ورقة بيانات جهاز مقاطعة الضوء LTH-301-07 - نوع الفتحة - الأبعاد 4.0x3.2x2.5مم - جهد التشغيل 1.2 فولت - تبديد الطاقة 80 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

جهاز LTH-301-07 هو وحدة مدمجة لمقاطعة الضوء من نوع الفتحة، مصممة لتطبيقات التحويل غير التلامسية. يدمج الثنائي الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (LED) والترانزستور الضوئي داخل غلاف واحد، مفصولين بفجوة مادية. المبدأ التشغيلي الأساسي يعتمد على مقاطعة حزمة الأشعة تحت الحمراء المارة من الباعث إلى الكاشف. عندما يدخل جسم معتم إلى الفتحة، فإنه يحجب مسار الضوء، مما يؤدي إلى تغيير حالة خرج الترانزستور الضوئي. يوفر هذا آلية استشعار موثوقة وخالية من التآكل مقارنة بالمفاتيح الميكانيكية.

تشمل مزاياه الأساسية موثوقية عالية بسبب عدم وجود أجزاء متحركة، وسرعات تحويل سريعة مناسبة للكشف عن الحركة السريعة، واستشعار دقيق للموضع. تم تصميم الجهاز للتركيب المباشر على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أو للاستخدام مع مقبس ثنائي الخط، مما يوفر مرونة في التجميع. تشمل الأسواق والتطبيقات المستهدفة النموذجية معدات أتمتة المكاتب مثل أجهزة الفاكس وآلات النسخ والطابعات والماسحات الضوئية، حيث يُستخدم للكشف عن الورق واستشعار الحافة وتشفير الموضع.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تجاوزها الجهاز فقد يتعرض لتلف دائم. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• ثنائي الإدخال الباعث للضوء (LED):أقصى تيار أمامي مستمر هو 50 مللي أمبير. يمكن أن يصل تيار الذروة الأمامي إلى 1 أمبير في ظروف النبض (300 نبضة في الثانية، عرض النبضة 10 ميكروثانية). أقصى تبديد للطاقة هو 80 مللي واط، ومقاومة الجهد العكسي محدودة بـ 5 فولت.
• الترانزستور الضوئي للإخراج:تصنيف جهد المجمع-الباعث هو 30 فولت، بينما جهد الباعث-المجمع هو 5 فولت. أقصى تيار للمجمع هو 20 مللي أمبير، مع حد لتبديد الطاقة يبلغ 100 مللي واط.
• الحدود الحرارية:نطاق درجة حرارة التشغيل محدد من -25°م إلى +85°م، مع نطاق تخزين أوسع من -40°م إلى +100°م. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة لحام الأطراف 260°م لمدة 5 ثوانٍ عند القياس على بعد 1.6 مم من العلبة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25°م.

• الجهد الأمامي لثنائي الإدخال الباعث للضوء (V_F):عادةً 1.2 فولت بحد أقصى 1.6 فولت عند تشغيله بتيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير. هذا الجهد المنخفض مناسب لدوائر المنطق منخفضة الطاقة.
• تيار الظلام للترانزستور الضوئي للإخراج (I_CEO):يضمن أن يكون تيار التسرب عند عدم سقوط ضوء أقل من 100 نانو أمبير عند V_CE=10 فولت، مما يضمن حالة \"إيقاف\" جيدة.
• أداء المقارن الضوئي:المعلمة الرئيسية هي تيار المجمع في حالة التشغيل (I_C(ON))، والذي يضمن أن يكون على الأقل 0.6 مللي أمبير عند تشغيل الثنائي الباعث للضوء بـ I_F=20 مللي أمبير و V_CE=5 فولت. جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(SAT)) هو بحد أقصى 0.4 فولت تحت هذه الظروف، مما يشير إلى حالة \"تشغيل\" جيدة ذات مقاومة منخفضة.
• سرعة التحويل:يتميز زمن الاستجابة بزمن الصعود (T_r) وزمن الهبوط (T_f). القيم النموذجية هي 3 ميكروثانية و 4 ميكروثانية على التوالي، مع قيم قصوى تبلغ 15 ميكروثانية و 20 ميكروثانية. هذه السرعة كافية للعديد من تطبيقات الاستشعار والعد متوسطة السرعة.

3. معلومات الميكانيكا والغلاف

يتميز الجهاز بغلاف قياسي عبر الثقب. يتم توفير أبعاد المخطط الخارجي في ورقة البيانات بجميع القياسات بالمليمترات. الأبعاد الرئيسية للجسم تقريبًا 4.0 مم طولاً، 3.2 مم عرضاً، و 2.5 مم ارتفاعاً، باستثناء الأطراف. عرض فجوة الفتحة هو بُعد حاسم لتحديد حجم الجسم الذي يمكن اكتشافه. يتم تباعد الأطراف للتركيب القياسي ثنائي الخط. يُشار إلى القطبية بالشكل الفيزيائي للغلاف و/أو العلامة؛ عادةً ما يتوافق الطرف الأطول مع الأنود الخاص بالثنائي الباعث للضوء. من الضروري الرجوع إلى الرسم الأبعاد لوضع الفتحة بدقة بالنسبة لحافة لوحة الدوائر المطبوعة والمكونات الأخرى.

4. إرشادات اللحام والتجميع

4.1 عملية اللحام

اللحام السليم أمر بالغ الأهمية لمنع تلف الغلاف البلاستيكي والمكونات الداخلية. يجب عدم غمر الغلاف في اللحام. لا يجب تطبيق أي إجهاد خارجي على الأطراف أثناء اللحام بينما يكون الجهاز ساخناً.

• اللحام اليدوي (بالمكواة):الحد الأقصى الموصى به لدرجة الحرارة هو 350°م، مع وقت لحام لا يتجاوز 3 ثوانٍ لكل طرف. يجب تطبيق طرف المكواة على مسافة لا تقل عن 2 مم من قاعدة الغلاف.
• اللحام بالموجة:يوصى بملف تعريف محدد. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة التسخين المسبق 100°م لمدة تصل إلى 60 ثانية. يجب أن تكون درجة حرارة موجة اللحام بحد أقصى 260°م، مع وقت تلامس 5 ثوانٍ أو أقل. يجب أن يضمن وضع الغمر ألا يرتفع اللحام ضمن 2 مم من قاعدة الغلاف.

4.2 ظروف التخزين وعمر التخزين

للحفاظ على قابلية اللحام وسلامة الجهاز، يتم فرض ظروف تخزين صارمة. البيئة المثالية للتخزين هي أقل من 30°م درجة حرارة وأقل من 70% رطوبة نسبية. يجب تجميع المكونات في غضون 3 أشهر من تاريخ التسليم. للتخزين لفترات أطول في التغليف الأصلي، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في مجفف ببيئة نيتروجين، ولكن ليس لأكثر من عام واحد. بمجرد فتح كيس الحاجز الرطوبي، يجب استخدام المكونات في غضون 3 أشهر في بيئة خاضعة للتحكم <25°م و <60% رطوبة نسبية. يجب تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في الرطوبة العالية لمنع التكثيف، مما قد يؤدي إلى أكسدة الأطراف. إذا لم يتم استيفاء ظروف التخزين، يلزم تقييم قابلية اللحام قبل الاستخدام.

5. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

5.1 دوائر التطبيق النموذجية

التكوين الأكثر شيوعًا هو استخدام مقاطعة الضوء كمفتاح رقمي. يتم وضع مقاومة محددة للتيار على التوالي مع ثنائي الإدخال الباعث للضوء، محسوبة بناءً على جهد الإمداد (V_CC)، والتيار الأمامي المطلوب (I_F، على سبيل المثال، 20 مللي أمبير)، والجهد الأمامي للثنائي الباعث للضوء (V_F~1.2 فولت): R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. عادةً ما يتم توصيل الترانزستور الضوئي للإخراج بمقاومة سحب علوية (R_L) من المجمع إلى V_CC. يتم توصيل الباعث بالأرضي. عندما يكون مسار الضوء غير معترض، فإن الترانزستور الضوئي يوصل، مما يسحب جهد خرج المجمع إلى مستوى منخفض (قريب من V_CE(SAT)). عند المقاطعة، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور الضوئي، ويتم سحب الخرج إلى مستوى عالٍ بواسطة R_L. قيمة R_Lتؤثر على كل من تأرجح جهد الخرج وسرعة التحويل؛ القيمة الأقل توفر سرعة أسرع ولكن استهلاك تيار أعلى.

5.2 اعتبارات التصميم

• مناعة الضوء المحيط:نظرًا لأن الجهاز يستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء المضمن (مستنتج من سرعة تحويله السريعة)، فإنه يوفر رفضًا جيدًا للضوء المحيط الثابت. ومع ذلك، للتطبيقات الحرجة، قد تكون هناك حاجة إلى تصميم حماية إضافية أو غلاف لحجب ضوء الشمس المباشر أو مصادر الأشعة تحت الحمراء القوية الأخرى.
• خصائص الجسم:تعتمد موثوقية الاستشعار على عتامة الجسم لطول موجة الأشعة تحت الحمراء. قد لا تقطع المواد الشفافة أو عالية الانعكاس الحزمة بشكل موثوق.
• المحاذاة:المحاذاة الميكانيكية الدقيقة لمسار الجسم مع الفتحة ضرورية للتشغيل المتسق. يحدد عرض الفتحة الحد الأدنى لحجم الجسم لتحفيز موثوق.
• إزالة الارتداد:قد يتطلب الخرج الكهربائي إزالة الارتداد بالبرمجيات أو الأجهزة، خاصة إذا تم استخدامه مع أجزاء ميكانيكية قد تطرق أو تهتز.

6. منحنيات الأداء والبيانات الرسومية

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص النموذجية الضرورية لتحليل التصميم التفصيلي. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص، فإنها تتضمن عادةً:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (I_F-V_F):يوضح العلاقة لثنائي الإدخال الباعث للضوء، مفيد لحساب انخفاض الجهد الدقيق عند تيارات تشغيل مختلفة.
• تيار المجمع مقابل جهد المجمع-الباعث (I_C-V_CE):عائلة من المنحنيات للترانزستور الضوئي للإخراج مع شدة الضوء الساقط (أو تيار تشغيل الثنائي الباعث للضوء) كمعامل. هذا الرسم البياني حاسم لتحديد نقطة التشغيل وقيمة مقاومة الحمل.
• نسبة نقل التيار (CTR) مقابل التيار الأمامي:CTR هي نسبة تيار المجمع للإخراج إلى تيار ثنائي الإدخال الباعث للضوء (I_C/I_F). يوضح هذا المنحنى كيف تختلف الكفاءة مع تيار التشغيل، مما يساعد في تحسين التصميم لاستهلاك الطاقة وقوة إشارة الخرج.
• الاعتماد على درجة الحرارة:منحنيات توضح كيف تختلف معلمات مثل الجهد الأمامي، تيار المجمع، أو CTR عبر نطاق درجة حرارة التشغيل. هذا أمر حيوي لضمان التشغيل الموثوق في البيئات غير المحيطة.

7. الأسئلة المتكررة (FAQ)

7.1 ما الفرق بين مقاطعة الضوء وعاكس الضوء؟

مقاطعة الضوء (أو المستشعر النافذ) لديها الباعث والكاشف متقابلين عبر فجوة. يتم اكتشاف الجسم عندما يحجب حزمة الضوء. عاكس الضوء (أو المستشعر العاكس) لديه الباعث والكاشف جنبًا إلى جنب، متجهين في نفس الاتجاه. يتم اكتشاف الجسم عندما يعكس الضوء المنبعث مرة أخرى إلى الكاشف. جهاز LTH-301-07 هو مقاطعة ضوئية من نوع الفتحة.

7.2 هل يمكنني تشغيل الثنائي الباعث للضوء بجهد مباشر بدون مقاومة محددة للتيار؟

لا. الثنائي الباعث للضوء هو جهاز يعمل بالتيار. توصيله مباشرة بمصدر جهد يتجاوز جهد تشغيله الأمامي سيؤدي إلى تدفق تيار مفرط، مما قد يتلفه. مقاومة على التوالي إلزامية لضبط تيار التشغيل.

7.3 لماذا تعتبر حالة رطوبة التخزين مهمة جدًا؟

يمكن لتغليف المكونات الإلكترونية البلاستيكي امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية اللحام عالية الحرارة، يمكن أن تتمدد هذه الرطوبة الممتصة بسرعة، مما يسبب انفصالًا داخليًا أو تشققًا أو \"انفجارًا\"، مما يتلف الجهاز. تم تصميم ظروف التخزين المحددة ومتطلبات التجفيف (إذا تعرض) لمنع ذلك.

7.4 كيف أختار قيمة مقاومة السحب العلوية (R_L) على الترانزستور الضوئي؟

يتضمن الاختيار مقايضة. مقاومة R_Lأصغر توفر زمن صعود أسرع (لأنها تشحن سعة الدائرة بشكل أسرع) وإشارة \"منخفضة\" أقوى، لكنها تستهلك طاقة أكثر عندما يكون الترانزستور في حالة تشغيل. مقاومة R_Lأكبر توفر الطاقة ولكنها تبطئ سرعة التحويل وتؤدي إلى سحب علوي أضعف. نقطة بداية شائعة هي بين 1 كيلو أوم و 10 كيلو أوم، لكن شرط الاختبار في ورقة البيانات لـ R_L=100 أوم لقياس السرعة يشير إلى أنه يمكنه تشغيل مقاومات منخفضة نسبيًا.