目錄
1. 產品概述
LTR-5888DHP1 是一款專為紅外線偵測應用設計的高靈敏度光電晶體。其核心功能是將入射的紅外光轉換為電流。一個關鍵特點是其特殊的深綠色塑膠封裝，此設計旨在衰減或阻隔可見光波長。這種設計能將環境可見光源的干擾降至最低，使該元件特別適合於訊號純粹位於紅外線光譜的應用，例如接近感測、物體偵測以及紅外線遙控接收器。
此元件提供寬廣的集極電流工作範圍，並以快速切換時間為特點，使其能對紅外線照度的變化做出快速反應。這種結合了光學濾波、高靈敏度與高速響應的特性，使其成為各種需要可靠紅外線偵測的電子系統中，一個多功能元件。
2. 深入技術參數分析
2.1 絕對最大額定值
這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。在此條件下操作不保證正常運作。
- 功率消耗 (PC):100 mW。這是元件在環境溫度 (TA) 為 25°C 時，能以熱能形式消散的最大功率。超過此限制有引發熱失控和故障的風險。
- 集極-射極電壓 (VCEO):30 V。當基極（感光區域）開路時，可施加於集極與射極端子之間的最大電壓。
- 射極-集極電壓 (VECO):5 V。可施加於射極與集極之間的最大反向電壓。
- 工作溫度範圍:-40°C 至 +85°C。元件設計可正常運作的環境溫度範圍。
- 儲存溫度範圍:-55°C 至 +100°C。非運作狀態下的儲存溫度範圍。
- 引腳焊接溫度:距離封裝本體 1.6mm 處，260°C 持續 5 秒。此定義了迴流焊接曲線的限制，以防止封裝損壞。
2.2 電氣與光學特性
這些參數是在 TA=25°C 下指定，定義了元件的典型性能。
- 崩潰電壓: V(BR)CEO(最小值 30V) 與 V(BR)ECO(最小值 5V)。這些是在無光照 (Ee= 0 mW/cm²) 且特定測試電流下，接面發生崩潰的電壓。
- 集極-射極飽和電壓 (VCE(SAT)):在 IC= 100µA 且 Ee= 1 mW/cm² 條件下，最大值為 0.4V。這是電晶體在光照下完全導通（飽和）時，兩端的電壓降。較低的 VCE(SAT)對於高效能切換是理想的。
- 切換時間:上升時間 (Tr) 典型值為 15 µs，下降時間 (Tf) 典型值為 18 µs，測量條件為 VCC=5V, IC=1mA, 且 RL=1kΩ。這些時間決定了輸出對脈衝光輸入的響應速度。
- 集極暗電流 (ICEO):在 VCE=10V 且無光照下，最大值為 100 nA。這是元件處於完全黑暗時流動的微小漏電流。較低的暗電流表示在低光偵測中具有較佳的信噪比。
- 集極電流比 (R):0.8 至 1.25。此參數可能用於指定兩個光電晶體或通道之間的匹配度，對於差分感測應用非常重要。
3. 分級系統說明
LTR-5888DHP1 採用基於其導通狀態集極電流 (IC(ON)) 的完整分級系統。分級是一種品質控制流程，將具有相似性能特性的元件進行分組。規格書提供了兩個分級表：一個是生產設定範圍，另一個是最終保證範圍。
參數 IC(ON)定義為在標準化條件下 (VCE= 5V, Ee= 1 mW/cm²) 的平均集極電流。元件被分類為標記為 A 到 H 的等級，每個等級有特定的 IC(ON)範圍（例如，生產設定等級 A：0.20mA 至 0.26mA）。每個等級對應一個獨特的顏色標記（紅、黑、綠、藍、白、紫、黃、橙）。這讓設計師能根據其特定電路需求，選擇靈敏度受到嚴格控制的元件，確保系統性能的一致性。例如，需要精確觸發閾值的應用，將受益於使用單一、窄範圍等級的元件。
4. 性能曲線分析
規格書包含數個典型特性曲線，以視覺化方式呈現元件在不同條件下的行為。
- 圖 1：集極暗電流 vs. 環境溫度:此圖顯示 ICEO如何隨著溫度升高而呈指數增長。這是高溫應用中的關鍵考量，因為增加的暗電流可能掩蓋微弱的光學訊號。
- 圖 2：集極功率消耗 vs. 環境溫度:此降額曲線說明最大允許功率消耗 (PC) 會隨著環境溫度升高而降低。在 85°C 時，元件能處理的最大功率顯著低於 25°C 時的 100mW 額定值。設計師必須使用此曲線來確保安全的熱操作。
- 圖 3：上升與下降時間 vs. 負載電阻:此圖表顯示切換時間 (Tr和 Tf) 會隨著負載電阻 (RL) 增加而增加。對於需要最大速度的應用，應選擇較低的 RL值，儘管這會影響輸出電壓擺幅。
- 圖 4：相對集極電流 vs. 輻照度:這是光電晶體的基本轉換函數。它顯示在一定範圍內，集極電流隨著入射紅外線輻照度 (Ee) 線性增加。此線的斜率代表元件的響應度或靈敏度。
5. 機械與封裝資訊
此元件採用特殊的深綠色塑膠封裝。規格書中提供了封裝尺寸，所有尺寸單位為毫米。關鍵尺寸註記包括：除非另有說明，公差為 ±0.25mm；法蘭下方樹脂突出最大為 1.5mm；引腳間距在引腳離開封裝處測量。深綠色材料對其光學濾波特性至關重要，它能阻擋可見光以增強紅外線專屬性能。
6. 焊接與組裝指南
提供的主要指南與焊接熱應力有關。引腳可承受 260°C 的溫度，最長持續時間為 5 秒，測量點距離封裝本體 1.6mm (0.063 英吋)。此規格對於定義安全的迴流焊接曲線至關重要。超過此時溫限制可能導致半導體晶片、接合線或塑膠封裝本身的內部損壞，引發立即故障或降低長期可靠性。除非另有說明，也應遵循處理濕度敏感元件 (MSL) 的標準業界實務。
7. 應用建議
7.1 典型應用情境
- 紅外線遙控接收器:偵測來自電視遙控器、空調等的調變紅外線訊號。
- 接近與物體偵測:用於自動水龍頭、烘手機、擦手紙分配器及機器人，以感測物體存在。
- 工業計數與分揀:與紅外線發射器配對使用，偵測輸送帶上的物體。
- 光學編碼器:感測旋轉圓盤上的狹縫或標記，用於位置或速度測量。
- 煙霧偵測器:在某些光學腔體設計中，用於偵測煙霧粒子散射的光線。
7.2 設計考量
- 偏壓設定:光電晶體可用於開關（飽和）模式或線性（主動）模式。在開關模式（共射極配置加上拉電阻）下，它提供數位輸出。在線性模式（通常搭配運算放大器）下，它提供與光強度成比例的類比輸出。
- 負載電阻 (RL):集極電路中 RL的值是關鍵的設計選擇。較小的 RL提供更快的切換速度（見圖 3），但在給定的光電流下會導致較小的輸出電壓擺幅。較大的 RL提供較大的電壓擺幅，但響應較慢。
- 環境光抑制:雖然深綠色封裝有幫助，但在具有強烈環境紅外線（例如陽光、白熾燈泡）的環境中，可能需要額外的電氣濾波。使用調變的紅外線光源和解調接收器電路是一種非常有效的技術。
- 熱管理:參考圖 2（降額曲線），確保在預期最高工作環境溫度下，元件的功率消耗保持在安全限度內。
- 分級選擇:根據所需的訊號位準和預期的紅外線源強度，選擇適當的靈敏度等級 (A-H)，以優化電路性能和一致性。
8. 技術比較與差異化
LTR-5888DHP1 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。與透明或未濾波的光電晶體相比，它在具有高環境可見光的環境中提供更優異的性能，因為較不容易被誤觸發。其結合了相對較高的 VCEO(30V)、快速切換速度（微秒級）以及詳細的靈敏度分級系統，使其成為廣泛紅外線感測任務中一個穩健且設計友善的選擇。完整的分級系統允許在需要多個感測器或非常一致的觸發點的應用中進行精確匹配。
9. 常見問題（基於技術參數）
問：深綠色封裝的目的是什麼？
答：它作為一個可見光濾波器。它衰減可見光譜（約 400-700nm）的光線，同時允許紅外線波長（通常 >700nm）通過到達半導體晶片。這提高了純紅外線應用中的信噪比。
問：如何解讀兩個不同的分級表？
答：生產設定表顯示製造過程中用於分類元件的、更嚴格的內部範圍。導通狀態範圍表顯示客戶可以信賴的、更寬的保證規格範圍。來自單一生產等級的元件，其性能會比僅僅滿足更寬保證範圍的元件更加一致。
問：我可以在陽光直射下使用此元件嗎？
答：雖然封裝能濾除可見光，但陽光含有大量的紅外線輻射。這可能會使感測器飽和。對於戶外使用或在強環境紅外線下，強烈建議使用光學遮罩、電氣濾波或採用調變紅外線光源系統。
問：如果超過引腳焊接溫度/時間會發生什麼？
答：可能導致不可逆的損壞：封裝熔化、內部接合線斷裂或半導體特性退化。務必遵守距離本體 1.6mm 處 260°C 持續 5 秒的指南。
10. 實務設計案例分析
情境：為自動給皂機設計接近感測器。
目標是偵測放置在噴嘴下方約 5-10 公分處的手。一個紅外線 LED 發射器與 LTR-5888DHP1 偵測器相對放置，兩者都面向偵測區域。
設計步驟:
1. 電路配置:將光電晶體用於共射極開關模式。將射極接地，集極連接至上拉電阻 (RL)，該電阻連接到電源電壓（例如 5V）。輸出訊號取自集極節點。
2. 元件選擇:選擇波長與光電晶體峰值靈敏度匹配的紅外線 LED。選擇能提供良好電壓擺幅的 RL值（例如 10kΩ）。根據預期的反射紅外線強度，選擇中等靈敏度的 D 或 E 等級光電晶體。
3. 調變（可選但建議）:為了抑制環境光，使用脈衝電流（例如 38kHz）驅動紅外線 LED。在光電晶體輸出後接一個帶通濾波器或專用的紅外線接收 IC，並調諧到相同頻率。這使系統不受恆定環境紅外線的影響。
4. 閾值偵測:當手將紅外線反射到偵測器上時，集極的輸出電壓將會下降。可以使用比較器或微控制器的 ADC 來偵測此電壓變化並觸發給皂泵。
5. 考量事項:設定偵測閾值時，需考慮暗電流隨溫度增加的情況（圖 1）。確保元件的功率消耗符合圖 2 的限制。
11. 工作原理
光電晶體本質上是一個雙極性接面電晶體，其基極區域暴露在光線下且未連接到電氣端子。能量大於半導體能隙的入射光子，在基極-集極接面區域被吸收。這種吸收會產生電子-電洞對。反向偏壓的基極-集極接面中的電場會掃過這些電荷載子，產生光電流。此光電流作為電晶體的基極電流。由於電晶體的電流增益 (β 或 hFE)，產生的集極電流是光電流乘以增益 (IC≈ β * Iphoto)。這種內部放大正是光電晶體比簡單的光二極體具有更高靈敏度的原因。深綠色封裝材料吸收大部分可見光光子，而紅外線光子可以通過並被矽吸收以產生訊號電流。
12. 技術趨勢
用於感測的光電技術領域持續演進。與 LTR-5888DHP1 等元件相關的趨勢包括：
整合化:朝向整合解決方案發展，將光偵測器、放大器和數位邏輯（如施密特觸發器或調變器/解調器）結合到單一封裝中（例如紅外線接收模組）。
微型化:開發更小表面黏著封裝的光電晶體，以滿足緊湊型消費性電子產品的需求。
增強濾波:使用更精密的干涉濾波片，直接沉積在晶片或封裝上，以提供更銳利的波長選擇性，改善對不需要的環境光源的抑制。
應用特定優化:元件越來越多地針對非常特定的應用進行特性分析和分級（例如，用於資料通訊的特定脈衝偵測、用於精密測量的極低暗電流），而非作為通用元件。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |