Hoja de Datos del Fotointerruptor LTH-872-N55H - Tipo Ranura - Dimensiones 4.0mm - Voltaje 5V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTH-872-N55H es un fotointerruptor tipo ranura, un componente optoelectrónico fundamental utilizado para aplicaciones de detección y 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 es sencillo: cuando un objeto pasa por esta ranura, interrumpe el haz de luz infrarroja que viaja del emisor al detector, provocando un cambio correspondiente en el estado de salida del fototransistor. Este mecanismo simple pero confiable lo convierte en una solución ideal para detectar la presencia, ausencia, posición o velocidad de objetos sin contacto físico.

El dispositivo está diseñado para montaje directo en PCB (Placa de Circuito Impreso) o inserción en un zócalo estándar de doble línea, ofreciendo flexibilidad en el ensamblaje y prototipado. Sus principales ventajas incluyen alta fiabilidad, velocidad de conmutación rápida y una larga vida operativa debido a la ausencia de contactos mecánicos que pueden desgastarse. Las aplicaciones típicas abarcan una amplia gama de equipos de automatización de oficina e industrial, incluyendo, entre otros, impresoras, fotocopiadoras, escáneres, máquinas de fax y diversos sistemas automatizados donde se requiere detección precisa de objetos.

1.1 Características Principales

• Conmutación sin Contacto:Elimina el desgaste mecánico, garantizando alta fiabilidad y una larga vida útil operativa.
• Montaje Versátil:Compatible con soldadura directa en PCB o zócalos estándar de doble línea, facilitando la integración en diversos diseños de circuitos.
• Tiempo de Respuesta Rápido:Permite la detección de eventos de alta velocidad, adecuado para aplicaciones que requieren sensado rápido, como la detección de alimentación de papel en impresoras o sistemas de codificadores rotativos.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

La hoja de datos proporciona parámetros críticos que definen los límites operativos y el rendimiento del dispositivo en condiciones estándar. Comprender estos parámetros es esencial para un diseño de circuito adecuado y para garantizar la fiabilidad a largo plazo.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores especifican los límites de estrés que, si se exceden, pueden causar daños permanentes al dispositivo. No son condiciones de operación normal.

• LED de Entrada:
  • Disipación de Potencia (P_D):75 mW máximo. Esta es la potencia total que el LED puede disipar de forma segura como calor.
  • Corriente Directa Continua (I_F):50 mA máximo. El LED no debe ser excitado con una corriente continua que exceda este valor.
  • Voltaje Inverso (V_R):5 V máximo. Aplicar un voltaje inverso superior a este puede romper la unión del LED.
• Fototransistor de Salida:
  • Disipación de Potencia (P_D):100 mW máximo para el fototransistor.
  • Voltaje Colector-Emisor (V_CEO):30 V máximo. Este es el voltaje máximo que se puede aplicar entre el colector y el emisor cuando la base (entrada de luz) está abierta.
  • Voltaje Emisor-Colector (V_ECO):5 V máximo, que es la clasificación de voltaje inverso para la unión colector-emisor.
  • Corriente del Colector (I_C):20 mA máximo. La corriente de carga a través del fototransistor debe mantenerse por debajo de este límite.
• Ambientales:
  • Rango de Temperatura de Operación (T_A):-25°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo opere dentro de las especificaciones en este rango de temperatura ambiente.
  • Rango de Temperatura de Almacenamiento (T_stg):-40°C a +100°C.
  • Temperatura de Soldadura de Terminales:260°C durante 5 segundos máximo, especificado para una forma de terminal de 1.6mm (0.063 pulgadas). Esto es crítico para procesos de soldadura por ola o reflujo.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

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

• Características del LED de Entrada:
  • Voltaje Directo (V_F):Típicamente 1.2V, con un máximo de 1.6V a una corriente directa (I_F) de 20 mA. Este parámetro se utiliza para calcular el valor de la resistencia limitadora de corriente para el circuito excitador del LED: R = (V_CC- V_F) / I_F.
  • Corriente Inversa (I_R):Máximo 100 µA a un voltaje inverso (V_R) de 5V, indicando la corriente de fuga del LED cuando está polarizado inversamente.
• Características del Fototransistor de Salida:
  • Corriente de Oscuridad Colector-Emisor (I_CEO):Máximo 100 nA a V_CE= 10V. Esta es la corriente de fuga cuando el LED está apagado (sin luz incidente en el fototransistor). Una corriente de oscuridad baja es deseable para una buena relación señal/ruido, especialmente en aplicaciones de baja luz o alta ganancia.
• Características del Acoplador (Sistema):
  • Voltaje de Saturación Colector-Emisor (V_CE(SAT)):Máximo 0.4V cuando el fototransistor está completamente activado (I_C= 0.25 mA, I_F= 20 mA). Un voltaje de saturación bajo es crucial cuando la salida se utiliza para excitar entradas lógicas u otros circuitos de bajo voltaje, ya que define el nivel lógico \"BAJO\".
  • Corriente del Colector en Estado de Conducción (I_C(ON)):Mínimo 2.0 mA a V_CE= 5V e I_F= 20 mA. Esta es la corriente de salida mínima garantizada cuando el LED es excitado con su corriente típica y el haz no está obstruido. Este parámetro, a menudo llamado \"relación de transferencia de corriente\" (CTR) cuando se expresa como una relación I_C/I_F, define la sensibilidad del acoplador. Aquí, el CTR mínimo es (2.0 mA / 20 mA) = 0.1 o 10%.
  • Tiempo de Respuesta:
    • Tiempo de Subida (T_r):Típico 3 µs, máximo 15 µs. Este es el tiempo para que la salida transite del 10% al 90% de su valor final cuando el LED de entrada se enciende.
    • Tiempo de Bajada (T_f):Típico 4 µs, máximo 20 µs. Este es el tiempo para que la salida transite del 90% al 10% de su valor final cuando el LED de entrada se apaga. Estas velocidades de conmutación rápidas permiten la detección de objetos en movimiento rápido.

3. Información Mecánica y del Paquete

El LTH-872-N55H presenta un paquete estándar de orificio pasante diseñado para una fácil integración en PCB.

3.1 Dimensiones de Contorno

La hoja de datos proporciona un dibujo mecánico detallado. Las dimensiones clave incluyen el ancho total de la ranura, que define el tamaño del objeto que se puede detectar, y el espaciado de los pines para el diseño de la PCB. Todas las dimensiones se especifican en milímetros (mm) con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. El dibujo típicamente muestra la vista superior, vista lateral e identificación de pines (ánodo del emisor, cátodo del emisor, colector, emisor).

3.2 Identificación de Polaridad y Asignación de Pines

La polaridad correcta es esencial para el funcionamiento del dispositivo. El paquete tiene una marca o una forma específica del pin (a menudo un lado plano o una muesca) para identificar el Pin 1. La asignación estándar de pines para un fotointerruptor de 4 pines es: Pin 1 - Ánodo del LED IR, Pin 2 - Cátodo del LED IR, Pin 3 - Emisor del Fototransistor, Pin 4 - Colector del Fototransistor. Consulte siempre el diagrama de la hoja de datos para confirmar la asignación exacta de pines para el LTH-872-N55H antes de diseñar la huella en la PCB.

4. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

4.1 Proceso de Soldadura

El dispositivo está clasificado para una temperatura máxima de soldadura de terminales de 260°C durante 5 segundos. Esta especificación es crítica para procesos de soldadura por ola o reflujo. Exceder esta temperatura o tiempo puede dañar las uniones semiconductoras internas o la carcasa de plástico. Se recomienda seguir las directrices estándar IPC para la soldadura de componentes de orificio pasante.

4.2 Manipulación y Almacenamiento

Aunque no se detalla explícitamente en el extracto proporcionado, se aplican las mejores prácticas generales: almacene los componentes en un ambiente seco y antiestático dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado (-40°C a +100°C). Evite exponer el dispositivo a humedad excesiva antes de soldar para prevenir el \"efecto palomita de maíz\" durante el reflujo, aunque esto es más crítico para dispositivos de montaje superficial.

5. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

5.1 Circuitos de Aplicación Típicos

La configuración más común es utilizar el fotointerruptor como un interruptor digital. Un circuito simple implica:
1. Excitador del LED:Conecte una resistencia limitadora de corriente en serie con el LED infrarrojo a una fuente de voltaje (por ejemplo, 5V). Ajuste el valor de la resistencia para lograr la I_Fdeseada (por ejemplo, 20 mA). Ejemplo: R_limit= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω (use una resistencia estándar de 200Ω).
2. Salida del Fototransistor:Conecte una resistencia de pull-up (R_L) desde el colector del fototransistor a una fuente de voltaje (por ejemplo, 5V). El emisor se conecta a tierra. Cuando la trayectoria de la luz está despejada, el fototransistor conduce, llevando el voltaje del colector (salida) a un nivel bajo. Cuando el haz está bloqueado, el fototransistor se apaga y la resistencia de pull-up lleva la salida a un nivel alto. El valor de R_Lafecta la velocidad de conmutación y el consumo de corriente; un valor más bajo da mayor velocidad pero mayor disipación de potencia. La condición de prueba en la hoja de datos utiliza R_L= 100Ω.

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 infrarrojos (luz solar, algunas lámparas) pueden causar interferencia. El uso de una señal de LED modulada y un circuito de demodulación correspondiente puede mejorar en gran medida la inmunidad al ruido.
• Alineación:El emisor y el detector deben estar alineados con precisión a través de la ranura. La carcasa mecánica asegura esta alineación, pero el diseño de la PCB debe colocar el componente correctamente.
• Características del Objeto:El objeto que interrumpe el haz debe ser opaco a la luz infrarroja. Los materiales transparentes o altamente reflectantes pueden no ser detectados de manera confiable.
• Eliminación de Rebotes:En sistemas mecánicos (por ejemplo, detectando una rueda segmentada), la señal de salida puede vibrar cuando un objeto entra o sale de la ranura. Se deben emplear técnicas de eliminación de rebotes por software o hardware para obtener señales digitales limpias.

6. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos menciona \"Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas\". Aunque las curvas específicas no se proporcionan en el extracto, los gráficos típicos para tales dispositivos incluyen:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (I_F-V_F):Muestra la relación no lineal para el LED IR, importante para el diseño del excitador.
• Corriente del Colector vs. Voltaje Colector-Emisor (I_C-V_CE):Familia de curvas con la intensidad de la luz incidente (o I_F) como parámetro, similar a las características de salida de un transistor.
• Relación de Transferencia de Corriente (CTR) vs. Corriente Directa (I_F):Muestra cómo cambia la sensibilidad con la corriente de excitación del LED.
• Relación de Transferencia de Corriente (CTR) vs. Temperatura Ambiente:Una curva crucial que muestra que el CTR típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura. Los diseñadores deben asegurar un margen suficiente a la temperatura de operación más alta para garantizar la I_C(ON).
• mínima requerida._LTiempo de Respuesta vs. Resistencia de Carga (R):

Ilustra la compensación entre velocidad de conmutación y consumo de energía.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los microinterruptores mecánicos, el LTH-872-N55H ofrece una vida útil y fiabilidad superiores debido a su operación sin contacto. Es inmune al rebote de contactos. En comparación con los sensores reflectivos, los fotointerruptores tipo ranura proporcionan una detección más precisa y consistente, ya que son menos sensibles al color, textura o reflectividad del objeto objetivo; simplemente detectan la interrupción física de un haz. El diferenciador clave entre los fotointerruptores en sí mismos suele ser las dimensiones de la ranura, la sensibilidad (CTR), la velocidad de respuesta y el tipo de paquete (orificio pasante vs. montaje superficial).

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)
P: ¿Qué sucede si excito el LED con más de 50 mA?

R: Exceder el Valor Máximo Absoluto para la corriente directa continua puede causar un calentamiento excesivo, lo que lleva a una degradación acelerada de la salida de luz del LED o a una falla catastrófica. Utilice siempre una resistencia limitadora de corriente.
P: Mi señal de salida es ruidosa. ¿Cuál podría ser la causa?

R: Las causas potenciales incluyen ruido eléctrico en las líneas de alimentación, interferencia de la luz ambiente (especialmente luces fluorescentes que operan a 50/60 Hz) o un valor de resistencia de carga demasiado alto, lo que hace que el nodo sea de alta impedancia y susceptible al ruido. Asegure una alimentación estable, considere el blindaje, use una resistencia de pull-up más baja o implemente modulación/demodulación de señal.
P: El dispositivo funciona a temperatura ambiente pero falla cuando mi sistema se calienta. ¿Por qué?_{R: La sensibilidad del fototransistor (CTR) disminuye con el aumento de la temperatura. Es posible que esté operando con un margen mínimo a 25°C. Re-evalúe su diseño utilizando la especificación mínima de I}C(ON)

y considere la curva típica de CTR vs. Temperatura. Es posible que necesite aumentar la corriente de excitación del LED (dentro de los límites) o usar un fototransistor con un CTR garantizado más alto a temperaturas elevadas.
P: ¿Puedo usar esto para detectar un objeto transparente?

R: Generalmente, no. Los fotointerruptores infrarrojos estándar requieren que el objeto sea opaco a la longitud de onda infrarroja emitida (típicamente alrededor de 940 nm). Los plásticos o vidrios transparentes pueden permitir que pase suficiente luz IR, impidiendo una detección confiable. Se necesitan sensores especiales con diferentes longitudes de onda o principios de detección para materiales transparentes.

9. Ejemplo de Caso de Uso PrácticoAplicación:
Detección de Atasco de Papel en una Impresora de Escritorio.Implementación:

El LTH-872-N55H se monta a lo largo de la trayectoria del papel con el papel pasando por su ranura. Un pin GPIO de un microcontrolador excita el LED a través de una resistencia limitadora de corriente. Otro pin GPIO, configurado con una resistencia de pull-up interna, lee el estado del colector del fototransistor. Durante la operación normal, el papel interrumpe el haz y la salida está en un estado lógico (por ejemplo, ALTO). Si ocurre un atasco de papel, el papel permanece atascado (manteniendo el haz interrumpido) o no llega al sensor (dejando el haz intacto), causando que la salida esté en un estado inesperado durante demasiado tiempo. El firmware del microcontrolador monitorea esta señal y activa un mensaje de error \"Atasco de Papel\" si se viola la secuencia de tiempo esperada. El tiempo de respuesta rápido del sensor asegura que incluso pequeños espacios entre hojas de papel puedan detectarse para un monitoreo preciso de la alimentación de papel.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un fotointerruptor opera bajo el principio de conversión optoelectrónica e interrupción. Internamente, aloja dos componentes discretos alineados: un diodo emisor de luz infrarroja (LED IR) y un fototransistor de silicio. El LED IR actúa como fuente de luz. Cuando está polarizado directamente por una corriente externa, emite fotones infrarrojos invisibles. El fototransistor actúa como detector de luz. Su región base es sensible a la luz. Cuando los fotones del LED golpean la base, generan pares electrón-hueco, que actúan como corriente de base, encendiendo el transistor y permitiendo que fluya una corriente de colector mucho mayor. Esta corriente de colector es proporcional a la intensidad de la luz incidente. La ranura separa físicamente estos dos elementos. Un objeto colocado en la ranura bloquea la trayectoria de la luz, reduciendo drásticamente la luz incidente en el fototransistor, lo que a su vez lo apaga (o reduce su corriente). Este cambio en la corriente/voltaje de salida es detectado por el circuito externo para registrar una \"interrupción\".

11. Tendencias y Desarrollos de la Industria