Hoja de Datos del Fotointerruptor LTH-301-19 - Conmutación sin Contacto - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTH-301-19 es un dispositivo compacto de conmutación sin contacto diseñado para aplicaciones que requieren detección fiable de objetos o sensado de posición. Opera bajo el principio de un diodo emisor de luz infrarroja (IR LED) emparejado con un fototransistor. Cuando un objeto interrumpe el haz infrarrojo entre el emisor y el detector, el estado de salida del fototransistor cambia, proporcionando una señal de conmutación. Este dispositivo es apto para montaje directo en PCB o uso con zócalos de doble línea, ofreciendo una solución rápida y fiable para diversas aplicaciones en electrónica industrial y de consumo.

2. Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. El diodo IR puede soportar una corriente directa continua de 60 mA y una tensión inversa de 5 V. La corriente de colector del fototransistor está limitada a 20 mA con una disipación de potencia de 100 mW. Para el diodo IR, se permite una corriente directa de pico de 1 A en condiciones pulsadas (ancho de pulso de 10 μs, 300 pps). El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de funcionamiento de -25°C a +85°C y un rango de almacenamiento 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 del cuerpo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Esta sección detalla el rendimiento del dispositivo en condiciones típicas de funcionamiento a 25°C de temperatura ambiente.

2.2.1 Características del LED de Entrada

La tensión directa (VF) del IR LED es típicamente de 1,6 V a una corriente directa (IF) de 20 mA, con un máximo de 1,6 V. La corriente inversa (IR) es un máximo de 100 μA a una tensión inversa (VR) de 5 V.

2.2.2 Características del Fototransistor de Salida

La tensión de ruptura colector-emisor (V(BR)CEO) es de 30 V mínimo. La tensión de ruptura emisor-colector (V(BR)ECO) es de 5 V mínimo. La corriente oscura colector-emisor (ICEO) es un máximo de 100 nA a VCE=10 V, indicando la corriente de fuga cuando el LED está apagado.

2.2.3 Características del Acoplador

La tensión de saturación colector-emisor (VCE(SAT)) es un máximo de 0,4 V cuando el fototransistor es llevado a saturación (IC=70 μA, IF=1,4 mA). La corriente de colector en estado de conducción (IC(ON)) es típicamente de 70 μA a VCE=3,3 V e IF=1,4 mA, y puede alcanzar 10 mA a VCE=5 V e IF=20 mA, mostrando la sensibilidad y capacidad de salida del dispositivo bajo diferentes condiciones de excitación.

2.2.4 Tiempo de Respuesta

La velocidad de conmutación se caracteriza por el tiempo de subida (tr) y el tiempo de bajada (tf). El tiempo de subida típico es de 3 μs (máx. 15 μs), y el tiempo de bajada típico es de 4 μs (máx. 20 μs), medidos bajo condiciones de prueba específicas (VCE=5 V, Ic=2 mA, RL=100 Ω). Esto define la capacidad del dispositivo para detección de alta velocidad.

3. Información Mecánica y de Encapsulado

3.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo presenta un encapsulado estándar de orificio pasante. Todas las dimensiones se especifican en milímetros con una tolerancia por defecto de ±0,25 mm a menos que se indique lo contrario. El plano dimensional exacto se proporciona en la hoja de datos, detallando el tamaño del cuerpo, el espaciado de terminales y la huella general para el diseño de PCB.

3.2 Identificación de Polaridad

La orientación correcta es crítica. La hoja de datos incluye un diagrama que marca claramente el ánodo y el cátodo del IR LED y el colector y el emisor del fototransistor. Montar el dispositivo incorrectamente puede provocar mal funcionamiento o daños.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye curvas típicas de características eléctricas y ópticas, trazadas a 25°C de temperatura ambiente a menos que se especifique lo contrario. Estos gráficos son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo más allá de los valores mínimos, típicos y máximos tabulados.

4.1 Características de Transferencia

Las curvas probablemente muestran la relación entre la corriente directa del LED de entrada (IF) y la corriente de colector del fototransistor de salida (IC) a varias tensiones colector-emisor (VCE). Esto ilustra la relación de transferencia de corriente (CTR), un parámetro clave para la ganancia.

4.2 Características de Saturación de Salida

Los gráficos que representan VCE(SAT) frente a IC para diferentes niveles de IF ayudan a los diseñadores a comprender los niveles de tensión de salida cuando el fototransistor está completamente activado, lo cual es importante para la interfaz con circuitos lógicos.

4.3 Dependencia de la Temperatura

Si bien los datos principales son a 25°C, las curvas características pueden mostrar cómo parámetros como la corriente oscura (ICEO) y la corriente de salida varían con la temperatura, lo cual es crucial para diseñar sistemas estables en el rango de funcionamiento especificado.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

5.1 Parámetros de Soldadura

El valor máximo absoluto especifica que los terminales pueden soldarse a 260°C durante un máximo de 5 segundos, midiendo la temperatura a 1,6 mm (0,063") de la carcasa de plástico. Esto es crítico para prevenir daños térmicos en los componentes internos y en el encapsulado de plástico.

5.2 Manipulación y Almacenamiento

El dispositivo debe almacenarse dentro del rango de temperatura especificado de -40°C a +100°C. Deben observarse las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante la manipulación y el montaje para prevenir daños en las uniones semiconductoras.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTH-301-19 es ideal para sensado sin contacto en impresoras (detección de atasco de papel, nivel de tóner), fotocopiadoras, máquinas expendedoras (detección de monedas/objetos), automatización industrial (sensado de posición, interruptores de límite) y electrónica de consumo. Su rápida velocidad de conmutación lo hace apto para aplicaciones de conteo o medición de velocidad.

6.2 Consideraciones de Diseño

Resistencia Limitadora de Corriente:Debe usarse una resistencia externa en serie con el IR LED para limitar su corriente directa (IF) a un valor seguro, típicamente entre la condición de prueba de 1,4 mA y el máximo absoluto de 60 mA, equilibrando brillo y longevidad.
Resistencia de Carga:El valor de la resistencia de carga (RL) conectada al colector del fototransistor afecta tanto al rango de tensión de salida como al tiempo de respuesta. Una RL más pequeña proporciona una conmutación más rápida pero un rango de tensión de salida menor.
Luz Ambiente:Al ser un dispositivo infrarrojo, es menos susceptible a la interferencia de la luz ambiente visible. Sin embargo, para aplicaciones críticas, se pueden emplear técnicas de blindaje mecánico o modulación/desmodulación para mejorar la inmunidad al ruido.
Alineación:Es necesaria una alineación mecánica precisa entre las ranuras del emisor y el detector para un rendimiento óptimo y una distancia de sensado máxima.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los interruptores mecánicos, el LTH-301-19 ofrece la ventaja clave de operación sin contacto, lo que resulta en ausencia de desgaste, mayor vida útil, funcionamiento silencioso y mayores velocidades de conmutación potenciales. En comparación con otros sensores ópticos, su encapsulado ranurado integrado proporciona una trayectoria óptica incorporada, simplificando el diseño mecánico y mejorando la fiabilidad de la alineación frente a componentes separados de emisor y detector. La tensión de saturación especificada (VCE(SAT)

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el propósito del parámetro de corriente oscura (ICEO)?
R: La corriente oscura es la pequeña corriente de fuga que fluye a través del fototransistor cuando no incide luz del IR LED (es decir, el haz está bloqueado o el LED está apagado). Una corriente oscura baja (máx. 100 nA) es deseable, ya que minimiza la corriente en estado "apagado", lo que conduce a una distinción más clara entre los estados de encendido y apagado del interruptor.

P: ¿Cómo elijo el valor de la resistencia limitadora de corriente del LED?
R: Use la Ley de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Vcc es su tensión de alimentación, VF es la tensión directa del LED (use 1,6 V para margen de diseño) e IF es su corriente de operación deseada (por ejemplo, 20 mA para salida completa). Asegúrese de que la disipación de potencia calculada en la resistencia esté dentro de su especificación.

P: ¿Se puede usar este sensor en exteriores?
R: El rango de temperatura de funcionamiento es de -25°C a +85°C, lo que cubre muchos entornos. Sin embargo, la luz solar directa contiene radiación infrarroja fuerte que podría saturar el sensor. El sellado ambiental contra polvo y humedad no forma parte de la especificación del encapsulado y debería considerarse por separado.

P: ¿Qué afecta la distancia o el espacio de sensado?
R: El espacio de sensado está influenciado por la corriente de excitación del LED (IF), la sensibilidad del fototransistor, la alineación y la opacidad del objeto que interrumpe el haz. La hoja de datos no especifica un espacio máximo; debe determinarse empíricamente para un objeto específico y el margen de señal requerido.

9. Caso Práctico de Uso

Caso: Detección de Papel en una Impresora de Escritorio.El LTH-301-19 puede montarse de modo que la trayectoria del papel pase por su ranura. Un pin GPIO de un microcontrolador, configurado con una resistencia de pull-up, monitorea el colector del fototransistor. Cuando no hay papel, el haz IR llega al detector, encendiendo el fototransistor y llevando la tensión del colector a un nivel bajo (cerca de VCE(SAT)). Cuando el papel entra en la ranura, bloquea el haz, apagando el fototransistor, permitiendo que la resistencia de pull-up lleve la tensión del colector a un nivel alto (Vcc). El microcontrolador detecta esta transición de tensión para confirmar la presencia de papel o activar una alerta de falta de papel. El rápido tiempo de respuesta asegura la detección incluso para papel en movimiento rápido.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LTH-301-19 es un sensor óptico de tipo transmisión alojado en un encapsulado de plástico en forma de U. En un lado, un diodo emisor de luz infrarroja (IR LED) emite luz a una longitud de onda típicamente alrededor de 940 nm. Directamente opuesto, en el otro lado de la ranura, un fototransistor de silicio NPN actúa como receptor. El fototransistor está diseñado de modo que la luz incidente en su región base genera pares electrón-hueco, que actúan como corriente de base, controlando así una corriente colector-emisor mucho mayor. Cuando no hay un objeto en la ranura, la luz del IR LED incide en el fototransistor, haciéndolo conducir (estado ON). Cuando un objeto entra en la ranura, obstruye la trayectoria de la luz, reduciendo drásticamente la luz en el fototransistor, haciendo que deje de conducir (estado OFF). Este cambio en la corriente/tensión de salida se utiliza como señal de conmutación.

11. Tendencias Tecnológicas

Los fotointerruptores como el LTH-301-19 representan una tecnología madura y fiable. Las tendencias actuales en el campo incluyen la miniaturización del encapsulado para un montaje en PCB de mayor densidad, el desarrollo de versiones de dispositivo de montaje superficial (SMD) para facilitar el ensamblaje automatizado, y la integración de circuitos adicionales como disparadores Schmitt o amplificadores dentro del encapsulado para proporcionar una señal digital limpia y mejorar la inmunidad al ruido. También hay un enfoque en reducir el consumo de energía, especialmente para aplicaciones alimentadas por batería, optimizando la eficiencia del LED y la sensibilidad del fototransistor. Además, algunas variantes avanzadas incorporan múltiples emisores o detectores en un solo encapsulado para sensado de posición codificado o para proporcionar redundancia.