LTR-3208 Fototransistör Veri Sayfası - Paket Boyutları - Kollektör-Emitör Gerilimi 30V - Güç Dağılımı 100mW - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTR-3208, kızılötesi algılama uygulamaları için tasarlanmış bir silikon NPN fototransistördür. Yüksek hassasiyet için optimize edilmiş entegre bir lense sahip, düşük maliyetli plastik bir paket içerisindedir. Bu bileşen, gelen kızılötesi ışığı kollektör terminalinde karşılık gelen bir elektrik akımına dönüştürmek üzere tasarlanmıştır ve güvenilir ve uygun maliyetli ışık algılamanın gerektiği çeşitli algılama ve tespit sistemleri için uygundur.

1.1 Temel Avantajlar

Cihaz, tasarımcılar için birkaç önemli fayda sunar. Birincil özelliği, farklı sinyal seviyelerinde devre tasarımına esneklik sağlayan geniş bir kollektör akımı çalışma aralığıdır. Pakete doğrudan entegre edilen bir lens, gelen kızılötesi radyasyona karşı hassasiyetini artırarak sinyal-gürültü oranını ve algılama menzilini iyileştirir. Ayrıca, standart bir plastik paketin kullanılması, genel bileşen maliyetini düşürerek yüksek hacimli veya maliyet duyarlı uygulamalar için cazip bir seçenek haline getirir.

1.2 Hedef Pazar ve Uygulamalar

Bu fototransistör, temas gerektirmeyen algılama gerektiren uygulamalara hizmet eden geniş optoelektronik pazarını hedeflemektedir. Tipik kullanım alanları arasında nesne algılama, konum algılama, yuva kesiciler (örneğin, yazıcılar ve kodlayıcılarda), dokunmasız anahtarlar ve endüstriyel otomasyon sistemleri bulunur. Güvenilirliği ve basit arayüzü (genellikle bir pull-up direnci ve bir besleme gerilimi gerektirir), hem tüketici elektroniği hem de endüstriyel kontrol sistemleri için yaygın bir seçim haline getirir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

LTR-3208'in elektriksel ve optik performansı standart ortam sıcaklığı koşullarında (25°C) karakterize edilir. Bu parametreleri anlamak, doğru devre tasarımı ve cihazın belirtilen sınırlar içinde güvenilir çalışmasını sağlamak için kritik öneme sahiptir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu sınırlar altında veya bu sınırlarda çalışma garanti edilmez. Maksimum güç dağılımı 100 mW'dır ve bu, uygulamanın termal tasarımını belirler. Kollektör-emitör gerilimi değeri (V_CEO) 30V iken, emitör-kollektör gerilimi değeri (V_ECO) 5V'dur ve bu da cihazın asimetrik yapısını gösterir. Çalışma sıcaklığı aralığı -40°C ila +85°C'dir ve -55°C ila +100°C ortamlarda saklanabilir. Lehimleme için, paket gövdesinden 1.6mm ölçüldüğünde, bacaklar 5 saniye boyunca 260°C'ye dayanabilir.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Temel çalışma parametreleri, cihazın belirli test koşulları altındaki performansını tanımlar. Kollektör-Emitör Çökme Gerilimi (V_(BR)CEO), aydınlatma olmadan 1mA kollektör akımında tipik olarak 30V'dur. Kollektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(SAT)), cihaz 1 mW/cm² ışınım altında 100μA kollektör akımı ile sürüldüğünde, 0.1V (min) ila 0.4V (max) arasında değişen çok düşük bir değerdir. Bu düşük doyum gerilimi, anahtarlama uygulamaları için arzu edilir. Anahtarlama hızı, Yükselme Süresi (T_r) ve Düşme Süresi (T_f) ile karakterize edilir ve V_CC=5V, I_C=1mA ve R_L=1kΩ test koşulları altında sırasıyla 10 μs ve 15 μs olarak belirtilmiştir. Işık olmadığında sızıntı akımı olan Kollektör Karanlık Akımı (I_CEO), V_CE=10V'da maksimum 100 nA değerine sahiptir.

2.3 İletim Durumunda Kollektör Akımı ve Sınıflandırma

Kritik bir parametre, cihaz aydınlatıldığında akım çıkışı olan İletim Durumunda Kollektör Akımı (I_C(ON))'dır. Bu parametre sınıflandırılmıştır, yani cihazlar performans gruplarına ayrılır. Test koşulu, 940nm dalga boyunda 1 mW/cm² ışınım ile V_CE= 5V'dır. Sınıflar şu şekildedir: C Sınıfı: 0.8 ila 2.4 mA; D Sınıfı: 1.6 ila 4.8 mA; E Sınıfı: 3.2 ila 9.6 mA; F Sınıfı: 6.4 mA (minimum). Bu sınıflandırma, tasarımcıların belirli uygulamalarına uygun bir hassasiyet aralığına sahip bir cihaz seçmelerine ve tutarlı sistem performansı sağlamalarına olanak tanır.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel parametrelerin çevresel ve operasyonel faktörlerle nasıl değiştiğini gösteren birkaç karakteristik eğri sağlar. Bu grafikler, tablolarda verilen tek nokta özelliklerinin ötesinde cihaz davranışını anlamak için gereklidir.

3.1 Sıcaklık Bağımlılığı

Şekil 1, Kollektör Karanlık Akımı (I_CEO) ile Ortam Sıcaklığı (T_a) arasındaki ilişkiyi gösterir. Karanlık akım, sıcaklıkla üstel olarak artar; bu, yarı iletken eklemlerin temel bir özelliğidir. Tasarımcılar, yüksek sıcaklık ortamlarında bu artan sızıntıyı hesaba katmalıdır, çünkü bu, kapalı durum sinyal seviyesini ve gürültü tabanını etkileyebilir. Şekil 2, ortam sıcaklığı yükseldikçe izin verilen maksimum Kollektör Güç Dağılımı (P_C)'nın azalmasını göstermektedir. 100 mW değeri yalnızca 25°C veya altında geçerlidir; bu sıcaklığın üzerinde, termal aşırı stresi önlemek için maksimum güç doğrusal olarak azaltılmalıdır.

3.2 Dinamik ve Tepki Karakteristikleri

Şekil 3, Yükselme ve Düşme Sürelerinin (T_r, T_f) Yük Direnci (R_L)'den nasıl etkilendiğini göstermektedir. Anahtarlama süreleri, daha büyük yük dirençleri ile artar. Bu, yüksek hızlı algılama devreleri tasarlarken, istenen bant genişliğine ulaşmak için daha küçük bir yük direncinin gerekli olabileceği, ancak bunun daha yüksek akım tüketimi pahasına olduğu önemli bir husustur. Şekil 4, Göreceli Kollektör Akımının Işınım (E_e)'nın bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiğini göstermektedir. İlişki, çalışma bölgesinde genellikle doğrusaldır ve çıkış akımının gelen ışık gücüyle doğru orantılı olduğunu doğrular; bu da analog algılama uygulamaları için idealdir.

3.3 Spektral Tepki

Şekil 5 ve 6, cihazın spektral hassasiyeti ile ilgilidir. Şekil 5, hassasiyetin açısal bağımlılığını gösteren bir kutupsal diyagramdır ve çıkışın, cihazın eksenine göre gelen ışığın açısıyla nasıl değiştiğini gösterir. Bu, optik sistemlerde hizalama için önemlidir. Şekil 6, Spektral Dağılım eğrisi, LTR-3208'in kızılötesi ışığa en hassas olduğunu, pik duyarlılığının belirli bir dalga boyunda (silikon fototransistörler için tipik olan yakın kızılötesi bölgede olduğu ima edilir) gerçekleştiğini göstermektedir. Görünür ışığa karşı ihmal edilebilir bir tepkisi vardır, bu da birçok durumda ortam oda aydınlatmasından etkilenmemesini sağlar.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgisi

4.1 Paket Boyutları

LTR-3208, üç bacaklı standart bir plastik paket kullanır. Paket, gelen ışığı hassas yarı iletken alana odaklamak için üstte şekillendirilmiş bir lens içerir. Kritik boyutlar arasında gövde boyutu, bacak aralığı ve flanş altındaki reçine çıkıntısı bulunur; bu sonuncusu maksimum 1.5mm olarak belirtilmiştir. Bacak aralığı, bacakların paket gövdesinden çıktığı noktada ölçülür. Aksi belirtilmedikçe, tüm boyutlar standart ±0.25mm toleransı ile milimetre cinsinden verilmiştir. Fiziksel şekil ve boyutlar, PCB ayak izi tasarımı ve montaj içinde uygun oturmayı sağlamak için gereklidir.

4.2 Polarite Tanımlama ve Bacak Bağlantısı

Cihazın üç bacağı vardır: Kollektör, Emitör ve Baz (genellikle bağlantısız bırakılır veya bazı konfigürasyonlarda öngerilim için kullanılır). Bu paketteki bir fototransistör için tipik bacak bağlantısı şu şekildedir: cihaza üstten (lens tarafından) bakıldığında, düz taraf veya çentik belirli bir yöne bakacak şekilde, soldan sağa bacaklar genellikle Emitör, Kollektör ve Baz'dır. Ancak, tasarımcılar bağlantı hatalarını önlemek için veri sayfasındaki mekanik çizimden bacak bağlantısını her zaman doğrulamalıdır. Paket ayrıca 1 numaralı bacağı tanımlamak için bir işaret veya girintiye sahip olabilir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

5.1 Reflow Lehimleme Parametreleri

Bu alıntıda spesifik reflow profil detayları verilmemiş olsa da, Mutlak Maksimum Değerler kritik bir kısıtlama sağlar: paket gövdesinden 1.6mm ölçüldüğünde, bacaklar maksimum 5 saniye boyunca 260°C lehimleme sıcaklığına dayanabilir. Bu, standart kurşunsuz reflow profillerinin (genellikle 245-260°C civarında pik yapar) kabul edilebilir olduğu, ancak paket hasarını önlemek için likidüs üzerindeki sürenin kontrol edilmesi gerektiği anlamına gelir. Plastik kaplı cihaz lehimlemesi için JEDEC veya IPC standartlarını takip etmek önerilir.

5.2 Taşıma ve Depolama Önlemleri

Cihaz, yarı iletken eklemin statik elektrikle hasar görebileceği göz önünde bulundurularak, standart ESD (Elektrostatik Deşarj) önlemleri ile ele alınmalıdır. Depolama, düşük nemli bir ortamda belirtilen -55°C ila +100°C sıcaklık aralığında yapılmalıdır. Lens, montaj sırasında temiz, çiziksiz, kirleticilerden ve epoksi sızıntısından uzak tutulmalıdır, çünkü bunlar optik performansı ve hassasiyeti önemli ölçüde etkileyebilir.

6. Uygulama Önerileri

6.1 Tipik Uygulama Devreleri

En yaygın devre konfigürasyonu "anahtar modu"dur. Fototransistörün kollektörü, bir pull-up direnci (R_CC) aracılığıyla pozitif bir besleme gerilimine (V_L) bağlanır. Emitör toprağa bağlanır. Çıkış sinyali kollektör düğümünden alınır. Işık olmadığında, cihaz kapalıdır ve çıkış V_CC'ye yüksek çekilir. Yeterli kızılötesi ışık cihaza çarptığında, cihaz açılır ve çıkış gerilimini V_CE(SAT)'e doğru düşük seviyeye çeker. R_L'nin değeri, performans eğrilerinde gösterildiği gibi çıkış salınımını, akım tüketimini ve anahtarlama hızını belirler.

6.2 Tasarım Hususları

Anahtar tasarım faktörleri şunlardır:Öngerilim:Çalışma V_CE'sinin maksimum değer (30V) içinde olduğundan emin olun.Yük Direnci Seçimi:R_L'yi, gerekli anahtarlama hızına (bkz. Şekil 3), çıkış gerilimi salınımına ve güç tüketimine göre seçin. Daha küçük bir R_L daha hızlı hız sağlar ancak daha yüksek akım tüketir.Optik Hizalama:Kızılötesi verici ve dedektör arasındaki optik yolu tasarlarken açısal hassasiyet diyagramını (Şekil 5) dikkate alın.Ortam Işığı Bağışıklığı:Cihaz öncelikle kızılötesi ışığa duyarlı olsa da, güçlü ortam kızılötesi kaynakları (güneş ışığı veya akkor ampuller gibi) yanlış tetiklemeye neden olabilir. Modüle edilmiş bir kızılötesi sinyal ve senkron dedeksiyon kullanmak, gürültü bağışıklığını büyük ölçüde artırabilir.Sıcaklık Etkileri:Sıcaklıkla artan karanlık akımı hesaba katın; bu, algılama devresinde bir eşik ayarı gerektirebilir.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Basit bir fotodiyotla karşılaştırıldığında, bir fototransistör dahili kazanç sağlar ve aynı ışık girişi için çok daha büyük bir çıkış akımı ile sonuçlanır; bu genellikle ek bir amplifikatör katmanına ihtiyaç duyulmaz. Diğer fototransistörlerle karşılaştırıldığında, LTR-3208'in farklılaşması, paketinin (daha yüksek hassasiyet için entegre lensli), tanımlanmış akım sınıflarının (hassasiyet seçimine izin veren) ve dengeli elektriksel değerlerinin (30V V_CEO, 100mW P_D) spesifik kombinasyonunda yatar. Düşük V_CE(SAT) değeri de temiz dijital anahtarlama için olumlu bir özelliktir.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: I_C(ON)?

için farklı sınıfların (C, D, E, F) amacı nedir? C: Sınıflandırma, cihazları hassasiyetlerine göre ayırır. F sınıfı cihazlar en yüksek minimum çıkış akımına (en hassas) sahipken, C sınıfı cihazlar en düşük değere sahiptir. Bu, sisteminizin gerektirdiği sinyal seviyesine uyan bir parça seçmenize, tutarlılık sağlamanıza ve öngörülebilir bir sinyal aralığı sağlayarak devre tasarımını potansiyel olarak basitleştirmenize olanak tanır.

S: Bu sensörü güneş ışığında kullanabilir miyim?

C: Doğrudan güneş ışığı önemli miktarda kızılötesi radyasyon içerir ve muhtemelen sensörü doyurarak sürekli bir "açık" duruma neden olur. Açık hava kullanımı veya parlak aydınlatılmış ortamlar için, amaçlanan kızılötesi sinyali ortam kızılötesi gürültüsünden ayırt etmek amacıyla optik filtreleme (görünür ışığı engelleyen bir kızılötesi geçiren filtre) ve/veya sinyal modülasyon teknikleri şiddetle tavsiye edilir.

S: Yükselme ve Düşme Sürelerini nasıl yorumlamalıyım?

C: Bunlar, çıkışın durum değiştirme hızını belirtir. 10μs'lik bir yükselme süresi, ışık uygulandığında çıkışın son değerinin %10'undan %90'ına geçmesinin yaklaşık 10 mikrosaniye sürdüğü anlamına gelir. Bu, doğru bir şekilde algılanabilen modüle edilmiş ışığın maksimum frekansını sınırlar. Basit nesne algılama için bu hız fazlasıyla yeterlidir. Yüksek hızlı iletişim için sınırlayıcı bir faktör olabilir.

9. Pratik Kullanım Senaryosu Örneği

Senaryo: Bir Yazıcıda Kağıt Algılama.Bir LTR-3208 (uygun hassasiyet sınıfından) ve bir kızılötesi LED, kağıt yolunun karşıt taraflarına, kağıdın ışın hüzmesini kesecek şekilde hizalanarak yerleştirilir. Fototransistör, 5V'a 10kΩ'luk bir pull-up direnci ile bir anahtar devresi şeklinde yapılandırılır. Kağıt olmadığında, kızılötesi ışık sensöre çarpar, onu açar ve çıkış pinini düşük bir gerilime (~0.2V) çeker. Kağıt geçtiğinde, ışığı bloke eder, fototransistörü kapatır ve çıkış pininin 5V'a yüksek çekilmesine izin verir. Bu dijital sinyal, kağıt varlığını ve kenar algılamasını takip etmek için bir mikrokontrolöre beslenir. LTR-3208 üzerindeki lens, kızılötesi hüzmenin odaklanmasına yardımcı olarak güvenilirliği artırır ve verici ile dedektör arasında biraz daha büyük bir boşluğa izin verir.

10. Çalışma Prensibi

Bir fototransistör, baz bölgesinin ışığa maruz kaldığı bir bipolar eklem transistörüdür. Yarı iletkenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip gelen fotonlar, baz-kollektör ekleminde elektron-delik çiftleri oluşturur. Bu fotogenerasyon taşıyıcıları, bir baz akımına eşdeğerdir. Transistörün akım kazancı (beta veya h_FE) nedeniyle, bu küçük fotoakım çarpılarak çok daha büyük bir kollektör akımına dönüşür. Cihaz, temelde bir fotodiyotun ışık algılamasını ve bir transistörün akım kazancını tek bir pakette birleştirir. Entegre lens, daha fazla ışığı aktif yarı iletken alana yoğunlaştırarak etkin "baz akımını" ve dolayısıyla çıkış sinyalini artırır.

11. Teknoloji Trendleri

Fototransistörler gibi ayrık optoelektronik bileşenlerde genel eğilim, küçülme, daha yüksek entegrasyon ve gelişmiş performans yönündedir. Bu, modern, yoğun PCB tasarımlarının taleplerini karşılamak için daha küçük ayak izi ve daha düşük profilli yüzey montaj paketlerinin geliştirilmesini içerir. Ayrıca, daha iyi tanımlanmış ve daha tutarlı performans parametrelerine sahip cihazlara doğru bir hareket vardır; bu da son uygulamalarda kalibrasyon ihtiyacını azaltır. Bazı gelişmiş uygulamalarda, fototransistörler yonga üzeri amplifikasyon ve sinyal koşullandırma devreleri ile entegre edilerek daha tam "paket içi sensör" çözümleri oluşturulmaktadır, ancak LTR-3208 gibi ayrık bileşenler, çok çeşitli standart algılama görevlerindeki basitlik, güvenilirlik ve maliyet etkinliği nedeniyle oldukça önemli olmaya devam etmektedir.