Hoja de Datos del Fotointerruptor LTH-872-N55T1 - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTH-872-N55T1 es un fotointerruptor reflexivo, un tipo de componente optoelectrónico que combina un diodo emisor de luz infrarroja (LED) y un fototransistor en un encapsulado único y compacto. Su función principal es detectar la presencia o ausencia de un objeto sin contacto físico, mediante la interrupción del haz de luz reflejado desde el objeto hacia el sensor. Este dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren una detección de objetos o sensado de posición confiable, rápida y no invasiva.

1.1 Ventajas Principales

Las ventajas clave de este fotointerruptor derivan de su principio de funcionamiento fundamental y su diseño.Conmutación sin contactoelimina el desgaste mecánico, mejorando significativamente la vida útil operativa y la fiabilidad en comparación con los interruptores mecánicos. Esto es crucial en aplicaciones de alto ciclo. Además, ofrecevelocidad de conmutación rápida, con tiempos de subida y bajada típicos en el rango de microsegundos, lo que le permite detectar objetos en movimiento rápido o eventos de alta frecuencia. El encapsulado integrado garantiza un alineamiento preciso entre el emisor y el detector, simplificando el montaje y mejorando la consistencia.

1.2 Mercado Objetivo y Aplicación

Los mercados objetivo principales para este componente son la automatización de oficinas y la instrumentación de precisión. Su aplicación principal documentada es enescáneres e impresoras. En estos dispositivos, los fotointerruptores se utilizan comúnmente para funciones como la detección de presencia de papel (por ejemplo, sensando el borde delantero de una hoja), detección de atasco de papel, sensado de posición del carro o del cabezal de impresión, y detección de la posición inicial de los mecanismos en movimiento. El tiempo de respuesta rápido es esencial para mantener el alto rendimiento del equipo moderno de escaneo e impresión.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Comprender las características eléctricas y ópticas es crítico para un diseño de circuito adecuado y para garantizar un funcionamiento confiable dentro de los límites especificados del dispositivo.

2.1 Límites Absolutos Máximos

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

• LED de Entrada:
  • Disipación de Potencia (P_D): 75 mW máximo.
  • Corriente Directa Continua (I_F): 50 mA máximo. Esta es la corriente máxima absoluta que puede fluir a través del LED.
  • Voltaje Inverso (V_R): 5 V máximo. Exceder este valor puede romper la unión del LED.
• Fototransistor de Salida:
  • Disipación de Potencia (P_C): 100 mW máximo.
  • Voltaje Colector-Emisor (V_CEO): 30 V máximo. Este es el voltaje máximo que se puede aplicar entre el colector y el emisor del fototransistor cuando la base está abierta (condición de oscuridad).
  • Voltaje Emisor-Colector (V_ECO): 5 V máximo (límite de voltaje inverso).
  • Corriente de Colector (I_C): 20 mA máximo.
• Ambientales:
  • Temperatura de Operación (T_opr): -25°C a +85°C.
  • Temperatura de Almacenamiento (T_stg): -55°C a +100°C.
  • Temperatura de Soldadura de Terminales (T_sol): 260°C durante 5 segundos máximo (para terminales a 1.6mm de la carcasa).

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.

• Características del LED de Entrada:
  • Voltaje Directo (V_F): Típicamente de 1.2V a 1.6V a una corriente directa (I_F) de 20 mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED cuando está encendido.
  • Corriente Inversa (I_R): Máximo 100 µA a un voltaje inverso (V_R) de 5V. Esta es la pequeña corriente de fuga cuando el LED 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 fototransistor está en completa oscuridad (sin luz del LED). Un valor bajo es deseable para una buena relación señal/ruido.
  • Voltaje de Saturación Colector-Emisor (V_CE(SAT)): Máximo 0.4V a I_C=0.25mA e I_F=20mA. Este es el voltaje a través del transistor cuando está completamente "encendido" (saturado). Un bajo voltaje de saturación minimiza la pérdida de potencia en el elemento de conmutación.
  • Corriente de Colector en Estado de Conducción (I_C(ON)): Mínimo 0.5 mA a V_CE=5V e I_F=20mA. Esto especifica la corriente de salida mínima cuando el LED está activado y un objeto no interrumpe el haz (se asume modo reflexivo).
• Tiempo de Respuesta del Acoplador (Sistema):
  • Tiempo de Subida (T_R): 3 µs (típico) a 15 µs (máximo). Este es el tiempo que tarda la salida del fototransistor en subir del 10% al 90% de su valor final cuando se enciende el LED.
  • Tiempo de Bajada (T_F): 4 µs (típico) a 20 µs (máximo). Este es el tiempo que tarda la salida en caer del 90% al 10% cuando se apaga el LED. Estos tiempos rápidos son críticos para la característica mencionada de "velocidad de conmutación rápida".
  • Condiciones de Prueba: V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100 Ω.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas típicas de características eléctricas/ópticas. Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, su propósito es ilustrar la relación entre parámetros clave bajo condiciones variables, lo cual es esencial para un diseño robusto.

3.1 Información Inferida de las Curvas

Basándose en la práctica estándar para este tipo de componentes, las curvas típicas probablemente incluirían:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (I_F-V_F):Esta curva muestra la relación no lineal entre la corriente a través del LED y el voltaje a través del mismo. Ayuda a determinar el valor de la resistencia en serie necesaria para lograr una corriente de accionamiento deseada a partir de un voltaje de alimentación dado.
• Corriente de Colector vs. Voltaje Colector-Emisor (I_C-V_CE):Para el fototransistor, esta familia de curvas se trazaría para diferentes niveles de luz incidente (o diferentes corrientes de accionamiento del LED, I_F). Define las regiones de operación del transistor (corte, activa, saturación) bajo condiciones de iluminación.
• Relación de Transferencia de Corriente (CTR) vs. Corriente Directa:CTR es la relación entre la corriente de colector de salida del fototransistor (I_C) y la corriente directa de entrada del LED (I_F), típicamente expresada como un porcentaje. Esta curva muestra cómo cambia la eficiencia con la corriente de accionamiento y es crucial para diseñar el circuito de interfaz para garantizar un margen de señal de salida suficiente.
• Dependencia de la Temperatura:Curvas que muestran cómo parámetros como el voltaje directo (V_F), la corriente de oscuridad (I_CEO) y la CTR varían con la temperatura ambiente. Esto es vital para garantizar una operación estable en todo el rango de temperatura especificado (-25°C a +85°C).

4. Información Mecánica y del Encapsulado

Las dimensiones del encapsulado se mencionan pero no se detallan en el texto proporcionado. Las notas especifican que todas las dimensiones están en milímetros (con pulgadas entre paréntesis) y la tolerancia general es de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario. El número de parte LTH-872-N55T1 sugiere un estilo de encapsulado específico común en fotointerruptores reflexivos, que típicamente presenta un cuerpo de plástico moldeado con una ranura. El emisor y el detector miran en la misma dirección a través de esta ranura, permitiéndoles detectar un objeto que refleja la luz emitida de vuelta.

4.1 Identificación de Polaridad y Pinout

Aunque el pinout exacto no se enumera, los encapsulados estándar de fotointerruptores tienen 4 pines: dos para el ánodo y el cátodo del LED infrarrojo, y dos para el colector y el emisor del fototransistor NPN. La hoja de datos típicamente incluiría un diagrama que muestra la vista superior y la numeración de pines (por ejemplo, 1: Ánodo, 2: Cátodo, 3: Colector, 4: Emisor). La conexión correcta de la polaridad para el LED es obligatoria para evitar daños.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

La hoja de datos proporciona un parámetro crítico para el montaje: la temperatura máxima de soldadura de terminales. Para terminales posicionados a 1.6mm (0.063 pulgadas) de la carcasa de plástico, la temperatura no debe exceder260°C durante 5 segundos. Esta es una especificación estándar para soldadura por ola o manual. Para soldadura por reflujo, el componente debe ser compatible con el perfil de reflujo específico utilizado, que típicamente tiene una temperatura máxima alrededor de 240-250°C. Exceder estos límites térmicos puede causar daños internos en las uniones semiconductoras o deformar el encapsulado de plástico, afectando el alineamiento óptico y el rendimiento.

6. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

6.1 Circuito de Aplicación Típico

Un circuito de interfaz básico involucra dos partes principales:

1. Controlador del LED:Una resistencia limitadora de corriente se conecta en serie con el LED. El valor de la resistencia (R_serie) se calcula como: R_serie= (V_CC- V_F) / I_F. Usando el V_Ftípico de 1.4V y una I_Fdeseada de 20mA con una fuente de 5V da R_serie= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ω. Una resistencia estándar de 180Ω o 220Ω sería adecuada. Accionar el LED con una corriente constante, en lugar de un voltaje constante, proporciona una salida de luz más estable.
2. Salida del Fototransistor:El fototransistor se usa típicamente en una configuración de emisor común. Una resistencia de carga (R_L) se conecta entre el colector y la fuente positiva (V_CC). El emisor se conecta a tierra. Cuando la luz incide en el transistor, este se enciende, llevando el voltaje del colector a un nivel bajo (hacia V_CE(SAT)). En oscuridad, el transistor está apagado, y el voltaje del colector se eleva a V_CCa través de R_L. El valor de R_Ldetermina el margen de voltaje de salida y la velocidad; una R_Lmás pequeña da una respuesta más rápida pero un margen más pequeño. La hoja de datos prueba con R_L=100Ω.

6.2 Consideraciones de Diseño

• Inmunidad a la Luz Ambiente:Como sensor reflexivo, puede ser susceptible a la luz ambiente (especialmente la luz solar o la iluminación interior brillante que contenga infrarrojo). Usar una señal de accionamiento del LED modulada y detección síncrona en el circuito receptor puede mejorar enormemente la inmunidad a dichas interferencias.
• Reflectividad del Objeto:La distancia de detección efectiva y la fuerza de la señal dependen en gran medida de la reflectividad del objeto objetivo. Las superficies altamente reflectantes (como el papel blanco) funcionan mejor, mientras que las superficies oscuras o mate pueden no reflejar suficiente luz.
• Alineación y Separación:La distancia de detección óptima (separación entre el sensor y el objeto reflectante) usualmente se especifica en la hoja de datos completa. El diseño mecánico debe garantizar que esta separación se mantenga consistentemente.
• Ruido Eléctrico:Para cables largos o entornos ruidosos, puede ser necesario un blindaje y filtrado adecuados de la señal de salida, ya que la salida del fototransistor es un nodo de alta impedancia cuando está apagado y puede ser sensible a interferencias.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de sensado, este fotointerruptor ofrece ventajas específicas:

• vs. Interruptores Mecánicos:Sin rebote de contacto, vida útil mucho más larga (millones vs. miles de ciclos), respuesta más rápida y operación silenciosa.
• vs. Fotointerruptores Transmisivos (Optoacopladores Ranurados):Los tipos reflexivos como el LTH-872-N55T1 no requieren que un objeto pase a través de una ranura; pueden detectar objetos a distancia. Esto simplifica el diseño mecánico para aplicaciones como la detección de papel donde este corre sobre una superficie.
• vs. Sensores Modernos (por ejemplo, Efecto Hall, Ultrasónico):Los fotointerruptores son generalmente más simples y de menor costo para la detección básica de presencia/ausencia. No requieren imanes (como los sensores Hall) y son menos complejos que los sensores ultrasónicos, aunque pueden ser menos efectivos en objetivos no reflectantes.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el propósito de la especificación de corriente de oscuridad (I_CEO)?

R: La corriente de oscuridad es la pequeña corriente de fuga que fluye a través del fototransistor cuando está completamente oscuro (sin luz del LED y sin luz ambiente). En el estado "apagado", esta corriente que fluye a través de la resistencia de carga (R_L) crea una pequeña caída de voltaje. Una corriente de oscuridad alta podría resultar en un voltaje de salida que no esté completamente en el nivel lógico "alto", potencialmente causando una mala interpretación por parte del circuito siguiente. El máximo especificado de 100 nA es muy bajo, asegurando una señal de estado apagado limpia.

P: ¿Cómo elijo la corriente de accionamiento del LED correcta (I_F)?

R: La corriente de accionamiento afecta la salida de luz, lo que afecta directamente la corriente de salida del fototransistor (I_C(ON)) y la sensibilidad del dispositivo. Operar en la condición de prueba típica de 20mA es un buen punto de partida. Puedes reducir la corriente para ahorrar energía si la aplicación tiene alta reflectividad y distancia corta. Aumentar la corriente puede mejorar la fuerza de la señal para objetivos difíciles, pero aumentará la disipación de potencia y debe mantenerse por debajo del máximo absoluto de 50mA. Consulta la curva típica de CTR vs. I_Fpara orientación.

P: ¿Puedo usar este sensor en exteriores?

R: El rango de temperatura de operación (-25°C a +85°C) permite su uso en muchos entornos. Sin embargo, la luz solar directa contiene radiación infrarroja fuerte que puede saturar el fototransistor, causando una detección constante de "encendido". Para uso en exteriores, se recomienda encarecidamente el uso de filtros ópticos (un filtro paso-infrarrojo que bloquee la luz visible pero permita pasar la longitud de onda del LED) y/o técnicas de modulación de señal para rechazar la luz infrarroja ambiente.

9. Principio de Funcionamiento

El LTH-872-N55T1 opera bajo el principio de modulación de reflexión interna. Un LED infrarrojo emite luz. En ausencia de un objetivo reflectante dentro del campo de detección, la mayor parte de esta luz se disipa. Cuando un objeto suficientemente reflectante entra en el campo, una porción de la luz emitida se refleja de vuelta hacia el dispositivo. El fototransistor integrado, que es sensible a la misma longitud de onda infrarroja, detecta esta luz reflejada. Los fotones incidentes generan pares electrón-hueco en la región de la base del fototransistor, proporcionando efectivamente corriente de base. Esto hace que el transistor se encienda, permitiendo que fluya una corriente de colector (I_C) que es proporcional a la intensidad de la luz reflejada. Este cambio en la corriente/voltaje de salida es luego utilizado por el circuito externo para señalar la presencia del objeto.

10. Tendencias de la Industria

Si bien la tecnología fundamental del fotointerruptor es madura, las tendencias se centran en la miniaturización, integración y funcionalidad mejorada. Los dispositivos más nuevos pueden presentar:

- Encapsulados de Montaje Superficial (SMD):Huellas más pequeñas para el ensamblaje de PCB de alta densidad.

- Circuitos Integrados Incorporados:Algunos fotointerruptores modernos incluyen amplificación, disparadores Schmitt para histéresis e incluso salida digital (por ejemplo, I2C) en el chip, simplificando el diseño de la interfaz.

- Mayor Velocidad:El desarrollo continúa para lograr tiempos de respuesta aún más rápidos para mantenerse al día con las velocidades crecientes de las máquinas.

- Mejor Rechazo a la Luz Ambiente:Se están empleando diseños ópticos avanzados y esquemas de modulación para hacer que los sensores sean más robustos en entornos de iluminación desafiantes. El principio central de sensado reflexivo, tal como se materializa en componentes como el LTH-872-N55T1, sigue siendo una solución confiable y rentable para una amplia gama de tareas de detección sin contacto.