ödün verilmesi pahasına.
Uzmanlaşma: Daha spesifik spektral tepkilere, optik veri iletişimi için daha yüksek hızlara ve zorlu ortamlara (daha yüksek sıcaklık, nem) karşı geliştirilmiş dayanıklılığa sahip cihazların geliştirilmesi.
Fototransistörün temel prensibi değişmeden kalır, ancak uygulamaları daha çok özel uygulamalara yönelik ve entegre hale gelmektedir.