LTR-209 Fototransistör Veri Sayfası - Şeffaf Paket - Vce 30V - Güç 100mW - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTR-209, kızılötesi algılama uygulamaları için özel olarak tasarlanmış bir silikon NPN fototransistördür. Şeffaf plastik paketleme kullanır ve gelen ışığa (özellikle kızılötesi spektruma) karşı yüksek hassasiyete sahiptir. Geniş çalışma aralığı, yüksek güvenilirliği ve uygun maliyeti ile karakterize edilen bu cihaz, çeşitli algılama ve tespit sistemleri için uygundur.

1.1 Temel Avantajlar

• Geniş kollektör akım aralığı:Bu cihaz, geniş bir kollektör akım seviyeleri yelpazesini destekleyerek devre tasarımı ve hassasiyet ayarı için esneklik sağlar.
• Yüksek hassasiyetli lens:Entegre lens, cihazın gelen kızılötesi radyasyona olan hassasiyetini artırarak sinyal-gürültü oranını iyileştirir.
• Düşük Maliyetli Plastik Paketleme:Ekonomik plastik paketleme kullanılarak genel sistem maliyeti düşürülmüştür.
• Şeffaf Paketleme:Şeffaf dış kasa, etkin yarı iletken bölgeye ulaşan ışık miktarını en üst düzeye çıkararak performansı optimize eder.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Aşağıdaki bölüm, LTR-209 fototransistörünün kritik elektriksel ve optik parametrelerine ilişkin ayrıntılı ve nesnel bir yorum sunmaktadır.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihazda kalıcı hasara yol açabilecek limitleri tanımlar. Bu koşullar altında veya bunların ötesinde çalışma garantisi verilmez.

• Güç Tüketimi (P_D):100 mW. Bu, ortam sıcaklığının (T_A) 25°C olduğu durumda, cihazın ısı olarak dağıtabileceği maksimum güçtür. Bu sınırın aşılması termal kaçak ve arıza riski taşır.
• Kollektör-Emitör Gerilimi (V_CEO):30 V. Baz açık devre (yalnızca fotoakım) durumunda, kolektör ve emiter terminalleri arasına uygulanabilecek maksimum voltaj.
• Emiter-kolektör voltajı (V_ECO):Emiter ve kollektör arasına uygulanabilecek maksimum ters voltaj 5 V'dir.
• Çalışma sıcaklığı aralığı:-40°C ila +85°C. Cihaz, bu ortam sıcaklığı aralığında normal çalışacak şekilde tasarlanmıştır.
• Depolama Sıcaklık Aralığı:-55°C ila +100°C. Çalışma dışı depolama ve performans düşüşüne neden olmayan sıcaklık aralığı.
• Bacak Lehimleme Sıcaklığı:Paket gövdesinden 1.6 mm uzaklıkta, 260°C'de 5 saniye süreyle. Bu, elle veya dalga lehimleme işlemleri için kabul edilebilir ısıl profili tanımlar.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Bu parametreler, T_A=25°C'deki belirli test koşullarında ölçülmüş olup, cihazın tipik performansını tanımlar.

• Kollektör-emetör çökme gerilimi (V_(BR)CEO):30 V (minimum). Sıfır ışınım şiddetinde (E_C= 0 mW/cm²) ve I_e= 1mA koşulunda ölçülmüştür. Bu, mutlak maksimum derecelendirmeyi doğrulamaktadır.
• Emiter-kollektör çökme gerilimi (V_(BR)ECO):5 V (minimum). Sıfır ışınım şiddetinde ve I_E= 100µA koşulunda ölçülür.
• Kollektör-emitter doyum voltajı (V_CE(SAT)):0.4 V (maks.). Cihaz tamamen "açık" (iletken) durumdayken uçları arasındaki voltaj düşüşü, I_C= 100µA ve E_e= 1 mW/cm² koşullarında ölçülmüştür. Daha düşük V_CE(SAT)güç kaybını azaltmaya yardımcı olur.
• Yükselme süresi (T_r) ve düşme süresi (T_f):sırasıyla 10 µs (tipik) ve 15 µs (tipik) olarak belirlenmiştir. Bu parametreler fototransistörün anahtarlama hızını tanımlar. V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ koşullarında ölçülmüştür. Bu asimetri fototransistörlerde yaygın olarak görülür.
• Kollektör karanlık akımı (I_CEO):100 nA (maksimum). Bu, cihazın tamamen karanlıkta (E_e= 0 mW/cm²) ve V_CE= 10V iken, kollektörden emiter'e akan kaçak akım. Düşük karanlık akım, gürültüyü en aza indirmek için yüksek hassasiyetli uygulamalarda çok önemlidir.

3. Sınıflandırma Sistemi Açıklaması

LTR-209, temel parametreleri olan –İletim kollektör akımı (I_C(ON))– için bir derecelendirme sistemi kullanmaktadır. Derecelendirme, bileşenleri ölçülen performanslarına göre belirli gruplara veya "derecelere" ayıran bir kalite kontrol sürecidir. Bu, tasarımcıların uygulamaları için uygun garanti edilmiş performans aralığına sahip cihazları seçmelerine olanak tanır.

3.1 Açık Kollektör Akımı Sınıflandırması

I_C(ON)Standart koşullar altında ölçüm: V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², kızılötesi ışık kaynağı dalga boyu (λ) 940nm'dir. Ölçülen akıma göre, cihaz aşağıdaki sınıflara ayrılır:

• BIN C:0.8 mA (minimum) ila 2.4 mA (maksimum)
• BIN D:1.6 mA (minimum) ila 4.8 mA (maximum)
• BIN E:3.2 mA (minimum) ila 9.6 mA (maksimum)
• BIN F:6.4 mA (minimum) — Bu veri sayfası özetinde üst sınır belirtilmemiştir.

Tasarım Etkisi:Düşük akım için tasarlanmış (BIN C) bir devre, yüksek akım (BIN F) cihazı ile yeniden kalibre edilmeden kullanıldığında düzgün çalışmayabilir veya tam tersi. Sistem performansının tutarlılığını sağlamak için derece kodunun belirtilmesi çok önemlidir.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel parametrelerin çalışma koşullarına bağlı olarak nasıl değiştiğini gösteren birkaç karakteristik eğri sağlar. Bu, tek nokta özelliklerinin ötesindeki gerçek davranışı anlamak için çok önemlidir.

4.1 Kollektör Karanlık Akımının Ortam Sıcaklığı ile İlişkisi (Şekil 1)

Grafik, I_CEO(Karanlık akım) ortam sıcaklığı (T) arttıkça üstel olarak artar._AÖrneğin, 100°C'de karanlık akım, 25°C'dekinden birkaç kat daha yüksek olabilir. Bu, artan termal taşıyıcı üretiminden kaynaklanan temel bir yarı iletken davranışıdır.Tasarım Hususları:Yüksek sıcaklık uygulamalarında, artan karanlık akım önemli bir gürültü kaynağı haline gelebilir ve zayıf optik sinyalleri maskeleyebilir. Isıl yönetim veya sinyal koşullandırma gerekli olabilir.

4.2 Kollektör Güç Tüketiminin Ortam Sıcaklığı ile İlişkisi (Şekil 2)

Bu azaltma eğrisi, maksimum izin verilen güç tüketiminin (P_C) T_A'nin bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiğini gösterir. 100 mW'lık mutlak maksimum değer yalnızca 25°C veya altı sıcaklıklarda geçerlidir. T_ASıcaklık yükseldikçe, cihazın ısı dağıtma kapasitesi azalır, bu nedenle maksimum izin verilen güç doğrusal olarak düşürülmelidir. 85°C'de (maksimum çalışma sıcaklığı) izin verilen güç tüketimi önemli ölçüde azalır.Tasarım Hususları:Devre tasarımı, gerçek güç tüketiminin (V_CE* I_C) en yüksek beklenen çalışma sıcaklığındaki düşürülmüş değeri aşmamasını sağlamalıdır.

4.3 Yükselme/Düşme Süresi ile Yük Direnci İlişkisi (Şekil 3)

Bu eğri, anahtarlama hızı ile sinyal genliği arasındaki dengeyi göstermektedir. Yükselme süresi (T_r) ve düşme süresi (T_f), yük direnci (R_L) arttıkça artmaktadır. Daha büyük R_LGeniş bir çıkış voltajı salınımı sağlar (ΔV = I_C* R_L), ancak devrenin tepki süresini yavaşlatır çünkü transistörün bağlantı kapasitansının daha büyük bir direnç üzerinden şarj/deşarj olması daha uzun zaman alır.Tasarım Hususları:R_Ldeğeri, uygulamanın yüksek hızlı tepkiyi (düşük R_L) mi yoksa yüksek çıkış voltajı kazancını (yüksek R) mi önceliklendirdiğine göre belirlenmelidir._L) seçmek için.

4.4 Göreceli Kollektör Akımı ile Işınım Şiddeti İlişkisi (Şekil 4)

Bu grafik, normalize edilmiş kollektör akımının gelen ışık güç yoğunluğu (ışınım şiddeti, E_e) ile ilişkisini çizmektedir. Çizilen aralıkta (0 ila yaklaşık 5 mW/cm²) doğrusal bir ilişki sergiler. Bu doğrusallık, fototransistörlerin algılama uygulamalarında modellenmesi için kilit bir özelliktir, çünkü çıkış akımı giriş ışık şiddetiyle doğru orantılıdır. Bu eğri, V_CE= 5V koşulunda çizilmiştir.

4.5 Hassasiyet Şematik Diyagramı (Şekil 5)

Eksenler kısaltılmış olsa da, "Hassasiyet Şeması" genellikle dedektörün spektral tepkisini gösterir. LTR-209 gibi silikon fototransistörler, yakın kızılötesi bölgedeki ışığa en hassastır ve tepe noktası yaklaşık 800-950 nm civarındadır. Bu, onları λ=940nm LED gibi yaygın kızılötesi yayıcılarla (sınıflandırma test koşullarında belirtildiği gibi) kullanmak ve görünür ışık parazitini filtrelemek için son derece uygun kılar.

5. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

5.1 Paket Boyutları

Bu cihaz, standart delikli plastik paketleme kullanır. Veri sayfasındaki kritik boyut açıklamaları şunları içerir:

• Tüm boyutlar milimetre cinsindendir (parantez içinde inç).
• Aksi belirtilmedikçe, standart tolerans ±0.25mm (±.010") uygulanır.
• Flanş altındaki reçinenin maksimum çıkıntı miktarı 1.5mm'dir (.059").
• Pin aralığı, pinin paket gövdesinden çıktığı noktada ölçülür; bu, PCB lehim pedi tasarımı için kritik öneme sahiptir.

Polarite tanımlama:Daha uzun bacak genellikle kollektör, daha kısa bacak ise emitördür. Paket kenarındaki düz yüzey de emitör tarafını gösterebilir. Doğrulama için mutlaka paket diyagramına başvurun.

6. Kaynak ve Montaj Kılavuzu

Sağlanan ana kılavuz, elle veya dalga lehimleme için geçerlidir: Bacaklar, ölçüm noktası paket gövdesinden 1.6mm (.063") uzaklıkta olmak üzere, 260°C sıcaklığa 5 saniyeye kadar süreyle dayanabilir. Bu, iç yarı iletken çipin ve plastik paketin ısı hasarı görmesini önler.

Reflow lehimleme için:Bu veri sayfasında açıkça belirtilmemiş olsa da, benzer plastik paketler genellikle JEDEC standartlarına (örneğin J-STD-020) uygun bir eğri gerektirir ve tepe sıcaklığı genellikle 260°C'yi geçmez. Spesifik nem hassasiyet seviyesi (MSL) ve ön ısıtma gereksinimleri burada sağlanmamıştır, üretici ile teyit edilmelidir.

Depolama koşulları:Cihaz, -55°C ila +100°C arasındaki belirtilen sıcaklık aralığında, kuru ve korozif olmayan bir ortamda depolanmalıdır. Uzun süreli depolama için elektrostatik koruma önlemleri alınması önerilir.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Nesne Algılama ve Yakınlık Algılama:Kızılötesi LED'lerle birlikte kullanılarak, bir nesnenin varlığını, yokluğunu veya yakınlığını algılar (örneğin, otomat satış makinelerinde, yazıcılarda, endüstriyel otomasyonda).
• Yarık Tipi Sensörler ve Kodlayıcılar:Nesneleri saymak veya dönüş hızını ölçmek için kızılötesi ışın kesintilerini tespit eder.
• Uzaktan Kumanda Alıcısı:Özel fotodiyotlardan daha yavaş olmalarına rağmen, basit ve düşük maliyetli kızılötesi alıcı devrelerinde kullanılabilirler.
• Izgara ve Güvenlik Sistemleri:İzinsiz giriş tespiti için görünmez ışın demetleri oluşturun.

7.2 Tasarım Hususları ve Devre Konfigürasyonu

En yaygın devre konfigürasyonuOrtak emetörmodudur. Fototransistörün kollektörü, yük direnci (R_CCPozitif güç kaynağına (V) bağlanır._LEmetör topraklanır. Gelen ışık, fotoakımın (I) akmasına neden olur._CBu, kollektör düğümünde bir çıkış voltajı (V) oluşturur._OUT): V_OUT= V_CC- (I_C* R_L). Işık olmadığında, V_OUTyüksek seviyededir (~V_CC). Işık olduğunda, V_OUT düşer.

Kritik tasarım adımları:

1. R'yi seçin_L:Gerekli çıkış salınımına (V_CC/I_C(ON)) ve istenen hıza göre (bkz. Şekil 3). 1kΩ ile 10kΩ arasındaki değerler yaygındır.
2. Bant genişliğini göz önünde bulundurun:R_LDeğeri, cihazın jonksiyon kapasitansı ile birleşerek bir alçak geçiren filtre oluşturur. Darbe işlemi için, devrenin RC zaman sabitinin darbe genişliğinden çok daha küçük olduğundan emin olun.
3. Ortam ışığını yönetin:İstenmeyen görünür ışığı engellemek ve gürültüyü azaltmak için optik filtreleme kullanın (sensör üzerine koyu veya kızılötesi geçiren filtre yerleştirerek).
4. Sıcaklık Telafisi:Hassas analog algılama için, karanlık akımın sıcaklığa bağlılığını göz önünde bulundurun (Şekil 1). Teknikler arasında, fark yapılandırmasında eşleşen bir karanlık referans sensörü kullanmak veya yazılım tabanlı telafi uygulamak yer alır.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Diğer optik dedektörlerle karşılaştırıldığında:

• Fotodiyotlarla karşılaştırıldığında:Fototransistörler, doğal akım kazancı (β veya hFE) sağlar ve aynı ışık seviyesinde daha yüksek çıkış akımı üretir._FEBu, daha az sonraki kademe yükseltme gerektirdiğinden devre tasarımını basitleştirir. Ancak, fototransistörler genellikle fotodiyotlardan daha yavaştır (daha uzun yükselme/düşme süreleri) ve daha sınırlı bir doğrusal aralığa sahiptir.
• Fotodarlington transistörlerle karşılaştırıldığında:Fotodarlington transistörler standart fototransistörlere göre daha yüksek kazanç sağlar, ancak tepki süreleri belirgin şekilde daha yavaştır ve doyum gerilimi (V_CE(SAT)) de daha yüksektir. LTR-209, kazanç, hız ve gerilim düşümü arasında iyi bir denge sunar.
• LTR-209'un farklılaştırıcı özellikleri:其Şeffaf paketleme和Entegre lensKritik bir farklılaştırıcı faktördür. Birçok rakip fototransistör, ışığı zayıflatan siyah epoksi paketleme kullanır. LTR-209'un şeffaf paketlemesi hassasiyeti en üst düzeye çıkarırken, lens gelen ışığın aktif alana odaklanmasına yardımcı olarak yönlülüğü ve sinyal gücünü artırır.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Özelliklere Dayalı)

9.1 "BIN" kodu ne anlama gelir? Neden önemlidir?

BIN kodu (C, D, E, F), ölçülen iletim kollektör akımına (I_C(ON)) Cihazları sınıflandırır. Belirli bir performans aralığını garanti ettiği için bu çok önemlidir. Yanlış derecelendirmeye sahip bir cihaz kullanmak, devrenizin yetersiz veya aşırı hassas olmasına ve dolayısıyla arızaya neden olabilir. Lütfen sipariş verirken gerekli derecelendirmeyi belirttiğinizden emin olun.

9.2 Bu sensörü görünür ışık kaynağı ile birlikte kullanabilir miyim?

Silikon malzeme görünür ışığa tepki verse de, pik hassasiyeti yakın kızılötesi bölgededir (örtük Şekil 5'e bakınız). En iyi performansı elde etmek ve ortam görünür ışığının neden olabileceği parazitlerden kaçınmak için, onu bir kızılötesi verici (genellikle 850nm, 880nm veya 940nm) ile eşleştirmeniz ve dedektör üzerinde kızılötesi geçiren bir filtre kullanmanız şiddetle tavsiye edilir.

9.3 Çıkışı dijital sinyale nasıl dönüştürebilirim?

En basit yöntem, çıkışı (kolektör düğümü) bir Schmitt tetikleyici evirici veya histerezisli bir karşılaştırıcının girişine bağlamaktır. Bu, analog gerilim salınımını, gürültüden etkilenmeyen temiz bir dijital sinyale dönüştürür. Karşılaştırıcının eşik değeri, "aydınlık" ve "karanlık" çıkış gerilim seviyeleri arasına ayarlanmalıdır.

9.4 Neden parlak, yüksek sıcaklık ortamlarında çıkışım kararsız oluyor?

Bu büyük olasılıkla yüksek karanlık akımın (Şekil 1'e göre sıcaklıkla artar) ve ortam ışığına verilen tepkinin ortak etkisinden kaynaklanmaktadır. Çözümler şunları içerir: 1) Görüş alanını sınırlamak için fiziksel koruma veya tüp eklemek, 2) Modüle edilmiş kızılötesi ışık kaynağı ve senkronize tespit kullanmak, 3) Sıcaklık kararlı öngerilim veya telafi devresi uygulamak.

10. Gerçek Tasarım Vaka Çalışmaları

Sahne:Yazıcı için kağıt algılama sensörü tasarlamak.

Uygulama:Kızılötesi LED ve LTR-209'i kağıt yolunun iki tarafına, ışın oluşturacak şekilde hizalayarak yerleştirin. Kağıt varlığında ışını engeller. Fototransistör ortak emetör modunda yapılandırılmıştır, R_L= 4.7kΩ, V_CC= 5V.

Bileşen Seçimi ve Hesaplama:BIN D'den cihaz seçin (I_C(ON)= 1.6-4.8mA). Kağıt yokken (ışın demeti tam), I_C= 3mA (tipik) varsayılır. V_OUT= 5V - (3mA * 4.7kΩ) = 5V - 14.1V = -9.1V. Bu mümkün değildir, transistörün doyuma ulaştığını gösterir. Doyumda, V_OUT≈ V_CE(SAT)≈ 0.4V (düşük seviye sinyali). Kağıt ışık hüzmesini engellediğinde, I_C≈ I_CEO(çok küçük, ~nA), bu nedenle V_OUT≈ 5V (yüksek seviye sinyali). Mikrodenetleyicinin GPIO pimi, kağıt varlığını tespit etmek için bu yüksek/düşük seviye sinyalini doğrudan okuyabilir. Sensörün güç pinleri arasına gürültüyü filtrelemek için bir decoupling kapasitörü (örneğin 100nF) eklenmesi önerilir.

11. Çalışma Prensibi

Fototransistör, taban bölgesi ışığa maruz bırakılmış bir bipolar bağlantı transistörüdür (BJT). Yeterli enerjiye sahip gelen fotonlar, taban-toplayıcı ekleminde elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Bu fotogenerasyon taşıyıcıları, dahili elektrik alan tarafından süpürülür ve etkin bir şekilde taban akımı görevi görür. Daha sonra bu "optik taban akımı", transistörün akım kazancı (h_FE) ile yükseltilerek çok daha büyük bir toplayıcı akımı üretir. Bu toplayıcı akımının büyüklüğü, gelen ışığın şiddetiyle orantılıdır ve böylece algılama işlevi sağlar. LTR-209'in şeffaf kılıfı ve lensi, hassas yarı iletken eklemine ulaşan foton miktarını en üst düzeye çıkarır.

12. Teknoloji Trendleri

LTR-209 gibi fototransistörler, olgun ve uygun maliyetli bir teknolojiyi temsil eder. Optoelektroniğin güncel eğilimleri şunları içerir:

• Entegrasyon:Entegre çözümlere doğru ilerleyerek, fotodedektör, yükseltici ve dijital mantığın (örneğin, dahili mantık çıkışlı fotodedektör kesiciler) tek bir çip üzerinde entegre edilmesi, harici bileşen sayısını azaltır ve gürültü bağışıklığını artırır.
• Yüzey Montajlı Cihaz (SMD):Delikli montaj (through-hole) paketleri prototipleme ve bazı uygulamalarda hala popüler olsa da, endüstri otomatik montaja ve alanı kısıtlı tasarımlara uyum sağlamak için daha küçük SMD paketlerine (örneğin SMT-3) güçlü bir şekilde yönelmektedir.
• Performans İyileştirmesi:Otomotiv, endüstriyel ve tüketici elektroniği alanlarındaki daha zorlu uygulama gereksinimlerini karşılamak için daha hızlı tepki süresi, daha düşük karanlık akım ve daha yüksek sıcaklık kararlılığına sahip cihazlar geliştirmek.
• Uygulamaya Özgü Optimizasyon:Sensörler, belirli dalga boylarına (örneğin, belirli bir kızılötesi dalga boyu için kalp atış hızı izleme) veya yerleşik gün ışığı filtrelerine göre özelleştirilmektedir.

Fototransistörün temel çalışma prensibi geçerliliğini korumaktadır ve LTR-209 gibi cihazlar, basitliği, sağlamlığı ve düşük maliyeti nedeniyle, temelden orta düzeye kadar çeşitli algılama ihtiyaçlarını karşılamak için güvenilir bir seçenek olmaya devam etmektedir.