LTR-C950-TB-T 红外光敏三极管规格书 - 侧视封装 - Vce 30V - 中文技术文档

1. 产品概述

LTR-C950-TB-T 是一款分立式红外光敏三极管，专为传感应用而设计。它属于光电器件大家族，适用于需要可靠检测红外光的系统。该元件的主要功能是将入射的红外辐射转换为集电极端相应的电流。其侧视、带黑色外壳的圆顶透镜封装针对PCB贴装进行了优化，有助于管理环境光干扰。

该器件设计用于兼容现代自动化组装工艺，包括贴片设备和红外回流焊。其特点是对940nm波长的红外光响应灵敏，该波长常用于各种遥控和传感系统，以避免可见光噪声。

1.1 核心特性与优势

• 符合RoHS标准 & 绿色产品：不含危险物质制造，符合环保标准。
• 光学设计：采用黑色侧视圆顶透镜，提供特定视场角，并有助于屏蔽传感器免受不需要的环境光影响。
• 制造兼容性：以8mm编带形式供应在7英寸直径卷盘上，使其完全兼容高速自动贴片机。
• 工艺兼容性：额定可承受表面贴装技术组装线中使用的标准红外回流焊温度曲线。
• 标准化封装：符合EIA标准封装外形，确保PCB焊盘设计的可预测性。

1.2 目标应用

这款光敏三极管适用于一系列需要非接触式检测或传感的电子应用。典型用例包括：

• 红外接收器：解码消费电子产品（电视、音响系统、机顶盒）中遥控器的信号。
• PCB贴装接近/物体传感器：检测家电、自动化设备和安防装置中物体的存在、缺失或位置。
• 基本光电开关：用于槽型遮断器或反射式传感器。

2. 深入技术参数分析

以下部分详细介绍了器件在规定测试条件下的工作极限和性能特征。

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。不保证在或超过这些极限下工作。

• 功耗 (P_D)：100 mW。器件可以以热量形式耗散的最大连续功率。
• 集电极-发射极电压 (V_CEO)：30 V。可施加在集电极和发射极端子之间的最大电压。
• 发射极-集电极电压 (V_ECO)：5 V。发射极和集电极之间的最大反向电压。
• 工作温度范围 (T_A)：-40°C 至 +85°C。正常功能运行的环境温度范围。
• 储存温度范围 (T_stg)：-55°C 至 +100°C。器件未通电时的安全温度范围。
• 红外焊接条件：在回流焊过程中可承受最高260°C的峰值温度，最长10秒。

2.2 电气与光学特性

这些参数在环境温度 (T_A) 为25°C时测量，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)。在无光照 (E_R= 0 mW/cm²) 条件下，产生规定小反向电流 (I_e= 100µA) 时的电压。
• 发射极-集电极击穿电压 (V_(BR)ECO)：5 V (最小值)。类似于 V_(BR)CEO，但针对反向偏置条件。
• 集电极-发射极饱和电压 (V_CE(SAT))：0.4 V (最大值)。在辐照度为0.5 mW/cm²、集电极电流 (I_C) 为100µA的条件下，晶体管完全"导通"时集电极和发射极之间的电压。数值越低，性能越好。
• 上升时间 (T_r) 与下降时间 (T_f)：15 µs (典型值)。输出电流响应脉冲光输入，从其最大值的10%上升到90%（上升时间）或从90%下降到10%（下降时间）所需的时间。测量条件为 V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ。
• 集电极暗电流 (I_CEO)：100 nA (最大值)。当无光照射器件时 (V_CE= 20V)，从集电极流向发射极的小漏电流。数值越低，灵敏度越好。
• 导通状态集电极电流 (I_C(ON))：1.5 至 9.2 mA。当器件被标准化红外光源照射时 (E_e=0.5 mW/cm², λ=940nm, V_CE=5V) 产生的集电极电流。这是关键的灵敏度参数。

3. 分档系统说明

器件根据其导通状态集电极电流 (I_C(ON)) 被分类到不同的性能档位。这使得设计人员可以根据其特定电路需求选择灵敏度一致的元件。

• BIN A： I_C(ON)范围从 1.5 mA (最小值) 到 2.9 mA (最大值)。
• BIN B： I_C(ON)范围从 2.9 mA (最小值) 到 5.5 mA (最大值)。
• BIN C： I_C(ON)范围从 5.5 mA (最小值) 到 9.2 mA (最大值)。

每个档位的极限值有 ±15% 的容差。设计人员在计算电路增益和阈值电平时必须考虑此变化。

4. 性能曲线分析

规格书提供了多个特性曲线图，说明了器件在不同条件下的行为。

4.1 光谱灵敏度

图表 (图1) 显示了相对光谱灵敏度与波长的关系。LTR-C950-TB-T 在940nm附近表现出峰值灵敏度，这与常见的红外发射器 (IRED) 相匹配。对于波长小于800nm和大于1100nm的光，灵敏度急剧下降，从而对大部分可见光谱提供了固有的滤波。

4.2 集电极暗电流与温度关系

曲线 (图3) 绘制了集电极暗电流 (I_CEO) 与环境温度 (T_A) 的关系。I_CEO随温度呈指数增长。这是高温应用中的关键考量因素，因为增加的暗电流会提高噪声基底，并可能影响传感器的信噪比。

4.3 动态响应与负载关系

图表 (图4) 显示了上升时间 (T_r) 和下降时间 (T_f) 如何随负载电阻 (R_L) 变化。两者都随着负载电阻的增加而增加。对于需要快速切换的应用，较小的负载电阻是有益的，尽管这会减小输出电压摆幅。

4.4 相对集电极电流与辐照度关系

此图表 (图5) 展示了输出电流与入射光功率（辐照度）之间的关系。响应在相当大的范围内基本呈线性，这对于模拟传感应用是理想的。它证实了器件作为比例式光-电流转换器的功能。

4.5 辐射方向图

极坐标图 (图6) 说明了侧视封装的角度灵敏度。相对辐射强度（或灵敏度）相对于入射光角度绘制。此图对于机械设计至关重要，显示了传感器能够可靠检测红外光源的有效视场角 (FOV)。

5. 机械与封装信息

5.1 外形尺寸

该器件采用标准侧视光敏三极管封装。关键尺寸包括主体尺寸、引脚间距和透镜位置。所有尺寸均以毫米为单位提供，典型公差为±0.1mm，除非另有说明。引脚排列标识了集电极和发射极端子。

5.2 推荐焊盘设计

提供了用于PCB设计的焊盘图形（封装尺寸）。推荐的焊盘尺寸为1.0mm x 1.8mm，焊盘间距为1.8mm。遵循此图形可确保回流焊期间可靠的焊点连接和正确的机械对准。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

包含了针对无铅工艺的建议回流焊温度曲线。关键参数如下：

• 预热：150-200°C，最长120秒。
• 峰值温度：最高260°C。
• 液相线以上时间：器件暴露在高于260°C温度下的时间不应超过10秒。

该曲线基于JEDEC标准。工程师必须根据其特定的PCB设计、焊膏和炉子来表征温度曲线。

6.2 手工焊接

如果必须进行手工焊接，请使用温度不超过300°C的电烙铁，并将每个焊点的接触时间限制在3秒以内。避免对元件引脚施加应力。

6.3 清洗

如果需要进行焊后清洗，请仅使用酒精类溶剂，如异丙醇。避免使用可能损坏塑料封装或透镜的强效或未知化学清洁剂。

7. 包装与储存

7.1 编带与卷盘规格

元件包装在8mm宽的压纹载带上，卷绕在7英寸（178mm）直径的卷盘上。每卷包含2000个元件。包装符合ANSI/EIA 481-1-A-1994标准。注意事项指明，最多可能有两个连续的元件空袋（根据编带密封情况），并且编带内元件的方向有标记。

7.2 储存条件

密封包装：储存在≤30°C和≤90%相对湿度 (RH) 条件下。在密封防潮袋（含干燥剂）中的保质期为一年。
已开封包装：对于从密封袋中取出的元件，储存环境不得超过30°C / 60% RH。强烈建议在开封后一周内完成红外回流焊接。对于在原包装袋外更长时间的储存，应将其储存在带干燥剂的密封容器或氮气干燥器中。开封储存超过一周的元件，在焊接前应在约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"现象。

8. 应用笔记与设计考量

8.1 驱动电路设计

光敏三极管是一种电流输出器件。在典型电路中，它连接成共发射极配置。一个负载电阻 (R_L) 连接在集电极和电源电压 (V_CC) 之间。发射极接地。入射光导致集电极电流 (I_C) 流动，在 R_L上产生电压降。该电压 (V_OUT= V_CC- I_C*R_L) 即为信号输出。

关键设计选择：

• 负载电阻 (R_L)：较高的 R_L对于给定的光变化能提供更大的输出电压摆幅，但会增加响应时间（见图4）。较低的 R_L提供更快的响应，但信号较小。
• 偏置：该器件无需外部基极偏置电流；它完全由光控制。
• 多个器件：如果应用中需要将多个光敏三极管并联连接，不建议将它们直接连接在一起。它们 I_C(ON)的差异（即使在同一个档位内）会导致电流分配不均。应为每个器件串联一个限流电阻，以确保行为一致。

8.2 提高信噪比 (SNR)

• 调制：对于遥控应用，红外光源 (IRED) 以特定的载波频率（例如38kHz）进行脉冲调制。接收电路包括一个调谐到此频率的带通滤波器，以抑制恒定的环境光和噪声。
• 光学滤波：黑色封装和固有的光谱灵敏度（峰值在940nm）提供了一定的可见光滤波。对于噪声极大的环境，可以在传感器上方使用额外的外部红外透过/可见光阻挡滤光片。
• 电气滤波：在光敏三极管后级联一个包含高通或带通滤波器的放大级，可以进一步提高交流耦合信号的信噪比。

8.3 布局考量

• 将传感器远离发热元件，以尽量减少温度引起的暗电流漂移。
• 确保使用推荐的焊盘几何形状，以防止回流焊期间发生立碑或错位。
• 在设计机械外壳时，考虑辐射方向图（图6），以确保红外光源落在传感器的敏感视角内。

9. 工作原理

光敏三极管本质上是一种双极结型晶体管，其基极电流由光产生，而非电连接。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。然后，该光生电流被晶体管的电流增益 (β 或 h_FE) 放大，从而产生与入射光强度成比例的、大得多的集电极电流。侧视封装将敏感半导体芯片定位成可以检测平行于PCB表面到达的光线。

10. 实际设计示例

场景：自动售货机中的物体检测。需要一个遮光式传感器来检测产品何时通过滑道。

1. 元件选择：选择 LTR-C950-TB-T (BIN B)，因其侧视封装适合安装在PCB边缘，面向滑道。选择匹配的940nm红外发射器作为光源。
2. 电路设计：光敏三极管配置在共发射极电路中，V_CC= 5V。选择负载电阻 R_L= 2.2kΩ，作为良好电压摆幅和本应用可接受速度之间的折衷。输出馈送到比较器，其阈值设置为区分"光束存在"（高输出）和"光束被遮挡"（低输出）。
3. 机械集成：红外发射器和光敏三极管安装在产品滑道的两侧，根据它们的辐射/灵敏度方向图进行对准。可以添加遮光板以限制杂散光。
4. 考量因素：监控机器内部的环境温度，确保其保持在工作范围内。测量初始输出电压，并设置比较器阈值时留有余量，以考虑元件容差（档位±15%）以及透镜随时间可能积聚的灰尘。