LTR-C951-TB 红外发射器与接收器规格书 - 5mm封装 - 30V集电极-发射极电压 - 940nm - 中文技术文档

1. 产品概述

LTR-C951-TB是一款分立式红外光电晶体管元件，专为传感应用而设计。它属于一个广泛的光电器件系列，适用于需要可靠红外探测的系统。该元件的主要功能是将入射的红外光在其集电极-发射极端子处转换为相应的电信号。其设计针对自动化组装工艺和标准表面贴装技术生产线进行了优化。

该器件的核心优势在于其采用的光电晶体管结构，该结构提供了内部增益，因此与基础光电二极管相比具有更高的灵敏度。集成的黑色环氧树脂圆顶透镜有助于限定视角，并能提供一定程度的背景光抑制，尽管本型号的规格书并未明确说明其配备了用于降低可见光噪声的专用滤光片。该元件被指定为符合RoHS和无铅环保产品标准。

其目标市场和应用明确面向高性价比、大批量的消费电子和工业电子领域。主要应用领域包括遥控系统的红外接收器，以及用于接近感应、物体检测和基础数据传输链路（其中高速性能并非主要要求）的PCB安装式红外传感器。

2. 技术规格详解

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。不建议在超出这些值的条件下操作器件。

• 功耗 (P_D):100 mW。这是在环境温度 (T_A) 为25°C时，器件能够以热量形式耗散的最大功率。超过此限制有热失控和失效的风险。
• 集电极-发射极电压 (V_CEO):30 V。在基极开路（光电晶体管模式）时，可施加在集电极和发射极引脚之间的最大电压。
• 发射极-集电极电压 (V_ECO):5 V。可施加在发射极和集电极之间的最大反向电压。
• 工作温度范围 (T_opr):-40°C 至 +85°C。保证器件符合其公布的电气规格的环境温度范围。
• 储存温度范围 (T_stg):-55°C 至 +100°C。器件在不加电状态下储存的温度范围。
• 红外回流焊条件:峰值温度260°C，最长持续10秒。这定义了SMT组装的热分布容差。

2.2 电气与光学特性

这些参数是在T_A=25°C的特定测试条件下测量的，定义了器件的典型性能。

• 集电极-发射极击穿电压 (V_(BR)CEO):30 V (最小值)。在特定测试条件（I_R= 100µA，无光照）下确认绝对最大额定值。
• 发射极-集电极击穿电压 (V_(BR)ECO):5 V (最小值)。确认反向电压额定值。
• 集电极-发射极饱和电压 (V_CE(SAT)):0.4 V (最大值)。当光电晶体管在光照下（E_e=0.5 mW/cm² @ 940nm）且集电极电流 (I_C) 为100µA时完全"导通"（饱和），集电极与发射极之间的压降将为0.4V或更低。较低的V_CE(SAT)通常对开关应用更有利。
• 上升时间 (T_r) 与下降时间 (T_f):15 µs (典型值)。这些参数规定了器件的速度。在测试条件V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ下，当被光照时，输出从其最终值的10%上升到90%大约需要15微秒；当光照移除时，再需要15微秒回落。这表明该器件适用于中低频应用（最高数十kHz），而非高速数据传输。
• 集电极暗电流 (I_CEO):100 nA (最大值)。这是器件处于完全黑暗环境（E_e= 0 mW/cm²）且V_CE=20V时，流过集电极-发射极结的漏电流。较低的暗电流有助于在弱光条件下获得更好的信噪比。
• 导通状态集电极电流 (I_C(ON)):5.5 mA (典型值)。这是当器件受到特定辐照度0.5 mW/cm²的940nm红外光照射，并以V_CE=5V偏置时，产生的典型集电极电流。此参数直接关系到器件的灵敏度。

3. 性能曲线分析

规格书引用了"典型电气/光学特性曲线"部分。虽然文本中未提供具体图表，但我们可以推断其标准内容及其对设计的重要性。

像LTR-C951-TB这样的光电晶体管的典型曲线包括：

• 集电极电流 (I_C) 与辐照度 (E_e):这是最重要的曲线，显示了在不同集电极-发射极电压 (V_CE) 下，入射光功率与输出电流之间的关系。它展示了响应的线性度（或非线性），使设计人员能够计算达到所需输出电流所需的辐照度。
• 集电极电流 (I_C) 与集电极-发射极电压 (V_CE):这些是输出特性曲线，针对不同辐照度水平绘制。它们显示了光电晶体管的工作区域（饱和区和放大区），有助于选择合适的负载电阻 (R_L)。
• 光谱响应:一条显示器件对不同波长光的相对灵敏度的曲线。虽然器件使用940nm光进行测试，但此曲线会显示其对其他红外波长（例如850nm、880nm）以及可能对可见光的响应，表明如果需要特定的波长隔离，可能需要光学滤波。
• 温度依赖性:显示暗电流 (I_CEO) 和灵敏度等关键参数在工作温度范围内如何变化的曲线。暗电流通常随温度呈指数增长，这可能是高温或精密应用中的关键因素。

设计人员必须查阅这些图表，以在其特定的电路和环境条件下精确模拟器件的行为，因为表格中的典型值仅提供了25°C下的一个快照。

4. 机械与封装信息

4.1 外形尺寸

该器件遵循标准封装外形。提供的尺寸图（规格书中引用）规定了物理尺寸、引脚间距和透镜几何形状。主要特征包括带有圆顶透镜的黑色环氧树脂主体，这有助于控制传感器的方向性响应（视角）。该封装设计兼容自动贴片设备，便于大批量生产。

4.2 极性识别

光电晶体管是有极性的器件。规格书的外形图将明确指示引脚排列：集电极 (C) 和发射极 (E)。在PCB组装过程中连接极性错误将导致器件无法工作。

4.3 建议焊盘布局与封装尺寸

规格书包含一个"建议焊盘尺寸"图。这对PCB布局设计人员来说是至关重要的参考。它提供了印刷电路板上推荐的铜焊盘几何形状（尺寸和形状），以确保在回流焊过程中形成可靠的焊点，同时最大限度地减少对元件的应力。遵循这些建议对于制造良率和长期可靠性至关重要。

此外，"载带与卷盘封装尺寸"部分详细说明了为自动化组装提供的元件包装方式。它规定了载带尺寸、料袋间距、卷盘直径（7英寸）以及带内零件的方向。这些信息对于正确编程SMT贴片机至关重要。

5. 组装、储存与操作指南

5.1 焊接与回流焊曲线

该器件适用于红外回流焊工艺。绝对最大条件是峰值温度260°C，最长持续10秒。规格书建议遵循JEDEC标准的回流焊曲线，通常包括预热阶段（150-200°C）、受控升温至峰值温度以及受控冷却阶段。同时强调需遵守焊膏制造商的规格。对于手动维修，烙铁温度不应超过300°C，每个焊点的接触时间最长3秒。

5.2 储存条件

湿度敏感性是塑料SMD元件的一个关键因素。LED/光电晶体管包装在带有干燥剂的防潮袋中。

• 密封包装:应储存在≤30°C且相对湿度≤90%的条件下。在此条件下的保质期为一年。
• 已开封包装:暴露在环境空气中的元件应储存在≤30°C且相对湿度≤60%的条件下。强烈建议在打开包装袋后一周（168小时）内完成红外回流焊工艺。对于在原包装外更长时间的储存，元件必须储存在带有干燥剂的密封容器中或氮气环境中。如果储存超过一周，在焊接前需要在60°C下烘烤至少20小时，以去除吸收的水分，防止回流焊过程中发生"爆米花"损坏。

5.3 清洁

如果需要进行焊后清洁，只能使用异丙醇等醇基溶剂。刺激性或腐蚀性的化学清洁剂可能会损坏环氧树脂透镜或封装。

6. 包装与订购信息

LTR-C951-TB采用标准的EIA包装供应，用于自动化组装。元件装入压纹载带，然后卷绕在直径为7英寸的卷盘上。每卷包含1500片。载带带有覆盖膜，以在搬运和运输过程中保护元件。规格书注明其符合ANSI/EIA 481-1-A-1994载带和卷盘包装规范。

7. 应用设计注意事项

7.1 典型应用电路

规格书提供了基本的驱动电路建议。光电晶体管是一种电流输出器件。在典型的开关应用中，它连接成共发射极配置：

• 集电极通过一个负载电阻 (R_CC) 连接到电源电压 (V_L)。
• 发射极接地。
• 输出信号取自集电极节点。

当没有光入射时，光电晶体管关断（高阻抗），集电极的输出电压被拉高至V_CC（减去R_L上的微小暗电流压降）。当被光照时，光电晶体管导通，电流流动，输出电压降至低电平（接近V_CE(SAT))。R_L的值根据所需的输出电压摆幅、速度（因为它与电路寄生参数形成RC时间常数）以及可用的光电流 (I_C(ON)) 来选择。

7.2 设计说明与注意事项

• 抗环境光干扰:黑色透镜提供了一定的滤波作用，但在具有强环境红外光（阳光、白炽灯泡）的环境中操作时，可能需要额外的外部红外透过/可见光阻挡光学滤光片来提高信噪比。
• 速度限制:由于上升/下降时间为数十微秒，该器件不适用于高速数据通信（例如IrDA）。它非常适合遥控编码（例如RC-5、NEC）和简单的开关检测。
• 线性工作偏置:如果在线性（模拟）模式下使用，而不是作为开关，器件必须在其放大区工作 (V_CE> V_CE(SAT))。必须考虑I_C与E_e曲线中显示的非线性特性。
• 应用范围:规格书包含一项标准警告，即该元件适用于通用电子产品。需要极高可靠性的应用，特别是在生命支持、安全或运输系统中，需要事先咨询并可能需要元件级认证。

8. 工作原理

光电晶体管是一种双极结型晶体管，其基区暴露在光下，而不是通过电接触。基极-集电极结充当光电二极管。当具有足够能量（此处为红外光）的光子撞击该结时，会产生电子-空穴对。这种光生电流充当晶体管的基极电流 (I_B)。然后晶体管通过其直流电流增益 (h_FE) 放大该电流，从而产生大得多的集电极电流 (I_C= h_FE* I_B(photo))。这种内部增益是光电晶体管与没有内部放大的简单光电二极管相比具有高灵敏度的原因。黑色环氧树脂封装容纳半导体芯片并形成圆顶透镜，将入射光聚焦到敏感区域。

9. 基于技术参数的常见问题解答

Q1: 该器件的典型视角是多少？

A1: 规格书未指定具体的视角数值。黑色圆顶透镜通常提供中等视角（例如，此类封装常见为±20°至±40°），但确切值应从详细外形图或联系制造商确认。

Q2: 我可以将其与850nm红外LED一起使用吗？

A2: 该器件在940nm波长下测试，其I_C(ON)也是在该波长下指定的。光电晶体管通常在近红外范围内具有较宽的光谱响应。它很可能对850nm光有响应，但灵敏度可能不同。为了获得最佳性能和可预测的信号电平，建议将其与峰值灵敏度波长（可能在940nm左右）的红外发射器配对使用。请查阅光谱响应曲线。

Q3: 如何选择负载电阻 (R_L) 的值？

A3: R_L的选择基于您的电源电压 (V_CC)、所需的输出逻辑电平和要求的速度。对于5V电源：为确保晶体管导通时获得良好的逻辑'低'电平（例如<0.8V），R_L≤ (V_CC- V_CE(SAT)) / I_C(ON)。假设V_CC=5V, V_CE(SAT)=0.4V, I_C(ON)=5.5mA，则R_L≤ (5-0.4)/0.0055 ≈ 836Ω。标准的1kΩ电阻是一个常见选择，在电流消耗和输出摆幅之间提供了良好的折衷。为了获得更快的速度，较小的R_L更好（减少RC时间常数），但会增加功耗。

Q4: 为什么暗电流很重要？

A4: 暗电流 (I_CEO) 设定了传感器的本底噪声。在黑暗环境中，该电流仍会流过R_L，产生小的电压降。这限制了可检测的最小光信号。在高温应用中，暗电流会显著增加并可能使输出饱和，导致传感器无法使用。