LTR-306 侧向式光电晶体管数据手册 - 集电极电流高达2.4mA - 电压30V - 简体中文技术文档

1. 产品概述

LTR-306是一款采用侧向式塑料封装的硅NPN光电晶体管。该器件设计用于探测红外辐射，将入射光转换为集电极端的电流。其主要功能是作为各种电子电路中的光传感器，充当光控开关或模拟光强传感器。侧向式封装方向是其关键特性，意味着敏感区域垂直于引脚方向，这非常适合光源位于PCB侧面的应用场景。

该器件的核心优势包括其宽泛的集电极电流工作范围，为满足不同灵敏度要求提供了设计灵活性。集成的透镜经过优化，可将入射红外光聚焦到有源半导体区域，从而增强灵敏度。此外，采用低成本塑料封装使其成为大批量消费和工业应用中经济高效的选择，在保证基本性能参数的同时兼顾了成本效益。

LTR-306的目标市场涵盖需要可靠红外探测的广泛应用领域。这包括但不限于物体检测与计数系统、槽型传感器（例如打印机和自动售货机）、磁带末端传感器、接近感应以及工业自动化设备。其稳健的设计和明确的性能指标使其适用于集成到简单或复杂的电子系统中。

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应力极限。不保证在此条件下运行。在环境温度（T_A）为25°C时，最大功耗为100 mW。集电极-发射极电压（V_CE）不得超过30 V，而反向发射极-集电极电压（V_EC）限制为5 V。该器件额定工作环境温度范围为-40°C至+85°C，存储温度范围为-55°C至+100°C。对于焊接，当在距离封装本体1.6mm处测量时，引脚可承受260°C持续5秒，这是波峰焊或回流焊工艺的标准要求。

2.2 电气与光学特性

所有电气和光学参数均在T_A=25°C下规定，为性能比较提供了基准。

• 集电极-发射极击穿电压（V_(BR)CEO）：最小30V（I_C= 1mA，E_e=0）。这是无光照时结击穿的电压。
• 发射极-集电极击穿电压（V_(BR)ECO）：最小5V（I_E= 100μA，E_e=0）。此参数对于反向偏置条件很重要。
• 集电极-发射极饱和电压（V_CE(SAT)）：典型值0.1V，最大值0.4V（I_C= 100μA，E_e=1 mW/cm²）。该低电压表明晶体管完全导通时具有良好的开关性能。
• 上升时间（T_r）与下降时间（T_f）：最大各20 μs（V_CC=5V，I_C=1mA，R_L=1kΩ）。这些参数定义了光电晶体管响应光脉冲的开关速度。
• 集电极暗电流（I_CEO）：最大100 nA（V_CE= 10V，E_e=0）。这是无光照时的漏电流，是弱光灵敏度和信噪比的关键参数。

3. 分档系统说明

LTR-306对其关键参数——导通状态集电极电流（I_C(ON)）——采用了分档系统。分档是一种质量控制与分类流程，根据器件在指定范围内的实测性能进行分组。这确保了最终用户的一致性。器件在标准条件下（V_CE= 5V，E_e= 1 mW/cm²，λ=940nm）进行测试。

分档标记为A至F，每个档位代表一个特定的I_C(ON):

• 范围：档位A：
• 0.20 mA 至 0.60 mA档位B：
• 0.40 mA 至 1.08 mA档位C：
• 0.72 mA 至 1.56 mA档位D：
• 1.04 mA 至 1.80 mA档位E：
• 1.20 mA 至 2.40 mA档位F：

最小1.60 mA（所提供数据中未指定上限）

此系统允许设计者选择与其电路所需灵敏度相匹配的档位。例如，需要高输出电流直接驱动继电器或LED的电路可能指定档位E或F，而低功耗传感电路可能使用档位A或B以最小化功耗。

4. 性能曲线分析

数据手册包含多个典型特性曲线，说明了关键参数如何随工作条件变化。这对于理解器件在单点规格之外的行为至关重要。

4.1 集电极暗电流与环境温度关系（图1）_CEO该曲线显示集电极暗电流（I

）随环境温度升高呈指数增长。在-40°C时，它处于皮安培范围，但在120°C时可升至约100 μA。这一特性对于高温应用至关重要，因为不断增加的暗电流会作为偏置或噪声源，可能降低传感器的有效灵敏度和动态范围。

4.2 集电极功耗与环境温度关系（图2）

此图展示了最大允许功耗随环境温度升高而降额的情况。虽然器件在25°C时可耗散100 mW，但在更高温度下必须线性降低此额定值，以防止热失控并确保可靠性。该曲线为应用设计中的热管理提供了必要数据。

4.3 上升/下降时间与负载电阻关系（图3）_r此图揭示了开关速度与负载电阻之间的权衡关系。上升和下降时间（T_f，T_L）随着负载电阻（R_L）值的增加而显著增加。对于1kΩ负载，时间约为20μs，但对于10kΩ负载，可能超过150μs。设计者必须选择R

来平衡快速响应时间与期望的输出电压摆幅或电流水平。

4.4 相对集电极电流与辐照度关系（图4）_e这是一个基本的传输特性。它表明，当V_CE保持在5V时，在较低范围（0-2 mW/cm²）内，集电极电流与入射光辐照度（E

）相对线性。该线性区域是器件可用于模拟光测量的地方。在更高的辐照度水平下，响应可能开始饱和。

4.5 灵敏度方向图（图5）

此极坐标图说明了光电晶体管的角灵敏度。相对灵敏度相对于入射光角度绘制。它显示器件在特定视角（通常为轴向，0°）具有最大灵敏度。随着光源偏离轴向，灵敏度降低。此图对于最终应用中的机械对准至关重要，以确保光源与传感器之间的最佳耦合。

5. 机械与封装信息

LTR-306采用塑料侧向式封装。数据手册中提供了尺寸，所有测量值均以毫米为单位（括号内为英寸）。关键尺寸公差通常为±0.25mm，除非另有说明。引脚间距在引脚从封装本体伸出的位置测量，这对于PCB焊盘设计至关重要。封装包含一个模塑在塑料中的透镜，以提高光学收集效率。侧向式方向意味着有源传感区域位于元件的侧面，而非顶部。封装图中提供了清晰的极性标识（发射极和集电极引脚），这对于正确的电路板组装至关重要。

6. 焊接与组装指南

该器件适用于标准PCB组装工艺。绝对最大额定值规定，当在距离封装本体1.6mm（0.063英寸）处测量时，引脚可承受260°C的焊接温度持续5秒。此额定值与典型的波峰焊和回流焊温度曲线兼容。如果适用，建议遵循标准的JEDEC或IPC湿敏度处理指南，尽管塑料封装通常很坚固。焊接期间，应注意避免对封装施加过大的热应力。组装后，应使用与塑料材料兼容的溶剂进行清洁。对于存储，应遵守-55°C至+100°C的规定范围，并且元件通常与干燥剂一起提供在防潮袋中。

7. 应用建议

• 7.1 典型应用场景物体检测/中断：
• 与红外LED配对使用，检测物体是否中断光束。常见于打印机、复印机、自动售货机和工业计数器。接近感应：
• 检测来自附近物体的红外光反射。光栅/槽型传感器：
• 检测胶带、纸张或其他材料的边缘。编码器：
• 用于光学旋转或线性编码器，读取码盘或码带上的图案。简单遥控接收器：

用于基本红外指令检测（尽管对于复杂协议，专用接收模块更常见）。

• 7.2 设计考量偏置：_L光电晶体管可用于两种常见配置：开关模式（带一个上拉电阻）或模拟模式（共发射极放大器配置）。负载电阻（R
• ）的值对输出电压/电流和响应速度都有至关重要的影响（见图3）。抗环境光干扰：
• 为了在环境光变化（例如阳光、室内灯光）的环境中可靠运行，通常需要对红外源进行调制，并对光电晶体管信号进行相应的滤波或解调。透镜与对准：
• 考虑到其侧向式方向和角灵敏度模式（图5），红外发射器与光电晶体管之间正确的机械对准对于最大化信号强度和可靠性至关重要。温度效应：
• 设计必须考虑暗电流（图1）和灵敏度随温度的变化，尤其是在户外或恶劣环境中。电气噪声：

在敏感的模拟电路中，可能需要屏蔽和适当的接地，以防止高阻抗光电晶体管节点拾取噪声。

8. 技术对比与差异化与标准光电二极管相比，像LTR-306这样的光电晶体管提供了内部增益，从而在相同光输入下产生更高的输出电流。这在许多简单检测电路中省去了外部跨阻放大器，减少了元件数量和成本。与其他光电晶体管相比，LTR-306的具体优势在于其侧向式封装，这是一种适合特定光路的独特机械外形；其宽泛的集电极电流分档提供了灵活性；以及其集成透镜以增强灵敏度

。其规定的上升/下降时间和电压额定值使其成为适用于中速应用的稳健通用元件。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：档位代码（A、B、C等）对我的设计意味着什么？

答：档位代码表示器件在标准测试条件下将产生的集电极电流的保证范围。选择一个能为您的下游电路（例如比较器、微控制器ADC）提供足够信号电流的档位，同时考虑功耗。更高的档位（E、F）提供更大的电流，但暗电流可能略高。

问：我可以在阳光下使用此传感器吗？

答：直射阳光包含大量的红外辐射，会使传感器饱和，使其无法用于检测单独的红外源。对于户外使用，光学滤波（阻挡可见光的红外透过滤光片）和/或采用同步检测的调制光源是强制性的。

问：为什么上升/下降时间取决于负载电阻？_L答：光电晶体管的速度受其结电容与负载电阻（R_L）形成的RC时间常数限制。更大的R_L会产生更大的时间常数，减慢集电极的电压摆幅，从而增加上升和下降时间。为了获得更快的响应，请使用更小的R

，但这也会减小输出电压摆幅。

问：如何解读灵敏度方向图？

答：该图显示了传感器对不同角度入射光的相对响应。值1.0（或100%）通常出现在0°（正对透镜）。曲线显示了如果光源未对准，信号会降低多少。使用此图来设计产品中的机械外壳和对准结构。

10. 实用设计示例场景：为打印机设计纸张存在传感器。

一个红外LED放置在纸张路径的一侧，LTR-306直接放置在对面，形成光束。当没有纸张时，红外光照射到光电晶体管上，使其导通并将其集电极电压拉低。当纸张通过时，它阻挡光束，光电晶体管关断，其集电极电压变高（通过上拉电阻）。微控制器检测到此电压转换。

设计步骤：

1. 选择合适的档位（例如档位C），以确保在预期工作温度范围内有足够强的电流变化，以可靠地驱动所选的上拉电阻电压。_L2. 选择负载/上拉电阻（R

）。使用5V电源和4.7kΩ电阻可获得良好的电压摆幅。参考图3，确保由此产生的约100μs响应时间对于纸张速度足够快。

3. 机械设计支架，使LED和LTR-306根据灵敏度方向图（图5）中的0°轴对准。侧向式封装简化了这一点，因为两个元件都可以平放在PCB上，彼此相对。

4. 使用调制（例如1kHz方波）实现红外LED驱动器，使传感器不受恒定环境红外光的影响。然后，微控制器将与此调制同步读取传感器信号。

11. 工作原理_FE光电晶体管是一种基区暴露在光下的双极结型晶体管。在LTR-306（NPN型）中，具有足够能量（约940nm的红外光）的入射光子在基极-集电极结被吸收，产生电子-空穴对。这些光生载流子被反向偏置的基极-集电极结中的电场分离。产生的光电流充当晶体管的基极电流。由于晶体管的电流增益（β/h

），这个小的光电流被放大，产生大得多的集电极电流。这种内部放大是与光电二极管的关键区别。集电极电流主要与入射光强度和器件的增益成正比。

12. 技术趋势