LTR-306 Fototransistör Veri Sayfası - Yandan Bakış Paketi - Kollektör Akımı 2.4mA'ya Kadar - Gerilim 30V - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTR-306, yandan bakış plastik paket içine yerleştirilmiş bir silikon NPN fototransistördür. Bu bileşen, kızılötesi radyasyonu algılamak üzere tasarlanmış olup, gelen ışığı kollektör terminalinde bir elektrik akımına dönüştürür. Ana işlevi, çeşitli elektronik devrelerde ışık kontrollü bir anahtar veya analog ışık şiddeti sensörü olarak görev yapan bir ışık sensörüdür. Yandan bakış paket yönlendirmesi, ışık kaynağının PCB'nin yan tarafında konumlandırıldığı uygulamalar için ideal olan, hassas alanın bağlantı bacaklarına dik yönde baktığı anlamına gelen temel bir özelliktir.

Bu cihazın temel avantajları, farklı hassasiyet gereksinimleri arasında tasarım esnekliği sağlayan geniş kollektör akımı çalışma aralığını içerir. Entegre lens, gelen kızılötesi ışığı aktif yarı iletken bölgeye odaklayarak hassasiyeti artırmak üzere tasarlanmıştır. Ayrıca, düşük maliyetli plastik paket kullanımı, temel performans parametrelerinden ödün vermeden maliyet etkinliğinin kritik olduğu yüksek hacimli tüketici ve endüstriyel uygulamalar için ekonomik bir seçenek sunar.

LTR-306'nın hedef pazarı, güvenilir kızılötesi algılama gerektiren geniş bir uygulama yelpazesini kapsar. Bu, nesne algılama ve sayma sistemleri, yuva sensörleri (örn. yazıcılar ve otomatlar), bant sonu sensörleri, yakınlık algılama ve endüstriyel otomasyon ekipmanlarını içerir ancak bunlarla sınırlı değildir. Sağlam tasarımı ve belirtilen performansı, hem basit hem de karmaşık elektronik sistemlere entegrasyon için uygun kılar.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu koşullar altında çalışma garanti edilmez. Maksimum güç dağılımı, 25°C ortam sıcaklığında (T_A) 100 mW'dır. Kollektör-emitör gerilimi (V_CE) 30 V'u aşmamalıdır, ters emitör-kollektör gerilimi (V_EC) ise 5 V ile sınırlıdır. Cihaz, -40°C ila +85°C aralığında çalışma ve -55°C ila +100°C aralığında depolama için derecelendirilmiştir. Lehimleme için, bağlantı bacakları paket gövdesinden 1.6mm ölçüldüğünde 5 saniye boyunca 260°C'ye dayanabilir; bu, dalga veya reflow lehimleme işlemleri için standart bir gerekliliktir.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Tüm elektriksel ve optik parametreler, performans karşılaştırması için bir temel sağlayan T_A=25°C'de belirtilmiştir.

• Kollektör-Emitör Çökme Gerilimi (V_(BR)CEO):Minimum 30V (I_C= 1mA, E_e=0). Bu, ışık olmadığında jonksiyonun çöktüğü gerilimdir.
• Emitör-Kollektör Çökme Gerilimi (V_(BR)ECO):Minimum 5V (I_E= 100μA, E_e=0). Bu parametre, ters öngerilim koşulları için önemlidir.
• Kollektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(SAT)):Tipik 0.1V, maksimum 0.4V (I_C= 100μA, E_e=1 mW/cm²). Bu düşük gerilim, transistör tamamen açıkken iyi anahtarlama performansını gösterir.
• Yükselme Süresi (T_r) ve Düşme Süresi (T_f):Her biri maksimum 20 μs (V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ). Bu parametreler, fototransistörün bir ışık darbesine tepki olarak anahtarlama hızını tanımlar.
• Kollektör Karanlık Akımı (I_CEO):Maksimum 100 nA (V_CE= 10V, E_e=0). Bu, ışık olmadığında oluşan sızıntı akımıdır ve düşük ışık hassasiyeti ile sinyal-gürültü oranı için kritik bir parametredir.

3. Sınıflandırma (Binning) Sistemi Açıklaması

LTR-306, temel parametresi olan Açık Durum Kollektör Akımı (I_C(ON)) için bir sınıflandırma sistemi kullanır. Sınıflandırma, bileşenleri belirtilen aralıklar içinde ölçülen performansa göre gruplandıran bir kalite kontrol ve ayırma işlemidir. Bu, nihai kullanıcı için tutarlılık sağlar. Cihaz standart koşullar altında test edilir (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², λ=940nm).

Sınıflar A'dan F'ye etiketlenmiştir ve her biri I_C(ON):

• için belirli bir aralığı temsil eder: Sınıf A:0.20 mA ila 0.60 mA
• Sınıf B:0.40 mA ila 1.08 mA
• Sınıf C:0.72 mA ila 1.56 mA
• Sınıf D:1.04 mA ila 1.80 mA
• Sınıf E:1.20 mA ila 2.40 mA
• Sınıf F:Minimum 1.60 mA (sağlanan veride üst sınır belirtilmemiştir)

Bu sistem, tasarımcıların devrelerinin gerektirdiği hassasiyetle eşleşen bir sınıf seçmesine olanak tanır. Örneğin, bir röleyi veya LED'i doğrudan sürmek için yüksek çıkış akımı gerektiren bir devre, Sınıf E veya F'yi belirtebilirken, düşük güçlü bir algılama devresi, güç tüketimini en aza indirmek için Sınıf A veya B'yi kullanabilir.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel parametrelerin çalışma koşullarına göre nasıl değiştiğini gösteren tipik karakteristik eğriler içerir. Bunlar, tek nokta özelliklerinin ötesinde cihaz davranışını anlamak için gereklidir.

4.1 Kollektör Karanlık Akımı - Ortam Sıcaklığı (Şekil 1)

Bu eğri, kollektör karanlık akımının (I_CEO) artan ortam sıcaklığıyla üstel olarak arttığını gösterir. -40°C'de pikoamper aralığındadır, ancak 120°C'de yaklaşık 100 μA'ya yükselebilir. Bu özellik, artan karanlık akımın bir ofset veya gürültü kaynağı olarak hareket ettiği ve sensörün etkin hassasiyetini ve dinamik aralığını potansiyel olarak azaltabileceği için yüksek sıcaklık uygulamaları için kritiktir.

4.2 Kollektör Güç Dağılımı - Ortam Sıcaklığı (Şekil 2)

Bu grafik, ortam sıcaklığı arttıkça izin verilen maksimum güç dağılımının düşürülmesini gösterir. Cihaz 25°C'de 100 mW dağıtabilirken, bu değer termal kaçakları önlemek ve güvenilirliği sağlamak için daha yüksek sıcaklıklarda doğrusal olarak azaltılmalıdır. Eğri, uygulama tasarımında termal yönetim için gerekli verileri sağlar.

4.3 Yükselme ve Düşme Süresi - Yük Direnci (Şekil 3)

Bu çizim, anahtarlama hızı ve yük direnci arasındaki dengeyi ortaya koyar. Yükselme ve düşme süreleri (T_r, T_f), yük direnci (R_L) değeri arttıkça önemli ölçüde artar. 1kΩ yük için süre yaklaşık 20μs'dir, ancak 10kΩ yük için 150μs'yi aşabilir. Tasarımcılar, hızlı tepki süresi ihtiyacını istenen çıkış gerilimi salınımı veya akım seviyesi ile dengelemek için R_L değerini seçmelidir.

4.4 Bağıl Kollektör Akımı - Işınım (Şekil 4)

Bu temel bir transfer karakteristiğidir. V_e 5V'da tutulduğunda, kollektör akımının gelen ışık ışınımı (E_CE) ile alt aralıkta (0-2 mW/cm²) nispeten doğrusal olduğunu gösterir. Bu doğrusal bölge, cihazın analog ışık ölçümü için kullanılabileceği yerdir. Daha yüksek ışınım seviyelerinde, tepki doymaya başlayabilir.

4.5 Hassasiyet Diyagramı (Şekil 5)

Bu kutupsal diyagram, fototransistörün açısal hassasiyetini gösterir. Bağıl hassasiyet, gelen ışığın açısına karşı çizilir. Cihazın hassasiyetin maksimum olduğu belirli bir görüş açısına (tipik olarak eksen üzeri, 0°) sahip olduğunu gösterir. Işık kaynağı eksenden uzaklaştıkça hassasiyet azalır. Bu diyagram, ışık kaynağı ve sensör arasında optimal bağlantıyı sağlamak için nihai uygulamada mekanik hizalamanın tasarlanması için hayati öneme sahiptir.

5. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

LTR-306, plastik yandan bakış paketi kullanır. Boyutlar, tüm ölçümler milimetre (parantez içinde inç) cinsinden veri sayfasında sağlanmıştır. Temel boyutsal toleranslar, aksi belirtilmedikçe tipik olarak ±0.25mm'dir. Bağlantı bacakları aralığı, PCB ayak izi tasarımı için kritik olan, bağlantı bacaklarının paket gövdesinden çıktığı noktada ölçülür. Paket, optik toplama verimliliğini artırmak için plastiğe şekillendirilmiş bir lens içerir. Yandan bakış yönlendirmesi, aktif algılama alanının bileşenin üstünde değil, yan tarafında olduğu anlamına gelir. Paket çiziminde net polarite tanımlaması (emitör ve kollektör bacakları) sağlanmıştır; bu, doğru devre kartı montajı için gereklidir.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Cihaz standart PCB montaj işlemlerine uygundur. Mutlak maksimum değer, bağlantı bacaklarının paket gövdesinden 1.6mm (0.063") ölçüldüğünde 5 saniye boyunca 260°C lehimleme sıcaklığına dayanabileceğini belirtir. Bu değer, tipik dalga lehimleme ve reflow lehimleme profilleriyle uyumludur. Plastik paket genellikle sağlam olsa da, nem hassasiyeti işleme için standart JEDEC veya IPC kılavuzlarının takip edilmesi önerilir. Lehimleme sırasında, paket üzerinde aşırı termal stres oluşmasından kaçınılmalıdır. Montajdan sonra, plastik malzemeyle uyumlu çözücülerle temizlik yapılmalıdır. Depolama için -55°C ila +100°C belirtilen aralığına uyulmalı ve bileşenler tipik olarak nem bariyerli torbalarda kurutucu ile tedarik edilir.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Nesne Algılama/Kesinti:Bir nesnenin ışını kırıp kırmadığını algılamak için bir kızılötesi LED ile çiftler halinde kullanılır. Yazıcılar, fotokopi makineleri, otomatlar ve endüstriyel sayaçlarda yaygındır.
• Yakınlık Algılama:Yakındaki bir nesneden kızılötesi ışığın yansımasını algılamak.
• Işık Bariyeri/Yuva Sensörleri:Bir bandın, kağıdın veya diğer malzemenin kenarını algılamak.
• Kodlayıcılar:Optik döner veya doğrusal kodlayıcılarda, bir kod tekerleği veya şeridi üzerindeki desenleri okumak için kullanılır.
• Basit Uzaktan Kumanda Alıcıları:Temel kızılötesi komut algılama için (karmaşık protokoller için özel alıcı modüller daha yaygın olsa da).

7.2 Tasarım Hususları

• Öngerilim:Fototransistör iki yaygın konfigürasyonda kullanılabilir: anahtar modu (bir çekme direnci ile) veya analog mod (ortak emitörlü yükselteç konfigürasyonunda). Yük direncinin (R_L) değeri, hem çıkış gerilimi/akımını hem de tepki hızını kritik şekilde etkiler (bkz. Şekil 3).
• Ortam Işığı Bağışıklığı:Değişen ortam ışığı (örn. güneş ışığı, oda ışıkları) olan ortamlarda güvenilir çalışma için, kızılötesi kaynağın modülasyonu ve fototransistör sinyalinin karşılık gelen filtrelemesi veya demodülasyonu genellikle gereklidir.
• Lens ve Hizalama:Kızılötesi yayıcı ile fototransistör arasında, yandan bakış yönlendirmesi ve açısal hassasiyet deseni (Şekil 5) dikkate alınarak uygun mekanik hizalama, sinyal gücünü ve güvenilirliği en üst düzeye çıkarmak için gereklidir.
• Sıcaklık Etkileri:Tasarım, özellikle açık hava veya zorlu ortamlarda, karanlık akım (Şekil 1) ve hassasiyetin sıcaklıkla değişimini hesaba katmalıdır.
• Elektriksel Gürültü:Hassas analog devrelerde, yüksek empedanslı fototransistör düğümünde gürültü alımını önlemek için ekranlama ve uygun topraklama gerekebilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılıklar

Standart bir fotodiyotla karşılaştırıldığında, LTR-306 gibi bir fototransistör, aynı ışık girişi için çok daha yüksek bir çıkış akımıyla sonuçlanan dahili kazanç sağlar. Bu, birçok basit algılama devresinde harici bir transempedans yükselteci ihtiyacını ortadan kaldırarak bileşen sayısını ve maliyeti azaltır. Diğer fototransistörlerle karşılaştırıldığında, LTR-306'nın spesifik avantajları, belirli optik yollar için uygun farklı bir mekanik form faktörü olanyandan bakış paketi, esneklik sunangeniş kollektör akımı sınıflandırması veartırılmış hassasiyet için entegre lensinde yatar. Belirtilen yükselme/düşme süreleri ve gerilim değerleri, onu orta hızlı uygulamalar için sağlam bir genel amaçlı bileşen yapar.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Sınıf kodu (A, B, C vb.) tasarımım için ne anlama geliyor?

C: Sınıf kodu, cihazın standart test koşulları altında üreteceği garanti edilen kollektör akımı aralığını gösterir. Güç tüketimini göz önünde bulundururken, aşağı akım devreniz (örn. karşılaştırıcı, mikrodenetleyici ADC) için yeterli sinyal akımı sağlayan bir sınıf seçin. Daha yüksek sınıflar (E, F) daha fazla akım sağlar ancak biraz daha yüksek karanlık akıma sahip olabilir.

S: Bu sensörü güneş ışığında kullanabilir miyim?

C: Doğrudan güneş ışığı, sensörü doyurabilecek ve ayrı bir IR kaynağını algılamak için kullanılamaz hale getirebilecek önemli miktarda kızılötesi radyasyon içerir. Açık hava kullanımı için, optik filtreleme (görünür ışığı engelleyen bir IR-geçiren filtre) ve/veya senkron tespitli modüle edilmiş ışık kaynakları zorunludur.

S: Yükselme/düşme süresi neden yük direncine bağlıdır?

C: Fototransistörün hızı, jonksiyon kapasitansı ve yük direnci (R_L) tarafından oluşturulan RC zaman sabiti ile sınırlıdır. Daha büyük bir R_L daha büyük bir zaman sabiti oluşturur, kollektördeki gerilim salınımını yavaşlatır ve dolayısıyla yükselme ve düşme sürelerini artırır. Daha hızlı tepki için daha küçük bir R_L kullanın, ancak bu aynı zamanda çıkış gerilimi salınımını da azaltacaktır.

S: Hassasiyet diyagramını nasıl yorumlamalıyım?

C: Diyagram, sensörün farklı açılardan gelen ışığa göre bağıl tepkisini gösterir. 1.0 (veya %100) değeri tipik olarak 0°'dedir (lense doğrudan). Eğri, ışık kaynağı yanlış hizalandığında sinyalin ne kadar azaldığını gösterir. Bunu, ürününüzdeki mekanik muhafaza ve hizalama özelliklerini tasarlamak için kullanın.

10. Pratik Tasarım Örneği

Senaryo: Bir Yazıcı için Kağıt Varlık Sensörü Tasarımı.Kağıt yolunun bir tarafına bir kızılötesi LED, tam karşısına ise LTR-306 yerleştirilerek bir ışın oluşturulur. Kağıt olmadığında, IR ışığı fototransistöre çarpar, onu açar ve kollektör gerilimini düşürür. Kağıt geçtiğinde, ışını bloke eder, fototransistör kapanır ve kollektör gerilimi yükselir (bir çekme direnci aracılığıyla). Bu gerilim geçişi bir mikrodenetleyici tarafından algılanır.

Tasarım Adımları:

1. Beklenen çalışma sıcaklığı aralığında seçilen çekme direnci üzerinden voltajı güvenilir bir şekilde sürmek için yeterince güçlü bir akım değişimi sağlamak amacıyla uygun bir sınıf seçin (örn. Sınıf C).

2. Bir yük/çekme direnci (R_L) seçin. 5V besleme ile 4.7kΩ'luk bir direnç iyi bir gerilim salınımı sağlar. Ortaya çıkan ~100μs tepki süresinin kağıt hızı için yeterince hızlı olduğundan emin olmak için Şekil 3'e bakın.

3. LED ve LTR-306'nın hassasiyet diyagramındaki (Şekil 5) 0° eksenine göre hizalanması için tutucuyu mekanik olarak tasarlayın. Yandan bakış paketi, her iki bileşenin de birbirine bakacak şekilde PCB üzerine düz olarak monte edilebilmesi nedeniyle bunu basitleştirir.

4. Sensörü sabit ortam IR ışığına karşı bağışık hale getirmek için modülasyonlu (örn. 1kHz kare dalga) bir IR LED sürücüsü uygulayın. Mikrodenetleyici daha sonra sensör sinyalini bu modülasyonla senkron olarak okur.

11. Çalışma Prensibi

Fototransistör, beyz bölgesinin ışığa maruz kaldığı bir bipolar jonksiyon transistörüdür. LTR-306'da (NPN tipi), yeterli enerjiye sahip gelen fotonlar (~940nm'de kızılötesi ışık) beyz-kollektör jonksiyonunda emilir ve elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Bu fotogenerasyon taşıyıcılar, ters öngerilimli beyz-kollektör jonksiyonundaki elektrik alanı tarafından ayrılır. Ortaya çıkan fotoakım, transistör için bir beyz akımı olarak hareket eder. Transistörün akım kazancı (beta/h_FE) nedeniyle, bu küçük fotoakım yükseltilerek çok daha büyük bir kollektör akımı üretilir. Bu dahili yükseltme, bir fotodiyottan temel farktır. Kollektör akımı, temel olarak gelen ışığın şiddeti ve cihazın kazancı ile orantılıdır.

12. Teknoloji Trendleri

LTR-306 gibi fototransistörler, basit ışık algılama için olgun ve maliyet etkin bir teknolojiyi temsil eder. Optoelektronikteki mevcut trendler, dijital çıkış sensörleri veya geliştirilmiş doğrusallık ve sıcaklık kompanzasyonu ile analog sensörler oluşturmak için fototransistörlerin yonga üzeri yükseltme ve sinyal işleme devreleriyle entegrasyonunu içerir. Ayrıca, daha da küçük ayak izlerine sahip minyatürleştirme ve yüzey montaj paketlere doğru bir hareket vardır. Daha yüksek hızlı ve daha hassas uygulamalar için, harici transempedans yükselteçli fotodiyotlar veya özel optik entegre devreler genellikle tercih edilir. Ancak, temel, düşük maliyetli, orta hızlı algılama görevleri için, ayrık fototransistörler basitlikleri, sağlamlıkları ve düşük bileşen sayıları nedeniyle oldukça geçerliliğini korumaktadır.