Ficha Técnica del Fotointerruptor LTH-1650-01 - Distancia Focal 3mm - Tipo con Filtro Infrarrojo - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTH-1650-01 es un módulo fotointerruptor transmisivo de tamaño compacto. Su función principal es detectar la interrupción de un haz de luz infrarroja entre su diodo emisor de luz (LED) infrarrojo integrado y un fototransistor de silicio. Su principal ventaja de diseño es su distancia focal integrada de 3mm, que optimiza la sensibilidad para la detección de objetos en ese espacio específico. Al ser un dispositivo del tipo con filtro de corte infrarrojo, está diseñado para minimizar la interferencia de la luz visible ambiental, mejorando la fiabilidad en diversas aplicaciones de detección. Su mercado objetivo incluye principalmente equipos de automatización de oficinas, sistemas de control industrial y electrónica de consumo que requieran detección de posición u objetos sin contacto.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos parámetros definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No están destinados para la operación normal.

• Disipación de Potencia del LED de Entrada (P_D):Máximo 75 mW. Esto limita la carga térmica combinada de la corriente directa y la caída de tensión.
• Corriente Directa Pico del LED (I_CP):1 A en condiciones pulsadas (300 pps, ancho de pulso de 10 µs). Esto permite pulsos breves de alta intensidad para mejorar la detección de señal.
• Corriente Directa Continua del LED (I_F):Máximo 60 mA en DC. Este es el límite seguro para operación constante.
• Tensión Inversa del LED (V_R):5 V. Superar este valor puede dañar la unión del LED.
• Disipación de Potencia del Fototransistor (P_C):Máximo 100 mW, determinado por la corriente de colector y la tensión colector-emisor.
• Tensión Colector-Emisor (V_CEO):Máximo 30 V para el fototransistor.
• Corriente de Colector (I_C):Máximo 20 mA para el transistor de salida.
• Temperatura de Operación (T_opr):-25°C a +85°C. El dispositivo es adecuado para una amplia gama de entornos industriales y comerciales.
• Temperatura de Soldadura de las Patillas (T_S):260°C durante un máximo de 5 segundos, especificado para patillas a 1.6mm de la carcasa. Esto es crítico para procesos de soldadura por ola o de reflujo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

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

• Tensión Directa del LED (V_F):Típicamente de 1.2V a 1.6V con I_F= 20 mA. Se utiliza para calcular el valor de la resistencia limitadora de corriente requerida.
• Corriente Inversa del LED (I_R):Máximo 100 µA con V_R=5V, indicando la corriente de fuga cuando el LED está polarizado inversamente.
• Corriente de Oscuridad Colector-Emisor (I_CEO):Máximo 100 nA con V_CE=10V sin entrada de luz. Esta es la corriente de fuga del fototransistor, que afecta al nivel de señal en estado "apagado".
• Tensión de Saturación Colector-Emisor (V_CE(SAT)):Típicamente 0.4V con I_C=0.05mA e I_F=20mA. Esta es la tensión a través del transistor cuando está completamente "encendido", importante para la interfaz con niveles lógicos.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

El dispositivo cuenta con un sistema de clasificación de rendimiento basado en la Corriente de Colector en Estado de Conducción (I_C(ON)), que se mide en condiciones estandarizadas (V_CE=5V, I_F=20mA, espacio d=3.0mm). Esta corriente se correlaciona directamente con la sensibilidad del acoplador.

• BIN A: I_C(ON)rango de 100 µA a 300 µA. Este es el grado de sensibilidad estándar.
• BIN B: I_C(ON)rango de 260 µA a 650 µA. Este bin ofrece una sensibilidad más alta.
• BIN C: I_C(ON)rango de 400 µA a 1200 µA. Este es el grado de sensibilidad más alto disponible.

Esta clasificación permite a los diseñadores seleccionar un dispositivo con sensibilidad consistente para su aplicación, asegurando umbrales de activación confiables entre lotes de producción.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La ficha técnica hace referencia a curvas características típicas que proporcionan una visión gráfica del comportamiento del dispositivo en condiciones variables. Aunque los gráficos específicos no se detallan en el texto, las curvas estándar para este tipo de dispositivo incluirían típicamente:

• Corriente Directa vs. Tensión Directa (I_F-V_F):Muestra la relación no lineal para el LED infrarrojo, crucial para el diseño del circuito de excitación.
• Corriente de Colector vs. Tensión Colector-Emisor (I_C-V_CE):Familia de curvas con la corriente directa del LED (I_F) como parámetro, que ilustra las características de salida del fototransistor.
• Corriente de Colector en Estado de Conducción vs. Corriente Directa (I_C(ON)-I_F):Demuestra la característica de transferencia y la linealidad del acoplamiento óptico.
• Corriente de Colector en Estado de Conducción vs. Temperatura Ambiente (I_C(ON)-T_A):Muestra cómo la sensibilidad se degrada al aumentar la temperatura, un factor crítico para la gestión térmica en los diseños.
• Características del Tiempo de Respuesta:La ficha técnica especifica un Tiempo de Subida (T_R) de 3-15 µs y un Tiempo de Bajada (T_F) de 4-20 µs en condiciones de prueba (V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Estos valores definen la capacidad máxima de velocidad de conmutación del sensor.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El encapsulado es del tipo de orificio pasante estándar. Las notas dimensionales clave de la ficha técnica incluyen:

• Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros, con pulgadas entre paréntesis.
• La tolerancia por defecto es de ±0.25mm (±0.010") a menos que una característica específica tenga una indicación diferente.
• La distancia focal (el espacio óptimo entre las ventanas del emisor y el detector para máxima sensibilidad) se especifica como 3 mm.
• El encapsulado incluye ranuras moldeadas o características que ayudan en el montaje y alineación precisa en la PCB.
• La polaridad está claramente marcada en el cuerpo del encapsulado, típicamente con un punto o una esquina achaflanada cerca del pin del ánodo del LED (o del colector del fototransistor). La orientación correcta es esencial para la función del circuito.

6. Guías de Soldadura y Montaje

Se requiere un manejo adecuado para mantener la integridad del dispositivo.

• Soldadura:El límite absoluto máximo para la temperatura de soldadura de las patillas es de 260°C durante 5 segundos, medido a 1.6mm (0.063") de la carcasa de plástico. Esta guía ayuda a prevenir daños térmicos en las uniones internas del chip y en el encapsulado plástico durante la soldadura por ola o manual.
• Limpieza:Utilice disolventes de limpieza de PCB estándar compatibles con el material plástico del dispositivo. Evite la limpieza ultrasónica con potencia excesiva o exposición prolongada.
• Almacenamiento:Los dispositivos deben almacenarse en condiciones dentro del Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg) de -40°C a +100°C y en un ambiente de baja humedad y antiestático para prevenir la absorción de humedad y daños por descarga electrostática (ESD).

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Como se indica en la ficha técnica, las aplicaciones principales incluyen:

• Impresoras y Faxes:Para detección de falta de papel, detección de atasco de papel, detección de tapa abierta y detección de posición del carro.
• Interruptores Optoelectrónicos:Utilizados en máquinas expendedoras, automatización industrial para conteo, conmutación de límite y detección de disco en codificadores rotativos.
• Electrónica de Consumo:Sensores de ranura en unidades de disco, reproductores de cinta u otros sistemas de manejo de medios.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Resistencia Limitadora de Corriente (para el LED):Debe calcularse en base a la tensión de alimentación (V_CC), la tensión directa del LED (V_F~1.4V típ.) y la corriente directa deseada (I_F). No exceda la clasificación de I_Fcontinua de 60 mA. Un punto de operación típico es de 20 mA.
• Resistencia de Carga (para el Fototransistor):El valor de la resistencia de pull-up (R_L) conectada al colector determina el rango de tensión de salida y afecta la velocidad de conmutación. Una R_Lmás pequeña da un tiempo de bajada más rápido pero reduce la amplitud del voltaje de salida. La condición de prueba utiliza R_L=100Ω.
• Inmunidad al Ruido Eléctrico:Para cables largos o entornos ruidosos, considere añadir un pequeño condensador de desacoplo (ej., 0.1µF) a través de los pines de alimentación cerca del dispositivo y utilizar cables blindados.
• Consideraciones Ópticas:Mantenga la trayectoria óptica (el espacio de 3mm) libre de polvo, suciedad o condensación. El filtro de corte infrarrojo ayuda, pero fuentes fuentes de infrarrojo ambiental (como la luz solar o bombillas incandescentes) cerca del sensor pueden causar activaciones falsas.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con fototransistores o fotodiodos básicos, este fotointerruptor integrado ofrece ventajas clave:

• Óptica Alineada:El emisor y el detector están prealineados en un encapsulado fijo y rígido, eliminando la necesidad de alineación mecánica precisa durante el montaje, lo que es una ventaja significativa frente a componentes discretos.
• Espacio Optimizado:La distancia focal de 3mm está ajustada de fábrica para una sensibilidad máxima en ese espacio de aire específico.
• Rechazo de Luz Ambiental:El filtro de corte infrarrojo sobre el fototransistor reduce significativamente la sensibilidad a la luz visible, mejorando la relación señal-ruido en condiciones típicas de iluminación interior.
• Factor de Forma Compacto:Proporciona una solución completa de interruptor óptico en un solo encapsulado pequeño.

9. Preguntas Frecuentes (FAQs)

P: ¿Cuál es el propósito de los diferentes bins (A, B, C)?

R: Los bins categorizan los dispositivos por su sensibilidad (I_C(ON)). Elija un bin más alto (B o C) para aplicaciones que requieran detección de objetos de bajo contraste, mayor vida útil (ya que la salida del LED se degrada con el tiempo) u operación con mayores niveles de polvo. El Bin A es suficiente para aplicaciones estándar.

P: ¿Puedo alimentar el LED directamente con una fuente de voltaje?

R: No. Un LED es un dispositivo controlado por corriente. Debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie para establecer la corriente directa (I_F) a un valor seguro y consistente, como se muestra en todos los circuitos de aplicación.

P: ¿Cómo conecto la salida a un microcontrolador?

R: El fototransistor actúa como un interruptor. Conecte su emisor a tierra, y su colector a un pin de entrada digital a través de una resistencia de pull-up (ej., 10kΩ). Cuando el haz no está interrumpido, el transistor está encendido, llevando el pin a nivel bajo. Cuando se interrumpe, el transistor está apagado y la resistencia de pull-up lleva el pin a nivel alto. Asegúrese de que los niveles lógicos de entrada del microcontrolador sean compatibles con el rango de tensión de salida (cerca de 0V para "encendido", cerca de V_CCpara "apagado").

P: ¿Qué afecta el tiempo de respuesta?

R: La velocidad intrínseca del fototransistor, el valor de la resistencia de carga (R_L), y la capacitancia de las trazas del circuito. Para una conmutación más rápida, use una R_Lmás pequeña, según lo permitan los niveles deseados de corriente y tensión de salida.

10. Ejemplo Práctico de Uso

Escenario: Sensor de Falta de Papel en una Impresora de Escritorio.

El fotointerruptor se monta en el chasis de la impresora de modo que la pila de papel en la bandeja se sitúe dentro del espacio óptico de 3mm, bloqueando el haz infrarrojo. Se puede utilizar una palanca o bandera unida al seguidor de la bandeja de papel. Cuando hay papel, el haz está bloqueado, el fototransistor está apagado y su salida está en nivel alto. Cuando se alimenta la última hoja, el seguidor se mueve, desbloqueando el haz. El fototransistor se enciende, llevando la salida a nivel bajo. Esta transición lógica es detectada por el controlador principal de la impresora, que luego activa la advertencia "Falta de Papel" en la interfaz de usuario. El filtro de corte infrarrojo evita activaciones falsas por la iluminación interna de la impresora o las luces de la habitación.

11. Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera bajo el principio de acoplamiento óptico modulado. Un LED infrarrojo interno emite luz cuando se polariza directamente con una corriente apropiada. Directamente opuesto, dentro del mismo encapsulado, hay un fototransistor de silicio NPN. La región base del fototransistor está expuesta a la luz. Cuando los fotones infrarrojos del LED golpean la unión base-colector, generan pares electrón-hueco. Esta corriente fotogenerada actúa como corriente de base, haciendo que el transistor conduzca una corriente de colector mucho mayor (I_C), proporcional a la intensidad de la luz. Un objeto que pasa por la ranura de 3mm entre ellos interrumpe este haz de luz, haciendo que el fototransistor se apague. Esto proporciona una señal de conmutación limpia y eléctricamente aislada basada en un evento físico.

12. Tendencias Tecnológicas

Los fotointerruptores siguen siendo componentes fundamentales en la detección de posición. Las tendencias actuales en el campo incluyen:

• Miniaturización:Desarrollo de encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) aún más pequeños para ahorrar espacio en PCB en electrónica de consumo compacta.
• Integración:Incorporación de circuitos adicionales en el chip, como disparadores Schmitt para histéresis, amplificadores para señales débiles o incluso interfaces digitales (I2C) para proporcionar una salida digital procesada y limpia, simplificando la interfaz con microcontroladores.
• Rendimiento Mejorado:Mejoras en la eficiencia del LED y la sensibilidad del fotodetector permiten operar a corrientes más bajas, reduciendo el consumo de energía y la generación de calor.
• Variantes Especializadas:Dispositivos con ruedas ranuradas para codificación rotativa, o tipos reflectivos donde el emisor y el detector miran en la misma dirección para detectar marcas reflectantes.

El principio central de interrupción óptica sigue siendo robusto debido a su naturaleza sin contacto, fiabilidad y simplicidad, asegurando su relevancia continua en el diseño de sistemas mecatrónicos.