Hoja de Datos del Interruptor Fotoeléctrico LTH-301-07 - Tipo Ranura - Dimensiones 4.0x3.2x2.5mm - Tensión Directa 1.2V - Disipación de Potencia 80mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTH-301-07 es un módulo interruptor fotoeléctrico compacto de tipo ranura, diseñado para aplicaciones de conmutación sin contacto. Integra un diodo emisor de luz infrarroja (LED) y un fototransistor dentro de una sola carcasa, separados por una ranura física. El principio de funcionamiento fundamental implica la interrupción del haz de luz infrarroja que viaja desde el emisor al detector. Cuando un objeto opaco entra en la ranura, bloquea la trayectoria de la luz, provocando un cambio en el estado de salida del fototransistor. Esto proporciona un mecanismo de detección fiable y sin desgaste, en comparación con los interruptores mecánicos.

Sus ventajas principales incluyen una alta fiabilidad debido a la ausencia de partes móviles, velocidades de conmutación rápidas aptas para detectar movimiento rápido y una detección de posición precisa. El dispositivo está diseñado para montaje directo en PCB o para uso con un zócalo de doble línea, ofreciendo flexibilidad en el ensamblaje. Los mercados y aplicaciones típicos abarcan equipos de automatización de oficina como máquinas de fax, fotocopiadoras, impresoras y escáneres, donde se utiliza para detección de papel, sensado de bordes y codificación de posición.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

Estas especificaciones definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• LED de Entrada:La corriente directa continua máxima es de 50 mA. La corriente directa de pico puede alcanzar 1 A en condiciones de pulso (300 pps, ancho de pulso de 10 μs). La disipación de potencia máxima es de 80 mW, y la tensión inversa soportada está limitada a 5 V.
• Fototransistor de Salida:La tensión colector-emisor nominal es de 30 V, mientras que la tensión emisor-colector es de 5 V. La corriente de colector máxima es de 20 mA, con un límite de disipación de potencia de 100 mW.
• Límites Térmicos:El rango de temperatura de operación se especifica desde -25°C hasta +85°C, con un rango de almacenamiento más amplio de -40°C a +100°C. La temperatura de soldadura de los terminales no debe exceder los 260°C durante 5 segundos cuando se mide a 1.6 mm de la carcasa.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación a una temperatura ambiente (TA) de 25°C.

• Tensión Directa del LED de Entrada (V_F):Típicamente 1.2 V con un máximo de 1.6 V cuando se alimenta con una corriente directa (I_F) de 20 mA. Este bajo voltaje es adecuado para circuitos lógicos de baja potencia.
• Corriente de Oscuridad del Fototransistor de Salida (I_CEO):La corriente de fuga cuando no incide luz está garantizada en menos de 100 nA a V_CE=10V, asegurando un buen estado de \"apagado\".
• Rendimiento del Acoplador:El parámetro clave es la Corriente de Colector en Estado de Conducción (I_C(ON)), que está garantizada en al menos 0.6 mA cuando el LED se alimenta con I_F=20mA y V_CE=5V. La Tensión de Saturación Colector-Emisor (V_CE(SAT)) es un máximo de 0.4 V bajo estas condiciones, indicando un buen estado de \"encendido\" de baja resistencia.
• Velocidad de Conmutación:El tiempo de respuesta se caracteriza por el Tiempo de Subida (T_r) y el Tiempo de Bajada (T_f). Los valores típicos son 3 μs y 4 μs respectivamente, con máximos de 15 μs y 20 μs. Esta velocidad es suficiente para muchas aplicaciones de detección y conteo de velocidad media.

3. Información Mecánica y del Paquete

El dispositivo presenta un paquete estándar de orificio pasante. Las dimensiones de contorno se proporcionan en la hoja de datos con todas las medidas en milímetros. Las dimensiones principales del cuerpo son aproximadamente 4.0 mm de longitud, 3.2 mm de ancho y 2.5 mm de altura, excluyendo los terminales. El ancho de la ranura es una dimensión crítica para determinar el tamaño del objeto que puede detectarse. Los terminales están espaciados para montaje estándar de doble línea. La polaridad se indica mediante la forma física de la carcasa y/o marcas; el terminal más largo típicamente corresponde al ánodo del LED. Es crucial consultar el dibujo dimensional para la colocación precisa de la ranura en relación con el borde del PCB y otros componentes.

4. Guías de Soldadura y Ensamblaje

4.1 Proceso de Soldadura

Una soldadura adecuada es crítica para evitar daños a la carcasa de plástico y a los componentes internos. La carcasa no debe sumergirse en estaño. No se debe aplicar estrés externo a los terminales durante la soldadura mientras el dispositivo está caliente.

• Soldadura Manual (con Cautín):La temperatura máxima recomendada es de 350°C, con un tiempo de soldadura que no exceda los 3 segundos por terminal. La punta del cautín debe aplicarse a no menos de 2 mm de la base de la carcasa.
• Soldadura por Ola:Se recomienda un perfil específico. La temperatura de precalentamiento no debe exceder los 100°C durante un máximo de 60 segundos. La temperatura de la ola de estaño debe ser un máximo de 260°C, con un tiempo de contacto de 5 segundos o menos. La posición de inmersión debe asegurar que el estaño no suba dentro de los 2 mm de la base de la carcasa.

4.2 Condiciones de Almacenamiento y Vida Útil

Para mantener la soldabilidad y la integridad del dispositivo, se exigen condiciones de almacenamiento estrictas. El ambiente de almacenamiento ideal es por debajo de 30°C de temperatura y por debajo del 70% de humedad relativa. Los componentes deben ensamblarse dentro de los 3 meses posteriores a la fecha de entrega. Para un almacenamiento más prolongado en el embalaje original, deben guardarse en un contenedor sellado con desecante o en un desecador con ambiente de nitrógeno, pero no por más de un año. Una vez abierta la bolsa con barrera de humedad, los componentes deben usarse dentro de los 3 meses en un ambiente controlado de <25°C y <60% HR. Deben evitarse los cambios rápidos de temperatura en alta humedad para prevenir la condensación, que puede provocar oxidación de los pines. Si no se cumplen las condiciones de almacenamiento, se requiere una evaluación de soldabilidad antes del uso.

5. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

5.1 Circuitos de Aplicación Típicos

La configuración más común es usar el interruptor fotoeléctrico como un interruptor digital. Se coloca una resistencia limitadora de corriente en serie con el LED de entrada, calculada en función de la tensión de alimentación (V_CC), la corriente directa deseada (I_F, por ejemplo, 20mA) y la tensión directa del LED (V_F~1.2V): R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. El fototransistor de salida se conecta típicamente con una resistencia de pull-up (R_L) desde el colector a V_CC. El emisor se conecta a tierra. Cuando la trayectoria de la luz está despejada, el fototransistor conduce, llevando el voltaje de salida del colector a un nivel bajo (cerca de V_CE(SAT)). Cuando se interrumpe, el fototransistor se apaga y la salida se lleva a un nivel alto por R_L. El valor de R_Lafecta tanto la amplitud del voltaje de salida como la velocidad de conmutación; un valor más bajo proporciona mayor velocidad pero mayor consumo de corriente.

5.2 Consideraciones de Diseño

• Inmunidad a la Luz Ambiente:Dado que el dispositivo utiliza luz infrarroja modulada (implícito por su conmutación rápida), ofrece un buen rechazo a la luz ambiente constante. Sin embargo, para aplicaciones críticas, puede ser necesario un blindaje adicional o un diseño de carcasa para bloquear la luz solar directa u otras fuertes fuentes de IR.
• Características del Objeto:La fiabilidad de la detección depende de la opacidad del objeto a la longitud de onda infrarroja. Los materiales transparentes o altamente reflectantes pueden no interrumpir el haz de manera fiable.
• Alineación:Es necesaria una alineación mecánica precisa de la trayectoria del objeto con la ranura para un funcionamiento consistente. El ancho de la ranura define el tamaño mínimo del objeto para un disparo fiable.
• Eliminación de Rebotes (Debouncing):La salida eléctrica puede requerir eliminación de rebotes por software o hardware, especialmente si se usa con partes mecánicas que puedan vibrar o traquetear.

6. Curvas de Rendimiento y Datos Gráficos

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas que son esenciales para un análisis de diseño detallado. Aunque los gráficos específicos no se reproducen en el texto, típicamente incluyen:

• Corriente Directa vs. Tensión Directa (I_F-V_F):Muestra la relación para el LED de entrada, útil para calcular la caída de tensión exacta a diferentes corrientes de excitación.
• Corriente de Colector vs. Tensión Colector-Emisor (I_C-V_CE):Familia de curvas para el fototransistor de salida con la intensidad de la luz incidente (o la corriente de excitación del LED) como parámetro. Este gráfico es crucial para determinar el punto de operación y el valor de la resistencia de carga.
• Relación de Transferencia de Corriente (CTR) vs. Corriente Directa:CTR es la relación entre la corriente de colector de salida y la corriente del LED de entrada (I_C/I_F). Esta curva muestra cómo varía la eficiencia con la corriente de excitación, ayudando a optimizar el diseño para el consumo de energía y la fuerza de la señal de salida.
• Dependencia de la Temperatura:Curvas que muestran cómo parámetros como la tensión directa, la corriente de colector o el CTR varían en el rango de temperatura de operación. Esto es vital para garantizar un funcionamiento fiable en entornos no ambientales.

7. Preguntas Frecuentes (FAQ)

7.1 ¿Cuál es la diferencia entre un interruptor fotoeléctrico y un sensor foto-reflectivo?

Un interruptor fotoeléctrico (o sensor transmisivo) tiene el emisor y el detector enfrentados a través de una ranura. Se detecta un objeto cuando bloquea el haz de luz. Un sensor foto-reflectivo (o sensor reflectivo) tiene el emisor y el detector uno al lado del otro, mirando en la misma dirección. Se detecta un objeto cuando refleja la luz emitida de vuelta al detector. El LTH-301-07 es un interruptor fotoeléctrico tipo ranura.

7.2 ¿Puedo alimentar el LED directamente con un voltaje sin una resistencia limitadora de corriente?

No. Un LED es un dispositivo controlado por corriente. Conectarlo directamente a una fuente de voltaje que exceda su tensión directa hará que fluya una corriente excesiva, pudiendo destruirlo. Una resistencia en serie es obligatoria para establecer la corriente de operación.

7.3 ¿Por qué es tan importante la condición de humedad de almacenamiento?

El empaque plástico de los componentes electrónicos puede absorber humedad del aire. Durante el proceso de soldadura a alta temperatura, esta humedad absorbida puede expandirse rápidamente, causando delaminación interna, grietas o el efecto \"palomita de maíz\" (popcorning), lo que daña el dispositivo. Las condiciones de almacenamiento especificadas y los requisitos de horneado (si se expone) están diseñados para prevenir esto.

7.4 ¿Cómo elijo el valor de la resistencia de pull-up (R_L) en el fototransistor?

La elección implica una compensación. Una R_Lmás pequeña proporciona un tiempo de subida más rápido (ya que carga la capacitancia del circuito más rápido) y una señal \"baja\" más fuerte, pero consume más energía cuando el transistor está encendido. Una R_Lmás grande ahorra energía pero ralentiza la velocidad de conmutación y resulta en un pull-up más débil. Un punto de partida común está entre 1kΩ y 10kΩ, pero la condición de prueba de la hoja de datos de R_L=100Ω para la medición de velocidad indica que puede manejar impedancias relativamente bajas.