LTR-S320-DB-L 光電晶體規格書 - EIA 標準封裝 - 940nm 峰值靈敏度 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

LTR-S320-DB-L 係一款高性能嘅矽 NPN 光電晶體，專為紅外線感測應用而設計。呢個元件針對近紅外光譜嘅光線檢測進行咗優化，峰值靈敏度特別喺 940nm，令佢適合用於各種遙控系統、物件檢測同工業自動化任務。佢嘅主要功能係將入射嘅紅外線光轉換成相應嘅電流。

呢個裝置封裝喺一個標準嘅 EIA 兼容封裝入面，配備一個黑色嘅日光截止樹脂透鏡。呢個透鏡有效過濾可見環境光，顯著降低噪音同誤觸發，從而喺有背景照明嘅情況下提高信噪比。個封裝設計兼容大規模、自動化組裝流程，包括載帶捲盤供料同紅外線迴流焊接，符合現代製造要求。

作為一款符合 RoHS 同無鉛（Pb-free）嘅綠色產品，佢符合當代環保標準。佢嘅光譜響應、封裝設計同製造兼容性相結合，令佢成為成本敏感同追求性能嘅紅外線檢測電路中一個可靠且多功能嘅解決方案。

2. 技術參數：深入客觀解讀

所有電氣同光學特性都係喺環境溫度（T_A）為 25°C 嘅情況下指定嘅，為性能評估提供咗一個標準化基準。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗可能導致裝置永久損壞嘅應力極限。喺呢啲極限下或超過呢啲極限操作係唔保證嘅，電路設計中應該避免。

• 功耗（P_D）：150 mW。呢個係裝置可以以熱量形式散發嘅最大允許功率。超過呢個極限有熱失控同失效嘅風險。
• 集極-射極電壓（V_CEO）：30 V。當基極開路（光電晶體處於暗態）時，可以施加喺集極同射極端子之間嘅最大電壓。
• 工作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。裝置設計用於正常運作嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C。非工作狀態下儲存而不會劣化嘅溫度範圍。
• 紅外線焊接條件：峰值溫度 260°C，最多 10 秒。呢個定義咗無鉛迴流焊接流程嘅溫度曲線極限。

2.2 電氣與光學特性

呢啲參數定義咗裝置喺特定測試條件下嘅性能。

• 反向擊穿電壓（V_(BR)R）：最小 33V，典型值 170V（當 I_R=100µA 時）。呢個高數值表示一個能夠承受顯著反向偏壓嘅穩健接面，對於有電感負載或電壓尖峰嘅電路有好處。
• 反向暗電流（I_D）：最大 10 nA（當 V_R=10V 時）。呢個係冇光入射時嘅漏電流。低暗電流對於實現高靈敏度同低噪音操作至關重要，特別係喺低光檢測場景中。
• 開路電壓（V_OC）：典型值 390 mV（當被 940nm 光照射，輻照度（E_e）為 0.5 mW/cm² 時）。呢個參數喺裝置用於光伏模式（冇外部偏壓）時相關。
• 短路電流（I_SC）：典型值 1.8 µA（測試條件同 V_OC一樣，即 V_R=5V，λ=940nm，E_e=0.5 mW/cm²）。呢個代表輸出短路時產生嘅光電流。
• 上升時間（T_r）同下降時間（T_f）：最大各 30 ns（V_R=10V，R_L=1kΩ）。呢啲開關速度規格對於需要快速脈衝檢測或高頻調製嘅應用（例如數據通信鏈路）至關重要。
• 總電容（C_T）：最大 1 pF（當 V_R=5V，f=1MHz 時）。低接面電容對於保持快速響應時間係必不可少嘅，因為佢限制咗電路嘅 RC 時間常數。
• 光譜帶寬（λ_0.5）：750 nm 至 1100 nm。呢個定義咗裝置響應度至少係峰值一半嘅波長範圍。佢涵蓋咗好多紅外線發射器（例如 850nm 同 940nm LED）使用嘅常見紅外線區域。
• 峰值靈敏度波長（λ_P）：940 nm。呢個裝置喺光譜上同發射 940nm 嘅紅外線 LED 匹配，確保喺呢類配對中達到最高效率同信號強度。

3. 性能曲線分析

規格書參考咗典型特性曲線，呢啲曲線提供咗裝置喺唔同條件下行為嘅視覺洞察。雖然具體圖表冇喺文字中複製，但佢哋嘅典型含義分析如下。

3.1 IV（電流-電壓）特性

一組曲線，繪製咗集極電流（I_C）對集極-射極電壓（V_CE）嘅關係，對應唔同嘅入射輻照度（E_e）水平。呢啲曲線通常會顯示，對於固定嘅輻照度，I_C會隨住 V_CE增加，直到進入飽和區。更高嘅輻照度水平會將曲線向上移，表示更大嘅光電流。有源區嘅斜率同裝置嘅輸出電導有關。

3.2 相對靈敏度 vs. 波長

呢條曲線圖形化咗光譜響應，峰值喺 940nm，並向 750nm 同 1100nm（λ_0.5點）逐漸減弱。對於選擇合適嘅紅外線發射器同檢測器配對，以及評估唔同光譜嘅環境光源嘅影響至關重要。

3.3 溫度依賴性

曲線可能顯示關鍵參數（例如暗電流（I_D）同光電流）隨環境溫度嘅變化。暗電流通常隨溫度呈指數增長（大約每 10°C 翻一倍），呢個可能係高溫應用中噪音嘅主要來源。光電流亦可能有輕微嘅負溫度係數。

4. 機械與封裝資料

4.1 封裝尺寸

呢個裝置符合標準 EIA 封裝外形。所有尺寸都以毫米提供，標準公差為 ±0.10 mm，除非另有說明。個封裝特點係一個黑色嘅日光截止樹脂透鏡，模塑喺矽晶片上面。

4.2 極性識別與接腳定義

光電晶體係一個 2 腳裝置。接腳定義對於呢類封裝係標準嘅：集極通常連接到外殼或較長嘅引腳（如果適用），而射極係另一個腳。規格書圖表提供咗明確嘅識別。正確嘅極性對於電路正常運作係必不可少嘅。

4.3 建議焊盤佈局

提供咗一個推薦嘅焊盤圖案（封裝佔位）用於 PCB 設計，以確保迴流期間形成可靠嘅焊點。遵循呢啲尺寸有助於防止墓碑效應、錯位或焊錫角不足。

5. 焊接與組裝指引

5.1 迴流焊接溫度曲線

提供咗一個適用於無鉛（Pb-free）焊接流程嘅紅外線迴流溫度曲線詳細建議。關鍵參數包括：

• 預熱：150°C 至 200°C。
• 預熱時間：最多 120 秒。
• 峰值溫度：最高 260°C。
• 液相線以上時間（峰值時）：最多 10 秒。
• 最大迴流循環次數： Two.

呢個溫度曲線基於 JEDEC 標準，以確保封裝完整性。工程師必須根據佢哋特定嘅 PCB 設計、元件同焊膏來表徵呢個溫度曲線。

5.2 手動焊接

如果需要手動焊接，烙鐵頭溫度唔應該超過 300°C，每個引腳嘅焊接時間應該限制喺最多 3 秒。建議只進行一次手動焊接循環，以避免熱應力。

5.3 清潔

只應該使用指定嘅清潔劑。推薦使用異丙醇（IPA）或乙醇。裝置應該喺常溫下浸泡少於一分鐘。未指定嘅化學液體可能會損壞封裝樹脂。

5.4 儲存條件

密封包裝（防潮袋）：儲存喺 ≤30°C 同 ≤90% RH。呢啲元件嘅使用期限係從防潮袋密封日期起一年內。

已開封包裝：儲存喺 ≤30°C 同 ≤60% RH。元件應該喺一星期（168 小時）內進行迴流焊接。對於喺原裝袋外更長時間嘅儲存，必須將佢哋儲存喺有乾燥劑嘅密封容器或氮氣乾燥器中。儲存超過一星期嘅元件應該喺焊接前以大約 60°C 烘烤至少 20 小時，以去除吸收嘅水分，防止迴流期間出現爆米花現象。

6. 包裝與訂購資料

6.1 載帶與捲盤規格

呢個裝置以 8mm 載帶供應，裝喺直徑 7 英寸（178mm）嘅捲盤上，兼容標準自動貼片設備。

• 每捲數量： 3000.
• 蓋帶：空嘅元件袋用頂部蓋帶密封。
• 缺失元件：根據捲盤規格，每捲最多允許兩個連續缺失元件（缺失燈）。
• 標準：包裝遵循 ANSI/EIA 481-1-A-1994 規格。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 紅外線遙控接收器：用於電視、音響系統同機頂盒（配對 940nm 紅外線 LED）。
• 物件/接近檢測：用於打印機、影印機、自動販賣機同工業自動化，用於感應紙張、物件或位置。
• 煙霧探測器：用於基於光學腔室嘅設計。
• 編碼器：用於馬達控制中嘅速度或位置感應。
• 基本光電隔離：用於低速、成本敏感嘅隔離電路。

7.2 電路設計考量

驅動方法：光電晶體係一個電流輸出裝置。為咗一致嘅性能，特別係當多個裝置並聯使用時，強烈建議每個光電晶體串聯一個限流電阻（規格書中嘅電路模型 A）。

電路模型 A（推薦）：每個光電晶體都有自己嘅串聯電阻連接到電源電壓。咁樣確保每個裝置喺一個定義嘅電流點運作，補償佢哋電流-電壓（I-V）特性嘅微小變化，並防止一個裝置搶佔過多電流。

電路模型 B（不建議用於並聯）：多個光電晶體直接並聯到一個共享電阻。由於個別元件嘅 I-V 曲線存在自然差異，一個裝置可能會比其他裝置吸取更多電流，導致檢測應用中亮度或靈敏度不均勻。

偏壓：呢個裝置通常用於共射極配置，集極有一個上拉電阻。呢個負載電阻（R_L）嘅值會影響輸出電壓擺幅同響應速度（通過同裝置電容形成嘅 RC 時間常數）。較細嘅 R_L提供更快嘅響應，但輸出電壓變化較細。

抗噪性：黑色日光截止透鏡提供咗出色嘅可見光抑制。然而，對於高噪音環境（例如，有熒光燈或陽光），可能需要額外嘅電氣濾波（例如，一個並聯喺負載電阻嘅電容器或硬件/軟件去抖動算法）來抑制調製干擾。

8. 技術比較與差異

同簡單嘅光電二極管相比，光電晶體提供內部電流增益（晶體管嘅 β 值），對於相同嘅入射光水平，產生更高嘅輸出電流。咁樣令佢更容易直接同邏輯電路或微控制器接口，唔需要後續放大級，簡化設計並減少元件數量。

然而，呢個增益嘅代價係較慢嘅響應時間（光電晶體通常係幾十到幾百納秒，而光電二極管係納秒級）同潛在更高嘅電容。對於非常高速嘅應用（例如，>1 MHz 調製），帶有外部跨阻放大器嘅光電二極管可能係更好嘅選擇。

LTR-S320-DB-L 喺光電晶體類別中嘅關鍵差異化因素係佢嘅標準化 EIA 封裝（方便製造）、特定嘅 940nm 光譜匹配、集成嘅日光濾光透鏡，以及佢符合無鉛迴流流程嘅資格。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 日光截止透鏡有咩作用？

黑色樹脂透鏡經過摻雜，對可見光係唔透明嘅，但對 940nm 左右嘅紅外線波長係透明嘅。咁樣顯著減少咗由環境室內光、陽光或其他可見光源產生嘅光電流，最小化誤觸發並提高紅外線信號檢測嘅可靠性。

9.2 可唔可以同 850nm 紅外線 LED 一齊用？

可以，但效率會降低。裝置嘅光譜響應曲線顯示喺 850nm 有顯著靈敏度（喺 750-1100nm 帶寬內），但唔係喺峰值（940nm）。同使用匹配嘅 940nm 發射器相比，輸出信號會較弱。為咗最佳性能同最大範圍，建議配對 940nm 光源。

9.3 點樣計算合適嘅串聯電阻值？

電阻值取決於所需嘅工作電流同電源電壓（V_CC）。喺特定輻照度下，光電晶體會好似一個電流源咁運作。使用歐姆定律：R = (V_CC- V_CE(sat)) / I_C。V_CE(sat)係飽和電壓（中等電流下通常係幾百 mV）。I_C係所需嘅集極電流，可以從 I_SC參數同預期光水平估算。從典型 I_SC（0.5 mW/cm² 下 1.8 µA）開始，並根據你應用嘅輻照度進行縮放。選擇 R 來設定工作點喺 IV 曲線嘅所需區域。

9.4 點解零件喺防潮袋外儲存後需要烘烤？

塑料封裝會從大氣中吸收水分。喺高溫迴流焊接過程中，呢啲被困住嘅水分會迅速蒸發，產生高內部壓力。呢個可能導致封裝同晶片分層（爆米花現象）或內部裂紋，導致立即或潛在嘅失效。烘烤可以驅除呢啲吸收嘅水分，令元件安全進行迴流。

10. 工作原理

光電晶體本質上係一個雙極性接面晶體管（BJT），其中基極電流係由光產生，而唔係電氣連接。能量大於矽帶隙嘅入射光子喺基極-集極接面區域產生電子-電洞對。呢啲載流子被內部電場掃過，產生一個充當基極電流（I_B）嘅光電流。呢個光生基極電流然後被晶體管嘅電流增益（h_FE或 β）放大，產生一個大得多嘅集極電流（I_C= β * I_B）。輸出從集極端子取出，射極接地。冇物理基極引腳係一個常見特徵，雖然有啲光電晶體包括一個基極連接用於偏壓控制或速度優化。

11. 發展趨勢

光電檢測領域持續發展。同 LTR-S320-DB-L 呢類裝置相關嘅趨勢包括：

• 微型化：開發更細封裝尺寸（例如，晶片級封裝）嘅光電晶體，以實現更密集嘅電子產品。
• 增強集成：將光電檢測器同放大、濾波同數字邏輯集成喺單一晶片上，創造具有數字輸出（I2C，SPI）嘅智能傳感器，減少外部元件數量並簡化系統設計。
• 提高速度：研究結構同材料以減少載流子渡越時間同電容，將光電晶體帶寬推得更高，用於數據通信應用。
• 波長特異性：開發具有更窄同更精確調諧光譜響應嘅檢測器，以提高喺有多個紅外線源嘅環境中嘅選擇性，或實現新嘅感測模式。
• 關注可靠性與測試：隨著光電元件滲透到汽車、醫療同工業安全應用，越來越強調嚴格嘅資格標準、擴展溫度範圍操作同失效模式分析。

雖然分立式光電晶體由於其簡單性同成本效益，對好多應用仍然至關重要，但呢啲趨勢指向未來更複雜同針對特定應用嘅解決方案。