LTH-301-07 Foto-Unterbrecher Datenblatt - Schlitztyp - Abmessungen 4,0x3,2x2,5mm - Durchlassspannung 1,2V - Verlustleistung 80mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTH-301-07 ist ein kompaktes, schlitzförmiges Foto-Unterbrecher-Modul für berührungslose Schaltanwendungen. Es integriert eine Infrarot-Leuchtdiode (LED) und einen Fototransistor in einem gemeinsamen Gehäuse, die durch einen physikalischen Spalt getrennt sind. Das grundlegende Funktionsprinzip basiert auf der Unterbrechung des Infrarot-Lichtstrahls, der vom Sender zum Empfänger verläuft. Wenn ein undurchsichtiges Objekt in den Schlitz eintritt, blockiert es den Lichtweg, wodurch sich der Ausgangszustand des Fototransistors ändert. Dies bietet einen zuverlässigen, verschleißfreien Erfassungsmechanismus im Vergleich zu mechanischen Schaltern.

Zu seinen Kernvorteilen zählen hohe Zuverlässigkeit durch das Fehlen beweglicher Teile, schnelle Schaltgeschwindigkeiten für die Erfassung schneller Bewegungen und präzise Positionserfassung. Das Bauteil ist für die direkte Leiterplattenmontage oder die Verwendung mit einem Dual-Inline-Sockel ausgelegt und bietet Flexibilität bei der Montage. Typische Zielmärkte und Anwendungen umfassen Geräte der Büroautomatisierung wie Faxgeräte, Kopierer, Drucker und Scanner, wo es für Papiererkennung, Kantenerfassung und Positionskodierung eingesetzt wird.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Eingangs-LED:Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 50 mA. Der Spitzen-Durchlassstrom kann unter Impulsbedingungen (300 pps, 10 μs Impulsbreite) 1 A erreichen. Die maximale Verlustleistung beträgt 80 mW, und die Sperrspannungsfestigkeit ist auf 5 V begrenzt.
• Ausgangs-Fototransistor:Die Kollektor-Emitter-Spannungsfestigkeit beträgt 30 V, während die Emitter-Kollektor-Spannung 5 V beträgt. Der maximale Kollektorstrom beträgt 20 mA, mit einer Verlustleistungsgrenze von 100 mW.
• Thermische Grenzwerte:Der Betriebstemperaturbereich ist von -25°C bis +85°C spezifiziert, mit einem weiteren Lagerbereich von -40°C bis +100°C. Die Löttemperatur der Anschlüsse darf 260°C für 5 Sekunden, gemessen 1,6 mm vom Gehäuse entfernt, nicht überschreiten.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C.

• Durchlassspannung der Eingangs-LED (V_F):Typischerweise 1,2 V mit einem Maximum von 1,6 V bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA. Diese niedrige Spannung ist für Low-Power-Logikschaltungen geeignet.
• Dunkelstrom des Ausgangs-Fototransistors (I_CEO):Der Leckstrom bei fehlendem Lichteinfall ist garantiert kleiner als 100 nA bei V_CE=10V, was einen guten \"Aus\"-Zustand sicherstellt.
• Kopplerleistung:Der Schlüsselparameter ist der Kollektorstrom im Durchlasszustand (I_C(ON)), der garantiert mindestens 0,6 mA beträgt, wenn die LED mit I_F=20mA und V_CE=5V betrieben wird. Die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(SAT)) beträgt unter diesen Bedingungen maximal 0,4 V, was auf einen guten niederohmigen \"Ein\"-Zustand hinweist.
• Schaltgeschwindigkeit:Die Ansprechzeit wird durch die Anstiegszeit (T_r) und die Abfallzeit (T_f) charakterisiert. Typische Werte sind 3 μs bzw. 4 μs, mit Maximalwerten von 15 μs und 20 μs. Diese Geschwindigkeit ist für viele mittelschnelle Erfassungs- und Zähleranwendungen ausreichend.

3. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verfügt über ein Standard-Durchsteckgehäuse. Die Umrissabmessungen sind im Datenblatt mit allen Maßen in Millimetern angegeben. Die Hauptgehäuseabmessungen betragen etwa 4,0 mm Länge, 3,2 mm Breite und 2,5 mm Höhe, ohne Anschlüsse. Die Schlitzweite ist eine kritische Abmessung zur Bestimmung der Größe des zu erfassenden Objekts. Die Anschlüsse sind für die Standard-Dual-Inline-Montage beabstandet. Die Polarität wird durch die physikalische Form des Gehäuses und/oder Markierungen angezeigt; der längere Anschluss entspricht typischerweise der Anode der LED. Es ist entscheidend, die Maßzeichnung für die genaue Positionierung des Schlitzes relativ zur Leiterplattenkante und anderen Bauteilen zu konsultieren.

4. Löt- und Montagerichtlinien

4.1 Lötprozess

Ein korrektes Löten ist entscheidend, um Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Komponenten zu verhindern. Das Gehäuse darf nicht in das Lot getaucht werden. Während des Lötens bei heißem Bauteil sollte kein äußerer Druck auf die Anschlüsse ausgeübt werden.

• Handlöten (Lötkolben):Die empfohlene Maximaltemperatur beträgt 350°C, mit einer Lötzeit von nicht mehr als 3 Sekunden pro Anschluss. Die Lötspitze sollte nicht näher als 2 mm von der Gehäusebasis entfernt angesetzt werden.
• Wellenlöten:Ein spezifisches Profil wird empfohlen. Die Vorwärmtemperatur sollte 100°C für bis zu 60 Sekunden nicht überschreiten. Die Temperatur der Lötwellen sollte maximal 260°C betragen, mit einer Kontaktzeit von 5 Sekunden oder weniger. Die Eintauchposition muss sicherstellen, dass das Lot nicht innerhalb von 2 mm von der Gehäusebasis aufsteigt.

4.2 Lagerbedingungen und Haltbarkeit

Um die Lötbarkeit und die Bauteilintegrität zu erhalten, sind strenge Lagerbedingungen vorgeschrieben. Die ideale Lagerumgebung liegt unter 30°C Temperatur und unter 70% relativer Luftfeuchtigkeit. Die Bauteile sollten innerhalb von 3 Monaten nach dem Lieferdatum verbaut werden. Bei längerer Lagerung in der Originalverpackung sollten sie in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahrt werden, jedoch nicht länger als ein Jahr. Sobald die Feuchtigkeitssperrbeutel geöffnet sind, müssen die Bauteile innerhalb von 3 Monaten in einer kontrollierten Umgebung von <25°C und <60% RH verwendet werden. Schnelle Temperaturwechsel bei hoher Luftfeuchtigkeit sollten vermieden werden, um Kondensation zu verhindern, die zu Anschlusskorrosion führen kann. Wenn die Lagerbedingungen nicht eingehalten wurden, ist vor der Verwendung eine Lötbarkeitsprüfung erforderlich.

5. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

5.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Konfiguration ist die Verwendung des Foto-Unterbrechers als digitaler Schalter. Ein strombegrenzender Widerstand wird in Reihe mit der Eingangs-LED geschaltet, berechnet basierend auf der Versorgungsspannung (V_CC), dem gewünschten Durchlassstrom (I_F, z.B. 20mA) und der Durchlassspannung der LED (V_F~1,2V): R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. Der Ausgangs-Fototransistor ist typischerweise mit einem Pull-up-Widerstand (R_L) vom Kollektor zu V_CC verbunden. Der Emitter ist mit Masse verbunden. Wenn der Lichtweg frei ist, leitet der Fototransistor und zieht die Kollektor-Ausgangsspannung auf ein niedriges Niveau (nahe V_CE(SAT)). Bei Unterbrechung schaltet der Fototransistor ab, und der Ausgang wird durch R_L auf ein hohes Niveau gezogen. Der Wert von R_L beeinflusst sowohl den Ausgangsspannungshub als auch die Schaltgeschwindigkeit; ein niedrigerer Wert bietet höhere Geschwindigkeit, aber höheren Stromverbrauch.

5.2 Designüberlegungen

• Immunität gegen Umgebungslicht:Da das Bauteil moduliertes Infrarotlicht verwendet (impliziert durch seine schnelle Schaltung), bietet es eine gute Unterdrückung von konstantem Umgebungslicht. Für kritische Anwendungen können jedoch zusätzliche Abschirmungen oder Gehäusedesigns erforderlich sein, um direktes Sonnenlicht oder andere starke IR-Quellen zu blockieren.
• Objekteigenschaften:Die Erfassungszuverlässigkeit hängt von der Undurchlässigkeit des Objekts für die Infrarotwellenlänge ab. Transparente oder stark reflektierende Materialien unterbrechen den Strahl möglicherweise nicht zuverlässig.
• Ausrichtung:Eine präzise mechanische Ausrichtung des Objektwegs mit dem Schlitz ist für einen konsistenten Betrieb notwendig. Die Schlitzweite definiert die minimale Objektgröße für eine zuverlässige Auslösung.
• Entprellung:Der elektrische Ausgang erfordert möglicherweise eine software- oder hardwarebasierte Entprellung, insbesondere bei Verwendung mit mechanischen Teilen, die prellen oder vibrieren können.

6. Leistungskennlinien und grafische Daten

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für die detaillierte Designanalyse wesentlich sind. Obwohl die spezifischen Grafiken im Text nicht reproduziert sind, umfassen sie typischerweise:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I_F-V_F):Zeigt die Beziehung für die Eingangs-LED, nützlich zur Berechnung des genauen Spannungsabfalls bei verschiedenen Treiberströmen.
• Kollektorstrom vs. Kollektor-Emitter-Spannung (I_C-V_CE):Kurvenschar für den Ausgangs-Fototransistor mit der einfallenden Lichtintensität (oder LED-Treiberstrom) als Parameter. Diese Grafik ist entscheidend für die Bestimmung des Arbeitspunkts und des Wertes des Lastwiderstands.
• Stromübertragungsverhältnis (CTR) vs. Durchlassstrom:CTR ist das Verhältnis von Ausgangs-Kollektorstrom zu Eingangs-LED-Strom (I_C/I_F). Diese Kurve zeigt, wie die Effizienz mit dem Treiberstrom variiert, und hilft, das Design für Stromverbrauch und Ausgangssignalstärke zu optimieren.
• Temperaturabhängigkeit:Kurven, die zeigen, wie Parameter wie Durchlassspannung, Kollektorstrom oder CTR über den Betriebstemperaturbereich variieren. Dies ist entscheidend für einen zuverlässigen Betrieb in nicht-ambienten Umgebungen.

7. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

7.1 Was ist der Unterschied zwischen einem Foto-Unterbrecher und einem Foto-Reflektor?

Ein Foto-Unterbrecher (oder Transmissionssensor) hat Sender und Empfänger einander gegenüberliegend über einen Spalt. Ein Objekt wird erkannt, wenn es den Lichtstrahl blockiert. Ein Foto-Reflektor (oder Reflexionssensor) hat Sender und Empfänger nebeneinander, in die gleiche Richtung zeigend. Ein Objekt wird erkannt, wenn es das emittierte Licht zum Empfänger zurückreflektiert. Der LTH-301-07 ist ein schlitzförmiger Foto-Unterbrecher.

7.2 Kann ich die LED direkt mit einer Spannung ohne Vorwiderstand betreiben?

Nein. Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Der direkte Anschluss an eine Spannungsquelle, die ihre Durchlassspannung übersteigt, führt zu übermäßigem Stromfluss und kann sie zerstören. Ein Vorwiderstand ist zwingend erforderlich, um den Betriebsstrom einzustellen.

7.3 Warum sind die Lagerfeuchtebedingungen so wichtig?

Die Kunststoffverpackung elektronischer Bauteile kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Lötprozesses kann diese aufgenommene Feuchtigkeit sich schnell ausdehnen und innere Delamination, Risse oder \"Popcorning\" verursachen, was das Bauteil beschädigt. Die spezifizierten Lagerbedingungen und Backanforderungen (bei Exposition) sind dazu ausgelegt, dies zu verhindern.

7.4 Wie wähle ich den Wert des Pull-up-Widerstands (R_L) am Fototransistor?

Die Wahl beinhaltet einen Kompromiss. Ein kleinerer R_L bietet eine schnellere Anstiegszeit (da er die Schaltungskapazität schneller lädt) und ein stärkeres \"Low\"-Signal, verbraucht aber mehr Leistung, wenn der Transistor leitet. Ein größerer R_L spart Leistung, verlangsamt aber die Schaltgeschwindigkeit und führt zu einem schwächeren Pull-up. Ein üblicher Ausgangspunkt liegt zwischen 1kΩ und 10kΩ, aber die Testbedingung im Datenblatt von R_L=100Ω für die Geschwindigkeitsmessung zeigt, dass es relativ niedrige Impedanzen treiben kann.