LTR-536AD 光電晶體規格書 - 深綠色封裝 - 30V反向電壓 - 150mW功耗 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

LTR-536AD 係一款專為紅外線 (IR) 偵測應用而設計嘅高性能矽NPN光電晶體。佢嘅核心功能係將入射嘅紅外線輻射轉換成電流。呢個元件嘅一個標誌性特點係佢嘅特殊深綠色塑膠環氧樹脂封裝。呢種材料嘅配方可以衰減或者截止可見光波長，從而顯著提升佢喺紅外線光譜（通常係940nm左右）內嘅靈敏度同訊噪比。呢個特點令佢成為喺需要區分環境可見光嘅應用中嘅理想選擇。

核心優勢：

• 高光敏度：對於特定水平嘅紅外線輻照度，能夠提供強勁嘅電氣輸出信號。
• 紅外線優化：深綠色封裝充當可見光濾波器，令器件特別適合純紅外線感測。
• 低結電容：呢個參數對於高頻操作至關重要，能夠實現更快嘅響應時間。
• 快速開關特性：具有快速嘅上升同下降時間，適合脈衝式紅外線系統同數據通訊。
• 高截止頻率：支援喺更高頻率嘅電路中操作。

目標市場：呢款光電晶體針對緊從事紅外線系統設計嘅工程師同設計師。常見應用包括接近感應器、物件偵測、非接觸式開關、紅外線數據傳輸鏈路（例如遙控器）、工業自動化，以及任何需要可靠偵測紅外線信號同時抑制可見光源干擾嘅系統。

2. 深入技術參數分析

除非另有說明，所有參數均喺環境溫度 (T_A) 為25°C下指定。理解呢啲參數對於正確設計電路同確保器件喺其極限內可靠運作至關重要。

2.1 絕對最大額定值

呢啲係壓力極限，超過呢啲極限可能會對器件造成永久損壞。操作應始終維持喺呢啲極限之內。

• 功耗 (P_D)：150 mW。呢個係器件可以作為熱量散發嘅最大允許功率。
• 反向電壓 (V_R)：30 V。可以施加喺集電極-發射極結上嘅最大反向偏壓電壓。
• 操作溫度範圍 (T_oper)：-40°C 至 +85°C。器件正常操作嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍 (T_stg)：-55°C 至 +100°C。非操作狀態下嘅儲存溫度範圍。
• 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 電氣及光學特性

呢啲參數定義咗器件喺指定測試條件下嘅性能。

• 反向擊穿電壓 (V_(BR)R)：30 V (最小值)。反向電流 (I_R) 急劇增加時嘅電壓（測試條件為100µA）。呢個數值同絕對最大額定值相關。
• 反向暗電流 (I_D(R))：30 nA (最大值)。當器件處於反向偏壓 (V_R=10V) 同完全黑暗 (E_e=0) 時流動嘅漏電流。數值越低，表示喺低光條件下性能越好。
• 開路電壓 (V_OC)：350 mV (典型值)。器件受光照 (λ=940nm, E_e=0.5mW/cm²) 且無外部負載（開路）時產生嘅電壓。
• 短路電流 (I_S)：1.7 µA (最小值), 2 µA (典型值)。當器件受光照 (λ=940nm, E_e=0.1mW/cm²) 且輸出短路 (V_R=5V) 時流動嘅電流。呢個係靈敏度嘅關鍵指標。
• 上升時間 (T_r) 及下降時間 (T_f)：50 nsec (典型值)。輸出電流響應光照嘅階躍變化，從其最終值嘅10%上升到90%（上升）或從90%下降到10%（下降）所需嘅時間。對於高速應用至關重要。
• 總電容 (C_T)：25 pF (典型值)。喺黑暗環境中，於 V_R=3V 同 f=1MHz 條件下測量嘅結電容。較低嘅電容可以實現更快嘅開關速度。
• 最大靈敏度波長 (λ_SMAX)：900 nm (典型值)。光電晶體最敏感嘅紅外線峰值波長。佢針對約940nm嘅發射器進行咗優化。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾幅圖表，說明器件喺唔同條件下嘅行為。對於超越典型/最小/最大數值嘅詳細設計工作，呢啲圖表非常寶貴。

3.1 暗電流 vs. 反向電壓 (圖1)

呢條曲線顯示反向暗電流 (I_D) 點樣隨施加嘅反向電壓 (V_R) 增加而增加。通常喺較低電壓下顯示非常低、相對恆定嘅電流，隨著電壓升高而逐漸增加，最終喺擊穿電壓處急劇上升。設計師必須確保操作 V_R足夠低於呢條曲線嘅拐點，以最小化漏電流引起嘅雜訊。

3.2 電容 vs. 反向電壓 (圖2)

呢幅圖描繪咗結電容 (C_T) 同反向偏壓電壓之間嘅關係。電容隨反向電壓增加而減少。對於高速電路設計，喺較高反向電壓（喺限制內）下操作可以降低 C_T並改善頻寬，但呢個必須同增加嘅暗電流（來自圖1）取得平衡。

3.3 光電流及暗電流 vs. 環境溫度 (圖3 & 圖4)

圖3 說明光電流 (I_P) 點樣隨環境溫度變化。光電晶體靈敏度通常隨溫度升高而降低。圖4 顯示暗電流 (I_D) 隨溫度升高呈指數級增加。呢兩條曲線對於設計必須喺寬廣溫度範圍（例如 -40°C 至 +85°C）內可靠運作嘅系統至關重要。喺高溫下，增加嘅暗電流可能會淹沒微弱嘅光學信號，降低訊噪比。

3.4 相對光譜靈敏度 (圖5)

呢個可能係應用匹配最重要嘅曲線。佢繪製咗光電晶體喺一系列波長（通常約800nm至1100nm）上嘅歸一化響應度。LTR-536AD 顯示峰值靈敏度約為900nm，並且喺可見光譜 (<800nm) 有顯著衰減，呢個係其深綠色封裝嘅直接結果。呢條曲線必須同目標紅外線LED或光源嘅發射光譜交叉參考，以確保最佳耦合。

3.5 光電流 vs. 輻照度 (圖6)

呢幅圖顯示入射紅外線光功率（輻照度 E_e) 同產生嘅光電流 (I_P) 之間嘅線性關係。呢條線嘅斜率代表器件嘅響應度。佢確認咗器件喺測試嘅輻照度範圍內喺線性區域運作，呢個對於模擬感測應用係理想嘅。

3.6 總功耗 vs. 環境溫度 (圖8)

呢條降額曲線顯示最大允許功耗 (P_D) 作為環境溫度嘅函數。150mW嘅絕對最大額定值僅適用於某個溫度以下（可能係25°C）。隨著環境溫度升高，器件散熱能力下降，因此必須線性降低最大允許功率以防止過熱。呢個對於可靠性計算至關重要。

4. 機械及封裝資料

4.1 封裝尺寸

LTR-536AD 採用標準3mm (T-1) 通孔封裝。規格書中嘅關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸均以毫米為單位（括號內提供英寸）。
• 除非另有規定，適用標準公差 ±0.25mm (.010")。
• 法蘭下方樹脂嘅最大凸出量為1.5mm (.059")。
• 引腳間距喺引腳從封裝主體伸出嘅位置測量。

極性識別：器件嘅透鏡有一邊係平面，通常表示集電極引腳。較長嘅引腳通常係發射極。然而，設計師喺安裝前應始終用萬用錶嘅二極管測試模式驗證極性。

5. 焊接及組裝指引

為確保組裝期間器件嘅完整性，必須遵守以下條件：

• 回流焊接：引腳可以承受260°C嘅溫度，最多5秒。呢個測量點距離封裝主體1.6mm (0.063")。必須調整標準波峰焊或回流焊曲線以符合呢個限制，以防止損壞內部半導體晶片或環氧樹脂封裝。
• 手工焊接：如果需要手工焊接，請使用溫控烙鐵，並將每個引腳嘅接觸時間縮短至3秒以內。如果可能，請喺焊點同封裝主體之間嘅引腳上使用散熱夾。
• 清潔：僅使用經批准且與深綠色環氧樹脂材料相容嘅清潔溶劑。除非驗證咗其相容性同功率/時間設置，否則避免使用超聲波清潔，因為佢可能會損壞封裝或內部鍵合。
• 儲存條件：喺指定嘅儲存溫度範圍 -55°C 至 +100°C 內，儲存於乾燥、防靜電環境中。如果預計長期儲存，應使用原裝防潮袋。

6. 應用建議及設計考量

6.1 典型應用電路

LTR-536AD 可以用於兩種主要配置：

1. 開關模式 (數位輸出)：光電晶體同一個上拉電阻串聯喺電源電壓 (V_CC) 同地之間。輸出從集電極節點取出。當紅外線光照射到感測器時，佢導通，將輸出電壓拉低。當黑暗時，佢關斷，上拉電阻將輸出拉高。上拉電阻嘅數值決定咗開關速度同電流消耗（較小嘅電阻提供更快嘅開關速度但功耗更高）。
2. 線性模式 (模擬輸出)：配置類似，但光電晶體使用固定基極電流（通常為零，僅依賴光電流）同一個集電極電阻偏置喺其放大區。集電極嘅電壓隨入射紅外線光強度線性變化。呢種模式用於模擬感測，例如距離測量或光強度檢測。

6.2 關鍵設計考量

• 光源匹配：始終將 LTR-536AD 同峰值波長接近940nm且與光電晶體光譜靈敏度峰值 (900nm) 匹配嘅紅外線發射器 (LED) 配對，以實現最高效率。
• 環境光抑制：雖然深綠色封裝有幫助，但對於喺明亮環境中操作，可能需要額外嘅光學濾波（專用紅外線通過濾波器）或調製/解調技術（脈衝式紅外線源同同步檢測信號）來抑制環境光雜訊。
• 偏置以提升速度：為實現最快嘅響應時間 (典型值50ns)，以約10V嘅反向電壓 (V_CE) 操作器件，並使用小嘅負載電阻（例如，測試條件中嘅1kΩ）。咁樣可以最小化由結電容 (C_T) 同負載電阻 (R_L) 形成嘅RC時間常數。
• 溫度補償：對於喺寬廣溫度範圍內嘅精密應用，考慮使用電路技術來補償暗電流同靈敏度嘅變化。呢個可能涉及喺黑暗參考通道中使用匹配嘅光電晶體，或者喺信號調理電路中實現與溫度相關嘅增益調整。

7. 技術比較及差異

LTR-536AD 通過其專用封裝喺光電晶體市場中脫穎而出。同標準透明或水清環氧樹脂光電晶體相比，佢嘅主要優勢係內置可見光截止功能。呢個消除咗許多應用中對外部紅外線濾波器嘅需求，減少咗元件數量、成本同組裝複雜性。佢結合咗相對快速嘅開關速度 (50ns)、低電容 (25pF) 同良好嘅靈敏度 (0.1mW/cm²下典型值2µA)，令佢成為模擬感測同中速數位紅外線通訊鏈路嘅平衡選擇。

8. 常見問題 (基於技術參數)

8.1 我可唔可以同紅色LED (650nm) 一齊用？

答案：唔建議。相對光譜靈敏度曲線 (圖5) 顯示喺650nm（可見紅光）處嘅響應度非常低。深綠色封裝會主動阻擋呢個波長。要檢測紅光，應選擇具有透明封裝且峰值靈敏度喺可見光範圍內嘅光電晶體。

8.2 點解喺溫暖環境下我嘅輸出信號會有雜訊？

答案：請參考圖4 (暗電流 vs. 溫度)。暗電流隨溫度呈指數級增加。如果你嘅電路設計用於檢測微弱嘅紅外線信號，喺高溫下，熱產生嘅暗電流可能會變得顯著，表現為雜訊或直流偏移。解決方案包括冷卻感測器、使用帶同步檢測嘅調製光源，或者選擇能夠減去暗電流嘅電路拓撲。

8.3 我點樣選擇負載電阻 (R_L) 嘅數值？

答案：呢個涉及速度、靈敏度同功率之間嘅權衡。
為咗速度 (數位開關)：選擇一個較小嘅 R_L（例如，1kΩ 至 4.7kΩ）。咁樣可以提供較小嘅RC時間常數 (C_T* R_L) 以獲得快速邊緣，但會消耗更多電流。
為咗高電壓擺幅 (模擬感測)：選擇一個較大嘅 R_L（例如，10kΩ 至 100kΩ）。咁樣對於給定嘅光變化可以提供更大嘅輸出電壓變化，但會減慢響應時間。
始終確保當光電晶體完全導通時，R_L上嘅電壓降唔會導致集電極-發射極電壓低於飽和水平，並且光電晶體中嘅功耗保持低於你操作溫度下嘅降額極限。

9. 實際應用案例

應用：工業計數器中嘅非接觸式物件偵測。
實施：一個紅外線LED (940nm) 同 LTR-536AD 安裝喺輸送帶嘅兩側（對射式配置）。LED 使用驅動電路以10kHz脈衝驅動。光電晶體以開關模式連接，使用一個4.7kΩ上拉電阻至5V。其輸出饋入微控制器嘅輸入捕獲引腳。正常情況下（無物件），脈衝式紅外線光到達感測器，導致輸出以10kHz脈衝。微控制器韌體檢測到呢個頻率。當物件穿過光束時，佢阻擋光線，光電晶體嘅輸出變為並保持高電平（或低電平，取決於邏輯）。微控制器檢測到10kHz信號嘅缺失並增加計數器。LTR-536AD嘅深綠色封裝防止工廠中嘅環境螢光燈或白熾燈光錯誤觸發計數器。

10. 工作原理簡介

光電晶體本質上係一個雙極性接面電晶體 (BJT)，其中基極電流由光產生而非電氣供應。喺 LTR-536AD (NPN型) 中，能量大於矽帶隙（對應波長短於約1100nm）嘅入射光子喺基極-集電極結區域被吸收。呢種吸收產生電子-電洞對。反向偏壓嘅集電極-基極結中嘅電場掃過呢啲載子，產生光電流。呢個光電流嘅作用完全如同注入電晶體嘅基極電流。由於電晶體嘅電流增益 (beta, β)，集電極電流遠大於初始光電流 (I_C= β * I_photo)。呢種內部放大正係光電晶體相比光電二極體具有高靈敏度嘅原因。深綠色環氧樹脂吸收大部分可見光光子，主要讓紅外線光子到達矽晶片，從而使器件選擇性地對紅外線敏感。

11. 技術趨勢

光電領域持續發展。雖然像 LTR-536AD 咁樣嘅分立式通孔光電晶體對於許多應用仍然至關重要，但趨勢包括：
集成化：越來越多地將光電探測器同模擬前端電路（放大器、濾波器）及數位邏輯（比較器、邏輯輸出）集成到單晶片解決方案或模組中。
表面貼裝技術 (SMT)：強烈轉向更細嘅SMT封裝以實現自動化組裝同減少電路板空間，但通常由於有效面積更細而需要喺靈敏度上作出權衡。
專業化：開發具有更特定光譜響應、更快速光學數據通訊速度，以及增強對惡劣環境（更高溫度、濕度）耐受性嘅器件。
光電晶體嘅核心原理保持不變，但其實現方式正變得更加針對特定應用同集成化。