LTR-S971-TB 紅外線光電晶體規格書 - 側視封裝 - Vce 30V - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTR-S971-TB 是一款專為感測應用設計的分立式紅外線光電晶體元件。它屬於光電元件大家族，旨在用於需要可靠偵測紅外線的環境中。此元件的主要功能是將入射的紅外線輻射轉換為電氣訊號，具體來說是與接收到的紅外線功率密度成正比的集極電流。

其核心優勢包括採用黑色封裝的側視圓頂透鏡，有助於導引視野，並可能減少來自其他角度的環境光干擾。該元件採用適合現代組裝製程的封裝，以 13 英吋直徑捲盤上的 8mm 載帶供應，使其相容於自動貼裝設備與紅外線迴焊製程。同時，它也符合 RoHS 與綠色產品標準。

此光電晶體的目標市場與應用主要在消費性電子產品與工業感測領域。關鍵應用領域包括作為遙控器等系統中的紅外線接收器，以及實現 PCB 安裝的紅外線感測功能，例如接近偵測、物體感測，以及以紅外線為媒介的基本資料傳輸鏈路。

2. 深入技術參數分析

LTR-S971-TB 的性能由一組絕對最大額定值與詳細的電氣/光學特性所定義，所有規格均在環境溫度 (TA) 25°C 下指定。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能會對元件造成永久性損壞。它們並非用於正常操作。

• 功率消耗 (Pd)：100 mW。這是元件能以熱形式消耗的最大功率。
• 集極-射極電壓 (V_CE)：30 V。可施加於集極與射極端子之間的最大電壓。
• 射極-集極電壓 (V_EC)：5 V。可施加於射極與集極之間的最大反向電壓。
• 操作溫度範圍 (T_op)：-40°C 至 +85°C。元件可靠運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍 (T_stg)：-55°C 至 +100°C。非運作狀態下的儲存溫度範圍。
• 紅外線焊接條件：可承受 260°C 最長 10 秒，定義了其迴焊能力。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了元件在指定測試條件下的性能，代表典型的操作行為。

• 集極-射極崩潰電壓 (V_(BR)CEO)：30 V (最小值)。在反向漏電流 (I_R) 為 100µA 且無入射紅外線照射 (E_e= 0 mW/cm²) 的條件下測量。
• 射極-集極崩潰電壓 (V_(BR)ECO)：5 V (最小值)。在 I_E= 100µA 且無照射的條件下測量。
• 集極-射極飽和電壓 (V_CE(SAT))：0.4 V (最大值)。元件完全導通時兩端的電壓，在 I_C= 100µA、輻照度 0.5 mW/cm² 的條件下測試。
• 上升時間 (T_r) 與下降時間 (T_f)：15 µs (典型值)。這些開關速度參數是在 V_CE=5V、I_C=1mA、R_L=1kΩ 的條件下測量，顯示其適用於中速偵測。
• 集極暗電流 (I_CEO)：100 nA (最大值)。無光線時，在 V_CE=20V 條件下，從集極流向射極的漏電流。數值越低，訊噪比越好。
• 導通狀態集極電流 (I_C(ON))：4.0 mA (典型值)。元件受照射時的輸出電流，測試條件為 V_CE=5V，並使用 940nm 光源在 0.5 mW/cm² 的輻照度下。這是一個關鍵的靈敏度參數。

3. 性能曲線分析

規格書中參考了典型電氣/光學特性曲線的章節。這些圖形表示對於設計工程師理解元件在單點規格之外的行為至關重要。

雖然提供的文本中未詳細說明具體曲線，但像 LTR-S971-TB 這類光電晶體的典型圖表會包括：

• 集極電流 (I_C) 對集極-射極電壓 (V_CE)：以不同入射紅外線輻照度 (E_e) 為參數的一組曲線。這顯示了輸出特性與飽和區域。
• 集極電流 (I_C) 對入射輻照度 (E_e)：此圖表通常在固定的 V_CE 下繪製，展示了光電晶體對光強度的線性（或非線性）響應，這是其靈敏度的核心。
• 光譜響應：顯示元件對不同波長光線相對靈敏度的曲線。雖然測試條件指定為 940nm，但此曲線會顯示峰值響應波長與靈敏度頻寬，對於濾除不需要的光源非常重要。
• 溫度相依性：顯示暗電流 (I_CEO) 和集極電流 (I_C) 等關鍵參數如何隨環境溫度變化的圖表，這對於在室溫以外環境運作的設計至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 外型尺寸

該元件採用帶有圓頂透鏡的側視封裝。所有尺寸均以毫米為單位提供，標準公差為 ±0.1 mm，除非另有說明。精確的機械圖定義了本體尺寸、引腳間距、透鏡位置以及對 PCB 佈局至關重要的整體佔位面積。

4.2 建議焊接墊尺寸

提供了 PCB 的建議焊盤圖案（佔位面積）。遵循這些尺寸可確保在焊接過程中形成正確的焊點、機械穩定性與散熱。

4.3 捲帶與捲盤封裝尺寸

詳細圖紙規定了載帶尺寸（凹槽尺寸、間距）、蓋帶與捲盤尺寸。此資訊對於自動化組裝線設置至關重要。註明的關鍵規格是：一個 13 英吋捲盤包含 9000 個元件，最多允許連續缺失兩個元件，遵循 ANSI/EIA 481-1-A-1994 標準。

5. 焊接與組裝指南

5.1 儲存條件

該元件對濕氣敏感。在其帶有乾燥劑的密封防潮袋中，應儲存在 ≤30°C 且 ≤90% RH 的環境下，並在一年內使用。一旦開封，儲存環境不得超過 30°C 和 60% RH。離開原始包裝超過一週的元件，在焊接前應在大約 60°C 下烘烤至少 20 小時，以防止在迴焊過程中發生爆米花效應。

5.2 焊接參數

迴焊：建議使用符合 JEDEC 標準的溫度曲線。

• 預熱：150–200°C，最長 120 秒。
• 峰值溫度：最高 260°C。
• 溫度高於 260°C 的時間：最長 10 秒，最多允許兩個迴焊週期。

• 烙鐵溫度：最高 300°C。
• 接觸時間：每個焊點最長 3 秒。

5.3 清潔

如果焊接後需要清潔，應僅使用異丙醇等酒精類溶劑。

6. 應用說明與設計考量

6.1 驅動電路設計

光電晶體本質上是一種電流輸出裝置。規格書為驅動多個元件提供了關鍵指導。電路模型 (A)是推薦的配置，其中每個光電晶體都有自己的串聯限流電阻連接到電源電壓。這通過補償各個元件之間電流-電壓 (I-V) 特性的微小差異，確保了強度均勻性。電路模型 (B)，即多個元件共用單一電阻，不建議使用，因為元件間的差異可能導致亮度不均或電流分配不均。

6.2 應用範圍與注意事項

該元件適用於標準電子設備（辦公室、通訊、家用）。規格書包含一項特別警告：未經事先諮詢與資格認證，不得將其用於安全關鍵或高可靠性應用——例如航空、醫療生命維持或交通控制系統——因為故障可能危及生命或健康。

6.3 典型應用情境

• 紅外線遙控接收器：偵測來自遙控器的調變紅外線訊號。
• 接近與物體偵測：通過偵測反射或被阻擋的紅外線來感測物體的存在與否。
• 基本紅外線資料鏈路：用於短距離、低速無線資料傳輸。
• 安全警報感測器：作為光束遮斷或基於反射的入侵偵測系統的一部分。

7. 工作原理

光電晶體基於雙極性接面電晶體結構內的光電效應原理運作。具有足夠能量（對此元件而言是紅外線譜）的入射光子被基極-集極接面區域吸收，產生電子-電洞對。這些光生載子被電晶體的電流增益有效地放大。基極端子通常不連接或與電阻一起用於偏壓控制。最終的輸出是集極電流 (I_C)，它比主要的光電流大得多，提供了固有的訊號放大。側視透鏡將入射的紅外線聚焦並導引到敏感的半導體區域，定義了元件的視野。

8. 封裝與訂購資訊

標準包裝為每 13 英吋捲盤 9000 個。捲帶與捲盤規格符合 ANSI/EIA 標準，以確保與自動取放設備的相容性。料號 LTR-S971-TB 唯一標識此特定型號（可能表示側視封裝類型 'TB'）。

9. 基於技術參數的常見問題

問：此感測器的典型響應速度是多少？

答：典型的上升與下降時間為 15 微秒，使其適合偵測遙控器中常見的調變紅外線訊號，這些訊號通常在 38 kHz 等載波頻率下運作。

問：LTR-S971-TB 的靈敏度如何？

答：在 940nm、0.5 mW/cm² 且 V_CE=5V 的測試條件下，它通常提供 4.0 mA 的集極電流。產生可用輸出電流所需的輻照度越低，靈敏度越高。

問：我可以在戶外或高溫環境中使用它嗎？

答：其操作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C，允許在多種環境中使用。然而，設計師必須考慮其暗電流與輸出電流的溫度相依性，這在極端溫度下會影響訊噪比。

問：為什麼並聯的每個光電晶體都需要獨立的電阻？

答：由於自然的製造差異，各個光電晶體的 I-V 特性略有不同。共用一個電阻會迫使它們具有相同的電壓，這可能導致顯著的電流不平衡。獨立的電阻允許每個元件自我偏壓，確保更均勻的電流分配與性能。

10. 設計與使用案例範例

情境：設計一個使用紅外線遮斷光束感測器的簡單物體計數器。

1. 設置：將一個紅外線發射器置於輸送帶的一側，LTR-S971-TB 光電晶體則直接置於對面。
2. 電路：光電晶體配置為共射極設置。一個上拉電阻連接在集極與 V_CC之間。射極接地。輸出訊號取自集極節點。
3. 操作：當紅外線光束未被阻斷時，光電晶體受照射而導通，將集極電壓拉低。當物體阻斷光束時，照射停止，光電晶體關閉，集極電壓被電阻拉高。_CE(SAT))。當物體阻斷光束時，照射停止，光電晶體關閉，集極電壓被電阻拉高。
4. 訊號處理：此數位電壓轉換可輸入微控制器的數位輸入腳位或比較器，以觸發計數程序。
5. 設計考量：上拉電阻的值會影響開關速度與電流消耗。環境紅外線可能導致誤觸發，因此系統可能需要光學濾波、外殼遮蔽環境光，或對紅外線光束進行調變/解調變。

註：產品外觀與規格可能因改進而變更，恕不另行通知。