ورقة بيانات جهاز LTH-301-27P1 لقطع الضوء - التبديل بدون تلامس - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

جهاز LTH-301-27P1 هو مستشعر قطع ضوء عاكس، وهو نوع من أجهزة الاستشعار الكهروضوئية. وظيفته الأساسية هي اكتشاف وجود أو غياب جسم ما دون تلامس مادي. يحقق ذلك من خلال دمج صمام ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (IR LED) وترانزستور ضوئي داخل غلاف واحد مدمج. عندما يدخل جسم إلى الفجوة بين الباعث والمستقبل، فإنه يعترض حزمة الأشعة تحت الحمراء، مما يتسبب في تغيير حالة خرج الترانزستور الضوئي. هذا يجعله مثالياً للتطبيقات التي تتطلب استشعاراً موثوقاً غير ميكانيكي مثل اكتشاف الموضع، التبديل النهائي، وعد الأجسام.

تم تصميم الجهاز للتركيب المباشر على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو في مقابس ثنائية الخط قياسية، مما يسهل التكامل في التجميعات الإلكترونية. تشمل مزاياه الرئيسية الحصانة ضد ارتداد التلامس، وعمر تشغيلي طويل بسبب عدم وجود أجزاء متحركة، وسرعات تبديل سريعة مناسبة لتطبيقات العد أو التوقيت عالية السرعة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تيار الأمام المستمر لصمام الأشعة تحت الحمراء (I_F):50 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار الثابت الذي يمكن تطبيقه على صمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء.
• الجهد العكسي لصمام الأشعة تحت الحمراء (V_R):5 فولت. تجاوز جهد الانحياز العكسي هذا عبر الصمام الثنائي يمكن أن يسبب الانهيار.
• تيار المجمع للترانزستور الضوئي (I_C):40 مللي أمبير. أقصى تيار يمكن لمجمع الترانزستور الضوئي تحمله.
• جهد المجمع-الباعث للترانزستور الضوئي (V_CEO):30 فولت. أقصى جهد يمكن تطبيقه بين مجمع وباعث الترانزستور الضوئي.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-35°C إلى +65°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الموثوق.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260°C لمدة 5 ثوانٍ على مسافة 1.6 مم من جسم العلبة. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق لمنع التلف الحراري.

ملاحظة حول تخفيض القدرة:يجب تخفيض تبديد قدرة الترانزستور (100 ميلي واط) وتبديد قدرة الصمام الثنائي (75 ميلي واط) خطياً بمعدل 1.33 ميلي واط/°C لدرجات الحرارة المحيطة فوق 25°C. هذا يعني أن القدرة المسموح بها تنخفض مع زيادة درجة الحرارة لمنع السخونة الزائدة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند 25°C وتحدد الأداء النموذجي للجهاز تحت ظروف الاختبار المحددة.

2.2.1 خصائص صمام الأشعة تحت الحمراء الداخل

• جهد الأمام (V_F):عادة 1.6 فولت (الحد الأقصى 1.6 فولت) عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير. يستخدم هذا لحساب قيمة المقاوم المحدد للتيار: R = (V_المصدر- V_F) / I_F.
• التيار العكسي (I_R):الحد الأقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. يشير هذا إلى تيار التسرب للصمام الثنائي عند انحيازه العكسي.

2.2.2 خصائص الترانزستور الضوئي الخارج

• جهد انهيار المجمع-الباعث (V_(BR)CEO):الحد الأدنى 30 فولت. هذا هو الجهد الذي ينهار عنده الترانزستور الضوئي عندما تكون القاعدة مفتوحة.
• تيار الظلام للمجمع-الباعث (I_CEO):الحد الأقصى 100 نانو أمبير عند V_CE=10 فولت. هذا هو تيار التسرب عندما يكون الترانزستور الضوئي في حالة "إيقاف" (لا يوجد ضوء ساقط). تعتبر القيمة المنخفضة مرغوبة لنسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة.

2.2.3 خصائص المقرن (النظام)

تصف هذه المعلمات أداء زوج الصمام الثنائي-الترانزستور الضوئي المدمج.

• جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(SAT)):الحد الأقصى 0.4 فولت عندما يتم دفع الترانزستور الضوئي إلى التشبع (I_C=0.25 مللي أمبير، I_F=20 مللي أمبير). يعتبر جهد التشبع المنخفض مفتاحاً للتواصل مع دوائر المنطق.
• تيار المجمع في حالة التشغيل (I_C(ON)):الحد الأدنى 1.5 مللي أمبير عندما يكون الترانزستور الضوئي مضاءً (V_CE=5 فولت، I_F=20 مللي أمبير). هذا هو التيار الضوئي الناتج ويحدد حساسية المستشعر. يمكن أن يكون التيار الفعلي أعلى اعتماداً على انعكاسية الجسم المعترض والمحاذاة.

3. معلومات الميكانيكا والتغليف

يتم تغليف LTH-301-27P1 في علبة ثنائية الخط قياسية ذات 4 أطراف. يتم توفير الأبعاد الدقيقة في رسم التغليف داخل ورقة البيانات. تشمل الملاحظات الميكانيكية الرئيسية:

• جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح قياسي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• تتميز العلبة بفتحة أو فجوة بين باعث الأشعة تحت الحمراء والمستقبل الضوئي. يمر الجسم المراد اكتشافه عبر هذه الفجوة.
• يتم تحديد القطبية بوضوح. يتم تحديد أطراف الأنود والكاثود لصمام الأشعة تحت الحمراء، وكذلك أطراف المجمع والباعث للترانزستور الضوئي. التوجيه الصحيح أثناء تركيب اللوحة أمر ضروري.
• الجهاز مناسب لكل من التركيب على اللوحة والتركيب في مقبس، مما يوفر مرونة في التجميع وإمكانية الاستبدال الميداني.

4. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة الصحيحة أمر بالغ الأهمية للموثوقية.

• اللحام:يمكن للأطراف تحمل درجة حرارة 260°C لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم من جسم العلبة البلاستيكية. هذا الإرشاد بالغ الأهمية لعمليات اللحام الموجي. بالنسبة لللحام بإعادة التدفق، يوصى باستخدام ملف تعريف قياسي بدرجة حرارة ذروة أقل من 260°C.
• التنظيف:استخدم مواد تنظيف لطيفة متوافقة مع العلبة البلاستيكية. تجنب التنظيف بالموجات فوق الصوتية بقوة مفرطة، حيث قد يتلف المكونات الداخلية.
• التخزين:قم بالتخزين في بيئة ضمن نطاق درجة حرارة التخزين المحدد من -40°C إلى +100°C، ويفضل في ظروف رطوبة منخفضة لمنع امتصاص الرطوبة.
• احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):على الرغم من عدم ذكرها صراحةً على أنها حساسة، يجب اتباع إجراءات المناولة القياسية للتفريغ الكهروستاتيكي لأجهزة أشباه الموصلات أثناء التجميع.

5. اقتراحات التطبيق

5.1 دوائر التطبيق النموذجية

التكوين الأكثر شيوعاً هو توصيل صمام الأشعة تحت الحمراء على التوالي مع مقاوم محدد للتيار بمصدر جهد (مثل 5 فولت). عادةً ما يتم توصيل الترانزستور الضوئي في تكوين باعث مشترك: يتم سحب المجمع إلى جهد إمداد (مثل 5 فولت) عبر مقاوم حمل (R_L)، ويتم توصيل الباعث بالأرضي. تؤخذ إشارة الخرج من عقدة المجمع.

• عندما يكون الشعاع غير معترض، يسقط الضوء على الترانزستور الضوئي، مما يجعله يوصل ويسحب جهد المجمع إلى مستوى منخفض (قريب من V_CE(SAT)).
• عندما يعترض جسم ما الشعاع، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور الضوئي، ويتم سحب جهد المجمع إلى مستوى مرتفع بواسطة مقاوم الحمل.
• تحدد قيمة مقاوم الحمل (R_L) سرعة التبديل واستهلاك التيار. مقاوم R_Lأصغر يسمح بتبديل أسرع ولكنه يسحب تياراً أكبر عندما يكون الترانزستور في حالة تشغيل.

5.2 اعتبارات التصميم

• المحاذاة:المحاذاة الميكانيكية الدقيقة لمسار الجسم مع فجوة المستشعر أمر بالغ الأهمية للتشغيل الموثوق.
• الضوء المحيط:نظراً لأن المستشعر يستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء، يمكن أن يكون عرضة للتداخل من مصادر الأشعة تحت الحمراء المحيطة القوية (مثل ضوء الشمس، المصابيح المتوهجة). يمكن أن يؤدي استخدام إشارة أشعة تحت حمراء معدلة ودائرة كاشف متزامنة إلى تحسين الحصانة بشكل كبير.
• خصائص الجسم:تعتمد فعالية المستشعر على قدرة الجسم على عكس أو امتصاص حزمة الأشعة تحت الحمراء. قد لا يتم اكتشاف الأجسام الداكنة غير العاكسة بشكل موثوق مثل الأجسام فاتحة اللون. يوصى بالاختبار باستخدام مادة الهدف الفعلية.
• إزالة الارتداد:While the sensor itself does not have contact bounce, the electrical output may still have noise. Software or hardware debouncing (e.g., a simple RC filter or a Schmitt trigger input) may be necessary for clean digital signals.

. Operating Principle

The photointerrupter operates on the principle of optical beam interruption. Internally, an infrared LED emits light at a wavelength typically around 940nm, which is invisible to the human eye. Directly opposite, a silicon phototransistor is positioned to receive this light. The phototransistor acts as a light-controlled switch. When photons from the IR LED strike its base region, they generate electron-hole pairs, which in turn allow a much larger collector current to flow—this is the photoelectric effect. The magnitude of this collector current is proportional to the intensity of the incident light. When an opaque object enters the gap between the LED and the phototransistor, the light path is blocked. The intensity of light on the phototransistor drops dramatically, causing its collector current to fall to a very low value (essentially the dark current). This sharp change in current (or the corresponding voltage change across a load resistor) is detected by external circuitry and interpreted as a switching event.

. Performance Curves & Analysis

The datasheet includes typical characteristic curves which provide valuable insights beyond the tabulated min/typ/max values.

• Transfer Characteristics (I_Cvs. I_F):This curve shows how the phototransistor's output current (I_C) varies with the LED's input current (I_F) at a fixed collector-emitter voltage. It demonstrates the linear relationship between input drive and output response under specific conditions, helping to optimize the LED drive current for desired sensitivity.
• Output Characteristics (I_Cvs. V_CE):These curves, plotted for different levels of incident light (or different I_F), show how the phototransistor behaves like a current source. The collector current remains relatively constant over a range of V_CEuntil it reaches saturation.
• Temperature Dependence:Curves showing the variation of parameters like forward voltage (V_F) or collector dark current (I_CEO) with temperature are crucial for designing systems that operate over the full specified temperature range. For example, V_Ftypically decreases with increasing temperature, which could slightly affect the LED's light output if driven by a constant voltage source.

. Common Questions & Answers

Q: What is the typical response time of this sensor?

A: While not explicitly stated in the provided data, photointerrupters like this typically have response times in the microsecond range, making them suitable for high-speed counting. The actual speed is limited by the phototransistor's rise/fall time and the external circuit's RC time constant.

Q: Can I use this sensor outdoors?

A: With caution. Direct sunlight contains strong infrared components that can saturate the phototransistor, causing false triggering. A physical shield or housing to block ambient light, along with optical filtering or signal modulation techniques, is necessary for reliable outdoor use.

Q: How do I choose the value for the LED current-limiting resistor?

A: Use the formula: R = (V_CC- V_F) / I_F. For example, with a 5V supply (V_CC), a typical V_Fof 1.6V, and a desired I_Fof 20 mA: R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 Ω. A standard 180 Ω resistor would be appropriate, resulting in I_F≈ 18.9 mA.

Q: What is the purpose of the Emitter-Collector Breakdown Voltage (V_(BR)ECO) rating?

A> This rating (5V) is relevant if the phototransistor is connected in an inverted configuration (emitter at a higher potential than collector), which is uncommon. It ensures the device can withstand a small reverse voltage across the C-E junction without damage.

9. مثال عملي لحالة الاستخدام

التطبيق: اكتشاف الورق في الطابعة

يمكن استخدام LTH-301-27P1 لاكتشاف الحافة الأمامية للورق في طابعة أو آلة نسخ. يتم تركيب المستشعر بحيث يمر الورق عبر فجوته. يعترض علم عاكس أو الورق نفسه الشعاع. عندما يكون الشعاع غير معترض (لا يوجد ورق)، يكون الترانزستور الضوئي في حالة تشغيل، ويخرج جهداً منخفضاً. عندما يدخل الورق الفجوة، يتم اعتراض الشعاع، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور الضوئي، ويصبح جهد الخرج مرتفعاً. يمكن إدخال إشارة الحافة الصاعدة هذه إلى متحكم دقيق لبدء تسلسل الطباعة، أو تأكيد وجود الورق، أو عد الصفحات. تضمن الطبيعة غير التلامسية عدم تآكل الورق أو المستشعر، وتسمح الاستجابة السريعة بالاكتشاف حتى عند سرعات تغذية الورق العالية. ستشمل اعتبارات التصميم التأكد من محاذاة مسار الورق بدقة مع فجوة المستشعر واختيار مقاوم حمل يوفر تذبذب جهد نظيف وسريع لدخل دبوس المتحكم الدقيق.

10. اتجاهات التكنولوجيا

تبقى أجهزة قطع الضوء تقنية استشعار أساسية بسبب بساطتها وموثوقيتها وتكلفتها المنخفضة. تركز الاتجاهات الحالية على التصغير، مما يؤدي إلى حزم أجهزة مثبتة على السطح (SMD) توفر مساحة على اللوحة في الإلكترونيات الحديثة. هناك أيضاً تكامل لدوائر إضافية، مثل مشغلات شميت المدمجة للتأخر والخروج الرقمي النظيف، أو حتى حلول متكاملة بالكامل مع مشغل أشعة تحت حمراء معدل ودارة كاشف متزامنة على شريحة واحدة لرفض متفوق للضوء المحيط. علاوة على ذلك، فإن التقدم في المواد والتغليف يوسع نطاقات درجة حرارة التشغيل ويحسن الموثوقية طويلة المدى للتطبيقات السياراتية والصناعية. بينما تقدم تقنيات أحدث مثل مستشعرات وقت الطيران (ToF) قياس المسافة، يظل دور جهاز قطع الضوء الأساسي لاكتشاف الوجود الثنائي البسيط في التطبيقات الحساسة للتكلفة راسخاً بقوة.