LTR-1650D 光電晶體規格書 - 封裝尺寸 5.0x4.0x3.2mm - 電壓 30V - 功率 100mW - 深色透明封裝 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

LTR-1650D 係一款專為紅外線偵測應用而設計嘅矽 NPN 光電晶體。佢採用低成本、深色透明嘅塑膠封裝，可以有效過濾可見光，同時傳輸主要約 940nm 嘅紅外線波長。集成透鏡可以將入射紅外線輻射聚焦到晶體管嘅有效區域，從而提升器件嘅靈敏度。呢個元件喺廣泛嘅工作溫度範圍內都具備可靠同高性能，適合用於各種感應同控制系統。

2. 主要特點同核心優勢

• 寬廣集電極電流範圍：器件提供多個性能等級 (A 至 F)，導通集電極電流 (IC(ON)) 嘅選擇範圍好廣，由最低 0.2mA 到最高超過 9.6mA，設計師可以根據特定靈敏度要求揀選合適嘅型號。
• 高靈敏度透鏡：集成環氧樹脂透鏡增加咗紅外光嘅有效收集面積，改善咗信噪比同整體響應度。
• 高性價比塑膠封裝：採用標準、經濟實惠嘅塑膠外殼，適合大規模生產同廣泛市場應用。
• 特殊深色透明封裝：封裝材料經過染色，可以衰減可見光，減少環境光源嘅干擾，並喺光線條件變化嘅環境中提升性能。

3. 深入技術參數分析

3.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能受損嘅壓力極限。喺呢啲條件下操作唔保證正常。

• 功耗 (P_D)：喺 T_A=25°C 時為 100 mW。呢個係器件可以安全散發嘅最大熱功率。
• 集電極-發射極電壓 (V_CEO)：30 V。喺基極開路情況下，可以施加喺集電極同發射極端子之間嘅最大電壓。
• 發射極-集電極電壓 (V_ECO)：5 V。可以施加喺發射極同集電極之間嘅最大反向電壓。
• 工作溫度範圍 (T_opr)：-40°C 至 +85°C。器件指定可以操作嘅環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍 (T_stg)：-55°C 至 +100°C。
• 引腳焊接溫度：距離封裝主體 1.6mm 處，260°C 持續 5 秒。呢個對於波峰焊或回流焊製程好關鍵。

3.2 電氣及光學特性 (T_A=25°C)

以下參數喺特定條件下測試，定義咗器件嘅性能。

• 集電極-發射極擊穿電壓 (V_(BR)CEO)：30 V (最小值)。喺無輻照度 (E_C= 0 mW/cm²) 同 I_e= 1mA 條件下測試。
• 發射極-集電極擊穿電壓 (V_(BR)ECO)：5 V (最小值)。喺無輻照度同 I_E= 100µA 條件下測試。
• 集電極-發射極飽和電壓 (V_CE(SAT))：0.4 V (最大值)。當晶體管完全 "導通" 時，跨接喺晶體管兩端嘅電壓降，測試條件為 I_C= 100µA 同 E_e= 1 mW/cm²。低 V_CE(SAT)對於高效開關操作係好理想嘅。
• 上升時間 (T_r) 及下降時間 (T_f)：10 µs (典型值)。呢啲開關速度參數喺 V_CC=5V、I_C=1mA 同 R_L=1kΩ 條件下量度。佢哋決定咗光電晶體對光強度變化嘅反應速度。
• 集電極暗電流 (I_CEO)：100 nA (最大值)。呢個係當器件處於完全黑暗環境 (E_e= 0 mW/cm²) 同 V_CE= 10V 時，流經集電極嘅漏電流。低暗電流對於微光偵測中嘅良好信噪比至關重要。

3.3 導通集電極電流 (I_C(ON)) 分級系統

LTR-1650D 根據其靈敏度分為唔同等級，靈敏度由標準化條件下 (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², λ = 940nm) 量度嘅導通集電極電流定義。咁樣可以根據應用嘅增益要求進行精確選擇。

• 等級 A：0.2 - 0.6 mA
• 等級 B：0.4 - 1.2 mA
• 等級 C：0.8 - 2.4 mA
• 等級 D：1.6 - 4.8 mA
• 等級 E：3.2 - 9.6 mA
• 等級 F：6.4 mA (最小值)

設計師落單時應該查詢特定等級代碼，以確保光電晶體符合電路嘅靈敏度同輸出電流需求。

4. 性能曲線分析

規格書提供咗幾條特性曲線，說明關鍵參數點樣隨環境同電氣條件變化。

4.1 集電極暗電流 vs. 環境溫度 (圖 1)

呢條曲線顯示集電極暗電流 (I_CEO) 隨環境溫度升高而指數式增加。呢個係半導體嘅基本行為，熱產生嘅電荷載子會變得更加普遍。喺高溫應用中，呢個增加嘅漏電流會成為重要嘅噪音來源，必須喺感應放大器閾值嘅設計中考慮。

4.2 集電極功耗 vs. 環境溫度 (圖 2)

圖表描繪咗最大允許功耗隨環境溫度升高而降低嘅情況。喺 25°C 時，器件可以處理 100mW。隨著溫度升高，呢個額定值會線性下降。為咗喺 25°C 以上可靠操作，實際功耗 (V_CE* I_C) 必須保持低於降額曲線。呢個對於防止熱失控同確保長期可靠性好關鍵。

4.3 上升及下降時間 vs. 負載電阻 (圖 3)

呢條曲線展示咗開關速度同負載電阻 (R_L) 之間嘅權衡。上升同下降時間會隨住負載電阻增大而增加。呢個係因為較大嘅 R_L會同光電晶體嘅結電容形成較大嘅 RC 時間常數。對於需要快速脈衝偵測嘅應用，應該使用較細嘅負載電阻，但代價係輸出電壓擺幅會減少。

4.4 相對集電極電流 vs. 輻照度 (圖 4)

呢個圖表顯示入射紅外線輻照度 (E_e) 同產生嘅集電極電流之間嘅關係。響應喺某個範圍內通常係線性嘅，呢個對於模擬光感應應用好理想。條線嘅斜率代表器件嘅響應度。理解呢個特性對於將感應器輸出校準到特定光強度水平好關鍵。

4.5 靈敏度圖 (圖 5)

呢個極座標圖說明咗光電晶體靈敏度嘅角度依賴性。當紅外線垂直入射透鏡 (0°) 時，靈敏度通常最高。隨著入射角增加，靈敏度會降低。呢個特性對於設計應用中嘅光路好重要，例如確保槽型遮斷器中嘅正確對準，或者定義接近感應器嘅視場。

5. 機械及封裝資料

5.1 封裝尺寸

器件採用標準 3mm (T-1) 徑向引線封裝。關鍵尺寸包括：

• 封裝主體直徑：約 5.0mm。
• 封裝高度：約 3.2mm (不包括引線)。
• 引線間距：喺引線伸出封裝處量度，通常為 2.54mm (0.1")。
• 法蘭下方允許最大樹脂凸出 1.5mm。

注意：除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為 ±0.25mm。設計師必須參考詳細機械圖紙進行精確嘅佔位面積同放置規劃。

5.2 極性識別

光電晶體有兩條引線：集電極同發射極。較長嘅引線通常係集電極。封裝可能喺集電極引線附近有平面或其他標記。正確極性對於電路正常操作同施加正確偏壓至關重要。

6. 焊接及組裝指引

• 手動焊接：使用溫控烙鐵。限制焊接時間，以防止過多熱量傳遞到半導體晶粒。
• 波峰焊/回流焊：嚴格遵守最大額定值：距離封裝主體 1.6mm 處，260°C 持續 5 秒。超過呢個值可能會損壞內部引線鍵合或環氧樹脂封裝。
• 清潔：使用與深色透明環氧樹脂相容嘅適當溶劑。除非確認對封裝安全，否則避免使用超聲波清潔。
• 儲存：喺指定溫度範圍 -55°C 至 +100°C 內，儲存喺乾燥、防靜電環境中，以防止吸濕 (可能導致回流焊期間 "爆米花" 現象) 同靜電放電損壞。

7. 應用建議同設計考量

7.1 典型應用場景

• 物體偵測及遮斷：用於槽型光學開關 (例如，打印機中嘅紙張偵測、3D 打印機中嘅限位感應)。
• 接近感應：配對紅外線 LED，用於非接觸式物體偵測。
• 編碼器：偵測旋轉盤上嘅圖案，用於速度或位置量度。
• 工業控制：用於需要抗環境光干擾嘅自動化設備中嘅感應。
• 消費電子產品：紅外線遙控接收器 (雖然通常與專用 IC 一齊使用，但光電晶體可以構成前端)。

7.2 關鍵設計考量

• 偏置電路：光電晶體可以用於開關 (共發射極) 或跟隨器 (發射極跟隨器) 配置。共發射極配置提供電壓增益，常用於數字開關。需要上拉電阻 (R_L)。
• 選擇 R_L:負載電阻值涉及權衡。較大嘅 R_L對於給定光電流可以提供較大輸出電壓擺幅，但會減慢開關速度 (見圖 3)。根據所需速度同信號水平進行選擇。
• 環境光抑制：雖然深色封裝有幫助，但強勁嘅環境紅外線光源 (陽光、白熾燈泡) 可能會使感應器飽和。考慮使用光學濾波器、調製紅外線光源，以及使用同步偵測技術。
• 溫度補償：對於精密模擬感應，暗電流同靈敏度隨溫度嘅變化 (圖 1 同 2) 必須喺信號調理電路中進行補償。
• 電氣噪音：集電極嘅高阻抗節點容易受到電磁干擾 (EMI)。保持走線短，必要時使用屏蔽，並考慮喺 R_L兩端並聯一個細電容 (例如，10-100pF) 以濾除高頻噪音，同時注意其對速度嘅影響。

8. 技術比較同差異化

同基本光電二極管相比，像 LTR-1650D 咁樣嘅光電晶體提供內部增益，對於相同光輸入產生大得多嘅輸出電流，喺簡單開關應用中通常唔需要額外嘅外部放大器。同光達靈頓晶體管相比，佢提供更快嘅響應時間 (µs 級 vs. 幾十/幾百 µs 級)，但增益較低。特定嘅 I_C(ON)分級系統，相比只有單一、寬鬆規格嘅器件，允許更精確嘅系統設計。深色透明封裝係同透明封裝嘅關鍵區別，提供內置可見光抑制。

9. 常見問題 (基於技術參數)

9.1 "BIN" 規格係咩意思？點樣揀？

BIN 代碼 (A 至 F) 指定咗光電晶體靈敏度 (I_C(ON)) 嘅保證範圍。根據你特定輻照度水平所需嘅輸出電流選擇等級。對於較高靈敏度/較低光水平應用，選擇較高字母等級 (例如，E 或 F)。對於成本敏感、高增益唔係關鍵嘅應用，較低等級 (A 或 B) 可能已經足夠。

9.2 點解暗電流咁重要？

暗電流 (I_CEO) 係無光入射時存在嘅輸出信號。佢設定咗可偵測光嘅下限，並作為噪音源。喺數字開關應用中，電路嘅偵測閾值必須設定喺預期最大暗電流之上，特別係喺暗電流顯著增加嘅高溫環境下。

9.3 負載電阻點樣影響性能？

負載電阻 (R_L) 直接影響兩個關鍵參數：輸出電壓(V_out= I_C* R_L) 同開關速度(見圖 3)。你必須選擇 R_L，以實現邏輯電平或 ADC 輸入所需嘅必要電壓擺幅，同時確保上升/下降時間對於你應用嘅數據速率或響應時間夠快。

9.4 可唔可以喺猛太陽底下用？

深色透明封裝提供一定嘅抑制，但直接陽光含有強烈紅外線輻射，好容易使感應器飽和。對於戶外使用，必須採取額外措施：物理遮光 (遮光罩)、中心波長為你紅外線光源波長 (例如，940nm) 嘅窄帶光學濾波器，以及最好喺接收器電路中使用調製紅外線光源同同步偵測，以將信號同陽光嘅穩定直流分量區分開。

10. 實戰設計同使用案例研究

場景：設計打印機紙張偵測感應器。

1. 選擇：選擇中等靈敏度等級 (例如，等級 C 或 D)，以確保可靠觸發，同時唔會對灰塵或反射過度敏感。
2. 電路配置：使用共發射極開關配置。將 LTR-1650D 同一個紅外線 LED (例如，940nm) 配對，放置喺紙張路徑嘅對面。
3. 元件數值確定：選擇一個 R_L值 (例如，4.7kΩ)，當有紙時 (阻擋光線，I_C低) 提供邏輯低輸出 (接近 0V)，當無紙時 (有光線，I_CC高) 提供邏輯高輸出 (接近 V_C)。驗證電平與微控制器輸入引腳兼容。
4. 抗噪性：並聯一個 10nF 電容喺 R_L兩端，以抑制來自打印機馬達嘅電氣噪音。產生嘅速度 (~100µs) 仍然遠快於機械紙張移動。
5. 對準：使用靈敏度圖 (圖 5) 指導機械設計。確保紅外線 LED 同光電晶體喺高靈敏度錐形區域內對準 (例如，±20°)，以最大化信號強度。
6. 測試：喺最壞情況下測試感應器：高溫 (檢查暗電流增加) 同使用各種紙張類型 (有些可能對紅外線更半透明)。

11. 工作原理

光電晶體本質上係一個雙極性接面晶體管 (BJT)，其中基極電流由光產生，而唔係由電氣供應。能量大於半導體帶隙嘅入射光子喺基極-集電極接面區域被吸收，產生電子-電洞對。反向偏壓嘅集電極-基極接面中嘅電場掃走呢啲載子，有效產生作為基極電流 (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) 放大，產生大得多嘅集電極電流 (I_C= h_FE* I_B)。呢個內部放大係相比簡單光電二極管嘅關鍵優勢。深色透明封裝材料充當長通濾波器，允許紅外線波長 (如 940nm) 通過，同時吸收較短嘅可見光波長，從而改善喺有可見光環境中嘅信噪比。

12. 行業趨勢同發展

光電行業持續演變。雖然像 LTR-1650D 咁樣嘅分立光電晶體對於成本敏感、大批量或特定性能應用仍然至關重要，但更廣泛嘅趨勢包括：

• 集成化：越來越多將光電偵測器同模擬前端放大器、模擬-數字轉換器 (ADC) 同數字邏輯集成到單芯片解決方案中 (例如，環境光感應器、接近感應器模組)。呢啲提供校準數字輸出、更細佔位面積同簡化設計，但單位成本可能更高。
• 微型化：對更細封裝尺寸 (例如，芯片級封裝) 嘅需求，以適應不斷縮小嘅消費電子產品。
• 性能提升：開發具有更低暗電流、更快響應時間 (進入納秒範圍) 同更高靈敏度嘅器件，用於更苛刻嘅應用，如 LiDAR 同高速通信。
• 專業化：針對特定波長 (例如，用於心率監測、氣體感應) 或內置光譜濾波器嘅感應器。

分立光電晶體可能會喺其簡單性、穩健性、低成本同特定性能特徵 (如 LTR-1650D 嘅深色封裝) 提供最佳解決方案嘅應用中保持其地位。