LTR-536AD 光电晶体管规格书 - 深绿色封装 - 30V反向电压 - 150mW功耗 - 简体中文技术文档

1. 产品概述

LTR-536AD是一款专为红外探测应用设计的高性能硅NPN光电晶体管。其核心功能是将入射的红外辐射转换为电流。该元件的一个显著特点是其特殊的深绿色塑料环氧树脂封装。这种材料旨在衰减或“截止”可见光波长，从而显著增强其在特定红外光谱（通常约为940nm）内的灵敏度和信噪比。这使得它成为那些需要区分环境可见光的应用的理想选择。

核心优势：

• 高光敏度：在给定的红外辐照度水平下，能提供强大的电输出信号。
• 红外优化：深绿色封装充当可见光滤光片，使器件特别适用于纯红外传感。
• 低结电容：此参数对于高频操作至关重要，可实现更快的响应时间。
• 快速开关特性：具有快速的上升和下降时间，适用于脉冲红外系统和数据通信。
• 高截止频率：支持在更高频率的电路中工作。

目标市场：这款光电晶体管面向从事基于红外系统的设计师和工程师。常见应用包括接近传感器、物体检测、非接触式开关、红外数据传输链路（如遥控器）、工业自动化以及任何需要可靠检测红外信号同时抑制可见光源干扰的系统。

2. 深入技术参数分析

除非另有说明，所有参数均在环境温度（T_A）为25°C时指定。理解这些参数对于正确的电路设计以及确保器件在其极限范围内可靠运行至关重要。

2.1 绝对最大额定值

这些是应力极限，超过此极限可能导致器件永久性损坏。操作应始终保持在极限范围内。

• 功耗（P_D）：150 mW。这是器件可以以热量形式耗散的最大允许功率。
• 反向电压（V_R）：30 V。可以施加在集电极-发射极结上的最大反向偏置电压。
• 工作温度范围（T_oper）：-40°C 至 +85°C。器件正常工作的环境温度范围。
• 存储温度范围（T_stg）：-55°C 至 +100°C。非工作状态下的存储温度范围。
• 引脚焊接温度：260°C，持续5秒，测量点距封装本体1.6mm。这定义了回流焊接曲线的限制条件。

2.2 电气与光学特性

这些参数定义了器件在指定测试条件下的性能。

• 反向击穿电压（V_(BR)R）：30 V（最小值）。反向电流（I_R）急剧增加的电压（在100µA下测试）。这与绝对最大额定值相关。
• 反向暗电流（I_D(R)）：30 nA（最大值）。当器件处于反向偏置（V_R=10V）且完全黑暗（E_e=0）时流过的漏电流。数值越低，表明在弱光条件下性能越好。
• 开路电压（V_OC）：350 mV（典型值）。在光照下（λ=940nm，E_e=0.5mW/cm²）且无外部负载（开路）时，器件两端产生的电压。
• 短路电流（I_S）：1.7 µA（最小值），2 µA（典型值）。当器件被照射（λ=940nm，E_e=0.1mW/cm²）且输出短路（V_R=5V）时流过的电流。这是衡量灵敏度的关键指标。
• 上升时间（T_r）与下降时间（T_f）：50 nsec（典型值）。输出电流响应光照阶跃变化，从其最终值的10%上升到90%（上升）或从90%下降到10%（下降）所需的时间。对于高速应用至关重要。
• 总电容（C_T）：25 pF（典型值）。在V_R=3V、f=1MHz且黑暗条件下测得的结电容。较低的电容可实现更快的开关速度。
• 最大灵敏度波长（λ_SMAX）：900 nm（典型值）。光电晶体管最敏感的红外光峰值波长。它针对约940nm的发射器进行了优化。

3. 性能曲线分析

规格书提供了多张图表，说明了器件在不同条件下的行为。这些对于超出典型/最小/最大数值的详细设计工作非常宝贵。

3.1 暗电流与反向电压关系（图1）

此曲线显示了反向暗电流（I_D）如何随施加的反向电压（V_R）增加而变化。通常在较低电压下呈现非常低且相对恒定的电流，随着电压升高逐渐增加，最终在击穿电压处急剧上升。设计者必须确保工作V_R远低于此曲线的拐点，以最小化漏电流引起的噪声。

3.2 电容与反向电压关系（图2）

此图描述了结电容（C_T）与反向偏置电压之间的关系。电容随反向电压增加而减小。对于高速电路设计，在较高的反向电压（在极限范围内）下工作可以降低C_T并提高带宽，但这必须与增加的暗电流（来自图1）进行权衡。

3.3 光电流与暗电流随环境温度变化（图3与图4）

图3说明了光电流（I_P）如何随环境温度变化。光电晶体管的灵敏度通常随温度升高而降低。图4显示了暗电流（I_D）随温度升高呈指数增长。这两条曲线对于设计必须在宽温度范围（例如-40°C至+85°C）内可靠运行的系统至关重要。在高温下，不断增加的暗电流可能会淹没微弱的光信号，从而降低信噪比。

3.4 相对光谱灵敏度（图5）

这可能是应用匹配最重要的曲线。它绘制了光电晶体管在一系列波长（通常约800nm至1100nm）上的归一化响应度。LTR-536AD在约900nm处显示出峰值灵敏度，并在可见光谱（<800nm）中有显著衰减，这是其深绿色封装的直接结果。必须将此曲线与目标红外LED或光源的发射光谱进行交叉参考，以确保最佳耦合。

3.5 光电流与辐照度关系（图6）

此图显示了入射红外光功率（辐照度E_e）与产生的光电流（I_P）之间的线性关系。该线的斜率代表器件的响应度。它证实了器件在测试的辐照度范围内工作在线性区域，这对于模拟传感应用是理想的。

3.6 总功耗与环境温度关系（图8）

此降额曲线显示了最大允许功耗（P_D）作为环境温度的函数。150mW的绝对最大额定值仅适用于某个特定温度（可能是25°C）以下。随着环境温度升高，器件的散热能力下降，因此必须线性降低最大允许功率以防止过热。这对于可靠性计算至关重要。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

LTR-536AD采用标准的3mm（T-1）通孔封装。规格书中的关键尺寸说明包括：

• 所有尺寸均以毫米为单位（括号内为英寸）。
• 除非另有规定，适用±0.25mm（.010"）的标准公差。
• 凸缘下树脂的最大突出量为1.5mm（.059"）。
• 引脚间距在引脚从封装本体伸出的位置测量。

极性识别：器件透镜上有一个平面，通常表示集电极引脚。较长的引脚通常是发射极。然而，设计者在安装前应始终使用万用表的二极管测试模式验证极性。

5. 焊接与组装指南

为确保组装过程中器件的完整性，必须遵守以下条件：

• 回流焊接：引脚可承受260°C的温度，最长5秒。此测量在距封装本体1.6mm（0.063"）处进行。必须调整标准波峰焊或回流焊曲线以符合此限制，以防止损坏内部半导体芯片或环氧树脂封装。
• 手工焊接：如果必须进行手工焊接，请使用温控烙铁，并将每个引脚的接触时间控制在3秒以内。如果可能，在焊点与封装本体之间的引脚上使用散热夹。
• 清洗：仅使用与深绿色环氧树脂材料兼容的经批准的清洗溶剂。除非已验证其兼容性及功率/时间设置，否则避免使用超声波清洗，因为它可能损坏封装或内部键合。
• 存储条件：在指定的存储温度范围-55°C至+100°C内，储存在干燥、防静电的环境中。如果预计长期储存，应使用原装的防潮袋。

6. 应用建议与设计考量

6.1 典型应用电路

LTR-536AD可用于两种主要配置：

1. 开关模式（数字输出）：光电晶体管与一个上拉电阻串联在电源电压（V_CC）和地之间。输出取自集电极节点。当红外光照射到传感器时，它导通，将输出电压拉低。当处于黑暗时，它关断，上拉电阻将输出拉高。上拉电阻的值决定了开关速度和电流消耗（较小的电阻提供更快的开关速度但功耗更高）。
2. 线性模式（模拟输出）：配置类似，但光电晶体管使用固定的基极电流（通常为零，仅依赖光电流）和一个集电极电阻偏置在其有源区。集电极的电压随入射红外光的强度线性变化。此模式用于模拟传感，如距离测量或光强检测。

6.2 关键设计考量

• 光源匹配：始终将LTR-536AD与峰值波长接近940nm且与光电晶体管光谱灵敏度峰值（900nm）匹配的红外发射器（LED）配对，以实现最高效率。
• 环境光抑制：虽然深绿色封装有所帮助，但在明亮环境中操作时，可能需要额外的光学滤波（专用的红外透过滤光片）或调制/解调技术（脉冲红外源并同步检测信号）来抑制环境光噪声。
• 偏置以提高速度：为实现尽可能快的响应时间（典型值50ns），以约10V的反向电压（V_CE）操作器件，并使用小的负载电阻（例如，测试条件中的1kΩ）。这可以最小化由结电容（C_T）和负载电阻（R_L）形成的RC时间常数。
• 温度补偿：对于宽温度范围内的精密应用，考虑采用电路技术来补偿暗电流和灵敏度的变化。这可能涉及在黑暗参考通道中使用匹配的光电晶体管，或在信号调理电路中实现与温度相关的增益调整。

7. 技术对比与差异化

LTR-536AD通过其专用封装在光电晶体管市场中脱颖而出。与标准的透明或水清环氧树脂光电晶体管相比，其主要优势在于内置的可见光截止功能。这在许多应用中省去了外部红外滤光片的需求，减少了元件数量、成本和组装复杂性。其相对较快的开关速度（50ns）、低电容（25pF）和良好的灵敏度（在0.1mW/cm²下典型值2µA）的结合，使其成为模拟传感和中速数字红外通信链路的平衡选择。

8. 常见问题解答（基于技术参数）

8.1 我可以将其与红色LED（650nm）一起使用吗？

答案：不，不建议这样做。相对光谱灵敏度曲线（图5）显示在650nm（可见红光）处响应度非常低。深绿色封装会主动阻挡此波长。要检测红光，应选择具有透明封装且峰值灵敏度在可见光范围内的光电晶体管。

8.2 为什么在温暖环境中我的输出信号有噪声？

答案：请参考图4（暗电流与温度关系）。暗电流随温度呈指数增长。如果您的电路设计用于检测微弱的红外信号，则在高温下，热产生的暗电流可能变得显著，表现为噪声或直流偏移。解决方案包括冷却传感器、使用带同步检测的调制光源，或选择能够减去暗电流的电路拓扑。

8.3 如何选择负载电阻（R_L）的值？

答案：这涉及速度、灵敏度和功耗之间的权衡。
为了速度（数字开关）：选择较小的R_L（例如，1kΩ至4.7kΩ）。这提供了较小的RC时间常数（C_T* R_L）以实现快速边沿，但会消耗更多电流。
为了高电压摆幅（模拟传感）：选择较大的R_L（例如，10kΩ至100kΩ）。这为给定的光变化提供了更大的输出电压变化，但会减慢响应时间。
始终确保当光电晶体管完全导通时，R_L上的电压降不会导致集电极-发射极电压低于饱和电平，并且光电晶体管的功耗保持在您工作温度下的降额极限以下。

9. 实际应用案例

应用：工业计数器中的非接触式物体检测。
实现方式：一个红外LED（940nm）和LTR-536AD安装在传送带的两侧（对射式配置）。LED通过驱动电路以10kHz脉冲驱动。光电晶体管以开关模式连接，使用一个4.7kΩ上拉电阻至5V。其输出馈入微控制器的输入捕获引脚。在正常情况下（无物体），脉冲红外光到达传感器，导致输出以10kHz脉冲。微控制器固件检测此频率。当物体穿过光束时，它阻挡光线，光电晶体管的输出变为并保持高电平（或低电平，取决于逻辑）。微控制器检测到10kHz信号的缺失并递增计数器。LTR-536AD的深绿色封装可防止工厂中的环境荧光灯或白炽灯误触发计数器。

10. 工作原理简介

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，而非电供给。在LTR-536AD（NPN型）中，能量大于硅带隙（对应波长小于约1100nm）的入射光子在基极-集电极结区被吸收。这种吸收产生电子-空穴对。反向偏置的集电极-基极结中的电场扫过这些载流子，产生光电流。此光电流的作用完全像注入晶体管的基极电流。由于晶体管的电流增益（β），集电极电流远大于初始光电流（I_C= β * I_photo）。这种内部放大是光电晶体管与光电二极管相比具有高灵敏度的原因。深绿色环氧树脂吸收了大部分可见光光子，主要让红外光子到达硅芯片，从而使器件选择性地对红外敏感。

11. 技术趋势

光电子领域持续发展。虽然像LTR-536AD这样的分立式通孔光电晶体管对许多应用仍然至关重要，但趋势包括：
集成化：越来越多地将光电探测器与模拟前端电路（放大器、滤波器）和数字逻辑（比较器、逻辑输出）集成到单芯片解决方案或模块中。
表面贴装技术（SMT）：强烈转向更小的SMT封装，以实现自动化组装并减少电路板空间，尽管通常由于有效面积较小而在灵敏度上有所权衡。
专业化：开发具有更特定光谱响应、用于光数据通信的更快速度以及增强对恶劣环境（更高温度、湿度）耐受性的器件。
光电晶体管的核心原理保持不变，但其实现方式正变得更加针对特定应用和集成化。