دیتاشیت قطع کننده نوری LTH-301-07 - نوع شکافی - ابعاد 4.0x3.2x2.5mm - ولتاژ مستقیم 1.2V - اتلاف توان 80mW - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTH-301-07 یک ماژول قطع کننده نوری فشرده از نوع شکافی است که برای کاربردهای سوئیچینگ غیرتماسی طراحی شده است. این قطعه یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (LED) و یک فوتوترانزیستور را در یک محفظه واحد ادغام کرده که توسط یک شکاف فیزیکی از هم جدا شده‌اند. اصل عملکرد اساسی شامل قطع شدن پرتو نور مادون قرمز عبوری از فرستنده به گیرنده است. هنگامی که یک جسم کدر وارد شکاف می‌شود، مسیر نور را مسدود کرده و باعث تغییر حالت خروجی فوتوترانزیستور می‌گردد. این مکانیزم، یک روش سنجش قابل اعتماد و بدون سایش را در مقایسه با سوئیچ‌های مکانیکی ارائه می‌دهد.

مزایای اصلی آن شامل قابلیت اطمینان بالا به دلیل عدم وجود قطعات متحرک، سرعت سوئیچینگ سریع مناسب برای تشخیص حرکت‌های تند و سنجش موقعیت دقیق است. این قطعه برای نصب مستقیم روی PCB یا استفاده با سوکت دو ردیفه طراحی شده و انعطاف‌پذیری در مونتاژ را فراهم می‌کند. بازارها و کاربردهای هدف متداول شامل تجهیزات اتوماسیون اداری مانند دستگاه‌های فکس، کپی، پرینتر و اسکنر می‌شود که در آن‌ها برای تشخیص کاغذ، سنجش لبه و کدگذاری موقعیت استفاده می‌شود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات حداکثر مطلق

این مشخصات محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• LED ورودی:حداکثر جریان مستقیم پیوسته 50 میلی‌آمپر است. جریان مستقیم پیک می‌تواند در شرایط پالسی (300 پالس بر ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) به 1 آمپر برسد. حداکثر اتلاف توان 80 میلی‌وات است و تحمل ولتاژ معکوس به 5 ولت محدود می‌شود.
• فوتوترانزیستور خروجی:ولتاژ کلکتور-امیتر 30 ولت است، در حالی که ولتاژ امیتر-کلکتور 5 ولت می‌باشد. حداکثر جریان کلکتور 20 میلی‌آمپر است و محدودیت اتلاف توان 100 میلی‌وات است.
• محدودیت‌های حرارتی:محدوده دمای کاری از 25- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس مشخص شده است، با محدوده ذخیره‌سازی وسیع‌تر از 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. دمای لحیم‌کاری پایه‌ها نباید به مدت 5 ثانیه و در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه از 260 درجه سلسیوس تجاوز کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها عملکرد قطعه را تحت شرایط کاری نرمال در دمای محیط (TA) 25 درجه سلسیوس تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم LED ورودی (V_F):معمولاً 1.2 ولت با حداکثر 1.6 ولت هنگامی که با جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود. این ولتاژ پایین برای مدارهای منطقی کم‌مصرف مناسب است.
• جریان تاریک فوتوترانزیستور خروجی (I_CEO):جریان نشتی هنگامی که نوری تابیده نمی‌شود، در V_CE=10V تضمین می‌شود که کمتر از 100 نانوآمپر باشد و حالت "خاموش" خوبی را تضمین می‌کند.
• عملکرد کوپلر:پارامتر کلیدی، جریان کلکتور در حالت روشن (I_C(ON)) است که هنگامی که LED با I_F=20mA و V_CE=5V راه‌اندازی می‌شود، حداقل 0.6 میلی‌آمپر تضمین می‌شود. ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (V_CE(SAT)) تحت این شرایط حداکثر 0.4 ولت است که نشان‌دهنده یک حالت "روشن" با مقاومت پایین خوب است.
• سرعت سوئیچینگ:زمان پاسخ با زمان صعود (T_r) و زمان سقوط (T_f) مشخص می‌شود. مقادیر معمول به ترتیب 3 میکروثانیه و 4 میکروثانیه هستند، با حداکثرهای 15 میکروثانیه و 20 میکروثانیه. این سرعت برای بسیاری از کاربردهای سنجش و شمارش با سرعت متوسط کافی است.

3. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این قطعه دارای پکیج استاندارد سوراخ‌دار است. ابعاد کلی در دیتاشیت ارائه شده و تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر است. ابعاد اصلی بدنه تقریباً 4.0 میلی‌متر طول، 3.2 میلی‌متر عرض و 2.5 میلی‌متر ارتفاع است (بدون در نظر گرفتن پایه‌ها). عرض شکاف، یک بعد حیاتی برای تعیین اندازه شیء قابل تشخیص است. پایه‌ها برای نصب استاندارد دو ردیفه فاصله‌گذاری شده‌اند. قطبیت توسط شکل فیزیکی بدنه و/یا علامت‌گذاری نشان داده می‌شود؛ پایه بلندتر معمولاً مربوط به آند LED است. مشاوره با نقشه ابعادی برای قرارگیری دقیق شکاف نسبت به لبه PCB و سایر قطعات بسیار مهم است.

4. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

4.1 فرآیند لحیم‌کاری

لحیم‌کاری صحیح برای جلوگیری از آسیب به محفظه پلاستیکی و اجزای داخلی حیاتی است. محفظه نباید در قلع فرو برده شود. در حین لحیم‌کاری و هنگامی که قطعه داغ است، نباید هیچ تنش خارجی به پایه‌ها وارد شود.

• لحیم‌کاری دستی (هویه):حداکثر دمای توصیه شده 350 درجه سلسیوس است و زمان لحیم‌کاری نباید بیش از 3 ثانیه برای هر پایه باشد. نوک هویه نباید نزدیک‌تر از 2 میلی‌متر از پایه بدنه اعمال شود.
• لحیم‌کاری موجی:یک پروفایل خاص توصیه می‌شود. دمای پیش‌گرم نباید بیش از 100 درجه سلسیوس و تا 60 ثانیه باشد. دمای موج قلع باید حداکثر 260 درجه سلسیوس باشد و زمان تماس 5 ثانیه یا کمتر باشد. موقعیت فروبری باید اطمینان حاصل کند که قلع در فاصله 2 میلی‌متری از پایه بدنه بالا نیاید.

4.2 شرایط نگهداری و عمر قفسه

برای حفظ قابلیت لحیم‌کاری و یکپارچگی قطعه، شرایط نگهداری سخت‌گیرانه الزامی است. محیط ایده‌آل نگهداری زیر 30 درجه سلسیوس دما و زیر 70% رطوبت نسبی است. قطعات باید ظرف 3 ماه از تاریخ تحویل مونتاژ شوند. برای نگهداری طولانی‌تر در بسته‌بندی اصلی، باید در یک ظرف دربسته با ماده جاذب رطوبت یا در یک خشک‌کن با محیط نیتروژن نگهداری شوند، اما نه بیش از یک سال. هنگامی که کیسه محافظ رطوبت باز می‌شود، قطعات باید ظرف 3 ماه در یک محیط کنترل‌شده با دمای کمتر از 25 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی کمتر از 60% استفاده شوند. از تغییرات سریع دما در رطوبت بالا باید اجتناب کرد تا از تشکیل میعان جلوگیری شود که می‌تواند منجر به اکسیداسیون پایه‌ها شود. اگر شرایط نگهداری رعایت نشده باشد، قبل از استفاده نیاز به ارزیابی قابلیت لحیم‌کاری است.

5. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

5.1 مدارهای کاربردی متداول

رایج‌ترین پیکربندی، استفاده از قطع کننده نوری به عنوان یک سوئیچ دیجیتال است. یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با LED ورودی قرار می‌گیرد که بر اساس ولتاژ تغذیه (V_CC)، جریان مستقیم مورد نظر (I_F، مثلاً 20mA) و ولتاژ مستقیم LED (V_F~1.2V) محاسبه می‌شود: R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. فوتوترانزیستور خروجی معمولاً با یک مقاومت pull-up (R_L) از کلکتور به V_CC متصل می‌شود. امیتر به زمین متصل است. هنگامی که مسیر نور مسدود نیست، فوتوترانزیستور هدایت می‌کند و ولتاژ خروجی کلکتور را پایین می‌کشد (نزدیک به V_CE(SAT)). هنگامی که قطع می‌شود، فوتوترانزیستور خاموش می‌شود و خروجی توسط R_L بالا کشیده می‌شود. مقدار R_L هم بر روی دامنه ولتاژ خروجی و هم بر سرعت سوئیچینگ تأثیر می‌گذارد؛ مقدار کمتر سرعت بیشتری فراهم می‌کند اما مصرف جریان بالاتری دارد.

5.2 ملاحظات طراحی

• مصونیت در برابر نور محیط:از آنجایی که این قطعه از نور مادون قرمز مدوله‌شده استفاده می‌کند (که توسط سرعت سوئیچینگ سریع آن مفهوم می‌شود)، مقاومت خوبی در برابر نور محیطی ثابت ارائه می‌دهد. با این حال، برای کاربردهای حیاتی، ممکن است طراحی محافظ یا محفظه اضافی برای مسدود کردن نور مستقیم خورشید یا سایر منابع قوی IR لازم باشد.
• ویژگی‌های شیء:قابلیت اطمینان سنجش به کدر بودن شیء نسبت به طول موج مادون قرمز بستگی دارد. مواد شفاف یا بسیار بازتابنده ممکن است به طور قابل اعتمادی پرتو را قطع نکنند.
• تراز:تراز مکانیکی دقیق مسیر شیء با شکاف برای عملکرد یکنواخت ضروری است. عرض شکاف حداقل اندازه شیء برای راه‌اندازی قابل اعتماد را تعریف می‌کند.
• حذف نویز مکانیکی (Debouncing):خروجی الکتریکی ممکن است نیاز به حذف نویز مکانیکی توسط نرم‌افزار یا سخت‌افزار داشته باشد، به ویژه اگر با قطعات مکانیکی که ممکن است لرزش یا ارتعاش داشته باشند استفاده شود.

6. منحنی‌های عملکرد و داده‌های گرافیکی

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه نمونه اشاره می‌کند که برای تحلیل طراحی دقیق ضروری هستند. در حالی که نمودارهای خاص در متن تکثیر نشده‌اند، آن‌ها معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I_F-V_F):رابطه برای LED ورودی را نشان می‌دهد که برای محاسبه افت ولتاژ دقیق در جریان‌های راه‌اندازی مختلف مفید است.
• جریان کلکتور در مقابل ولتاژ کلکتور-امیتر (I_C-V_CE):خانواده‌ای از منحنی‌ها برای فوتوترانزیستور خروجی با شدت نور تابیده (یا جریان راه‌اندازی LED) به عنوان پارامتر. این نمودار برای تعیین نقطه کار و مقدار مقاومت بار بسیار مهم است.
• نسبت انتقال جریان (CTR) در مقابل جریان مستقیم:CTR نسبت جریان کلکتور خروجی به جریان LED ورودی است (I_C/I_F). این منحنی نشان می‌دهد که بازده چگونه با جریان راه‌اندازی تغییر می‌کند و به بهینه‌سازی طراحی برای مصرف توان و قدرت سیگنال خروجی کمک می‌کند.
• وابستگی دمایی:منحنی‌هایی که نشان می‌دهند پارامترهایی مانند ولتاژ مستقیم، جریان کلکتور یا CTR چگونه در محدوده دمای کاری تغییر می‌کنند. این برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد در محیط‌های غیرمعمول حیاتی است.

7. پرسش‌های متداول (FAQ)

7.1 تفاوت بین قطع کننده نوری و بازتابنده نوری چیست؟

یک قطع کننده نوری (یا سنسور عبوری) دارای فرستنده و گیرنده‌ای است که در دو طرف یک شکاف رو به روی هم قرار دارند. یک شیء هنگامی تشخیص داده می‌شود که مسیر نور را مسدود کند. یک بازتابنده نوری (یا سنسور بازتابی) دارای فرستنده و گیرنده‌ای است که در کنار هم و در یک جهت قرار دارند. یک شیء هنگامی تشخیص داده می‌شود که نور ساطع شده را به سمت گیرنده بازتاب دهد. LTH-301-07 یک قطع کننده نوری از نوع شکافی است.

7.2 آیا می‌توانم LED را مستقیماً با ولتاژ و بدون مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی کنم؟

خیر. LED یک قطعه جریان‌محور است. اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ که از ولتاژ مستقیم آن بیشتر باشد، باعث جریان بیش از حد شده و ممکن است آن را از بین ببرد. یک مقاومت سری برای تنظیم جریان کاری اجباری است.

7.3 چرا شرایط رطوبت نگهداری اینقدر مهم است؟

بسته‌بندی پلاستیکی قطعات الکترونیکی می‌تواند رطوبت را از هوا جذب کند. در طی فرآیند لحیم‌کاری با دمای بالا، این رطوبت جذب شده می‌تواند به سرعت منبسط شود و باعث لایه‌لایه شدن داخلی، ترک خوردن یا "پف کردن" شود که به قطعه آسیب می‌رساند. شرایط نگهداری مشخص شده و الزامات پخت (در صورت قرار گرفتن در معرض هوا) برای جلوگیری از این امر طراحی شده‌اند.

7.4 چگونه مقدار مقاومت pull-up (R_L) روی فوتوترانزیستور را انتخاب کنم؟

این انتخاب شامل یک مصالحه است. یک R_L کوچکتر زمان صعود سریع‌تری فراهم می‌کند (زیرا خازن مدار را سریع‌تر شارژ می‌کند) و سیگنال "پایین" قوی‌تری دارد، اما هنگامی که ترانزیستور روشن است توان بیشتری مصرف می‌کند. یک R_L بزرگتر توان را ذخیره می‌کند اما سرعت سوئیچینگ را کند کرده و pull-up ضعیف‌تری ایجاد می‌کند. یک نقطه شروع متداول بین 1kΩ و 10kΩ است، اما شرایط آزمایش دیتاشیت با R_L=100Ω برای اندازه‌گیری سرعت نشان می‌دهد که می‌تواند امپدانس‌های نسبتاً پایین را راه‌اندازی کند.