LTR-516AD 光電晶體規格書 - 深綠色封裝 - 30V 反向電壓 - 150mW 功率損耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTR-516AD 是一款專為偵測紅外線輻射而設計的高性能矽質 NPN 光電晶體。其核心功能是將入射的紅外光轉換為電流。此元件的一個關鍵特點是其特殊的深綠色塑膠封裝，此設計旨在濾除大部分可見光譜。這使其特別適用於感測器必須主要對紅外線訊號作出反應的應用，從而最大限度地減少環境可見光的干擾。該元件結合了高光敏度、低接面電容和快速切換時間，使其成為各種紅外線感測與通訊系統的理想選擇。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

為確保可靠性並防止損壞，此元件額定在特定的環境與電氣極限內運作。在環境溫度（T_A）為 25°C 時，最大功率損耗為 150 mW。其可承受高達 30 V 的反向電壓（V_R）。工作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C，而儲存溫度範圍則為 -55°C 至 +100°C。在組裝方面，引腳可在 260°C 下焊接，最長持續時間為 5 秒，焊接點距離封裝本體至少 1.6mm。

2.2 電氣與光學特性

所有電氣與光學參數均在 T_A= 25°C 下指定。反向崩潰電壓（V_(BR)R）在反向電流（I_R）為 100µA 時，典型值為 30V。反向暗電流（I_D(R)），即無光入射時的漏電流，在 V_R= 10V 時最大值為 30 nA。在來自 940nm 光源的輻照度（E_e）為 0.5 mW/cm² 的條件下，光電晶體會產生 350 mV 的開路電壓（V_OC）。其動態性能特徵為上升與下降時間（T_r、T_f）各為 50 奈秒，測試條件為 V_R=10V、940nm 脈衝以及 1 kΩ 負載電阻。短路電流（I_S）是靈敏度的關鍵指標，在 V_R=5V、λ=940nm 及 E_e=0.1 mW/cm² 條件下，典型值為 2 µA。總接面電容（C_T）在 V_R=3V 及 1 MHz 下，最大值為 25 pF。峰值光譜靈敏度波長（λ_SMAX）為 900 nm。

3. 性能曲線分析

規格書提供了數條對電路設計至關重要的特性曲線。圖 1 繪製了暗電流（I_D）與反向電壓（V_R）的關係，顯示元件在黑暗中的漏電行為。圖 2 說明了接面電容（C_T）如何隨著反向電壓增加而降低，這對高頻應用非常重要。圖 3 顯示光電流隨環境溫度的變化，表明感測器輸出可能隨溫度變化而漂移。圖 4 同樣繪製了暗電流與溫度的關係。圖 5 是相對光譜靈敏度曲線，以圖形方式確認了在 900nm 處的峰值響應，以及深綠色封裝在衰減可見光範圍靈敏度方面的有效性。圖 6 顯示了光電流（I_p）與紅外線輻照度（E_e）之間的線性關係。圖 7 是一個極座標圖，顯示了靈敏度的角度依賴性。圖 8 詳細說明了當環境溫度超過 25°C 時，最大允許總功率損耗如何降額。

4. 機械與封裝資訊

LTR-516AD 採用特殊的深綠色塑膠封裝。關鍵尺寸註記包括：所有尺寸單位均為毫米，除非另有說明，否則一般公差為 ±0.25mm。法蘭下方的樹脂最大凸出量為 1.5mm。引腳間距是在引腳離開封裝本體的點上測量。此封裝設計用於通孔安裝。深綠色是其功能的組成部分，作為可見光濾波器，以提高紅外線偵測的信噪比。

5. 焊接與組裝指南

為了確保焊接可靠，嚴格遵守指定的條件至關重要。引腳應在 260°C 的溫度下焊接，最長不超過 5 秒。焊接點必須距離塑膠封裝本體至少 1.6mm（0.063 英吋），以防止對半導體晶片和塑膠封裝造成熱損傷。只要嚴格遵守溫度和時間限制，可以使用標準的波峰焊或手工焊接技術。長時間暴露在超過指定限制的溫度下可能會降低性能或導致永久性故障。

6. 應用建議

6.1 典型應用場景

LTR-516AD 非常適合各種基於紅外線的應用。這些應用包括自動化和安全系統中的物體偵測與接近感測、印表機和自動販賣機中的槽型感測器、非接觸式開關，以及紅外線數據通訊鏈路（如舊式 IRDA 介面）。其快速切換時間使其適用於需要快速脈衝偵測的系統。

6.2 設計考量

使用此光電晶體進行設計時，必須考慮幾個因素。首先，應根據所需的靈敏度和速度選擇工作點；較高的反向電壓通常會降低電容並提高速度，但會增加暗電流。負載電阻（R_L）的值是一個關鍵的設計選擇：較大的 R_L可提供較高的電壓輸出，但會減慢響應時間（增加 RC 時間常數）。深綠色封裝減少了環境可見光的干擾，但設計者仍應考慮應用環境中的紅外線背景。為了在溫度變化下穩定運作，應考慮圖 3 和圖 4 中顯示的變化，可能需要在訊號調理電路中進行溫度補償。

7. 技術比較與差異化

LTR-516AD 的主要差異化特點是其專為抑制可見光而設計的深綠色封裝，這並非所有標準光電晶體都具備。這使其在可見光波動的環境中具有顯著優勢。其參數組合——相對較高的短路電流（典型值 2 µA）、低電容（最大值 25 pF）和快速切換時間（50 ns）——使其成為一個平衡的元件，適用於高靈敏度和中高速應用。與光二極體相比，像 LTR-516AD 這樣的光電晶體提供內部增益，在相同的光輸入下產生更高的輸出電流，從而簡化了後續的放大器級。

8. 常見問題（基於技術參數）

問：深綠色封裝的目的是什麼？

答：深綠色塑膠充當內建的光學濾波器。它能顯著衰減可見光譜中的波長，同時允許紅外光（特別是 900-940nm 附近）通過。這最大限度地減少了感測器對環境室內光、陽光或其他可見光源的響應，使其在偵測專用紅外線訊號時更加可靠。

問：如何解讀短路電流（I_S）參數？

答：I_S是在集極和射極短路（V_CE= 0V）的情況下測量的。它代表了在特定測試條件（940nm，0.1 mW/cm²）下，每單位輻照度所產生的光生電流。在您的電路中，當施加負載電阻或偏壓時，實際輸出電流將小於 I_S，但 I_S是比較不同元件基本靈敏度的關鍵指標。

問：為什麼上升和下降時間很重要？

答：這些參數（T_r和 T_f）定義了光電晶體對光強度變化的響應速度。50 ns 的值意味著該元件理論上可以處理高達數兆赫茲的訊號頻率，使其適用於脈衝紅外線系統、數據傳輸或高速計數應用。

問：溫度如何影響性能？

答：如曲線所示，暗電流（雜訊）和光電流（訊號）都會隨著溫度升高而增加。暗電流的增加可能很顯著，可能會提高雜訊基底。設計者必須確保訊號調理電路能夠處理這種變化，特別是如果元件在整個 -40°C 至 +85°C 的範圍內運作。

9. 實務設計案例

考慮設計一個簡單的紅外線物體偵測電路。將 LTR-516AD 與一個紅外線 LED 發射器配對。光電晶體以共射極組態連接：集極透過一個負載電阻 R_L連接到電源電壓（例如 5V），射極接地。當沒有物體存在時，來自 LED 的紅外光到達光電晶體，使其導通並將集極電壓（V_OUT）拉低。當物體阻斷光束時，光電晶體關閉，V_OUT變為高電位。R_L的值必須根據所需的輸出電壓擺幅和速度來選擇。對於 5V 電源和典型的 I_S值 2µA，一個 10 kΩ 的 R_L在被照射時會產生約 20 mV 的電壓降，這相當小。因此，通常會在光電晶體之後添加一個運算放大器比較器級，以提供乾淨的數位輸出。深綠色封裝有助於抑制環境光，使系統在各種照明條件下都能穩健運作。

10. 工作原理

光電晶體本質上是一種雙極性接面電晶體（BJT），其基極電流是由光產生，而非由電氣供應。在 LTR-516AD（NPN 型）中，能量大於矽能隙的入射光子在基極-集極接面區域產生電子-電洞對。這些光生載子被電場掃出，有效地產生了基極電流。然後，這個基極電流被電晶體的電流增益（β）放大，從而產生更大的集極電流。該元件通常在基極引腳開路或未連接的情況下運作，並在集極-基極接面上施加反向偏壓以加寬空乏區，從而提高靈敏度和速度。

11. 產業趨勢

光學感測領域持續演進。有一個朝向整合化的趨勢，即將光偵測器、放大器和數位邏輯整合到單一晶片中（例如，整合式環境光感測器、接近感測器）。表面黏著元件（SMD）封裝在自動化組裝中變得比通孔類型更為普遍。同時，材料和設計也在持續發展，以提高靈敏度、降低雜訊（暗電流）並擴展光譜範圍。然而，像 LTR-516AD 這樣的離散元件，對於需要特定性能特性、客製化光路或高電壓處理能力的應用仍然至關重要，這些可能是整合解決方案所無法提供的。使用濾波封裝來實現特定光譜響應的原理，仍然是一種常見且有效的設計實踐。