LTR-C950-TB-T Kızılötesi Fototransistör Veri Sayfası - Yan Görünümlü Paket - Vce 30V - Türkçe Teknik Dokümantasyon

1. Ürün Genel Bakışı

LTR-C950-TB-T, algılama uygulamaları için tasarlanmış ayrık bir kızılötesi (IR) fototransistör bileşenidir. Güvenilir kızılötesi ışık algılaması gerektiren sistemlerde kullanılmak üzere tasarlanmış geniş bir optoelektronik cihaz ailesine aittir. Bu bileşenin temel işlevi, gelen kızılötesi radyasyonu, kolektör terminalinde karşılık gelen bir elektrik akımına dönüştürmektir. PCB montajı için optimize edilmiş siyah gövdeye sahip yan görünümlü kubbe lensli paketi, ortam ışığı girişimini yönetmeye yardımcı olur.

Cihaz, yerleştirme ekipmanları ve kızılötesi reflow lehimleme dahil olmak üzere modern otomatik montaj süreçleriyle uyumluluk için tasarlanmıştır. Görünür ışık gürültüsünden kaçınmak için çeşitli uzaktan kumanda ve algılama sistemlerinde yaygın olarak kullanılan 940nm dalga boyundaki kızılötesi ışığa duyarlılığı ile karakterize edilir.

1.1 Temel Özellikler ve Avantajlar

• RoHS Uyumlu ve Çevreci Ürün:Zararlı maddeler içermeden üretilmiş olup, çevre standartlarına uygundur.
• Optik Tasarım:Belirli bir görüş alanı sağlayan ve sensörü istenmeyen ortam ışığından korumaya yardımcı olan siyah, yan görünümlü kubbe lense sahiptir.
• Üretim Uyumluluğu:7 inç çapında makaralara sarılı 8mm genişliğinde şeritler halinde tedarik edilir, bu da yüksek hızlı otomatik yerleştirme (pick-and-place) makineleriyle tam uyumluluk sağlar.
• İşlem Uyumluluğu:Yüzey montaj teknolojisi (SMT) montaj hatlarında kullanılan standart kızılötesi reflow lehimleme profillerine dayanacak şekilde derecelendirilmiştir.
• Standart Paket:EIA standart paket dış hatlarına uyar, bu da PCB ayak izi tasarımında öngörülebilirlik sağlar.

1.2 Hedef Uygulamalar

Bu fototransistör, temas gerektirmeyen algılama veya sensörlemenin gerekli olduğu bir dizi elektronik uygulama için uygundur. Tipik kullanım alanları şunları içerir:

• Kızılötesi Alıcılar:Tüketici elektroniğinde (TV'ler, ses sistemleri, set üstü kutular) uzaktan kumandalardan gelen sinyallerin çözülmesi.
• PCB'ye Monte Edilmiş Yakınlık/Nesne Sensörleri:Ev aletleri, otomasyon ekipmanları ve güvenlik cihazlarında bir nesnenin varlığını, yokluğunu veya konumunu algılama.
• Temel Optik Anahtarlama:Yuvalı kesicilerde veya yansımalı sensörlerde kullanılır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Aşağıdaki bölümler, cihazın belirtilen test koşulları altındaki çalışma limitlerinin ve performans karakteristiklerinin detaylı bir dökümünü sağlar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Bu limitler altında veya bu limitlerde çalışma garanti edilmez.

• Güç Dağılımı (P_D):100 mW. Cihazın ısı olarak dağıtabileceği maksimum sürekli güç.
• Kolektör-Emitör Gerilimi (V_CEO):30 V. Kolektör ve emitör terminalleri arasında uygulanabilecek maksimum gerilim.
• Emitör-Kolektör Gerilimi (V_ECO):5 V. Emitör ve kolektör arasındaki maksimum ters gerilim.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı (T_A):-40°C ila +85°C. Normal fonksiyonel çalışma için ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama Sıcaklığı Aralığı (T_stg):-55°C ila +100°C. Cihaz güçsüzken güvenli sıcaklık aralığı.
• Kızılötesi Lehimleme Koşulu:Reflow sırasında 260°C'lik bir tepe sıcaklığına maksimum 10 saniye dayanır.

2.2 Elektriksel ve Optik Karakteristikler

Bu parametreler 25°C ortam sıcaklığında (T_A) ölçülür ve cihazın tipik performansını tanımlar.

• Kolektör-Emitör Çökme Gerilimi (V_(BR)CEO):30 V (Min). Belirli bir küçük ters akımın (I_R= 100µA) aydınlatma olmadan (E_e= 0 mW/cm²) aktığı gerilim.
• Emitör-Kolektör Çökme Gerilimi (V_(BR)ECO):5 V (Min). V_(BR)CEO ile benzerdir ancak ters öngerilim durumu içindir.
• Kolektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(SAT)):0.4 V (Maks). Transistör tamamen "açık" (iletimde) olduğunda, 0.5 mW/cm² ışınım ve 100µA kolektör akımı (I_C) altında kolektör ve emitör arasındaki gerilim. Daha düşük bir değer daha iyi performansı gösterir.
• Yükselme Süresi (T_r) ve Düşme Süresi (T_f):15 µs (Tip.). Darbe ışık girişine yanıt olarak çıkış akımının maksimum değerinin %10'undan %90'ına yükselmesi (yükselme süresi) veya %90'ından %10'una düşmesi (düşme süresi) için gereken süre. V_CE=5V, I_C=1mA ve R_L=1kΩ ile ölçülmüştür.
• Kolektör Karanlık Akımı (I_CEO):100 nA (Maks.). Cihazın üzerine ışık düşmediğinde (V_CE= 20V) kolektörden emitöre akan küçük sızıntı akımı. Hassasiyet için daha düşük olması daha iyidir.
• Açık Durum Kolektör Akımı (I_C(ON)):1.5 ila 9.2 mA. Cihaz standart bir kızılötesi kaynakla (E_e=0.5 mW/cm², λ=940nm, V_CE=5V) aydınlatıldığında üretilen kolektör akımı. Bu, temel hassasiyet parametresidir.

3. Sınıflandırma (Binning) Sistemi Açıklaması

Cihazlar, Açık Durum Kolektör Akımlarına (I_C(ON)) göre performans sınıflarına ayrılır. Bu, tasarımcıların belirli devre gereksinimleri için tutarlı hassasiyete sahip bileşenleri seçmelerine olanak tanır.

• BIN A: I_C(ON) aralığı 1.5 mA (Min) ila 2.9 mA (Maks).
• BIN B: I_C(ON) aralığı 2.9 mA (Min) ila 5.5 mA (Maks).
• BIN C: I_C(ON) aralığı 5.5 mA (Min) ila 9.2 mA (Maks).

Her bir sınıfın limitlerine ±%15'lik bir tolerans uygulanır. Tasarımcılar, devre kazancını ve eşik seviyelerini hesaplarken bu varyasyonu hesaba katmalıdır.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, cihazın değişen koşullar altındaki davranışını gösteren çeşitli karakteristik grafikler sağlar.

4.1 Spektral Hassasiyet

Bir grafik (Şek.1), bağıl spektral hassasiyetin dalga boyuna karşı değişimini gösterir. LTR-C950-TB-T, yaklaşık 940nm civarında pik hassasiyet sergiler, bu da yaygın kızılötesi yayıcılarla (IRED) eşleşir. 800nm'den kısa ve 1100nm'den uzun dalga boyları için hassasiyet keskin bir şekilde düşer, bu da görünür ışık spektrumunun büyük bir kısmına karşı doğal bir filtreleme sağlar.

4.2 Kolektör Karanlık Akımı - Sıcaklık İlişkisi

Eğri (Şek.3), Kolektör Karanlık Akımını (I_CEO) Ortam Sıcaklığına (T_A) karşı çizer. I_CEO, sıcaklıkla üstel olarak artar. Bu, yüksek sıcaklık uygulamaları için kritik bir husustur, çünkü artan karanlık akım gürültü tabanını yükseltir ve sensörün sinyal-gürültü oranını etkileyebilir.

4.3 Dinamik Yanıt - Yük İlişkisi

Grafikler (Şek.4), Yükselme Süresinin (T_r) ve Düşme Süresinin (T_f) Yük Direnci (R_L) ile nasıl değiştiğini gösterir. Her iki süre de daha yüksek yük direnci ile artar. Hızlı anahtarlama gerektiren uygulamalar için, çıkış gerilim salınımını azaltacak olsa da, daha küçük bir yük direnci faydalıdır.

4.4 Bağıl Kolektör Akımı - Işınım İlişkisi

Bu grafik (Şek.5), çıkış akımı ile gelen ışık gücü (ışınım) arasındaki ilişkiyi gösterir. Yanıt, önemli bir aralıkta genellikle doğrusaldır, bu da analog algılama uygulamaları için arzu edilir. Cihazın orantılı bir ışık-akım dönüştürücüsü olarak işlevini doğrular.

4.5 Radyasyon Deseni

Bir kutupsal diyagram (Şek.6), yan görünümlü paketin açısal hassasiyetini gösterir. Bağıl ışıma yoğunluğu (veya hassasiyet), gelen ışığın açısına karşı çizilir. Bu diyagram, sensörün güvenilir bir şekilde bir IR kaynağını algılayacağı etkin görüş alanını (FOV) gösterdiği için mekanik tasarım için gereklidir.

5. Mekanik ve Paket Bilgileri

5.1 Dış Hat Boyutları

Cihaz, standart bir yan görünümlü fototransistör paketine sahiptir. Ana boyutlar gövde boyutu, bacak aralığı ve lens konumunu içerir. Aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar milimetre cinsinden ve tipik ±0.1mm toleransla verilmiştir. Bacak bağlantısı, Kolektör ve Emitör terminallerini tanımlar.

5.2 Önerilen Lehim Pedi Tasarımı

PCB tasarımı için bir lehim pedi deseni (footprint) sağlanmıştır. Montaj pedleri için önerilen ped boyutları 1.0mm x 1.8mm'dir ve aralarında 1.8mm boşluk bulunur. Bu deseni takip etmek, reflow sırasında güvenilir bir lehim bağlantısı ve uygun mekanik hizalama sağlar.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

6.1 Reflow Lehimleme Profili

Kurşunsuz (Pb-free) işlemler için önerilen bir reflow profili dahil edilmiştir. Ana parametreler şunlardır:

• Ön Isıtma:150-200°C, maksimum 120 saniye.
• Tepe Sıcaklığı:Maksimum 260°C.
• Sıvı Faz Üzerinde Kalma Süresi:Cihaz, 260°C'nin üzerindeki sıcaklıklara 10 saniyeden fazla maruz bırakılmamalıdır.

Profil, JEDEC standartlarına dayanmaktadır. Mühendisler, kendi spesifik PCB tasarımları, lehim pastaları ve fırınları için profili karakterize etmelidir.

6.2 El Lehimlemesi

El lehimlemesi gerekliyse, sıcaklığı 300°C'yi geçmeyen bir lehim havya kullanın ve her bir bağlantı için temas süresini 3 saniye ile sınırlayın. Bileşen bacaklarına stres uygulamaktan kaçının.

6.3 Temizleme

Lehim sonrası temizlik gerekliyse, sadece izopropil alkol gibi alkol bazlı çözücüler kullanın. Plastik paketi veya lensi hasara uğratabilecek agresif veya bilinmeyen kimyasal temizleyicilerden kaçının.

7. Paketleme ve Taşıma

7.1 Şerit ve Makara Özellikleri

Bileşenler, 7 inç (178mm) çapında makaralara sarılmış 8mm genişliğinde kabartmalı taşıyıcı şeritler halinde paketlenmiştir. Her makara 2000 adet içerir. Paketleme, ANSI/EIA 481-1-A-1994 standartlarına uygundur. Notlar, maksimum iki ardışık bileşen cebinin boş olabileceğini (şerit kapatmaya göre) ve şerit içindeki parçaların yöneliminin işaretlendiğini belirtir.

7.2 Depolama Koşulları

Kapalı Paket:≤30°C ve ≤%90 Bağıl Nem (RH) koşullarında depolayın. Kapalı nem bariyerli torbadaki (nem alıcı ile) raf ömrü bir yıldır.
Açılmış Paket:Kapalı torbadan çıkarılan bileşenler için depolama ortamı 30°C / %60 RH'yi geçmemelidir. Açıldıktan sonraki bir hafta içinde IR reflow lehimlemenin tamamlanması şiddetle tavsiye edilir. Orijinal torbanın dışında daha uzun süreli depolama için, nem alıcılı kapalı bir kapta veya nitrojen desikatöründe saklayın. Açık olarak bir haftadan fazla depolanan bileşenler, lehimlemeden önce emilen nemi gidermek ve reflow sırasında "patlamayı" önlemek için yaklaşık 60°C'de en az 20 saat boyunca kurutulmalıdır.

8. Uygulama Notları ve Tasarım Hususları

8.1 Sürücü Devresi Tasarımı

Fototransistör bir akım çıkışlı cihazdır. Tipik bir devrede, ortak emitör konfigürasyonunda bağlanır. Bir yük direnci (R_L), kolektör ile besleme gerilimi (V_CC) arasına yerleştirilir. Emitör toprağa bağlanır. Gelen ışık, kolektör akımının (I_C) akmasına neden olur ve R_L üzerinde bir gerilim düşümü oluşturur. Bu gerilim (V_OUT= V_CC- I_C*R_L) sinyal çıkışıdır.

Anahtar Tasarım Seçimleri:

• Yük Direnci (R_L):Daha yüksek bir R_L, belirli bir ışık değişimi için daha büyük bir çıkış gerilim salınımı sağlar ancak yanıt süresini artırır (bkz. Şek.4). Daha düşük bir R_L daha hızlı yanıt sağlar ancak daha küçük bir sinyal verir.
• Öngerilim:Cihazın tabanı için harici bir öngerilim akımına ihtiyacı yoktur; tamamen ışıkla kontrol edilir.
• Çoklu Cihazlar:Bir uygulamada birden fazla fototransistörün paralel bağlanması gerekiyorsa, bunların doğrudan birbirine bağlanması önerilmez. I_C(ON) değerlerindeki varyasyonlar (aynı sınıf içinde bile) dengesiz akım paylaşımına neden olacaktır. Her bir cihazla seri olarak bir akım sınırlama direnci yerleştirilerek tekdüze davranış sağlanmalıdır.

8.2 Sinyal-Gürültü Oranını (SNR) İyileştirme

• Modülasyon:Uzaktan kumanda uygulamaları için, IR kaynağı (IRED) belirli bir taşıyıcı frekansında (örn., 38kHz) darbelenir. Alıcı devre, bu frekansa ayarlanmış bir bant geçiren filtre içerir, bu da sabit ortam ışığını ve gürültüyü reddeder.
• Optik Filtreleme:Siyah paket ve doğal spektral hassasiyet (940nm'de pik), görünür ışığa karşı bir miktar filtreleme sağlar. Aşırı gürültülü ortamlar için, sensör üzerine ek bir harici IR-geçirgen/görünür-engelleyen filtre kullanılabilir.
• Elektriksel Filtreleme:Fototransistörü, yüksek geçiren veya bant geçiren filtreleme içeren bir amplifikatör katıyla takip etmek, AC kuplajlı sinyaller için SNR'yi daha da iyileştirebilir.

8.3 Yerleşim (Layout) Hususları

• Sensörü, sıcaklık kaynaklı karanlık akım sürüklenmesini en aza indirmek için ısı üreten bileşenlerden uzak yerleştirin.
• Reflow sırasında "mezar taşı" (tombstoning) veya yanlış hizalamayı önlemek için önerilen lehim pedi geometrisinin kullanıldığından emin olun.
• Mekanik muhafazayı tasarlarken radyasyon desenini (Şek.6) göz önünde bulundurun, böylece IR kaynağı sensörün hassas görüş açısı içine düşer.

9. Çalışma Prensibi

Bir fototransistör temelde, taban akımının bir elektrik bağlantısı yerine ışık tarafından üretildiği bir bipolar jonksiyon transistörüdür (BJT). Taban-kolektör jonksiyonu bir fotodiyot gibi davranır. Yeterli enerjiye sahip fotonlar (bu durumda kızılötesi) bu jonksiyona çarptığında, elektron-boşluk çiftleri oluştururlar. Bu fotogenerasyon akımı daha sonra transistörün akım kazancı (β veya h_FE) ile yükseltilir ve gelen ışık yoğunluğuyla orantılı çok daha büyük bir kolektör akımı ile sonuçlanır. Yan görünümlü paket, hassas yarı iletken çipi, PCB yüzeyine paralel gelen ışığı algılayabilecek şekilde konumlandırır.

10. Pratik Tasarım Örneği

Senaryo: Bir Otomat Makinesinde Nesne Algılama.Bir ürünün bir oluktan geçtiğini algılamak için bir ışık kesme sensörüne ihtiyaç vardır.

1. Bileşen Seçimi:PCB'nin kenarına, oluk boyunca bakacak şekilde monte edilmeye uygun yan görünümlü paketi nedeniyle bir LTR-C950-TB-T (BIN B) seçilir. Işık kaynağı olarak eşleşen bir 940nm IRED seçilir.
2. Devre Tasarımı:Fototransistör, V_CC= 5V ile ortak emitör devresi olarak yapılandırılır. Bu uygulama için iyi bir gerilim salınımı ve kabul edilebilir hız arasında bir uzlaşma olarak bir yük direnci R_L= 2.2kΩ seçilir. Çıkış, "ışın var" (yüksek çıkış) ve "ışın engellendi" (düşük çıkış) arasında ayrım yapacak şekilde ayarlanmış bir eşiğe sahip bir karşılaştırıcıya beslenir.
3. Mekanik Entegrasyon:IRED ve fototransistör, ürün oluğunun karşıt taraflarına, radyasyon/hassasiyet desenlerine göre hizalanarak monte edilir. Saçılan ışığı sınırlamak için ışık bariyerleri eklenebilir.
4. Hususlar:Makine içindeki ortam sıcaklığı, çalışma aralığında kaldığından emin olmak için izlenir. Başlangıç çıkış gerilimi ölçülür ve karşılaştırıcı eşiği, bileşen toleransını (sınıf ±%15) ve lensler üzerinde zamanla oluşabilecek potansiyel toz birikimini hesaba katacak şekilde marjla ayarlanır.