環保光敏傳感器 光敏三極體

德鍵電子 PGM 系列提供了設計工程師一種、經濟型、高品質、高性能的 CdS 及 LDR 商業級光敏元器件,具有靈敏度高、體積小的特點,其標準尺寸有 5mm,12mm,and 20mm,PGM 的環氧樹脂塗層或密閉封裝,提供高品質的性能,適用於需要快速反應和良好的光譜特徵。

德鍵環保光敏傳感器,對 2856K 色溫的可見光敏感高,輸出電流大。它的控制距離遠,靜態下電流損耗小。靈敏度好,低照度下起控靈敏,強光下電流信號輸出穩定。一致性好,多個光敏同時使用時均能保證感光效果一致,不誤觸發。符合玩具類最新環保要求。在消費類電子產品中應用領域廣泛,適用性強。

貼片光敏IC傳感器,具備可見光接收紅外抑制,高靈敏度環保線性光敏器件。是一款具備高精度環保型可見光照度傳感器,光譜響應接近人眼靈敏度的光IC。單個芯片上感光面內置電流放大器電路,可以只測量可見光波段。與傳統可見光到近紅外接收的硅類產品相比,該光IC具有更小的輸出波動。參數可以直接替代最通用的 Cds 光敏電阻,因此本款傳感器可作為硫化鎘光敏電阻的環保替代品。

光敏傳感器常用技術名詞

最大額定值 Absolute Maximum Ratings: 每個項目的最大極限值。


工作溫度 Operating Temperature (Topr): 電器電源適用溫度範圍。
通常當工作溫度升高時,功耗降低。 另外,實際工作溫度超出範圍時,禁止使用電器電源。在光敏三極體 (Phototransistor) 使用的情況下,可以應用的溫度不被描述為封裝器件的表面溫度,而是被描述為工作溫度(器件周圍的環境空氣溫度)。


儲存溫度 Storage Temperature (Tstg): 在存儲狀態下,不施加電源時允許的溫度範圍。


功耗 Power Dissipation (PC): 當工作溫度為 25°C 時,光接收光敏三極體的容許功耗。通常,隨著環境溫度的升高,允許的功耗 (PC) 趨向於下降。


感光峰值波長 Peak wavelength (λp): λp 是光敏三極體最敏感的波長值,以納米(nm)測量。光敏三極體響應來自熒光或白熾光源的波長寬範圍內的光,與紅外(IR)LED 光源匹配時,它們表現最佳。這是因為光敏三極體在大約 840nm 的近紅外具有峰值光譜響應。


集電極電流 Collector Current (IC): 當光接收光敏三極體在 25°C 的環境溫度下導通電流時,可允許的最大集電極電流在可允許的功耗 (PC) 範圍內流過光敏三極體。


    擊穿電壓 Breakdown Voltage: (VBR):
    VBR 是集電極和發射極之間允許的最大電壓。 超過最大電壓可能導致光敏三極體永久性損壞。 擊穿電壓為 100% 篩選參數。
  • 集電極 - 發射極擊穿電壓 Collect-emitter breakdown voltage Bvceo: 通常為 20V 至 60V。
  • 發射極 - 集電極擊穿電壓 Emitter-collector breakdown voltage Bveco: 通常為 3V 至 7V。

集電極 - 發射極擊穿電壓 Collector to Emitter Voltage: (VCEO): 在可接收側的光敏三極體集電極和發射器之間允許施加的最大電壓,當沒有正向電流流經發光側的 led 時 (指示燈不發出光)。 一般情況下,當電源電壓接近此值時,瞬態操作軌跡不能保持在實際最大工作溫度允許的功耗範圍內,在切換過程中,可能會發生器件超功率的破壞。 注意將電源電壓保持在足夠的安全範圍內,以便即使在這種切換瞬間內也不會發生過多的功率損耗。


發射極 - 集電極擊穿電壓 Emitter to Collector Voltage (VECO): 可以施加到光接收側的光敏三極體的允許反向電壓。 通常,該電壓取決於光敏三極體的發射極和基極之間的反向耐電壓,或低於反向耐電壓。 如果施加超過該值的反向電壓,則可能發生破壞或不可恢復的損壞。


Rise Time/ Fall Time
Rise Time/ Fall Time

暗電流 Collector Dark Current (Iceo): 當光敏三極體處於黑暗中並且從集電極到發射極施加電壓時,將流過一定量的電流。該電流稱為暗電流。 該電流由集電極 - 基極結的漏電流與晶體管的直流電流增益組成。該電流的存在防止光電晶體管完全被視為“關閉”,或者是理想“打開”的開關。暗電流被指定為允許在給定的集電極 - 發射極測試電壓下流動的最大集電極電流。暗電流是施加的集電極 - 發射極電壓和環境溫度間的函數關係。 暗電流隨溫度的升高而升高。通常在 25°C 下規定此值。關於負載電阻的值,必須在使用條件範圍內考慮該電流的最大值進行設計。


集電極發射極飽和電壓 Collector-Emitter Saturation Voltage (Vce(sat)): 飽和是光敏三極體的發射極基極和集電極基極結兩者變為正向的狀態。 從實際的角度來看,集電極 - 發射極飽和電壓 Vce(sat) 是表示光電檢測器近似開關 (閉合狀態 )的因素。這是因為 Vce(sat) 是當檢測器處於“開”狀態時下降的電壓。 Vce(sat) 通常是在給定的光照強度和指定的集電極電流值的情況下,允許的最大集電極發射器電壓。


紅外接收電流 IR Receiving Current (IL(4)): 紅外線三極管起到電晶體的作用,其基本電壓由撞擊電晶體的光量決定。因此,它充當可變電流源。更多的 IR 光會導致更大的電流流過集電極 - 發射極引線。IL(4) 指定于 VEC = 5V, IR LED 850nm。


    上升時間/下降時間 Rise Time/ Fall Time:
  1. 脈衝上升時間 tr: 光敏三極管在規定工作條件下調節輸入的脈衝光,使光敏三極管輸出相應的脈衝電流至規定值,以輸出脈衝前沿幅度的 10% - 90% 所需的時間。
  2. 脈衝下降時間 tf: 以輸出脈衝後沿幅度的 90% - 10% 所需的時間。
  3. 脈衝延遲時間 td: 從輸入光脈衝開始到輸出電脈衝前沿的 10% 所需的時間。
  4. 脈衝儲存時間 ts: 當輸入光脈衝結束後,輸出電脈衝下降到脈衝幅度的 90% 所需的時間。

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表 1 - 光電特性 (Ta=25°C) PT-IC-GC-3-PE-520

參數名稱 符號 測試條件 最小值 典型值 最大值 單位
亮電流 IL(1) Vcc=5V
Ev=10Lux
1.2 2.5 3.6 μA
IL(2) Vcc=5V
Ev=30Lux
3.6 7.5 10.8 μA
IL(3) Vcc=5V
Ev=100Lux
12 25 36 μA
暗電流 ID Vcc=5V/85°C
Ev=0Lux
- - 0.8 μA

分檔 (組分) Binning

   表 2 - PT-IC-GC-3-PE-520 批次組分

批次組分 (Tamb = 25 °C, 除非另有規定)
參數 測試條件 組分 符號 最小值 最大值 單位
亮電流 EV = 100 lux, CIE 標準光源 A, VCE = 5 V A IPCE 12 23 μA
B IPCE 19 36 μA

圖 3 - 負載電阻典型光電路
圖 3 - 負載電阻典型光電路

Token 提供光電二極體和光敏三極體的環境光傳感器。對於給定的輻照度,光電傳感器可能會顯示出由於晶片光敏性和電晶體增益的變異性,而導致的輸出電流的批次變化。光電傳感器的批次變化顯著低微,因為它僅由光敏性的變化性引起。Token 為其環境光傳感器提供光電傳感器輸出(組分)(表 2)。這些組不能單獨訂購,而是每個捲軸都標有標籤 A,B 或 C,這樣可以讓用戶選擇適當的負載電阻來補償這些寬公差。


選擇負載電阻

為了最小化光感應器的輸出可變性, 負載電阻 (RL) 需要根據分選標準照度進行測量組分來選擇負載電阻(RL)。運行環境光感應器與三極管輸出的典型光電路如圖 3 所示。對於 PT-IC-GC-3-PE-520,30 lux (勒克司) 典型的輸出電流為 7.5 μA。 在 100 lμx (勒克司),典型的輸出電流為 25 μA 輸出電流,範圍為 12 μA 至 36μA。通過前面提到的組分,這 100 勒克司範圍被分為兩組。每個分組應使用不同的負載電阻,對於給定的勒克司水平,輸出相對一致。

假設應用程序檢測範圍是從 10 lux 到 1000 lux。 使用 10 kΩ 負載電阻,產生 0.025 V 至2.5 V 的電壓。電壓的光電流等於 2.5 μA 至 250 μA。


   表 3 - 分檔平均值

料號 分檔 亮電流, IPCE at 100 lux (μA)
最小值 平均值 最大值
PT-IC-GC-3-PE-520 A 12 17.5 23
B 19 27.5 36

選擇電阻的目的是為每個組分的平均值具有相同的輸出電壓,表3。


   表 4 - 分檔負載電阻

分檔 A 分檔 B
IPCE = 17.5 μA, RL = 10 kΩ
V = 17.5 μA x 10 kΩ
V = 175 mV
0.175 V = 0.0000275 A x RL
RL = 0.175 V/0.0000275 A
RL = 6.36 kΩ

通過分檔改變電阻值,PT-IC-GC-3-PE-520 容差從 12 到 36 減少為 12 到 23。


下載 PDF 版本: 如何選擇負載電阻


光敏傳感器總匯表

類別 縮略圖 型號 紅外線 顏色 感光峰值
波長
(nm)
亮電流 暗電流
10Lux 30Lux 100Lux 0Lux
Φ3 平頭有邊 PT-A6-BC-3-PE-520 濾紅外線 深藍透明 520 3 ~ 12 9 ~ 36 30 ~ 120 0.2Max.
PT-IC-BC-3-PE-550 濾紅外線 深藍透明 550 1.5 ~ 5.0 4.5 ~ 15 15 ~ 50 0.8Max.
PT-IC-GC-3-PE-520 濾紅外線 墨綠透明 520 1.2 ~ 3.6 3.6 ~ 10.8 12 ~ 36 0.8Max.
PT-IC-AC-3-PE-550 濾紅外線 亮光透明 550 7 ~ 15 21 ~ 54 70 ~ 180 0.8Max.
PT-A1-AC-3-PE-850 不濾紅外線 亮光透明 850 3 ~ 6 9 ~ 18 30 ~ 60 0.1Max.
Φ5 平頭有邊 PT-IC-GC-5-PE-520 濾紅外線 墨綠透明 520 2 ~ 6 6 ~ 18 20 ~ 60 0.8Max.
PT-IC-BC-5-PE-550 濾紅外線 深藍透明 550 2.5 ~ 5.5 7.5 ~ 16.5 25 ~ 55 0.8Max.
PT-IC-AC-5-PE-550 濾紅外線 亮光透明 550 7 ~ 18 21 ~ 54 70 ~ 180 0.8Max.
PT-A2-AC-5-PE-850 不濾紅外線 亮光透明 850 1.5 ~ 4.5 4.5 ~ 13.5 15 ~ 45 0.1Max.
Φ5 草帽有邊 PT-A1-AC-5-HE-850 不濾紅外線 亮光透明 850 4.5 ~ 9.0 13.5 ~ 27 45 ~ 90 0.1Max.
Φ5 平頭無邊 PT-A6-AC-5-PN-580 濾紅外線 亮光透明 580 2.5 ~ 10 7.5 ~ 30 25 ~ 100 0.2Max.
PT-IC-BC-5-PN-550 濾紅外線 深藍透明 550 2.5 ~ 5.5 7.5 ~ 16.5 25 ~ 55 0.8Max.
PT-IC-AC-5-PN-580 濾紅外線 亮光透明 580 1.5 ~ 5.5 4.5 ~ 16.5 15 ~ 55 0.8Max.
PT-A4-AC-5-PN-850 不濾紅外線 亮光透明 850 5 ~ 12 15 ~ 36 50 ~ 120 0.1Max.
PT-A2-AC-5-PN-850 不濾紅外線 亮光透明 850 1.5 ~ 4.5 4.5 ~ 13.5 15 ~ 45 0.1Max.
Φ3 圓頭有邊 PT-A2-AC-3-BE-850 不濾紅外線 亮光透明 850 15 ~ 45 45 ~ 145 150 ~ 450 0.1Max.
PT-A2-DC-3-BE-940 不濾紅外線 暗透明 940 - - - 0.1Max.
Φ5 圓頭有邊 PT-A2-AC-5-BE-850 不濾紅外線 亮光透明 850 30 ~ 90 90 ~ 270 300 ~ 900 0.1Max.
PT-A1-FC-5-BE-940 不濾紅外線 暗透明 940 - - - 0.1Max.
Φ5 圓頭無邊 PT-A6-AC-5-BN-520 濾紅外線 亮光透明 520 5 ~ 22 15 ~ 66 50 ~ 220 0.2Max.
PT-IC-AC-5-BN-520 濾紅外線 亮光透明 520 4 ~ 12 12 ~ 36 40 ~ 120 0.8Max.
PT-A1-DC-5-BN-940 不濾紅外線 暗透明 940 - - - 0.1Max.
貼片式 PT-B1-DC-0603-940 濾紅外線 暗透明 940 - - - 0.1Max.
PT-A8-AC-1206-850 濾紅外線 亮光透明 850 0.5 ~ 1.2 1.5 ~ 3.6 5 ~ 12 0.1Max.
PT-IC-BC-3528-550 不濾紅外線 深藍透明 550 1.5 ~ 4.5 4.5 ~ 13.5 15 ~ 45 0.1Max.
PT-IC-AC-3528-520 不濾紅外線 亮光透明 520 7 ~ 18 21 ~ 54 70 ~ 180 0.8Max.
PT-A1-AC-3528-850 不濾紅外線 亮光透明 850 2.5 ~ 5.0 7.5 ~ 15 25 ~ 50 0.1Max.
CdS (PGM5) PGM5506 不濾紅外線 環氧樹脂 540 2 ~ 6 - - 0.15Min.
PGM5516 不濾紅外線 環氧樹脂 540 5 ~ 10 - - 0.2Min.
PGM5526 不濾紅外線 環氧樹脂 540 8 ~ 20 - - 1.0Min.
PGM5537 不濾紅外線 環氧樹脂 540 16 ~ 50 - - 2.0Min.
PGM5539 不濾紅外線 環氧樹脂 540 30 ~ 90 - - 5.0Min.
PGM5549 不濾紅外線 環氧樹脂 540 45 ~ 140 - - 10.0Min.
PGM5616D 不濾紅外線 環氧樹脂 560 5 ~ 10 - - 1.0Min.
PGM5626D 不濾紅外線 環氧樹脂 560 8 ~ 20 - - 2.0Min.
PGM5637D 不濾紅外線 環氧樹脂 560 16 ~ 50 - - 5.0Min.
PGM5639D 不濾紅外線 環氧樹脂 560 30 ~ 90 - - 10.0Min.
PGM5649D 不濾紅外線 環氧樹脂 560 50 ~ 160 - - 20.0Min.
PGM5659D 不濾紅外線 環氧樹脂 560 150 ~ 300 - - 20.0Min.
PGM5506-MP 不濾紅外線 金屬外殼 540 2 ~ 6 - - 0.15Min.
PGM5516-MP 不濾紅外線 金屬外殼 540 5 ~ 10 - - 0.2Min.
PGM5526-MP 不濾紅外線 金屬外殼 540 8 ~ 20 - - 1.0Min.
PGM5537-MP 不濾紅外線 金屬外殼 540 16 ~ 50 - - 2.0Min.
PGM5539-MP 不濾紅外線 金屬外殼 540 30 ~ 90 - - 5.0Min.
PGM5549-MP 不濾紅外線 金屬外殼 540 45 ~ 140 - - 10.0Min.
CdS (PGM12) PGM1200 不濾紅外線 環氧樹脂 560 2 ~ 5 - - 1.0Min.
PGM1201 不濾紅外線 環氧樹脂 560 4 ~ 10 - - 2.0Min.
PGM1202 不濾紅外線 環氧樹脂 560 8 ~ 20 - - 5.0Min.
PGM1203 不濾紅外線 環氧樹脂 560 18 ~ 50 - - 10.0Min.
PGM1204 不濾紅外線 環氧樹脂 560 45 ~ 150 - - 20.0Min.
PGM1205 不濾紅外線 環氧樹脂 560 140 ~ 300 - - 20.0Min.
PGM1200-MP 不濾紅外線 金屬外殼 560 2 ~ 5 - - 1.0Min.
PGM1201-MP 不濾紅外線 金屬外殼 560 4 ~ 10 - - 2.0Min.
PGM1202-MP 不濾紅外線 金屬外殼 560 8 ~ 20 - - 5.0Min.
PGM1203-MP 不濾紅外線 金屬外殼 560 18 ~ 50 - - 10.0Min.
PGM1204-MP 不濾紅外線 金屬外殼 560 45 ~ 150 - - 20.0Min.
PGM1205-MP 不濾紅外線 金屬外殼 560 140 ~ 300 - - 20.0Min.
CdS (PGM20) PGM2000 不濾紅外線 環氧樹脂 560 2 ~ 5 - - 1.0Min.
PGM2001 不濾紅外線 環氧樹脂 560 4 ~ 10 - - 2.0Min.
PGM2002 不濾紅外線 環氧樹脂 560 8 ~ 20 - - 5.0Min.
PGM2003 不濾紅外線 環氧樹脂 560 18 ~ 50 - - 10.0Min.
PGM2004 不濾紅外線 環氧樹脂 560 45 ~ 150 - - 20.0Min.
PGM2005 不濾紅外線 環氧樹脂 560 140 ~ 300 - - 20.0Min.
PGM2000-PP 不濾紅外線 塑盒封裝 560 2 ~ 5 - - 1.0Min.
PGM2001-PP 不濾紅外線 塑盒封裝 560 4 ~ 10 - - 2.0Min.
PGM2002-PP 不濾紅外線 塑盒封裝 560 8 ~ 20 - - 5.0Min.
PGM2003-PP 不濾紅外線 塑盒封裝 560 18 ~ 50 - - 10.0Min.
PGM2004-PP 不濾紅外線 塑盒封裝 560 45 ~ 150 - - 20.0Min.
PGM2005-PP 不濾紅外線 塑盒封裝 560 140 ~ 300 - - 20.0Min.

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什麼是環保光敏三極體/光電晶體管 (Phototransistors)?

環保光敏三極體是光電二極管與放大器集成組合單芯片。 這個集成組合用以克服光電二極管的主要均一增益限制。現代許多應用需要來自光電檢測器的輸出信號比單獨光電二極管產生還要大,雖然來自光電二極管的信號總是可以通過使用外部運算放大器或其他電路來放大,但是這種方法通常不如使用光電晶體管那樣實用或成本有效。

光電晶體管可以看作是一個光電二極管,其輸出光電流信號被饋送到晶體管的基極。當不需要作為光電檢測器的器件操作時,通常基極連接,可允許設計人員使用基極電流來偏置晶體管。光電晶體管的典型增益的範圍可以從 100 到 1500。光電晶體管的電流 - 電壓特性與 NPN 信號晶體管類似,唯一不同的是入射光提供基極驅動電流。

環保光敏三極體的結構非常類似於光電二極管的結構。實際上,當沒有針對這種操作模式進行優化時,集電極 - 基極結的光電晶體管可以用作具有相當好的光電二極管,主要的結構差異在於光電晶體管比光電二極管多兩個結。

光敏三極體適用於與以人眼相似的方式檢測光或亮度,它們最常見於工業照明,消費電子和汽車系統,其中可以根據環境光線條件自動調整設置。通過打開,關閉或調整功能,環境光傳感器可以節省電池電量,並提供額外的安全性,而無需手動調整。德鍵電子提供各種各樣的環境光傳感器,有引腳型和表面封裝貼片,光電二極管或光電晶體管輸出。


環境光傳感器 (Ambient Light Sensor) 有那些產品?

環境光傳感器
Ambient Light Sensors
光敏電阻器 CdS Cds 優點:與人眼相似。
缺點:含鎘、鉛 ROHS 禁止物質。
光敏二極體
Photo Diode
Cds 優點:光二極體在單元之間的一致性相對較高。
缺點:電流輸出量較低, 需要外加放大電路。
光敏三極體
Phototransistor
Cds 優點:含放大電路,光電電晶體輸出電流大。
缺點:溫度特性較差。
光敏 IC
Photo IC
Cds 優點:放大、邏輯控制、開關等多種集成功能
缺點:對專業產品單依賴性高。

為什麼要使用環保光敏晶體管?

環保光敏晶體管是光電晶體管,光敏傳感器,光電晶體管,環保光敏三極體,環境光傳感器的統稱。環保光敏晶體管是固態光探測器,擁有內部增益。這使得它們在相同面積基礎下比光電二極管更敏感,並可用於提供類比或數位輸出信號。光敏晶體管系列的探測器提供以下特點:

  • 高性價比光電檢測器,檢測範圍從可見光到近紅外。
  • 可獲得 100 到 1500 的增益。
  • 適度響應時間。
  • 可用於各種包裝,包括環氧塗層,轉印模塑,鑄造,密封包裝和芯片形式。
  • 替代傳統 CDS 光敏電阻,不含鎘、鉛等有害物質,符合歐盟 ROHS 標準。
  • 可用於幾乎任何可見光或近紅外光源,如 IRED,霓虹燈,熒光燈,白熾燈泡,激光器,火源,陽光等。

源照明指南

光源 照明 (Lux) ALS 電路符號
月光 0.1 Circuit symbol
60W 燈泡 @1m 50
1W MES 燈泡 @0.1m 100
熒光燈 500
明亮的陽光 30,000

濾光 Filtering

大多數光電二極體和光敏三極體具有的環氧樹脂濾光功能, 可提高相對的光譜靈敏度, 使之更接近人類的眼睛的靈敏度。這有時被稱為 v(λ)曲線。料號包含字母 FC 的部件號具有此環氧樹脂。圖 1 顯示了沒有環氧樹脂濾光的環境光傳感器,圖 2 顯示了帶有環氧濾光的傳感器。對於這種環氧樹脂濾光,帶寬 (λ0.5) 從 430nm 降低到 800nm 到 430nm 到 600nm。

圖 1 - 無環氧濾光

圖 1 - 無環氧濾光

圖 2 - 環氧樹脂濾光

圖 2 - 環氧樹脂濾光


下載 PDF 版本: 環境光傳感器概述