Hoja de Datos del Fotointerruptor LTH-301-23P1 - Dimensiones 7.62mm - Voltaje 1.6V - Potencia 60mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTH-301-23P1 es un módulo fotointerruptor compacto de montaje pasante. Funciona como un interruptor óptico sin contacto, utilizando un diodo emisor de luz infrarroja (LED IR) emparejado con un fototransistor. El principio fundamental implica que el LED IR emite luz, la cual es detectada por el fototransistor. Cuando un objeto interrumpe la trayectoria de la luz entre el emisor y el detector, el estado de salida del fototransistor cambia, permitiendo la detección precisa de posición, detección de objetos o conmutación de límite sin contacto físico. Sus principales ventajas incluyen una velocidad de conmutación rápida, una operación sin contacto confiable y un diseño adecuado para montaje directo en PCB o en zócalo de doble línea, lo que lo hace ideal para aplicaciones en impresoras, copiadoras, máquinas expendedoras y automatización industrial donde se requiere durabilidad y precisión.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar el dispositivo continuamente en o cerca de estos límites.

• Corriente Directa Continua del Diodo IR (I_F):50 mA. Esta es la corriente máxima en estado estacionario que puede pasar a través del LED infrarrojo.
• Voltaje Inverso del Diodo IR (V_R):5 V. Exceder este voltaje de polarización inversa a través del LED puede causar ruptura.
• Corriente del Colector del Transistor (I_C):20 mA. La corriente continua máxima que el colector del fototransistor puede manejar.
• Disipación de Potencia del Transistor (P_D):75 mW a 25°C, reduciéndose linealmente a 1.33 mW/°C por encima de 25°C. Esto limita el calor generado en el fototransistor.
• Corriente Directa Pico del Diodo IR:1 A (ancho de pulso = 10 µs, 300 pps). Permite pulsos breves de alta corriente para aplicaciones que requieren una salida óptica instantánea alta.
• Disipación de Potencia del Diodo (P_D):60 mW a 25°C, también reducida a 1.33 mW/°C. Esto gobierna los límites térmicos del LED IR.
• Voltaje Colector-Emisor del Fototransistor (V_CEO):30 V. El voltaje máximo que se puede aplicar entre el colector y el emisor cuando el transistor está apagado.
• Voltaje Emisor-Colector del Fototransistor (V_ECO):5 V. El voltaje inverso máximo a través de la unión colector-emisor.
• Rango de Temperatura de Operación:-25°C a +85°C. El rango de temperatura ambiente para una operación confiable del dispositivo.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-55°C a +100°C. El rango de temperatura para almacenamiento no operativo.
• Temperatura de Soldadura de las Patillas:260°C durante 5 segundos a 1.6mm de la carcasa. Define el perfil de reflujo o soldadura manual para prevenir daños al encapsulado.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba estándar (T_A= 25°C) y definen el rendimiento típico del dispositivo.

2.2.1 Características del LED de Entrada

• Voltaje Directo (V_F):Típicamente 1.2V a 1.6V a I_F= 20 mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED IR cuando se alimenta con la corriente de prueba estándar. Se debe calcular una resistencia limitadora de corriente basándose en este valor y el voltaje de alimentación.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 100 µA a V_R= 5V. Esta es la pequeña corriente de fuga cuando el LED está polarizado inversamente.

2.2.2 Características del Fototransistor de Salida

• Voltaje de Ruptura Colector-Emisor (V_(BR)CEO):Mínimo 30V a I_C= 1mA. Este alto voltaje de ruptura permite el uso de voltajes de alimentación más altos en el circuito del colector.
• Voltaje de Ruptura Emisor-Colector (V_(BR)ECO):Mínimo 5V a I_E= 100µA.
• Corriente de Oscuridad Colector-Emisor (I_CEO):Máximo 100 nA a V_CE= 10V. Esta es la corriente de fuga cuando el fototransistor está en completa oscuridad (sin luz IR). Un valor bajo es crítico para una buena relación señal-ruido en aplicaciones de detección.

2.2.3 Características del Acoplador (Dispositivo Completo)

• Voltaje de Saturación Colector-Emisor (V_CE(SAT)):Máximo 0.4V a I_C= 0.2mA e I_F= 20mA. Este es el voltaje a través del fototransistor cuando está completamente "encendido" (saturado). Un valor más bajo es mejor ya que minimiza la pérdida de potencia.
• Corriente del Colector en Estado de Conducción (I_C(ON)):Mínimo 0.4 mA a V_CE= 5V e I_F= 20mA. Esto especifica la fotocorriente mínima generada cuando el LED IR está alimentado y la trayectoria de la luz está despejada. Este parámetro está directamente relacionado con la sensibilidad del dispositivo.
• Tiempo de Subida (T_r):Típico 25 µs bajo condiciones de prueba (I_C=2mA, R_L=1kΩ, V_CE=5V). Este es el tiempo que tarda la salida del fototransistor en pasar del 10% al 90% de su valor final cuando se enciende el LED IR.
• Tiempo de Bajada (T_f):Típico 26 µs bajo las mismas condiciones. Este es el tiempo de transición cuando se apaga el LED IR. Estos tiempos de conmutación definen la frecuencia máxima a la que el dispositivo puede operar de manera confiable.

3. Información Mecánica y del Encapsulado

3.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo está alojado en un encapsulado estándar de doble línea de 4 pines. Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen:

• Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros, con pulgadas entre paréntesis.
• La tolerancia estándar es de ±0.25mm (±0.010") a menos que una nota de característica específica indique lo contrario.
• El ancho del cuerpo es de aproximadamente 7.62mm, y el espaciado de los pines sigue un patrón de cuadrícula estándar de 0.1 pulgadas (2.54mm) para montaje pasante en PCB.

El encapsulado está diseñado para procesos de soldadura por ola o soldadura manual. El dibujo dimensional en la hoja de datos proporciona medidas críticas para el diseño de la huella en PCB, incluyendo el diámetro de las patillas, el espaciado de los pines (entre filas y columnas), la longitud y el ancho del cuerpo, y el ancho de la ranura que define la apertura de detección.

3.2 Asignación de Pines e Identificación de Polaridad

El dispositivo tiene cuatro pines. Típicamente, dos pines son para el ánodo y el cátodo del LED IR, y los otros dos son para el colector y el emisor del fototransistor. El dibujo de la hoja de datos indica el pin 1, lo cual es crucial para la orientación correcta. El LED IR es un dispositivo de ánodo común, y el fototransistor es de tipo NPN donde el colector debe conectarse a una fuente positiva a través de una resistencia de carga, y el emisor a tierra. Una conexión de polaridad incorrecta al LED evitará que emita luz, y una conexión incorrecta al fototransistor resultará en ninguna señal de salida.

4. Guías de Soldadura y Montaje

La hoja de datos especifica un parámetro crítico de soldadura: las patillas pueden someterse a una temperatura de 260°C durante un máximo de 5 segundos, medidos a una distancia de 1.6mm (0.063") de la carcasa de plástico. Esta guía es esencial para prevenir daños térmicos al semiconductor interno y al material del encapsulado de plástico durante operaciones de soldadura por ola o soldadura manual. Para soldadura por reflujo, se debe usar un perfil estándar con una temperatura máxima que no exceda los 260°C y un tiempo por encima del líquido (TAL) controlado. Es recomendable seguir los estándares JEDEC o IPC para la soldadura de componentes pasantes.

5. Sugerencias de Aplicación

5.1 Circuitos de Aplicación Típicos

La configuración de circuito más común implica alimentar el LED IR con una fuente de corriente constante o, más simplemente, una fuente de voltaje en serie con una resistencia limitadora de corriente (R_limit). R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. Para una fuente de alimentación de 5V y una I_Fdeseada de 20mA, con V_F= 1.4V, R_limit= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ω. La salida del fototransistor se conecta típicamente como un interruptor: el colector se conecta a V_CCa través de una resistencia de pull-up (R_load), y el emisor se conecta a tierra. La señal de salida se toma del nodo del colector. Cuando la luz incide en el transistor, este se enciende, llevando el voltaje del colector a un nivel bajo (cerca de V_CE(SAT)). Cuando la trayectoria de la luz se bloquea, el transistor se apaga, y el voltaje del colector se eleva a V_CCpor R_load. El valor de R_loadafecta la velocidad de conmutación y el consumo de corriente; una resistencia más pequeña proporciona una conmutación más rápida pero una mayor disipación de potencia en el estado 'encendido'.

5.2 Consideraciones de Diseño

• Inmunidad a la Luz Ambiente:Dado que el dispositivo utiliza luz infrarroja, es algo inmune a la luz ambiente visible. Sin embargo, fuentes fuertes de radiación IR (por ejemplo, luz solar, bombillas incandescentes) pueden causar falsos disparos. El uso de una señal IR modulada y detección síncrona puede mejorar enormemente la inmunidad.
• Alineación:Una alineación mecánica precisa entre las ranuras del emisor y el detector es crucial para obtener la máxima fuerza de la señal. La huella en la PCB y el montaje deben garantizar esta alineación.
• Características del Objeto:El objeto que interrumpe el haz debe ser opaco a la longitud de onda IR utilizada. Los materiales reflectantes o translúcidos pueden no activar el sensor de manera confiable.
• Requisitos de Velocidad:Los tiempos de subida y bajada (~25 µs) limitan la frecuencia máxima de conmutación a aproximadamente 1/(Tr+Tf) ≈ 20 kHz para una onda cuadrada, aunque los límites prácticos son más bajos para garantizar una transición completa.

6. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a una sección para "Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas." Estos gráficos, típicamente incluidos en tales documentos, proporcionan representaciones visuales de cómo varían los parámetros clave con las condiciones. Las curvas esperadas incluyen:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (I_F-V_F):Muestra la relación exponencial para el LED IR, ayudando a determinar V_Fa corrientes diferentes a la condición de prueba.
• Corriente del Colector vs. Voltaje Colector-Emisor (I_C-V_CE):Familia de curvas para el fototransistor con la intensidad de la luz incidente (o la corriente de alimentación del LED) como parámetro, mostrando las regiones de saturación y activa.
• Relación de Transferencia de Corriente (CTR) vs. Corriente Directa:CTR = (I_C/ I_F) * 100%. Este gráfico muestra la eficiencia del acoplamiento óptico, que típicamente disminuye a I_F.
• Corriente del Colector en Estado de Conducción vs. Temperatura (I_C(ON)-T_A):Ilustra cómo cambia la sensibilidad del fototransistor con la temperatura ambiente, mostrando generalmente una disminución a temperaturas más altas.
• Corriente de Oscuridad vs. Temperatura (I_CEO-T_A):Muestra el aumento exponencial de la corriente de fuga con la temperatura, lo cual es crítico para la operación a alta temperatura.

Analizar estas curvas permite a los diseñadores optimizar los puntos de operación, comprender las compensaciones de rendimiento a través de la temperatura y predecir el comportamiento en condiciones no estándar.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los microinterruptores mecánicos, el LTH-301-23P1 ofrece ventajas distintivas: sin rebote de contacto, una vida operativa mucho más larga (millones vs. miles de ciclos), inmunidad a la contaminación por polvo o aceites (ya que es un encapsulado sellado) y una velocidad de conmutación más rápida. En comparación con los sensores ópticos reflectivos, los fotointerruptores transmisivos como este proporcionan una detección más consistente y confiable ya que son menos sensibles al color o reflectividad del objeto objetivo; simplemente detectan la presencia o ausencia de un objeto en la ranura. El diferenciador clave para esta pieza específica es su equilibrio entre el encapsulado pasante estándar, las robustas especificaciones eléctricas (30V V_CEO, 50mA I_F) y la velocidad de conmutación especificada, lo que lo convierte en una opción versátil de propósito general.

8. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la distancia típica de detección o el ancho de la ranura?

R: La "distancia" de detección es efectivamente el ancho de la ranura en el encapsulado. Los objetos deben pasar a través de este espacio físico para interrumpir el haz. El dibujo dimensional de la hoja de datos proporciona el ancho exacto de la ranura.

P: ¿Puedo alimentar el LED IR directamente desde un pin de un microcontrolador?

R: Posiblemente, pero debes verificar la capacidad de suministro de corriente del pin. Un pin típico de MCU puede suministrar 20-25mA, lo que coincide con la condición de prueba. Sin embargo, DEBES incluir una resistencia limitadora de corriente en serie como se calcula en las notas de aplicación. Alimentar el LED sin una resistencia probablemente destruirá tanto el LED como el pin del MCU.

P: ¿Cómo conecto la salida del fototransistor a un microcontrolador?

R: El método más simple es usar el fototransistor como una entrada digital. Conecta el colector al pin de E/S digital del MCU (que típicamente tiene una resistencia de pull-up interna que se puede habilitar) y también a V_CCa través de una resistencia de pull-up externa (por ejemplo, 10kΩ). El emisor se conecta a tierra. Cuando el haz no está interrumpido, el transistor está encendido, llevando el pin a un nivel BAJO. Cuando está interrumpido, el pin se lleva a un nivel ALTO. Asegúrate de que los niveles de voltaje de entrada del MCU sean compatibles con el V_CC used.

P: ¿Qué afecta la velocidad de conmutación?

R: Los tiempos intrínsecos de subida/bajada del fototransistor (~25µs) son el límite principal. Sin embargo, factores del circuito pueden ralentizarlo aún más. Una resistencia de carga grande (R_L) aumenta la constante de tiempo RC para cargar/descargar cualquier capacitancia parásita, ralentizando el tiempo de subida. De manera similar, alimentar el LED IR con corriente excesiva puede causar un apagado más lento debido a efectos de almacenamiento de portadores. Para la máxima velocidad, usa la I_Frecomendada y una R_L.

9. Principio de Funcionamiento

Un fotointerruptor es un dispositivo optoelectrónico transmisivo. Contiene dos componentes separados en un solo encapsulado: una fuente de luz infrarroja (un LED IR) y un detector de luz (un fototransistor), enfrentados entre sí a través de un pequeño espacio de aire o ranura. El LED IR se polariza directamente con una corriente adecuada, lo que hace que emita fotones infrarrojos. Estos fotones viajan a través del espacio e inciden en la región de la base del fototransistor NPN. La energía del fotón genera pares electrón-hueco en la base, creando efectivamente una corriente de base. Esta corriente de base fotogenerada se amplifica por la ganancia del transistor, resultando en una corriente de colector mucho mayor que puede fluir del colector al emisor, encendiendo el transistor. Cuando se inserta un objeto opaco en la ranura, bloquea la trayectoria de la luz. La fotogeneración de corriente de base se detiene, el transistor deja de estar polarizado en conducción y la corriente del colector cae a un valor muy bajo (la corriente de oscuridad), apagando el transistor. Esta acción de encendido/apagado proporciona una señal digital limpia correspondiente a la presencia o ausencia de un objeto.

10. Información de Empaquetado y Pedido

El número de pieza es LTH-301-23P1. La hoja de datos no especifica detalles de empaquetado a granel (por ejemplo, cinta y carrete, cantidades en tubo). Para producción, se debe consultar las especificaciones de empaquetado del fabricante o distribuidor. El "Núm. de Especificación" DS-55-96-0025 y el código de documento BNS-OD-C131/A4 son referencias internas para la hoja de datos en sí. La fecha efectiva de esta revisión del documento es 08/03/2000.