LTR-C155DD-G 光电二极管规格书 - 940nm峰值波长 - 5V反向电压 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTR-C155DD-G是一款分立式红外光电二极管元件，专为近红外光谱的传感应用而设计。它属于一个广泛的光电器件系列，适用于需要可靠检测红外信号的系统。其主要功能是将入射的红外光转换为电流，使其能够作为接收器或传感元件使用。

1.1 核心优势与目标市场

该元件为设计人员提供了多项关键优势。它具有高信噪比，这对于在客厅或办公室等环境中区分有效的红外指令与环境光噪声至关重要。该器件兼容自动贴装设备和红外回流焊接工艺，适用于大批量自动化生产线。其主要目标市场包括用于遥控系统的消费电子产品、用于运动或光束检测的安全报警系统，以及涉及短距离红外数据传输的各种应用。

1.2 特性

• 符合RoHS和绿色产品指令。
• 采用顶视封装，配备水清平透镜，确保角度响应一致性。
• 以8mm载带形式供应，卷绕在7英寸直径的卷盘上，便于自动化组装。
• 兼容自动贴装（拾放）设备。
• 可承受标准的红外回流焊接工艺。
• 采用EIA标准外形封装。

1.3 应用

• 用于遥控器的红外接收模块（电视、空调、机顶盒）。
• 用于接近感应或物体检测的PCB贴装红外传感器。
• 使用红外光束的安全报警系统。
• 简单的红外无线数据传输链路。

2. 技术参数：深入客观解读

电气和光学特性定义了光电二极管的工作边界和性能。理解这些参数对于正确的电路设计以及确保在目标应用中可靠运行至关重要。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值规定了可能导致器件永久损坏的极限值。它们不适用于连续工作。

• 功耗 (Pd)：最大150 mW。这是器件作为热量耗散的总功率，主要来自反向偏置电流以及高光照下的任何光电流。
• 反向电压 (VR)：最大30 V。施加高于此值的反向电压可能导致击穿并损坏光电二极管结。
• 工作温度范围 (TA)：-40°C 至 +85°C。保证器件在此环境温度范围内正常工作。
• 存储温度范围 (Tstg)：-55°C 至 +100°C。器件可在此范围内存放而不工作。
• 红外焊接条件：可承受260°C峰值温度10秒，符合典型的无铅回流焊温度曲线。

2.2 电气与光学特性 (TA=25°C)

这些是在指定测试条件下的典型和保证性能参数。

• 正向电压 (Vf)：在 If=1mA 时为 0.4V 至 1.0V。如果光电二极管意外正向偏置，此参数相关；但这不是其正常工作模式。
• 反向击穿电压 V(BR)：在 IR=100µA 时最小为 30V。这确认了器件可以安全处理最大额定反向电压。
• 反向暗电流 (ID)：在 VR=5V，Ee=0mW/cm² 时最大为 100 nA。这是无光照时的漏电流。较低的暗电流提高了对弱信号的灵敏度。
• 开路电压 (VOC)：在 λ=940nm，Ee=0.5mW/cm² 时最大为 0.4V。这是光电二极管在光照下于光伏模式（无外部偏置）下产生的电压。
• 上升时间 (Tr) 与下降时间 (Tf)：在 VR=10V，RL=1kΩ 时，典型值分别为 0.30µs 和 0.28µs。这些参数定义了开关速度，使器件适用于解码调制的红外信号（例如，来自工作在38-40 kHz的遥控器）。
• 反向光电流 (Ip)：在 VR=5V，λ=940nm，Ee=1mW/cm² 时，典型值为 16 µA（最小 10 µA）。这是二极管反向偏置时产生的光电流，是线性响应和速度的标准工作模式。
• 短路电流 (Is)：在与 Ip 相同的条件下，典型值为 16 µA。在光伏模式下，这是器件可提供的最大电流。
• 总电容 (CT)：在 VR=3V，f=1MHz 时，典型值为 14 pF。此结电容影响高频响应；较低的电容允许更高的带宽。
• 峰值传感波长 (λp)：典型值 910 nm。光电二极管对此波长的红外光最敏感，使其非常适合与940nm红外发射二极管配对使用。

3. 性能曲线分析

提供的图表直观展示了器件在不同条件下的行为。

3.1 光电流 vs. 辐照度

该曲线显示了入射光功率（辐照度 Ee）与产生的光电流 (Ip) 之间的关系。对于工作在线性区域（反向偏置）的光电二极管，这种关系通常是线性的。图表证实，在1 mW/cm²的940nm光照下，光电流约为16 µA，与表格所述一致。这种线性对于模拟传感应用至关重要。

3.2 光谱灵敏度

此图表绘制了相对辐射灵敏度与波长的关系。它显示峰值在910nm左右，在约800nm至1050nm范围内有显著响应。对于可见光（低于700nm），灵敏度急剧下降，这有利于抑制来自白炽灯泡或阳光等光源的环境光噪声。如描述中所述，加入滤光片将进一步锐化此截止。

3.3 总功耗 vs. 环境温度

此降额曲线说明了最大允许功耗如何随着环境温度的升高而降低。在25°C时，允许满额150 mW。当温度向最高工作极限85°C上升时，允许功耗线性下降。这对于应用设计中的热管理以防止过热至关重要。

3.4 角度灵敏度图

极坐标图描绘了不同入射光角度下的相对灵敏度。像这样带有平透镜的光电二极管通常具有相对较宽的视角（通常在灵敏度降至50%时约为±60度）。这种宽视角对于需要从广阔区域捕获信号而无需精确对准的接收器是有利的。

4. 机械与封装信息

4.1 外形尺寸

该器件符合标准的行业封装外形。关键尺寸包括主体尺寸、引脚间距和总高度。封装专为表面贴装技术设计。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，标准公差为±0.1mm。

4.2 极性识别与焊盘设计

阴极通常在封装上标记。规格书提供了PCB布局的建议焊接焊盘尺寸。推荐的焊盘设计确保了回流焊接过程中及之后的可靠焊点和适当的机械稳定性。建议使用厚度为0.1mm至0.12mm的金属钢网进行锡膏印刷。

5. 焊接与组装指南

5.1 回流焊接温度曲线

该元件适用于无铅回流焊接工艺。提供了符合JEDEC标准的建议温度曲线。关键参数包括预热区（150-200°C）、峰值温度不超过260°C，以及高于液相线的时间，确保形成良好的焊点而不会使元件承受过度的热应力。器件可在峰值温度下承受此曲线最多10秒，最多两次。

5.2 手工焊接

如果必须进行手工焊接，应使用烙铁头温度不超过300°C，并且每个焊点的接触时间应限制在最多3秒。这可以最大限度地降低半导体芯片或塑料封装热损坏的风险。

5.3 存储条件

为防止吸湿（这可能导致回流焊接过程中出现"爆米花"现象），规定了特定的存储条件。在带有干燥剂的原始密封防潮袋中，器件应存储在≤30°C和≤90%相对湿度的环境中，并在一年内使用。一旦袋子打开，元件应存储在≤30°C和≤60%相对湿度的环境中，并最好在一周内完成加工。对于在原始包装外更长时间的存储，需要在焊接前在大约60°C下烘烤至少20小时。

5.4 清洗

如果需要焊后清洗，只能使用异丙醇等酒精类溶剂。应避免使用刺激性或腐蚀性的化学清洁剂，因为它们可能会损坏封装材料或透镜。

6. 包装与订购信息

6.1 载带与卷盘规格

该元件以带有保护盖带的凸轮载带形式供应。载带宽度为8mm，卷绕在标准的7英寸（178mm）直径卷盘上。每卷包含3000片。包装符合ANSI/EIA 481-1-A-1994规范，确保与自动送料器兼容。

7. 应用建议与设计考量

7.1 典型电路配置

像LTR-C155DD-G这样的光电二极管最常见的工作模式是光电导模式。在此模式下，二极管被反向偏置电压（例如，测试条件中的5V）偏置。产生的光电流与光强度成正比。该电流可以使用负载电阻转换为电压。RL的值会影响输出电压摆幅和电路带宽，因为与光电二极管的结电容形成了RC时间常数。对于像38 kHz红外遥控解码这样的高速应用，通常使用较小的RL（例如1kΩ至10kΩ）。对于低光照条件下更高的灵敏度，建议使用较大的RL或跨阻放大器电路。

7.2 光学设计考量

为优化性能，红外光源的发射波长应与光电二极管的峰值灵敏度（约940nm）匹配。可以在光电二极管前放置一个滤光片以阻挡可见光，从而在强环境光环境中显著提高信噪比。光电二极管的宽视角简化了光学对准，但也可能使其更容易受到杂散光的影响；机械遮光罩有助于限定视场。

7.3 布局考量

遵循推荐的焊盘布局，以确保良好的可焊性和机械强度。在敏感的模拟电路中，应尽可能缩短光电二极管阳极和阴极的走线，以最小化噪声拾取和寄生电容。在电噪声环境中，可能需要适当的接地和屏蔽。

8. 技术对比与差异化

与光电晶体管相比，像LTR-C155DD-G这样的光电二极管具有更快的响应时间（亚微秒级 vs. 微秒级），使其在高速数据传输或调制信号接收方面更胜一筹。它还提供了相对于光强度更线性的输出。与其他光电二极管相比，其主要特点包括适用于自动化组装的标准封装、与无铅回流焊的兼容性，以及适用于消费类红外协议的高速性能。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

9.1 反向光电流与短路电流有何区别？

反向光电流是在光电二极管处于反向偏置电压下测量的。这是线性响应和速度的标准工作条件。短路电流是在二极管两端电压为零时测量的。典型值相似，但光伏模式响应较慢，且电流输出与电压相关。

9.2 如何选择负载电阻的值？

选择需要在带宽和信号幅度之间进行权衡。对于38kHz红外信号，周期约为26µs。光电二极管的上升/下降时间远快于此，因此不是限制因素。RC时间常数应显著小于您需要检测的脉冲宽度。对于1kΩ电阻和14pF电容，时间常数为14ns，非常适合高速应用。较大的RL在相同光照水平下会提供较大的输出电压，但会降低带宽并可能增加噪声。

9.3 为什么元件在袋外存放后需要烘烤？

塑料SMT封装会从空气中吸收湿气。在高温回流焊接过程中，这些被困的湿气会迅速蒸发，产生内部压力，可能导致封装分层或芯片开裂——这种现象称为"爆米花"效应。烘烤可以驱除这些吸收的湿气，防止这种失效模式。

10. 工作原理简介

光电二极管是一种半导体PN结。当能量大于半导体带隙的光子撞击结的耗尽区时，它们可以将电子从价带激发到导带，产生电子-空穴对。在内部电场的作用下，这些电荷载流子被分离，从而在外电路中产生可测量的电流。只要器件工作在其线性区域内，此光电流就与入射光强度成正比。灵敏度的峰值波长由所用半导体材料的带隙能量决定。

11. 发展趋势

像光电二极管这样的分立红外传感器的发展趋势是进一步小型化封装，同时保持或改进性能参数，如更低的暗电流、更高的速度以及更强的抗环境光干扰能力。集成是另一个关键趋势，器件将光电二极管与专用放大器、滤波器和数字逻辑集成在单个封装中，形成完整的"红外接收模块"，从而简化终端产品设计。同时，业界也在持续推动更高的可靠性以及与日益严格的汽车或工业应用等环境和制造标准的兼容性。