LTR-5576D 光电晶体管规格书 - 3.0x2.8x1.9mm封装 - Vce 30V - 功率100mW - 深绿色滤光片 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTR-5576D是一款专为红外探测应用设计的硅NPN光电晶体管。其主要功能是将入射的红外光转换为集电极端的电流。该元件的一个关键区别性特征是其特殊的深绿色塑料封装。这种封装材料经过特殊选择，旨在衰减或截止可见光波长，从而增强器件对红外辐射的灵敏度和选择性。这使得它特别适用于需要区分环境可见光和目标红外信号的应用场景。

LTR-5576D的核心优势包括宽泛的集电极电流工作范围，这为设计提供了灵活性。它对红外光具有高灵敏度，即使在较低辐照度下也能确保可靠的检测。此外，它拥有快速的开关时间，其上升和下降时间在微秒量级，使其能够用于需要快速响应的应用，例如数据通信链路、物体检测和速度传感。

2. 深入技术参数分析

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极限。它们是在环境温度（T_A）为25°C时规定的。

• 功耗（P_D）：100 mW。这是器件能够以热量形式耗散的最大功率。超过此限制可能导致热失控和故障。
• 集电极-发射极电压（V_CEO）：30 V。在基极开路（浮空）的情况下，可以施加在集电极和发射极之间的最大电压。
• 发射极-集电极电压（V_ECO）：5 V。可以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：-40°C 至 +85°C。保证器件在此环境温度范围内按照其电气规格正常工作的范围。
• 存储温度范围：-55°C 至 +100°C。器件在不工作状态下存储且不会发生性能劣化的温度范围。
• 引脚焊接温度：260°C 持续5秒，测量点距离封装本体1.6mm。这定义了回流焊温度曲线的限制条件。

2.2 电气与光学特性

这些参数定义了器件在特定测试条件下（T_A=25°C）的性能。

• 集电极-发射极击穿电压，V_(BR)CEO:30 V（最小值）。在零辐照度（E_C= 0 mW/cm²）且 I_e= 1mA 的条件下测量。
• 发射极-集电极击穿电压，V_(BR)ECO:5 V（最小值）。在零辐照度且 I_E= 100μA 的条件下测量。
• 集电极-发射极饱和电压，V_CE(SAT):0.4 V（最大值）。器件完全"导通"（导电）时两端的电压降，测试条件为 I_C= 50μA 且 E_e= 0.5 mW/cm²。较低的 V_CE(SAT)对于高效开关操作是可取的。
• 开关时间：
  • 上升时间（T_r）：15 μs（典型值）。输出电流从其最终值的10%上升到90%所需的时间。
  • 下降时间（T_f）：18 μs（典型值）。输出电流从其初始值的90%下降到10%所需的时间。测试条件为 V_CC=5V，I_C=1mA，R_L=1kΩ。
• 集电极暗电流（I_CEO）：100 nA（最大值）。当无光入射（E_e= 0 mW/cm²）且 V_CE= 10V 时，流过集电极的漏电流。低暗电流对于弱光检测中良好的信噪比至关重要。
• 导通态集电极电流比（R）：定义为 I_L1/I_L2，典型值为1.0，最小/最大值为0.8/1.25。该参数与特定测试条件下电流输出的一致性相关。

3. 分档系统说明

LTR-5576D采用基于平均导通态集电极电流（I_C(ON)）的分档系统。该电流在标准化条件下测量：V_CE= 5V，辐照度（E_e）为 1 mW/cm²。器件根据其测得的 I_C(ON)范围被分选到不同的档位（A 至 F）。每个档位对应特定的颜色标记以便识别。

提供了两组限值：用于制造分选的较严格的生产设定范围，以及用于最终验收测试的较宽的质量控制（Q.C.）限值。

这种分档允许设计人员根据其特定电路需求选择灵敏度一致的器件，确保在大规模生产中性能可预测。

4. 性能曲线分析

规格书提供了几条特性曲线，说明了器件在不同条件下的行为。

4.1 集电极暗电流 vs. 环境温度（图1）

该曲线显示集电极暗电流（I_CEO）随环境温度升高呈指数增长。在25°C时，它处于纳安范围，但在工作温度范围的上限（+85°C）可能显著增加。这一特性对于设计必须在宽温度范围内保持稳定性的电路至关重要，因为增加的暗电流会作为偏移或噪声源。

4.2 集电极功率降额 vs. 环境温度（图2）

此图描绘了最大允许功耗随环境温度升高而降额的情况。在25°C时，器件可以耗散全部的100 mW。随着温度升高，必须线性降低此最大功率以防止超过结温限制。这条曲线对于热管理和确保在高温环境下可靠运行至关重要。

4.3 上升与下降时间 vs. 负载电阻（图3）

此图展示了开关速度（T_r， T_f）与连接到集电极的负载电阻（R_L）之间的关系。开关时间随负载电阻减小而减小。这是因为较小的 R_L允许光电晶体管的结电容和电路中的任何寄生电容更快地充电和放电。设计人员可以利用此曲线优化 R_L，以在开关速度和输出信号幅度之间取得理想的平衡。

4.4 相对集电极电流 vs. 辐照度（图4）

此曲线显示了光电晶体管的传递函数：入射红外辐照度（E_e，单位 mW/cm²）与产生的集电极电流（I_C）之间的关系。该曲线在一定范围内通常是线性的。这种线性对于模拟传感应用非常重要，因为输出电流应与光强成正比。该图是在 V_CE= 5V 的条件下绘制的。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸

LTR-5576D采用标准3引脚侧视封装。关键尺寸（单位：毫米）如下，除非另有说明，一般公差为±0.15mm：

• 封装本体：长度约3.0mm，高度约2.8mm，深度约1.9mm（不包括引脚）。
• 引脚间距：引脚中心之间的距离为标准值，在它们从封装本体伸出的位置测量。
• 树脂凸出：法兰下方最多可能有1.5mm的树脂凸出。

封装的深绿色塑料材料是其功能不可或缺的一部分，用于滤除可见光。

5.2 极性识别

该器件有三个引脚：发射极、集电极和基极（在某些配置中通常不连接或用于偏置电阻）。对于此类封装，引脚排列是标准的，但设计人员必须始终查阅规格书中的详细封装图以确定正确方向。连接错误可能损坏器件。

6. 焊接与组装指南

光电晶体管的处理和组装需要小心，以避免静电放电（ESD）和过热造成的损坏。

• ESD预防措施：该器件对ESD敏感。必须遵循适当的防ESD处理程序，包括使用接地腕带和导电工作台面。
• 回流焊接：引脚焊接的绝对最大额定值为260°C持续5秒，测量点距离封装本体1.6mm。这对应于标准的无铅回流焊温度曲线。必须仔细控制温度曲线，以避免热冲击或超过此限制。
• 波峰焊接：如果使用波峰焊，应进行适当的预热，以尽量减少对塑料封装的热应力。
• 清洗：使用与深绿色塑料材料兼容的清洗溶剂，以避免变色或劣化。
• 存储：在-55°C至+100°C的规定温度范围内，存储在干燥、防ESD的环境中。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

• 物体检测与接近感应：用于自动水龙头、干手器、纸巾分配器和安全系统等设备中，通过反射红外光束来检测物体的存在与否。
• 工业自动化：用于对传送带上的物体进行计数、检测机械零件的位置，或用于速度和位置反馈的光学编码器。
• 消费电子：用于遥控接收器（尽管通常与专用IC配对）、用于显示屏亮度控制的环境光传感器，以及打印机或光盘驱动器中的槽式传感器。
• 基本数据链路：用于简单、短距离的红外数据传输（例如，符合IrDA标准的低速系统）。

7.2 设计注意事项

• 偏置电路：光电晶体管可以用于两种常见配置：简单的开关（带一个上拉电阻）或用于模拟传感的线性模式。负载电阻（R_L）的值至关重要，它影响增益、带宽（开关速度）和输出电压摆幅。
• 环境光抑制：深绿色封装提供了显著的可见光抑制能力，但并不完美。对于高环境光环境，可能需要额外的光学滤波、调制的红外信号或同步检测技术来提高信号完整性。
• 温度补偿：如曲线所示，暗电流随温度升高而增加。对于精密模拟传感，电路可能需要温度补偿，或者将器件用于差分配置以抵消与温度相关的偏移。
• 透镜与外壳设计：传感器的视场角由其封装决定。可以根据应用需要，使用外部透镜或光阑来聚焦或限制感测区域。

8. 技术对比与差异化

LTR-5576D的主要差异化特征是其深绿色塑料封装。与标准的透明或无色封装相比，这提供了对可见光的固有过滤，简化了在环境可见光波动的环境中的光学设计。其快速开关时间（在15-18 μs范围内）使其适用于需要比典型光电晶体管（开关时间可能在数十到数百微秒）更快响应的应用。其全面的分档系统（A-F档）为设计人员提供了有保证的灵敏度范围，与参数分布更宽的无分档器件相比，能够在大规模生产中实现更一致的性能。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：深绿色封装的目的是什么？
答：深绿色塑料充当内置光学滤光片。它衰减了大部分可见光谱，同时允许红外波长透射到硅芯片上。这显著降低了传感器对环境室内光、阳光或其他可见光源的响应，使其主要响应目标红外信号。

问：如何选择合适的负载电阻（R_L）？
答：选择涉及权衡。对于给定的光电流，较大的 R_L提供更高的输出电压摆幅（更高的增益），但会导致较慢的开关速度（见图3）。较小的 R_L提供更快的响应但增益较低。根据您的优先级是灵敏度（模拟传感）还是速度（数字开关）来选择 R_L。

问：分档（A-F）对我的设计意味着什么？
答：分档确保了灵敏度的一致性。如果您的电路是为特定电流阈值设计的，使用同一档位的器件可以保证它们都在大致相同的光照水平下触发。混合使用不同档位可能导致某些单元的灵敏度高于或低于其他单元。选择一个其 I_C(ON)范围符合您电路工作点的档位。

问：我可以在直射阳光下使用此传感器吗？
答：虽然深绿色封装有所帮助，但直射阳光包含大量的红外辐射，可能使传感器饱和。对于户外或高环境红外应用，需要额外的措施，例如调谐到您特定红外源波长的光学带通滤波器、物理屏蔽，或使用带有同步检测的调制红外源。

10. 实际设计案例研究

场景：设计纸巾分配器传感器。
目标是检测放置在分配器下方的手并启动电机。一个红外LED发射器放置在LTR-5576D探测器的对面。正常情况下，红外光束照射到探测器上，产生电流。当手遮挡光束时，电流下降。

设计步骤：
1. 电路配置：将光电晶体管用于共发射极开关配置。通过负载电阻 R_L将集电极连接到电源电压（例如，5V）。发射极接地。输出电压取自集电极节点。
2. 选择 R_L:：由于速度不是关键因素（手部移动缓慢），优先考虑良好的信号摆幅。从图4可知，在合理的辐照度下，I_C可能约为500μA（C档）。选择 R_L= 10kΩ，则电压摆幅 ΔV = I_C* R_L≈ 5V，这对于驱动逻辑输入非常理想。
3. 分档选择：选择一个档位（例如，C档或D档），该档位在所需的感测距离下，配合所选红外LED的输出能提供足够的电流。这确保了可靠的触发。
4. 环境光抗扰度：LTR-5576D的深绿色封装自动抑制了室内光照的大部分变化，使系统无需复杂滤波即可保持稳健。
5. 输出调理：集电极电压（光束存在时为高电平，被遮挡时为低电平）可以直接馈入比较器或微控制器GPIO引脚进行处理。

11. 工作原理

光电晶体管本质上是一种双极结型晶体管（BJT），其基极电流由光产生，而非电连接。在LTR-5576D（NPN型）中，入射到基极-集电极结上的红外光子产生电子-空穴对。这些光生载流子被反偏的基极-集电极结上的电场扫出，产生光电流。该光电流充当晶体管的基极电流（I_B）。由于晶体管的电流增益（β 或 h_FE），集电极电流（I_C）远大于原始光电流（I_C≈ β * I_B）。这种内部放大是光电晶体管与简单光电二极管相比具有高灵敏度的原因。

12. 技术趋势

光学传感领域持续发展。与LTR-5576D等组件相关的趋势包括：
集成化：将光电探测器与模拟前端电路（跨阻放大器、ADC）和数字逻辑集成到单芯片解决方案或模块中的趋势日益增强。
波长特异性：开发具有更锐利光谱响应曲线或可调谐性的探测器，用于气体传感或生物分析等特定应用。
小型化：封装尺寸持续缩小，以适应日益小型化的消费和医疗设备。
性能提升：努力进一步降低暗电流、提高速度并增强低功耗应用的灵敏度。光电晶体管的基本原理仍然有效，但其实现方式和支撑系统架构在不断进步。