LTR-5576D 光電晶體規格書 - 3.0x2.8x1.9mm 封裝 - Vce 30V - 功率 100mW - 深綠色濾光 - 技術文件

1. 產品概覽

LTR-5576D 係一款專為紅外線偵測應用而設計嘅矽質 NPN 光電晶體。佢嘅主要功能係將入射嘅紅外線光轉換成集極端子嘅電流。呢個元件嘅一個關鍵特點係佢特別嘅深綠色塑膠封裝。呢種封裝材料係專登揀選嚟減弱或者阻隔可見光波長，從而增強器件對紅外線輻射嘅靈敏度同選擇性。呢個特點令佢特別適合用喺需要區分環境可見光同目標紅外線信號嘅應用場合。

LTR-5576D 嘅核心優勢包括一個寬廣嘅集極電流工作範圍，提供設計靈活性。佢對紅外線光具有高靈敏度，確保即使喺較低輻照度下都能可靠偵測。此外，佢擁有快速切換時間，以微秒級嘅上升同下降時間為特徵，令佢可以用喺需要快速反應嘅應用，例如數據通訊鏈路、物件偵測同速度感應。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗可能導致器件永久損壞嘅極限。佢哋係喺環境溫度（T_A）為 25°C 時指定嘅。

• 功耗（P_D）：100 mW。呢個係器件可以以熱量形式散發嘅最大功率。超過呢個限制有熱失控同失效嘅風險。
• 集極-射極電壓（V_CEO）：30 V。喺基極開路（浮動）情況下，可以施加喺集極同射極之間嘅最大電壓。
• 射極-集極電壓（V_ECO）：5 V。可以施加喺射極同集極之間嘅最大反向電壓。
• 工作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。保證器件根據其電氣規格正常運作嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C。器件非工作狀態下儲存而不會退化嘅溫度範圍。
• 引腳焊接溫度：260°C 持續 5 秒，測量點距離封裝主體 1.6mm。呢個定義咗回流焊接曲線嘅限制。

2.2 電氣與光學特性

呢啲參數定義咗器件喺 T_A=25°C 嘅特定測試條件下嘅性能。

• 集極-射極擊穿電壓，V_(BR)CEO:30 V（最小值）。喺 I_C= 1mA 同零輻照度（E_e= 0 mW/cm²）下測量。
• 射極-集極擊穿電壓，V_(BR)ECO:5 V（最小值）。喺 I_E= 100μA 同零輻照度下測量。
• 集極-射極飽和電壓，V_CE(SAT):0.4 V（最大值）。當器件完全導通時，器件兩端嘅電壓降，測試條件為 I_C= 50μA 同 E_e= 0.5 mW/cm²。一個低嘅 V_CE(SAT)對於高效切換係理想嘅。
• 切換時間：
  • 上升時間（T_r）：15 μs（典型值）。輸出電流從其最終值嘅 10% 上升到 90% 所需嘅時間。
  • 下降時間（T_f）：18 μs（典型值）。輸出電流從其初始值嘅 90% 下降到 10% 所需嘅時間。測試條件為 V_CC=5V，I_C=1mA，R_L=1kΩ。
• 集極暗電流（I_CEO）：100 nA（最大值）。當無光入射（E_e= 0 mW/cm²）且 V_CE= 10V 時，流經集極嘅漏電流。低暗電流對於低光偵測中良好嘅信噪比至關重要。
• 導通狀態集極電流比（R）：定義為 I_L1/I_L2，典型值為 1.0，最小/最大值為 0.8/1.25。呢個參數與特定測試條件下電流輸出嘅一致性有關。

3. 分級系統說明

LTR-5576D 採用基於平均導通狀態集極電流（I_C(ON)）嘅分級系統。呢個電流係喺標準化條件下測量：V_CE= 5V 同輻照度（E_e）為 1 mW/cm²。器件根據其測得嘅 I_C(ON)範圍被分揀到唔同嘅級別（A 至 F）。每個級別都對應一個特定嘅顏色標記以便識別。

提供咗兩組限制：較嚴格嘅生產設定範圍用於製造分揀，以及較寬鬆嘅品質控制（Q.C.）限制用於最終驗收測試。

呢個分級系統允許設計師根據其特定電路要求，揀選具有一致靈敏度嘅器件，確保批量生產中性能可預測。

4. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條特性曲線，說明器件喺唔同條件下嘅行為。

4.1 集極暗電流 vs. 環境溫度（圖 1）

呢條曲線顯示集極暗電流（I_CEO）隨環境溫度升高而呈指數增長。喺 25°C 時，佢處於納安範圍，但喺工作溫度範圍上限（+85°C）時會顯著增加。呢個特性對於設計必須喺寬溫度範圍內保持穩定嘅電路至關重要，因為增加嘅暗電流會充當偏移或噪音源。

4.2 集極功率降額 vs. 環境溫度（圖 2）

呢個圖表描繪咗最大允許功耗隨環境溫度升高而降額嘅情況。喺 25°C 時，器件可以散發全部 100 mW。隨著溫度升高，呢個最大功率必須線性降低，以防止超過結溫限制。呢條曲線對於熱管理同確保喺高溫環境中可靠運作至關重要。

4.3 上升 & 下降時間 vs. 負載電阻（圖 3）

呢個圖表展示咗切換速度（T_r， T_f）同連接喺集極嘅負載電阻（R_L）之間嘅關係。切換時間隨負載電阻減小而減少。呢個係因為較細嘅 R_L允許光電晶體嘅結電容同電路中任何寄生電容更快充電同放電。設計師可以利用呢條曲線優化 R_L，以喺切換速度同輸出信號幅度之間取得理想平衡。

4.4 相對集極電流 vs. 輻照度（圖 4）

呢條曲線顯示光電晶體嘅傳遞函數：入射紅外線輻照度（E_e，單位 mW/cm²）同產生嘅集極電流（I_C）之間嘅關係。曲線喺一定範圍內通常係線性嘅。呢種線性對於模擬感測應用好重要，因為輸出電流應該與光強度成正比。圖表係喺 V_CE= 5V 下取得。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LTR-5576D 採用標準 3 腳側視封裝。主要尺寸（毫米）如下，除非另有說明，一般公差為 ±0.15mm：

• 封裝主體：長度約 3.0mm，高度約 2.8mm，深度約 1.9mm（不包括引腳）。
• 引腳間距：引腳中心之間嘅距離係標準值，喺引腳伸出封裝主體嘅位置測量。
• 樹脂突出：法蘭下方最多可能突出 1.5mm 樹脂。

封裝嘅深綠色塑膠材料係其功能不可或缺嘅一部分，用於濾除可見光。

5.2 極性識別

器件有三個引腳：射極、集極同基極（通常懸空或喺某些配置中用於偏置電阻）。呢種封裝類型嘅引腳排列係標準嘅，但設計師必須始終查閱規格書中嘅詳細封裝圖以確保正確方向。錯誤連接可能會損壞器件。

6. 焊接與組裝指引

處理同組裝光電晶體需要小心，以避免靜電放電（ESD）同過熱造成損壞。

• ESD 預防措施：器件對 ESD 敏感。必須遵循適當嘅 ESD 安全處理程序，包括使用接地手環同導電工作台面。
• 回流焊接：引腳焊接嘅絕對最大額定值為 260°C 持續 5 秒，測量點距離封裝主體 1.6mm。呢個對應於標準無鉛回流焊接曲線。必須仔細控制焊接曲線，以避免熱衝擊或超過呢個限制。
• 波峰焊接：如果使用波峰焊接，應進行適當預熱，以最小化塑膠封裝上嘅熱應力。
• 清潔：使用與深綠色塑膠材料相容嘅清潔溶劑，以避免變色或降解。
• 儲存：喺指定嘅 -55°C 至 +100°C 溫度範圍內，儲存喺乾燥、有 ESD 保護嘅環境中。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 物件偵測與接近感應：用於自動水龍頭、乾手機、擦手紙分配器同安全系統等設備，通過反射紅外線光束來偵測物件嘅存在與否。
• 工業自動化：用於計算輸送帶上嘅物件、偵測機械部件位置，或用於光學編碼器進行速度同位置反饋。
• 消費電子：用於遙控接收器（雖然通常與專用 IC 配對）、用於顯示屏亮度控制嘅環境光傳感器，以及打印機或光碟機中嘅槽式傳感器。
• 基本數據鏈路：用於簡單、短距離紅外線數據傳輸（例如，符合 IrDA 標準嘅低速系統）。

7.2 設計考慮因素

• 偏置電路：光電晶體可以用於兩種常見配置：簡單開關（帶上拉電阻）或用於模擬感測嘅線性模式。負載電阻（R_L）嘅值至關重要，會影響增益、帶寬（切換速度）同輸出電壓擺幅。
• 環境光抑制：深綠色封裝提供顯著嘅可見光抑制，但並非完美。對於高環境光環境，可能需要額外嘅光學濾波、調製紅外線信號或同步檢測技術來提高信號完整性。
• 溫度補償：如曲線所示，暗電流隨溫度升高而增加。對於精密模擬感測，電路可能需要溫度補償，或者以差分配置使用器件以抵消與溫度相關嘅偏移。
• 透鏡與外殼設計：傳感器嘅視場由其封裝決定。可以根據應用需要，使用外部透鏡或光圈來聚焦或限制感測區域。

8. 技術比較與差異化

LTR-5576D 嘅主要區別在於其深綠色塑膠封裝。與標準透明或無色封裝相比，呢個提供咗對可見光嘅固有濾波，簡化咗喺環境可見光波動環境中嘅光學設計。其快速切換時間（喺 15-18 μs 範圍內）令佢適合需要比典型光電晶體更快反應嘅應用，後者嘅切換時間可能喺數十至數百微秒。全面嘅分級系統（級別 A-F）為設計師提供保證嘅靈敏度範圍，與參數分佈較寬嘅未分級器件相比，能夠喺批量生產中實現更一致嘅性能。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：深綠色封裝嘅用途係咩？
答：深綠色塑膠充當內置光學濾波器。佢減弱大部分可見光譜，同時允許紅外線波長穿透到矽晶片。呢個顯著降低咗傳感器對環境室內光、陽光或其他可見光源嘅反應，令佢主要對目標紅外線信號作出反應。

問：我應該點樣揀選合適嘅負載電阻（R_L）？
答：選擇涉及權衡。較大嘅 R_L對於給定光電流提供更高輸出電壓擺幅（更高增益），但會導致較慢切換速度（見圖 3）。較細嘅 R_L提供更快反應但增益較低。根據你嘅優先考慮係靈敏度（模擬感測）定速度（數位切換）來選擇 R_L。

問：分級（A-F）對我嘅設計意味住咩？
答：分級確保靈敏度一致性。如果你嘅電路係為特定電流閾值而設計，使用同一級別嘅器件可以保證佢哋都會喺大致相同嘅光強度下觸發。混合唔同級別可能會導致某些單元比其他單元更敏感或更不敏感。選擇一個 I_C(ON)範圍符合你電路工作點嘅級別。

問：我可以喺直射陽光下使用呢個傳感器嗎？
答：雖然深綠色封裝有幫助，但直射陽光含有大量紅外線輻射，可能會使傳感器飽和。對於戶外或高環境紅外線應用，需要額外措施，例如針對你特定紅外線源波長調校嘅光學帶通濾波器、物理屏蔽，或者使用帶同步檢測嘅調製紅外線源。

10. 實用設計案例研究

場景：設計擦手紙分配器傳感器。
目標係偵測放喺分配器下方嘅手並啟動馬達。一個紅外線 LED 發射器放置喺 LTR-5576D 探測器對面。正常情況下，紅外線光束照射到探測器，產生電流。當手阻斷光束時，電流下降。

設計步驟：
1. 電路配置：以共射極開關配置使用光電晶體。通過負載電阻 R_L將集極連接到電源電壓（例如 5V）。射極接地。輸出電壓喺集極節點取得。
2. 選擇 R_L:由於速度唔係關鍵（手部移動緩慢），優先考慮良好信號擺幅。從圖 4 可見，喺合理輻照度下，I_C可能約為 ~500μA（C 級）。選擇 R_L= 10kΩ 可提供 ΔV = I_C* R_L≈ 5V 嘅電壓擺幅，對於驅動邏輯輸入非常理想。
3. 分級選擇：選擇一個級別（例如 C 級或 D 級），該級別喺所需感測距離下，配合所選紅外線 LED 嘅輸出能提供足夠電流。呢個確保可靠觸發。
4. 環境光抗擾度：LTR-5576D 嘅深綠色封裝自動抑制咗室內照明嘅大部分變化，令系統無需複雜濾波即可穩健運作。
5. 輸出調理：集極電壓（光束存在時為高，阻斷時為低）可以直接輸入比較器或微控制器 GPIO 引腳進行處理。

11. 工作原理

光電晶體本質上係一種雙極性接面電晶體（BJT），其基極電流由光產生而非電氣連接。喺 LTR-5576D（NPN 型）中，入射喺基極-集極接面嘅紅外線光子產生電子-電洞對。呢啲光生載流子被反向偏壓基極-集極接面嘅電場掃過，產生光電流。呢個光電流充當電晶體嘅基極電流（I_B）。由於電晶體嘅電流增益（β 或 h_FE），集極電流（I_C）遠大於原始光電流（I_C≈ β * I_B）。呢種內部放大正係光電晶體相比簡單光電二極體具有高靈敏度嘅原因。

12. 技術趨勢

光學感測領域持續發展。與 LTR-5576D 等元件相關嘅趨勢包括：
集成化：越來越多地將光電探測器與模擬前端電路（跨阻放大器、ADC）同數位邏輯集成到單晶片解決方案或模組中。
波長特異性：開發具有更尖銳光譜響應曲線或可調性嘅探測器，用於氣體感測或生物分析等特定應用。
微型化：持續減小封裝尺寸，以適應越來越細小嘅消費同醫療設備。
性能提升：努力進一步降低暗電流、提高速度同增加低功耗應用嘅靈敏度。光電晶體嘅基本原理仍然有效，但其實現方式同支援系統架構持續進步。