LTR-5888DHP1 光电晶体管数据手册 - 深绿色封装 - Vce 30V - Pc 100mW - 中文技术文档

1. 产品概述

LTR-5888DHP1 是一款专为红外（IR）检测应用设计的高灵敏度光电晶体管。其核心功能是将入射的红外光转换为电流。一个关键特性是其特殊的深绿色塑料封装，该封装旨在衰减或截止可见光波长。这种设计最大限度地减少了环境可见光源的干扰，使得该器件特别适用于信号完全位于红外光谱的应用，例如接近感应、物体检测和红外遥控接收器。

该器件提供宽泛的集电极电流工作范围，并具有快速开关时间的特点，使其能够快速响应红外光照的变化。这种光学滤波、高灵敏度和快速响应的结合，使其成为各种需要可靠红外检测的电子系统中的通用元件。

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。在此条件下工作无法得到保证。

• 功耗（P_C）：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。当基极（光敏区域）开路时，可以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。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：-40°C 至 +85°C。器件设计为在此环境温度范围内正常工作。
• 存储温度范围：-55°C 至 +100°C。非工作状态下的存储温度范围。
• 引脚焊接温度：距离封装本体 1.6mm 处，260°C 持续 5 秒。这定义了回流焊温度曲线的限制，以防止封装损坏。

2.2 电气与光学特性

这些参数在 T_A=25°C 下规定，定义了器件的典型性能。

• 击穿电压： V_(BR)CEO（最小值 30V）和 V_(BR)ECO（最小值 5V）。这些是在无光照（E_e= 0 mW/cm²）且特定测试电流下，结发生击穿的电压。
• 集电极-发射极饱和电压（V_CE(SAT)）：在 I_C= 100µA 且 E_e= 1 mW/cm² 条件下，最大值为 0.4V。这是晶体管在光照下完全“导通”（饱和）时两端的电压降。较低的 V_CE(SAT)有利于实现高效开关。
• 开关时间：上升时间（T_r）典型值为 15 µs，下降时间（T_f）典型值为 18 µs，测量条件为 V_CC=5V，I_C=1mA，R_L=1kΩ。这些时间决定了输出响应脉冲光输入的速度。
• 集电极暗电流（I_CEO）：在 V_CE=10V 且无光照条件下，最大值为 100 nA。这是器件处于完全黑暗时流过的微小漏电流。较低的暗电流表明在弱光检测中具有更好的信噪比。
• 集电极电流比（R）：0.8 至 1.25。此参数可能用于规定两个光电晶体管或通道之间的匹配度，对于差分传感应用非常重要。

3. 分档系统说明

LTR-5888DHP1 采用基于其导通状态集电极电流（I_C(ON)）的全面分档系统。分档是一种质量控制过程，将具有相似性能特征的元件分组。手册提供了两个分档表：一个是生产设定范围，另一个是最终保证范围。

参数 I_C(ON)定义为标准化条件（V_CE= 5V，E_e= 1 mW/cm²）下的平均集电极电流。器件被分选到标记为 A 到 H 的档位中，每个档位有特定的 I_C(ON)范围（例如，生产设定档位 A：0.20mA 至 0.26mA）。每个档位对应一个独特的颜色标记（红、黑、绿、蓝、白、紫、黄、橙）。这使得设计人员可以根据其特定电路要求，选择灵敏度得到严格控制、性能一致的器件，从而确保系统性能的稳定性。例如，需要精确触发阈值的应用，将受益于使用来自单一、窄档位的器件。

4. 性能曲线分析

数据手册包含多条典型特性曲线，直观展示了器件在不同条件下的行为。

• 图 1：集电极暗电流与环境温度关系：此图显示 I_CEO如何随温度升高呈指数增长。这对于高温应用至关重要，因为不断增加的暗电流可能会掩盖微弱的光学信号。
• 图 2：集电极功耗与环境温度关系：此降额曲线说明，最大允许功耗（P_C）随着环境温度的升高而降低。在 85°C 时，器件能承受的最大功率显著低于 25°C 时的 100mW 额定值。设计人员必须参考此曲线以确保安全的热操作。
• 图 3：上升/下降时间与负载电阻关系：此图表明开关时间（T_r和 T_f）随着负载电阻（R_L）的增加而增加。对于要求最大速度的应用，应选择较低的 R_L值，但这会影响输出电压摆幅。
• 图 4：相对集电极电流与辐照度关系：这是光电晶体管的基本传递函数。它表明，在一定范围内，集电极电流随入射红外辐照度（E_e）线性增加。该直线的斜率代表器件的响应度或灵敏度。

5. 机械与封装信息

该器件采用特殊的深绿色塑料封装。数据手册中提供了封装尺寸，所有尺寸均以毫米为单位。关键尺寸说明包括：除非另有说明，公差为 ±0.25mm；凸缘下方树脂溢料最大为 1.5mm；引脚间距在引脚伸出封装处测量。深绿色材料对其光学滤波特性至关重要，它能阻挡可见光，从而增强红外专用性能。

6. 焊接与组装指南

提供的主要指南与焊接热应力有关。引脚可承受 260°C 的温度，最长持续时间为 5 秒，测量点为距离封装本体 1.6mm（0.063 英寸）处。此规格对于定义安全的回流焊温度曲线至关重要。超过此时限温度限制可能导致半导体芯片、键合线或塑料封装本身内部损坏，从而导致立即失效或长期可靠性降低。除非另有说明，还应遵循处理湿敏器件（MSL）的标准行业规范。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

• 红外遥控接收器：检测来自电视遥控器、空调等的调制红外信号。
• 接近与物体检测：用于自动水龙头、干手器、纸巾分配器和机器人技术中，以感知物体的存在。
• 工业计数与分拣：与红外发射器配对使用时，检测传送带上的物体。
• 光学编码器：感应旋转盘上的狭缝或标记，用于位置或速度测量。
• 烟雾探测器：在某些光学腔设计中，用于检测烟雾颗粒散射的光线。

7.2 设计考量

• 偏置：光电晶体管可用于开关（饱和）模式或线性（放大）模式。在开关模式（带有一个上拉电阻的共发射极配置）下，它提供数字输出。在线性模式（通常与运算放大器一起使用）下，它提供与光强成正比的模拟输出。
• 负载电阻（R_L）：集电极电路中 R_L的值是一个关键的设计选择。较小的 R_L提供更快的开关速度（见图 3），但对于给定的光电流，会导致较小的输出电压摆幅。较大的 R_L提供较大的电压摆幅，但响应较慢。
• 环境光抑制：虽然深绿色封装有所帮助，但对于存在强环境红外光（例如，阳光、白炽灯泡）的环境，可能需要额外的电学滤波。使用调制的红外光源和解调接收电路是一种非常有效的技术。
• 热管理：参考图 2（降额曲线），确保在预期的最高工作环境温度下，器件的功耗保持在安全限值内。
• 分档选择：根据所需的信号电平和预期的红外光源强度，选择合适的灵敏度档位（A-H），以优化电路性能和一致性。

8. 技术对比与差异化

LTR-5888DHP1 的主要差异化在于其专为抑制可见光而设计的深绿色封装。与透明或未滤波的光电晶体管相比，它在高环境可见光环境下提供更优越的性能，因为它不太可能被误触发。其相对较高的 V_CEO（30V）、快速开关速度（微秒级）以及详细的灵敏度分档系统相结合，使其成为适用于广泛红外传感任务的稳健且设计友好的选择。全面的分档功能允许在需要多个传感器或非常一致的触发点的应用中进行精确匹配。

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：它充当可见光滤波器。它衰减可见光谱（约 400-700nm）的光，同时允许红外波长（通常 >700nm）通过并到达半导体芯片。这提高了纯红外应用中的信噪比。

问：如何理解两个不同的分档表？

答：“生产设定”表显示了制造过程中用于分选器件的更严格的内部范围。“导通状态范围”表显示了客户可以依赖的更宽泛的保证规格范围。来自单一生产档位的器件比仅仅满足更宽保证范围的器件具有更一致的性能。

问：我可以在阳光直射下使用此器件吗？

答：虽然封装过滤了可见光，但阳光中含有大量的红外辐射。这可能会使传感器饱和。对于户外使用或在强环境红外光下，强烈建议使用光学屏蔽、电学滤波或采用调制的红外光源系统。

问：如果超过引脚焊接温度/时间会怎样？

答：可能导致不可逆的损坏：封装熔化、内部键合线断裂或半导体特性退化。务必遵守距离本体 1.6mm 处 260°C 持续 5 秒的准则。

10. 实际设计案例研究

场景：为自动皂液器设计接近传感器。

目标是检测放置在喷嘴下方约 5-10 厘米处的手。一个红外 LED 发射器与 LTR-5888DHP1 探测器相对放置，两者都面向检测区域。

设计步骤：

1. 电路配置：将光电晶体管用于共发射极开关模式。将发射极接地，集电极连接到一个上拉电阻（R_L），该电阻连接到电源电压（例如，5V）。输出信号取自集电极节点。

2. 元件选择：选择波长与光电晶体管峰值灵敏度匹配的红外 LED。选择一个能提供良好电压摆幅的 R_L值（例如，10kΩ）。根据预期的反射红外强度，选择来自 D 或 E 档位（中等灵敏度）的光电晶体管。

3. 调制（可选但推荐）：为了抑制环境光，用脉冲电流（例如，38kHz）驱动红外 LED。在光电晶体管输出后接一个带通滤波器或一个调谐到相同频率的专用红外接收 IC。这使得系统不受恒定环境红外光的影响。

4. 阈值检测：当手将红外光反射到探测器上时，集电极的输出电压会下降。可以使用比较器或微控制器的 ADC 来检测此电压变化并触发皂液泵。

5. 考量因素：在设置检测阈值时，需考虑暗电流随温度升高而增加的情况（图 1）。确保器件的功耗符合图 2 规定的限值。

11. 工作原理

光电晶体管本质上是一种双极结型晶体管（BJT），其基区暴露在光线下且未连接到电极端子。能量大于半导体带隙的入射光子在基极-集电极结区被吸收。这种吸收产生电子-空穴对。反向偏置的基极-集电极结中的电场扫过这些电荷载流子，产生光电流。该光电流充当晶体管的基极电流。由于晶体管的电流增益（β 或 h_FE），产生的集电极电流是光电流乘以增益（I_C≈ β * I_photo）。这种内部放大使得光电晶体管比简单的光电二极管具有高得多的灵敏度。深绿色封装材料吸收大部分可见光光子，而红外光子可以穿透并被硅吸收以产生信号电流。

12. 技术趋势

用于传感的光电子领域持续发展。与 LTR-5888DHP1 等器件相关的趋势包括：

集成化：朝着集成解决方案发展，将光电探测器、放大器和数字逻辑（如施密特触发器或调制器/解调器）组合到单个封装中（例如，红外接收模块）。

小型化：开发更小表面贴装封装的光电晶体管，以满足紧凑型消费电子产品的需求。

增强滤波：使用更复杂的干涉滤光片，直接沉积在芯片或封装上，以提供更锐利的波长选择性，提高对不需要的环境光源的抑制能力。

应用特定优化：器件越来越多地针对非常具体的应用（例如，用于数据通信的特定脉冲检测、用于精密测量的极低暗电流）进行表征和分档，而不是作为通用元件。