Hoja de Datos del Interruptor Óptico LTH-301-07P5 - Interruptor Óptico Ranurado - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTH-301-07P5 es un interruptor óptico, un tipo de componente optoelectrónico diseñado para aplicaciones de conmutación sin contacto. Integra un diodo emisor de luz infrarroja (LED) y un fototransistor dentro de una carcasa ranurada compacta. Su principio de funcionamiento fundamental implica la interrupción del haz de luz infrarroja entre el emisor y el detector por un objeto externo, lo que provoca un cambio correspondiente en la señal de salida del fototransistor. Este diseño ofrece un método fiable y preciso para detectar la presencia, ausencia o posición de objetos sin contacto físico.

La ventaja principal de este dispositivo radica en su naturaleza sin contacto, lo que elimina el desgaste mecánico, conduciendo a una alta fiabilidad y una larga vida operativa. Presenta velocidades de conmutación rápidas, haciéndolo adecuado para aplicaciones que requieren detección rápida. El componente está diseñado para montaje directo en placa de circuito impreso (PCB) o para uso con un zócalo de doble línea, proporcionando flexibilidad en el diseño y montaje del sistema.

Los mercados y aplicaciones objetivo típicos incluyen, pero no se limitan a, equipos de automatización de oficina como máquinas de fax, fotocopiadoras, impresoras y escáneres. También se utiliza ampliamente en diversos sistemas de automatización industrial, electrónica de consumo e instrumentación donde se requiere una detección precisa de objetos.

2. Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los valores máximos absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Estos valores se especifican a una temperatura ambiente (TA) de 25°C y nunca deben excederse, ni siquiera momentáneamente, en condiciones normales de funcionamiento.

LED de Entrada:La corriente directa continua está limitada a 50 mA, con una corriente directa de pico de 1 A permitida en condiciones pulsadas (300 pulsos por segundo, ancho de pulso de 10 μs). La disipación de potencia máxima para el LED es de 80 mW. La capacidad de soporte de voltaje inverso es de 5 V, un parámetro crítico para proteger el LED de una polarización inversa accidental.

Fototransistor de Salida:La tensión colector-emisor (V_CE) nominal es de 30 V, mientras que la tensión emisor-colector (V_EC) es de 5 V. La corriente máxima del colector es de 20 mA, y el límite de disipación de potencia es de 100 mW. Respetar estos límites es esencial para garantizar la longevidad y el funcionamiento estable del fototransistor.

Límites Ambientales:El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de funcionamiento de -25°C a +85°C. El rango de temperatura de almacenamiento es más amplio, de -40°C a +100°C. La temperatura de soldadura de los terminales se especifica como 260°C durante 5 segundos, medida a 1,6 mm de la carcasa, información crucial para los procesos de montaje.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estas características definen el rendimiento esperado del dispositivo en condiciones normales de funcionamiento a 25°C. Proporcionan los parámetros clave para el diseño del circuito.

Características del LED de Entrada:La tensión directa típica (V_F) es de 1,2 V a una corriente directa (I_F) de 20 mA, con un máximo de 1,6 V. Este parámetro es vital para diseñar la resistencia limitadora de corriente para el circuito de excitación del LED. La corriente inversa (I_R) es un máximo de 100 μA a una tensión inversa (V_R) de 5 V, indicando la fuga del LED en estado apagado.

Características del Fototransistor de Salida:La corriente oscura colector-emisor (I_CEO) es un máximo de 100 nA a V_CE=10V, representando la corriente de fuga de salida cuando el LED está apagado (sin luz). Las tensiones de ruptura (BV_CEOy BV_ECO) confirman los valores máximos absolutos.

Características del Acoplador (Sistema):Estos parámetros describen el rendimiento combinado del LED y el fototransistor. La corriente del colector en estado de conducción (I_C(ON)) está garantizada para ser al menos de 0,6 mA cuando el LED es excitado con I_F=20mA y V_CE=5V. Este es el nivel de señal de salida clave cuando la ranura está despejada. La tensión de saturación colector-emisor (V_CE(SAT)) es un máximo de 0,4 V bajo las mismas condiciones con I_C=0,2mA, indicando una buena característica de estado "encendido". Los tiempos de respuesta, con un tiempo de subida típico (T_r) de 3 μs y tiempo de bajada (T_f) de 4 μs (bajo condiciones de prueba específicas), definen la capacidad de velocidad de conmutación del dispositivo.

3. Información Mecánica y de Empaquetado

3.1 Dimensiones de Contorno

El LTH-301-07P5 presenta un encapsulado estándar de orificio pasante. El dibujo mecánico detallado se proporciona en la hoja de datos. Todas las dimensiones se especifican en milímetros. La tolerancia estándar para dimensiones no especificadas es de ±0,25 mm. Las dimensiones clave incluyen la longitud, anchura y altura total de la carcasa, el ancho y la profundidad de la ranura (que define el espacio por donde pasa el objeto interrumpidor), y el espaciado y diámetro de los terminales. El componente está diseñado para procesos de soldadura por ola o soldadura manual.

Identificación de Polaridad:El dispositivo tiene una asignación de pines específica. Típicamente, el terminal más largo o una marca específica en la carcasa indica el ánodo del LED. Es crítico consultar el dibujo dimensional para la identificación exacta de los pines (por ejemplo, el pin 1 suele ser el ánodo del LED, el pin 2 el cátodo del LED, el pin 3 el emisor del fototransistor y el pin 4 el colector) para asegurar la orientación correcta durante el montaje en PCB. Una polaridad incorrecta impedirá el funcionamiento del dispositivo.

4. Guías de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado durante la soldadura es esencial para prevenir daños a la carcasa de plástico y al chip semiconductor interno.

Precauciones Generales:La carcasa no debe sumergirse en la soldadura. No se debe aplicar estrés externo al marco de los terminales mientras el producto está a alta temperatura durante la soldadura, ya que esto puede causar grietas internas o desalineación.

Soldadura Manual/de Terminales:Para soldadura manual, la temperatura máxima recomendada del soldador es de 350°C. El tiempo de soldadura por terminal no debe exceder los 3 segundos, y esto debe realizarse solo una vez por terminal. El punto de soldadura no debe estar más cerca de 2 mm de la base de la carcasa del componente para evitar daños por calor.

Soldadura por Ola:Para soldadura por ola automatizada, se recomienda un perfil específico. La temperatura de precalentamiento no debe exceder los 100°C, con un tiempo de precalentamiento de hasta 60 segundos. La temperatura de la ola de soldadura debe ser un máximo de 260°C, con un tiempo de contacto no superior a 5 segundos. La posición de inmersión no debe ser inferior a 2 mm de la base de la carcasa. Adherirse a este perfil previene el choque térmico y asegura uniones de soldadura fiables sin comprometer la integridad del encapsulado de plástico.

5. Condiciones de Almacenamiento y Precauciones

Para mantener la soldabilidad y prevenir la degradación del rendimiento, se deben observar condiciones de almacenamiento específicas.

El entorno de almacenamiento ideal es a una temperatura inferior a 30°C y una humedad relativa inferior al 70%. Los componentes deben montarse dentro de los 3 meses posteriores a la fecha de entrega. Para extender la vida útil de almacenamiento mientras las piezas permanecen en su embalaje original sensible a la humedad, deben almacenarse en un contenedor sellado con desecante apropiado o en un desecador purgado con nitrógeno. Sin embargo, el almacenamiento no debe exceder un año bajo estas condiciones controladas.

Una vez abierto el paquete sellado original, los componentes deben usarse dentro de los 3 meses y deben mantenerse en un entorno controlado de <25°C y <60% de humedad relativa. Se deben evitar transiciones rápidas en la temperatura ambiente, especialmente en entornos de alta humedad, para prevenir la condensación, que puede provocar la oxidación de los terminales del componente. Si las condiciones de almacenamiento no cumplen los criterios especificados, la soldabilidad de los pines puede verse comprometida. En tales casos, se debe realizar una evaluación de soldabilidad y una posible reclasificación de los componentes antes de su uso en producción.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTH-301-07P5 es versátil y encuentra uso en numerosas aplicaciones:

• Detección de Papel en Impresoras/Fotocopiadoras/Escáneres:Detectar la presencia de papel, atascos de papel o el final de un rollo de papel.
• Detección de Posición:Detectar la posición inicial o el límite de recorrido en mecanismos en movimiento (por ejemplo, carros de impresora, brazos robóticos).
• Codificación Rotativa:Usado con una rueda ranurada para medir la velocidad o posición de un eje giratorio.
• Conteo de Objetos:Contar elementos en una cinta transportadora a medida que pasan por la ranura.
• Sistemas de Seguridad:Como parte de un sensor de interrupción de haz para detección de intrusión.

6.2 Consideraciones de Diseño

Al diseñar un circuito con este interruptor óptico, se deben considerar varios factores:

• Corriente de Excitación del LED:La corriente de funcionamiento recomendada es de 20 mA. Se debe calcular una resistencia en serie basada en la tensión de alimentación (V_CC) y la tensión directa del LED (V_F) usando la Ley de Ohm: R = (V_CC- V_F) / I_F. Usando la V_Ftípica de 1,2V y una alimentación de 5V, la resistencia sería aproximadamente (5V - 1,2V) / 0,02A = 190 Ohmios. Una resistencia estándar de 200 Ohmios sería adecuada.
• Polarización del Fototransistor:La salida del fototransistor puede usarse en una configuración de emisor común (emisor a tierra, colector conectado a V_CCa través de una resistencia de carga, R_L) o como interruptor. El valor de R_Lafecta la excursión de voltaje de salida y la velocidad de conmutación. Una R_Lmás pequeña proporciona una respuesta más rápida pero un cambio de voltaje de salida menor. La condición de prueba de la hoja de datos usa R_L=100Ω.
• Acondicionamiento de Señal:La salida es una corriente analógica que varía con la intensidad de la luz. Para aplicaciones de conmutación digital, puede necesitarse un comparador o un circuito disparador Schmitt después de la resistencia de carga para proporcionar una señal digital limpia, especialmente si el objeto interrumpidor no bloquea completamente el haz de luz.
• Inmunidad a la Luz Ambiente:Como el dispositivo usa luz infrarroja, es algo inmune a la luz ambiente visible. Sin embargo, fuentes fuertes de luz infrarroja (por ejemplo, luz solar, bombillas incandescentes) pueden afectar el rendimiento. Usar una señal de excitación del LED modulada y detección síncrona puede mejorar enormemente la inmunidad a la luz ambiente.
• Alineación Mecánica:El objeto interrumpidor debe pasar de manera fiable por la ranura e interrumpir completamente el haz para un funcionamiento consistente. Las dimensiones de la ranura y el tamaño y trayectoria del objeto deben considerarse cuidadosamente.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

Los interruptores ópticos como el LTH-301-07P5 compiten con otras tecnologías de detección como microinterruptores mecánicos, sensores de efecto Hall y sensores ópticos reflectivos.

vs. Interruptores Mecánicos:La ventaja principal es la ausencia total de contacto físico, lo que conduce a una vida mecánica prácticamente infinita, sin rebote de contactos, funcionamiento silencioso y mayor fiabilidad en entornos sucios o polvorientos. La desventaja puede ser un costo ligeramente mayor y la necesidad de un circuito de excitación electrónico.

vs. Sensores Ópticos Reflectivos:Los interruptores ópticos ranurados ofrecen mayor precisión y consistencia posicional porque el emisor y el detector están alineados con precisión en una geometría fija. Son menos susceptibles a variaciones en la reflectividad del objeto objetivo. Los sensores reflectivos son más adecuados para detectar objetos a distancia o donde una ranura física no es factible.

vs. Sensores de Efecto Hall:Los sensores Hall detectan campos magnéticos, no la interrupción de la luz. Se usan para detectar la posición de imanes. La elección depende completamente de la aplicación: detectar cualquier objeto opaco (interruptor óptico) vs. detectar un campo magnético (sensor Hall).

La diferenciación específica del LTH-301-07P5 radica en su conjunto equilibrado de características eléctricas (tensión directa, corriente de salida, velocidad), su robusto encapsulado mecánico adecuado para soldadura por ola, y sus requisitos de almacenamiento y manejo claramente definidos, lo que lo convierte en una opción fiable para la fabricación en volumen.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el propósito del valor de "Corriente Directa de Pico" para el LED?

R: Este valor (1A a 300pps, 10μs) permite que el LED sea pulsado con una corriente mucho mayor que su valor continuo (50mA) durante períodos cortos. Esto puede usarse para lograr un pulso óptico más brillante, lo que puede mejorar la relación señal/ruido o permitir un ciclo de trabajo más bajo, reduciendo el consumo de potencia promedio y la generación de calor.

P: La I_C(ON)se especifica como un mínimo de 0,6mA. ¿Qué significa esto para mi diseño de circuito?

R: Este es un límite inferior garantizado. Bajo las condiciones de prueba estándar (I_F=20mA, V_CE=5V), el fototransistor absorberáal menos0,6mA cuando la ranura esté despejada. La corriente real en su aplicación puede ser mayor. Debe diseñar su resistencia de carga (R_L) y cualquier puerta lógica posterior para reconocer un nivel de voltaje correspondiente a esta corriente mínima. Por ejemplo, con R_L=1kΩ, el voltaje de salida caería como máximo a V_CE= 5V - (0,6mA * 1kΩ) = 4,4V cuando el haz no está bloqueado.

P: ¿Por qué son tan estrictas las condiciones de almacenamiento, especialmente después de abrir la bolsa?

R: Los terminales del componente son susceptibles a la oxidación cuando se exponen al aire húmedo. Los terminales oxidados tienen mala soldabilidad, lo que lleva a uniones de soldadura débiles o inexistentes ("desmojado"). El embalaje sensible a la humedad y las estrictas reglas de almacenamiento son prácticas estándar de la industria (alineadas con los estándares IPC/JEDEC) para garantizar un alto rendimiento de montaje y fiabilidad a largo plazo.

P: ¿Puedo usar este sensor en exteriores?

R: El rango de temperatura de funcionamiento es de -25°C a +85°C, lo que cubre muchas condiciones exteriores. Sin embargo, la exposición directa a la luz solar (una fuente fuerte de radiación infrarroja) puede saturar el fototransistor, causando falsos disparos. El dispositivo tampoco está sellado contra la entrada de agua o polvo. Para uso en exteriores, requeriría un blindaje óptico cuidadoso de la luz ambiente y protección ambiental, o una tecnología de sensor diferente podría ser más apropiada.

9. Introducción al Principio de Funcionamiento

El interruptor óptico funciona según un principio optoelectrónico sencillo. Contiene dos componentes principales alojados uno frente al otro a través de un espacio físico (la ranura):

1. Emisor Infrarrojo (LED):Este es un diodo semiconductor que emite luz infrarroja (invisible al ojo humano) cuando se polariza directamente con una corriente apropiada (por ejemplo, 20mA).
2. Fototransistor:Este es un transistor sensible a la luz. Cuando los fotones del emisor infrarrojo golpean su región base, generan pares electrón-hueco, que actúan como corriente de base. Esta corriente de base inducida por la luz se amplifica por la ganancia del transistor, resultando en una corriente de colector mucho mayor que fluye del colector al emisor.

Estados de Funcionamiento:

- Despejado (Haz Presente):La luz infrarroja del emisor cae directamente sobre el fototransistor. El fototransistor se enciende, permitiendo que fluya una corriente de colector significativa (I_C(ON)). En un circuito de emisor común con una resistencia de pull-up, el voltaje de salida en el colector se lleva a bajo (cerca de V_CE(SAT)).

- Obstruido (Haz Bloqueado):Un objeto opaco colocado en la ranura bloquea la luz infrarroja. No llega luz a la base del fototransistor, por lo que se apaga. Solo fluye una pequeña corriente de fuga (I_CEO, la corriente oscura). El voltaje de salida en el colector sube a cerca del voltaje de alimentación (V_CC).

Esta transición entre un voltaje de salida alto (haz bloqueado) y un voltaje de salida bajo (haz despejado) proporciona una señal digital limpia para la lógica de detección.

10. Tendencias de Desarrollo

El campo de los sensores optoelectrónicos, incluidos los interruptores ópticos, continúa evolucionando. Las tendencias objetivas observables en la industria incluyen:

• Miniaturización:Existe un impulso constante hacia tamaños de encapsulado más pequeños (por ejemplo, dispositivos de montaje superficial con huellas más pequeñas y perfiles más bajos) para permitir productos finales más compactos y un montaje en PCB de mayor densidad.
• Rendimiento Mejorado:Las mejoras en materiales semiconductores y encapsulados apuntan a proporcionar mayor sensibilidad (permitiendo corrientes de excitación del LED más bajas para reducir el consumo de energía), tiempos de respuesta más rápidos para aplicaciones de alta velocidad y mejor estabilidad térmica de los parámetros.
• Integración y Funciones Inteligentes:Algunos interruptores ópticos modernos integran el circuito de excitación para el LED y el acondicionamiento de señal (amplificador, comparador, disparador Schmitt) para la salida del fototransistor en el mismo encapsulado. Esto simplifica el diseño del circuito externo y puede proporcionar una salida directa de nivel lógico digital. La integración de múltiples elementos de detección también es una tendencia.
• Enfoque en la Fiabilidad y Fabricación:Los diseños priorizan cada vez más la robustez para procesos de montaje automatizados como pick-and-place y soldadura por reflujo. Los materiales se seleccionan para una mejor resistencia al estrés térmico y factores ambientales.
• Variantes Específicas para Aplicación:Continúa el desarrollo de sensores adaptados a necesidades específicas del mercado, como sensores ultra delgados para manejo de papel en dispositivos portátiles, o sensores con ranuras muy estrechas para detección de bordes de alta precisión.

El LTH-301-07P5 representa una tecnología madura y fiable que cumple con los requisitos principales para una amplia gama de aplicaciones estándar, mientras que estas tendencias más amplias dan forma al desarrollo de dispositivos de próxima generación.