LTR-306 光電晶體規格書 - 側視型封裝 - 集極電流最高2.4mA - 電壓30V - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTR-306 是一款採用側視型塑膠封裝的矽質 NPN 光電晶體。此元件設計用於偵測紅外線輻射，將入射光轉換為其集極端的電流。其主要功能是作為各種電子電路中的光感測器，可作為光控開關或類比光強度感測器。側視型封裝方向是其關鍵特色，意味著感光區域朝向與引腳垂直的方向，這對於光源位於印刷電路板側面的應用是最佳選擇。

此元件的核心優勢包括其寬廣的集極電流工作範圍，為不同靈敏度需求提供了設計彈性。整合式透鏡經過設計，可將入射的紅外線聚焦到主動半導體區域，從而提升靈敏度。此外，採用低成本塑膠封裝，使其成為大量消費性與工業應用的經濟選擇，在無需犧牲關鍵性能參數的前提下，實現成本效益。

LTR-306 的目標市場涵蓋廣泛需要可靠紅外線偵測的應用。這包括但不限於：物體偵測與計數系統、槽型感測器（例如印表機與自動販賣機）、膠帶末端感測器、接近感測以及工業自動化設備。其穩固的設計與規格化的性能，使其適合整合到簡單與複雜的電子系統中。

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應力極限。在此條件下操作不保證性能。在環境溫度 (T_A) 為 25°C 時，最大功耗為 100 mW。集極-射極電壓 (V_CE) 不得超過 30 V，而反向射極-集極電壓 (V_EC) 則限制在 5 V。此元件額定工作環境溫度範圍為 -40°C 至 +85°C，並可在 -55°C 至 +100°C 的溫度下儲存。關於焊接，當測量點距離封裝本體 1.6mm 時，引腳可承受 260°C 達 5 秒，這是波焊或迴焊製程的標準要求。

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，作為性能比較的基準。

• 集極-射極崩潰電壓 (V_(BR)CEO):最小值 30V (I_C= 1mA, E_e=0)。此為無光照時接面崩潰的電壓。
• 射極-集極崩潰電壓 (V_(BR)ECO):最小值 5V (I_E= 100μA, E_e=0)。此參數對於反向偏壓條件很重要。
• 集極-射極飽和電壓 (V_CE(SAT)):典型值 0.1V，最大值 0.4V (I_C= 100μA, E_e=1 mW/cm²)。此低電壓表示電晶體完全導通時具有良好的開關性能。
• 上升時間 (T_r) 與下降時間 (T_f):最大值各為 20 μs (V_CC=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ)。這些參數定義了光電晶體對光脈衝的開關速度。
• 集極暗電流 (I_CEO):最大值 100 nA (V_CE= 10V, E_e=0)。此為無光照時的漏電流，是低光靈敏度與訊噪比的關鍵參數。

3. 分級系統說明

LTR-306 針對其關鍵參數導通狀態集極電流 (I_C(ON))採用分級系統。分級是一種品質控制與分類流程，根據元件在指定範圍內的量測性能進行分組。這確保了最終使用者的一致性。元件在標準條件下進行測試 (V_CE= 5V, E_e= 1 mW/cm², λ=940nm)。

分級標示為 A 至 F，每個級別代表特定的 I_C(ON):

• 範圍：A 級：
• 0.20 mA 至 0.60 mAB 級：
• 0.40 mA 至 1.08 mAC 級：
• 0.72 mA 至 1.56 mAD 級：
• 1.04 mA 至 1.80 mAE 級：
• 1.20 mA 至 2.40 mAF 級：

最小值 1.60 mA (提供資料中未指定上限)

此系統讓設計師可以選擇符合其電路所需靈敏度的級別。例如，需要高輸出電流來直接驅動繼電器或 LED 的電路，可能會指定 E 級或 F 級；而低功耗感測電路則可能使用 A 級或 B 級以最小化功耗。

4. 性能曲線分析

規格書包含數個典型特性曲線，用以說明關鍵參數如何隨操作條件變化。這些對於理解單點規格之外的元件行為至關重要。

4.1 集極暗電流 vs. 環境溫度 (圖 1)_CEO此曲線顯示集極暗電流 (I

) 隨著環境溫度升高呈指數增長。在 -40°C 時，其處於皮安培範圍，但在 120°C 時可能上升到約 100 μA。此特性對於高溫應用至關重要，因為增加的暗電流會作為偏移或雜訊源，可能降低感測器的有效靈敏度與動態範圍。

4.2 集極功耗 vs. 環境溫度 (圖 2)

此圖表展示了最大允許功耗隨著環境溫度升高而遞減的關係。雖然元件在 25°C 時可消耗 100 mW，但在更高溫度下必須線性降低此額定值，以防止熱失控並確保可靠性。此曲線為應用設計中的熱管理提供了必要的數據。

4.3 上升與下降時間 vs. 負載電阻 (圖 3)_r此圖揭示了開關速度與負載電阻之間的權衡關係。上升與下降時間 (T_f, T_L) 隨著負載電阻 (R_L) 值的增加而顯著增加。對於 1kΩ 的負載，時間約為 20μs，但對於 10kΩ 的負載，可能超過 150μs。設計師必須選擇 R

來平衡對快速響應時間的需求與期望的輸出電壓擺幅或電流位準。

4.4 相對集極電流 vs. 輻照度 (圖 4)_e這是一個基本的轉換特性。它顯示當 V_CE保持在 5V 時，集極電流在較低範圍 (0-2 mW/cm²) 內與入射光輻照度 (E

) 呈相對線性關係。此線性區域是元件可用於類比光測量的地方。在更高的輻照度下，響應可能開始飽和。

4.5 靈敏度圖 (圖 5)

此極座標圖說明了光電晶體的角靈敏度。相對靈敏度是相對於入射光角度繪製的。它顯示元件在特定視角下靈敏度最高（通常是同軸，0°）。當光源偏離軸線時，靈敏度會降低。此圖對於最終應用中的機械對準至關重要，以確保光源與感測器之間的最佳耦合。

5. 機械與封裝資訊

LTR-306 使用塑膠側視型封裝。尺寸在規格書中以毫米（括號內為英吋）提供。除非另有說明，關鍵尺寸公差通常為 ±0.25mm。引腳間距是在引腳從封裝本體伸出的點測量，這對於 PCB 焊盤設計至關重要。封裝包含一個模製在塑膠中的透鏡，以提升光收集效率。側視型方向意味著主動感測區域位於元件的側面，而非頂部。封裝圖中提供了清晰的極性識別（射極與集極引腳），這對於正確的電路板組裝至關重要。

6. 焊接與組裝指南

此元件適用於標準 PCB 組裝製程。絕對最大額定值規定，當測量點距離封裝本體 1.6mm (0.063") 時，引腳可承受 260°C 的焊接溫度達 5 秒。此額定值與典型的波焊和迴焊溫度曲線相容。建議遵循標準的 JEDEC 或 IPC 濕度敏感度處理指南（如適用），儘管塑膠封裝通常很穩固。焊接期間，應注意避免對封裝施加過度的熱應力。組裝後，應使用與塑膠材料相容的溶劑進行清潔。關於儲存，應遵守指定的 -55°C 至 +100°C 範圍，且元件通常以帶有乾燥劑的防潮袋供應。

7. 應用建議

• 7.1 典型應用場景物體偵測/遮斷：
• 與紅外線 LED 配對使用，偵測物體是否阻斷光束。常見於印表機、影印機、自動販賣機和工業計數器。接近感測：
• 偵測來自附近物體的紅外線反射光。光遮斷器/槽型感測器：
• 偵測膠帶、紙張或其他材料的邊緣。編碼器：
• 用於光學旋轉或線性編碼器，讀取編碼盤或編碼條上的圖案。簡易遙控接收器：

用於基本的紅外線指令偵測（儘管對於複雜協定，專用接收器模組更為常見）。

• 7.2 設計考量偏壓：_L光電晶體可用於兩種常見配置：開關模式（帶上拉電阻）或類比模式（共射極放大器配置）。負載電阻 (R
• ) 的值對輸出電壓/電流和響應速度都有關鍵影響（見圖 3）。抗環境光干擾：
• 為了在環境光變化（例如陽光、室內燈光）的環境中可靠運作，通常需要對紅外線光源進行調變，並對光電晶體訊號進行相應的濾波或解調變。透鏡與對準：
• 考慮到其側視型方向與角靈敏度圖（圖 5），紅外線發射器與光電晶體之間的正確機械對準，對於最大化訊號強度與可靠性至關重要。溫度效應：
• 設計必須考慮暗電流（圖 1）與靈敏度隨溫度的變化，特別是在戶外或惡劣環境中。電氣雜訊：

在敏感的類比電路中，可能需要屏蔽與適當接地，以防止高阻抗光電晶體節點拾取雜訊。

8. 技術比較與差異化與標準光二極體相比，像 LTR-306 這樣的光電晶體提供了內部增益，在相同的光輸入下產生更高的輸出電流。這在許多簡單的偵測電路中消除了對外部跨阻放大器的需求，減少了元件數量與成本。與其他光電晶體相比，LTR-306 的具體優勢在於其側視型封裝，這是一種適合特定光路的獨特機械外形；其寬廣的集極電流分級提供了靈活性；以及其整合式透鏡提升了靈敏度

。其指定的上升/下降時間與電壓額定值，使其成為適用於中速應用的穩固通用元件。

9. 常見問題 (基於技術參數)

問：分級代碼 (A, B, C 等) 對我的設計意味著什麼？

答：分級代碼表示元件在標準測試條件下保證會產生的集極電流範圍。選擇一個能為您的下游電路（例如比較器、微控制器 ADC）提供足夠訊號電流的級別，同時考慮功耗。較高的級別 (E, F) 提供更多電流，但可能具有稍高的暗電流。

問：我可以在陽光下使用此感測器嗎？

答：直射陽光含有大量的紅外線輻射，會使感測器飽和，使其無法用於偵測獨立的紅外線光源。對於戶外使用，光學濾波（阻擋可見光的紅外線通過濾波器）和/或搭配同步偵測的調變光源是必要的。

問：為什麼上升/下降時間取決於負載電阻？_L答：光電晶體的速度受到其接面電容與負載電阻 (R_L) 形成的 RC 時間常數限制。較大的 R_L會產生較大的時間常數，減慢集極端的電壓擺動，從而增加上升與下降時間。為了更快的響應，請使用較小的 R

，但這也會減少輸出電壓擺幅。

問：我該如何解讀靈敏度圖？

答：該圖顯示了感測器對來自不同角度的光的相對響應。值為 1.0（或 100%）通常位於 0°（直射透鏡）。曲線顯示如果光源未對準，訊號會降低多少。請利用此圖來設計您產品中的機械外殼與對準結構。

10. 實務設計範例情境：為印表機設計紙張存在感測器。

將一個紅外線 LED 放置在紙張路徑的一側，並將 LTR-306 直接放置在對面，形成一道光束。當沒有紙張時，紅外線照射到光電晶體，使其導通並將其集極電壓拉低。當紙張通過時，它阻斷光束，光電晶體關閉，其集極電壓變高（透過上拉電阻）。此電壓轉變由微控制器偵測。

設計步驟：

1. 選擇適當的級別（例如 C 級），以確保在預期的工作溫度範圍內，有足夠強的電流變化來可靠驅動所選的上拉電阻電壓。_L2. 選擇負載/上拉電阻 (R

)。使用 4.7kΩ 電阻搭配 5V 電源將提供良好的電壓擺幅。參考圖 3 以確保約 100μs 的響應時間對於紙張速度足夠快。

3. 機械設計固定座，使 LED 和 LTR-306 根據靈敏度圖（圖 5）中的 0° 軸對準。側視型封裝簡化了此過程，因為兩個元件都可以平貼在 PCB 上面對面安裝。

4. 使用調變（例如 1kHz 方波）來實現 IR LED 驅動器，使感測器不受恆定環境紅外線的影響。然後，微控制器將與此調變同步讀取感測器訊號。

11. 工作原理_FE光電晶體是一種基極區域暴露在光線下的雙極性接面電晶體。在 LTR-306（NPN 型）中，具有足夠能量（約 940nm 的紅外線）的入射光子在基極-集極接面被吸收，產生電子-電洞對。這些光生載子被反向偏壓的基極-集極接面中的電場分離。產生的光電流作為電晶體的基極電流。由於電晶體的電流增益 (β/h

)，此微小的光電流被放大，產生更大的集極電流。這種內部放大是與光二極體的主要區別。集極電流主要與入射光的強度和元件的增益成正比。

12. 技術趨勢