ورقة بيانات القاطع الضوئي LTH-301-23P1 - الأبعاد 7.62 مم - الجهد 1.6 فولت - القدرة 60 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTH-301-23P1 وحدة قاطع ضوئي مدمجة، مُثبتة عبر الثقوب. يعمل كمفتاح بصري يعمل بدون تلامس، حيث يستخدم صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء تحت الأحمر (IR LED) مقترنًا بترانزستور ضوئي (فوتوترانزستور). المبدأ الأساسي يتضمن قيام IR LED بإصدار ضوء، يتم اكتشافه بواسطة الترانزستور الضوئي. عندما يعترض جسم ما مسار الضوء بين الباعث والمستقبل، تتغير حالة خرج الترانزستور الضوئي، مما يتيح استشعار الموضع بدقة، أو كشف الأجسام، أو تبديل الحدود دون تلامس مادي. تشمل مزاياه الأساسية سرعة تبديل عالية، تشغيل موثوق بدون تلامس، وتصميم مناسب للتثبيت المباشر على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أو في مقبس ثنائي الخط، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات في الطابعات، وآلات النسخ، وآلات البيع، والأتمتة الصناعية حيث تكون المتانة والدقة مطلوبة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تُحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بتشغيل الجهاز باستمرار عند هذه الحدود أو بالقرب منها.

• تيار الأمام المستمر للصمام الثنائي تحت الأحمر (I_F):50 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار الثابت الذي يمكن تمريره عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر.
• الجهد العكسي للصمام الثنائي تحت الأحمر (V_R):5 فولت. تجاوز جهد الانحياز العكسي هذا عبر الصمام الثنائي يمكن أن يسبب انهيارًا.
• تيار المجمع للترانزستور (I_C):20 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن لمجمع الترانزستور الضوئي تحمله.
• تبديد قدرة الترانزستور (P_D):75 ميلي واط عند 25°مئوية، مع تخفيض خطي بمعدل 1.33 ميلي واط/°مئوية فوق 25°مئوية. هذا يحد من الحرارة المتولدة في الترانزستور الضوئي.
• تيار الأمام القمة للصمام الثنائي تحت الأحمر:1 أمبير (عرض النبضة = 10 ميكروثانية، 300 نبضة في الثانية). يسمح بنبضات تيار عالية قصيرة للتطبيقات التي تتطلب خرجًا ضوئيًا لحظيًا عاليًا.
• تبديد قدرة الصمام الثنائي (P_D):60 ميلي واط عند 25°مئوية، مع تخفيض أيضًا بمعدل 1.33 ميلي واط/°مئوية. هذا يحكم الحدود الحرارية لـ IR LED.
• جهد المجمع-الباعث للترانزستور الضوئي (V_CEO):30 فولت. أقصى جهد يمكن تطبيقه بين المجمع والباعث عندما يكون الترانزستور مغلقًا.
• جهد الباعث-المجمع للترانزستور الضوئي (V_ECO):5 فولت. أقصى جهد عكسي عبر وصلة المجمع-الباعث.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -25°مئوية إلى +85°مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الموثوق للجهاز.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -55°مئوية إلى +100°مئوية. نطاق درجة الحرارة للتخزين دون تشغيل.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260°مئوية لمدة 5 ثوانٍ على بعد 1.6 مم من العلبة. يحدد ملف تعريف إعادة التدفق أو اللحام اليدوي لمنع تلف الغلاف.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (T_A= 25°مئوية) وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

2.2.1 خصائص الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) المدخل

• جهد الأمام (V_F):عادةً من 1.2 فولت إلى 1.6 فولت عند I_F= 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر IR LED عند تشغيله بتيار الاختبار القياسي. يجب حساب مقاومة تحديد التيار بناءً على هذه القيمة وجهد التغذية.
• التيار العكسي (I_R):أقصى 100 ميكرو أمبير عند V_R= 5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير عندما يكون الصمام الثنائي في حالة انحياز عكسي.

2.2.2 خصائص الترانزستور الضوئي (الفوتوترانزستور) المخرج

• جهد انهيار المجمع-الباعث (V_(BR)CEO):30 فولت كحد أدنى عند I_C= 1 مللي أمبير. جهد الانهيار العالي هذا يسمح باستخدام جهود تغذية أعلى في دائرة المجمع.
• جهد انهيار الباعث-المجمع (V_(BR)ECO):5 فولت كحد أدنى عند I_E= 100 ميكرو أمبير.
• تيار الظلام للمجمع-الباعث (I_CEO):أقصى 100 نانو أمبير عند V_CE= 10 فولت. هذا هو تيار التسرب عندما يكون الترانزستور الضوئي في ظلام تام (بدون ضوء تحت الأحمر). تعتبر القيمة المنخفضة حاسمة لنسبة الإشارة إلى الضوضاء الجيدة في تطبيقات الاستشعار.

2.2.3 خصائص المقرن (الجهاز الكامل)

• جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(SAT)):أقصى 0.4 فولت عند I_C= 0.2 مللي أمبير و I_F= 20 مللي أمبير. هذا هو الجهد عبر الترانزستور الضوئي عندما يكون "مفتوحًا" بالكامل (في حالة تشبع). القيمة الأقل أفضل لأنها تقلل من فقدان الطاقة.
• تيار المجمع في حالة التشغيل (I_C(ON)):0.4 مللي أمبير كحد أدنى عند V_CE= 5 فولت و I_F= 20 مللي أمبير. يحدد هذا الحد الأدنى للتيار الضوئي المتولد عندما يتم تشغيل IR LED ويكون مسار الضوء غير معترض. ترتبط هذه المعلمة مباشرة بحساسية الجهاز.
• زمن الصعود (T_r):نموذجي 25 ميكروثانية تحت ظروف الاختبار (I_C=2 مللي أمبير، R_L=1 كيلو أوم، V_CE=5 فولت). هذا هو الوقت الذي يستغرقه خرج الترانزستور الضوئي للانتقال من 10% إلى 90% من قيمته النهائية عند تشغيل IR LED.
• زمن الهبوط (T_f):نموذجي 26 ميكروثانية تحت نفس الظروف. هذا هو وقت الانتقال عند إيقاف تشغيل IR LED. تحدد أوقات التبديل هذه الحد الأقصى للتردد الذي يمكن للجهاز العمل به بشكل موثوق.

3. معلومات الميكانيكا والغلاف

3.1 أبعاد الغلاف

يتم وضع الجهاز في غلاف قياسي رباعي الأطراف ثنائي الخط. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية من ورقة البيانات:

• يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات، مع البوصة بين قوسين.
• التحمل القياسي هو ±0.25 مم (±0.010 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك في ملاحظة ميزة محددة.
• عرض الجسم حوالي 7.62 مم، ويتبع تباعد الأطراف نمط شبكة قياسي 0.1 بوصة (2.54 مم) للتثبيت عبر الثقوب على لوحة الدوائر المطبوعة.

تم تصميم الغلاف لعمليات اللحام بالموجة أو اللحام اليدوي. يوفر الرسم الأبعادي في ورقة البيانات القياسات الحرجة لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة، بما في ذلك قطر الطرف، وتباعد الأطراف (بين الصفوف والأعمدة)، وطول وعرض الجسم، وعرض فتحة الفجوة التي تحدد فتحة الاستشعار.

3.2 توزيع الأطراف وتحديد القطبية

يحتوي الجهاز على أربعة أطراف. عادةً، يكون طرفان لأنود وكاثود IR LED، والطرفان الآخران لمجمع وباعث الترانزستور الضوئي. يشير رسم ورقة البيانات إلى الطرف 1، وهو أمر بالغ الأهمية للتوجيه الصحيح. IR LED هو جهاز يعمل بالأنود، والترانزستور الضوئي من نوع NPN حيث يجب توصيل المجمع بمصدر تغذية موجب عبر مقاومة حمل، والباعث بالأرضي. سيؤدي الاتصال الخاطئ للقطبية مع LED إلى منعه من إصدار الضوء، وسيؤدي الاتصال الخاطئ مع الترانزستور الضوئي إلى عدم وجود إشارة خرج.

4. إرشادات اللحام والتركيب

تحدد ورقة البيانات معلمة لحام حرجة: يمكن تعريض الأطراف لدرجة حرارة 260°مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، مقاسة على مسافة 1.6 مم (0.063 بوصة) من العلبة البلاستيكية. هذا الإرشاد ضروري لمنع التلف الحراري للشريحة شبه الموصلة الداخلية ومادة الغلاف البلاستيكي أثناء عمليات اللحام بالموجة أو اللحام اليدوي. بالنسبة لللحام بإعادة التدفق، يجب استخدام ملف تعريف قياسي بدرجة حرارة قمة لا تتجاوز 260°مئوية والتحكم في الوقت فوق السائل (TAL). يُنصح باتباع معايير JEDEC أو IPC لللحام المكونات عبر الثقوب.

5. اقتراحات التطبيق

5.1 دوائر التطبيق النموذجية

أكثر تكوين دائرة شيوعًا يتضمن تشغيل IR LED بمصدر تيار ثابت أو، بشكل أبسط، مصدر جهد على التوالي مع مقاومة تحديد تيار (R_limit). R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. لمصدر تغذية 5 فولت و I_Fمطلوب 20 مللي أمبير، مع V_F= 1.4 فولت، R_limit= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 أوم. يتم توصيل خرج الترانزستور الضوئي عادةً كمفتاح: يتم توصيل المجمع بـ V_CCعبر مقاومة سحب لأعلى (R_load)، ويتم توصيل الباعث بالأرضي. تؤخذ إشارة الخرج من عقدة المجمع. عندما يسقط الضوء على الترانزستور، فإنه يعمل، مما يسحب جهد المجمع إلى مستوى منخفض (قريب من V_CE(SAT)). عندما يتم حجب مسار الضوء، ينغلق الترانزستور، ويتم سحب جهد المجمع إلى مستوى عالٍ إلى V_CCبواسطة R_load. تؤثر قيمة R_loadعلى سرعة التبديل واستهلاك التيار؛ تعطي المقاومة الأصغر تبديلًا أسرع ولكن تبديد طاقة أعلى في حالة "التشغيل".

5.2 اعتبارات التصميم

• مناعة الضوء المحيط:نظرًا لأن الجهاز يستخدم ضوءًا تحت الأحمر، فهو محصن إلى حد ما ضد الضوء المحيط المرئي. ومع ذلك، يمكن للمصادر القوية للإشعاع تحت الأحمر (مثل ضوء الشمس، المصابيح المتوهجة) أن تسبب تشغيلًا خاطئًا. يمكن أن يؤدي استخدام إشارة تحت حمراء مُعدَّلة واكتشاف متزامن إلى تحسين المناعة بشكل كبير.
• المحاذاة:المحاذاة الميكانيكية الدقيقة بين فتحات الباعث والمستقبل أمر بالغ الأهمية لأقصى قوة للإشارة. يجب أن يضمن تصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة وطريقة التثبيت هذه المحاذاة.
• خصائص الجسم:يجب أن يكون الجسم الذي يعترض الحزمة معتمًا لطول موجة الأشعة تحت الحمراء المستخدمة. قد لا تُشغِّل المواد العاكسة أو الشفافة المستشعر بشكل موثوق.
• متطلبات السرعة:تحد أوقات الصعود والهبوط (~25 ميكروثانية) الحد الأقصى لتردد التبديل إلى حوالي 1/(Tr+Tf) ≈ 20 كيلوهرتز للموجة المربعة، على الرغم من أن الحدود العملية أقل لضمان الانتقال الكامل.

6. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى قسم "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". توفر هذه الرسوم البيانية، المدرجة عادةً في مثل هذه الوثائق، تمثيلات مرئية لكيفية تغير المعلمات الرئيسية مع الظروف. تشمل المنحنيات المتوقعة:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (I_F-V_F):يوضح العلاقة الأسية لـ IR LED، مما يساعد في تحديد V_Fعند تيارات غير ظروف الاختبار.
• تيار المجمع مقابل جهد المجمع-الباعث (I_C-V_CE):عائلة من المنحنيات للترانزستور الضوئي مع شدة الضوء الساقط (أو تيار تشغيل LED) كمعامل، تُظهر مناطق التشبع والنشاط.
• نسبة نقل التيار (CTR) مقابل التيار الأمامي:CTR = (I_C/ I_F) * 100%. يوضح هذا الرسم البياني كفاءة الاقتران البصري، والتي تنخفض عادةً عند I_F.
• تيار المجمع في حالة التشغيل مقابل درجة الحرارة (I_C(ON)-T_A):يوضح كيف تتغير حساسية الترانزستور الضوئي مع درجة الحرارة المحيطة، عادةً ما يُظهر انخفاضًا عند درجات الحرارة الأعلى.
• تيار الظلام مقابل درجة الحرارة (I_CEO-T_A):يوضح الزيادة الأسية في تيار التسرب مع درجة الحرارة، وهو أمر بالغ الأهمية للتشغيل في درجات الحرارة العالية.

يسمح تحليل هذه المنحنيات للمصممين بتحسين نقاط التشغيل، وفهم المقايضات في الأداء عبر درجات الحرارة، والتنبؤ بالسلوك تحت الظروف غير القياسية.

7. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بالمفاتيح الدقيقة الميكانيكية، يقدم LTH-301-23P1 مزايا مميزة: لا يوجد ارتداد تلامس، عمر تشغيلي أطول بكثير (ملايين مقابل آلاف الدورات)، مناعة ضد التلوث من الغبار أو الزيوت (كونه غلافًا محكمًا)، وسرعة تبديل أسرع. مقارنة بمستشعرات الضوء العاكسة، توفر المقاطعات الضوئية الناقلة مثل هذا النوع اكتشافًا أكثر اتساقًا وموثوقية لأنها أقل حساسية للون أو انعكاسية الجسم المستهدف؛ فهي ببساطة تكتشف وجود أو غياب جسم في الفتحة. المميز الرئيسي لهذا الجزء المحدد هو توازنه بين التغليف القياسي عبر الثقوب، التصنيفات الكهربائية القوية (30 فولت V_CEO، 50 مللي أمبير I_F)، وسرعة التبديل المحددة، مما يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات للأغراض العامة.

8. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هي مسافة الاستشعار النموذجية أو عرض الفجوة؟

ج: "مسافة" الاستشعار هي فعليًا عرض الفتحة في الغلاف. يجب أن تمر الأجسام عبر هذه الفجوة المادية لتعترض الحزمة. يوفر الرسم الأبعادي في ورقة البيانات عرض الفتحة بالضبط.

س: هل يمكنني تشغيل IR LED مباشرة من طرف متحكم دقيق (مايكروكونترولر)؟

ج: ربما، ولكن يجب عليك التحقق من قدرة طرف MCU على توفير التيار. يمكن لطرف MCU نموذجي توفير 20-25 مللي أمبير، وهو ما يتطابق مع حالة الاختبار. ومع ذلك، يجب عليك تضمين مقاومة تحديد تيار على التوالي كما تم حسابه في ملاحظات التطبيق. سيؤدي تشغيل LED بدون مقاومة على الأرجح إلى تدمير كل من LED وطرف MCU.

س: كيف أقوم بتوصيل خرج الترانزستور الضوئي بمتحكم دقيق؟

ج: أبسط طريقة هي استخدام الترانزستور الضوئي كمدخل رقمي. قم بتوصيل المجمع بطرف الإدخال/الإخراج الرقمي لـ MCU (والذي يحتوي عادةً على مقاومة سحب لأعلى داخلية يمكن تمكينها) وأيضًا إلى V_CCعبر مقاومة سحب لأعلى خارجية (مثل 10 كيلو أوم). يتم توصيل الباعث بالأرضي. عندما تكون الحزمة غير مقطوعة، يكون الترانزستور مفتوحًا، مما يسحب الطرف إلى مستوى منخفض (LOW). عندما تنقطع، يتم سحب الطرف إلى مستوى عالٍ (HIGH). تأكد من أن مستويات جهد إدخال MCU متوافقة مع V_CC used.

س: ما الذي يؤثر على سرعة التبديل؟

ج: أوقات الصعود/الهبوط الجوهرية للترانزستور الضوئي (~25 ميكروثانية) هي الحد الأساسي. ومع ذلك، يمكن للعوامل الدائرية أن تبطئها أكثر. تزيد مقاومة الحمل الكبيرة (R_L) من ثابت الوقت RC لشحن/تفريغ أي سعة طفيلية، مما يبطئ وقت الصعود. وبالمثل، يمكن أن يؤدي تشغيل IR LED بتيار مفرط إلى إبطاء الإيقاف بسبب تأثيرات تخزين حاملات الشحنة. لأقصى سرعة، استخدم I_Fالموصى به و R_L.

9. مبدأ التشغيل

القاطع الضوئي هو جهاز إلكتروني ضوئي ناقل. يحتوي على مكونين منفصلين في غلاف واحد: مصدر ضوء تحت الأحمر (IR LED) وكاشف ضوء (ترانزستور ضوئي)، متقابلان عبر فجوة هوائية صغيرة أو فتحة. يتم تحيز IR LED للأمام بتيار مناسب، مما يجعله يصدر فوتونات تحت حمراء. تنتقل هذه الفوتونات عبر الفجوة وتضرب منطقة القاعدة لترانزستور NPN الضوئي. تولد طاقة الفوتون أزواج إلكترون-فجوة في القاعدة، مما يخلق فعليًا تيار قاعدة. يتم تضخيم تيار القاعدة الضوئي هذا بواسطة كسب الترانزستور، مما يؤدي إلى تيار مجمع أكبر بكثير يمكن أن يتدفق من المجمع إلى الباعث، مما يجعل الترانزستور "مفتوحًا". عندما يتم إدخال جسم معتم في الفتحة، فإنه يحجب مسار الضوء. يتوقف توليد تيار القاعدة ضوئيًا، ويتوقف الترانزستور عن التحيز للفتح، وينخفض تيار المجمع إلى قيمة منخفضة جدًا (تيار الظلام)، مما يجعل الترانزستور "مغلقًا". يوفر هذا الفعل التشغيلي للإغلاق/الفتح إشارة رقمية نظيفة تتوافق مع وجود أو غياب جسم.

10. معلومات التغليف والطلب

رقم الجزء هو LTH-301-23P1. لا تحدد ورقة البيانات تفاصيل التغليف السائب (مثل الشريط والبكرة، كميات الأنبوب). للإنتاج، يجب استشارة مواصفات التغليف الخاصة بالشركة المصنعة أو الموزع. "رقم المواصفات" DS-55-96-0025 ورمز الوثيقة BNS-OD-C131/A4 هما مراجع داخلية لورقة البيانات نفسها. تاريخ سريان مراجعة هذه الوثيقة هو 08/03/2000.