دیتاشیت قطعۀ نوری LTH-301-07P5 - سوئیچ نوری شیاردار - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTH-301-07P5 یک قطعۀ نوری است، نوعی قطعه اپتوالکترونیکی که برای کاربردهای سوئیچینگ بدون تماس طراحی شده است. این قطعه یک دیود ساطع‌کنندۀ نور مادون قرمز (LED) و یک فتوترانزیستور را درون یک محفظۀ فشرده شیاردار یکپارچه کرده است. اصل عملکرد اساسی آن، قطع شدن پرتو نور مادون قرمز بین فرستنده و گیرنده توسط یک شیء خارجی است که باعث تغییر متناظر در سیگنال خروجی فتوترانزیستور می‌شود. این طراحی روشی قابل اعتماد و دقیق برای تشخیص حضور، عدم حضور یا موقعیت اشیا بدون تماس فیزیکی ارائه می‌دهد.

مزیت اصلی این قطعه در ماهیت بدون تماس آن است که سایش مکانیکی را حذف کرده و منجر به قابلیت اطمینان بالا و عمر عملیاتی طولانی می‌شود. این قطعه دارای سرعت سوئیچینگ سریع است و آن را برای کاربردهایی که نیاز به تشخیص سریع دارند مناسب می‌سازد. این قطعه برای نصب مستقیم روی برد مدار چاپی (PCB) یا استفاده با سوکت دو ردیفه طراحی شده است که انعطاف‌پذیری در طراحی و مونتاژ سیستم فراهم می‌کند.

بازارها و کاربردهای هدف متداول شامل، اما نه محدود به، تجهیزات اتوماسیون اداری مانند دستگاه‌های فکس، کپی، پرینتر و اسکنر می‌شود. همچنین به طور گسترده در انواع سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، الکترونیک مصرفی و ابزار دقیق که نیاز به تشخیص دقیق شیء دارند، استفاده می‌شود.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

مقادیر حداکثر مطلق محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. این مقادیر در دمای محیط (TA) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند و هرگز نباید، حتی به صورت لحظه‌ای، در شرایط کار عادی از آن‌ها تجاوز کرد.

LED ورودی:جریان مستقیم پیوسته به 50 میلی‌آمپر محدود شده است، با جریان مستقیم پیک 1 آمپر که در شرایط پالسی (300 پالس در ثانیه، عرض پالس 10 میکروثانیه) مجاز است. حداکثر اتلاف توان برای LED برابر 80 میلی‌وات است. قابلیت تحمل ولتاژ معکوس 5 ولت است که پارامتری حیاتی برای محافظت از LED در برابر بایاس معکوس تصادفی می‌باشد.

فتوترانزیستور خروجی:ولتاژ کلکتور-امیتر (V_CE) برابر 30 ولت است، در حالی که ولتاژ امیتر-کلکتور (V_EC) 5 ولت است. حداکثر جریان کلکتور 20 میلی‌آمپر و حد اتلاف توان 100 میلی‌وات است. رعایت این محدودیت‌ها برای اطمینان از طول عمر و عملکرد پایدار فتوترانزیستور ضروری است.

محدودیت‌های محیطی:محدودۀ دمای کاری قطعه از 25- تا 85+ درجه سلسیوس است. محدودۀ دمای نگهداری وسیع‌تر و از 40- تا 100+ درجه سلسیوس است. دمای لحیم‌کاری پایه‌ها 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصلۀ 1.6 میلی‌متری از بدنه، مشخص شده است که اطلاعاتی حیاتی برای فرآیندهای مونتاژ است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این مشخصات عملکرد مورد انتظار قطعه را در شرایط کاری عادی در دمای 25 درجه سلسیوس تعریف می‌کنند. آن‌ها پارامترهای کلیدی برای طراحی مدار را فراهم می‌کنند.

مشخصات LED ورودی:ولتاژ مستقیم معمول (V_F) در جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر برابر 1.2 ولت است، با حداکثر 1.6 ولت. این پارامتر برای طراحی مقاومت محدودکنندۀ جریان برای مدار راه‌انداز LED حیاتی است. جریان معکوس (I_R) در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت حداکثر 100 میکروآمپر است که نشتی LED در حالت خاموش را نشان می‌دهد.

مشخصات فتوترانزیستور خروجی:جریان تاریک کلکتور-امیتر (I_CEO) در V_CE=10V حداکثر 100 نانوآمپر است که نشان‌دهندۀ جریان نشتی خروجی هنگامی که LED خاموش است (بدون نور) می‌باشد. ولتاژهای شکست (BV_CEOو BV_ECO) مقادیر حداکثر را تأیید می‌کنند.

مشخصات کوپلر (سیستم):این پارامترها عملکرد ترکیبی LED و فتوترانزیستور را توصیف می‌کنند. جریان کلکتور در حالت روشن (I_C(ON)) هنگامی که LED با I_F=20mA و V_CE=5V راه‌اندازی می‌شود، حداقل 0.6 میلی‌آمپر تضمین شده است. این سطح سیگنال خروجی کلیدی هنگامی است که شیار مسدود نیست. ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (V_CE(SAT)) تحت شرایط مشابه با I_C=0.2mA حداکثر 0.4 ولت است که نشان‌دهندۀ مشخصۀ "روشن" خوب است. زمان‌های پاسخ، با زمان افزایش معمول (T_r) 3 میکروثانیه و زمان افت (T_f) 4 میکروثانیه (تحت شرایط آزمایش خاص)، قابلیت سرعت سوئیچینگ قطعه را تعریف می‌کنند.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

3.1 ابعاد کلی

LTH-301-07P5 دارای یک پکیج استاندارد از نوع سوراخ‌دار است. نقشۀ مکانیکی دقیق در دیتاشیت ارائه شده است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر مشخص شده‌اند. تلرانس استاندارد برای ابعاد نامشخص ±0.25 میلی‌متر است. ابعاد کلیدی شامل طول، عرض و ارتفاع کلی محفظه، عرض و عمق شیار (که شکافی را تعریف می‌کند که شیء قطع‌کننده از آن عبور می‌کند) و فاصله و قطر پایه‌ها می‌شود. این قطعه برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی طراحی شده است.

شناسایی قطبیت:این قطعه دارای یک پین‌اوت خاص است. معمولاً پایۀ بلندتر یا یک علامت خاص روی بدنه نشان‌دهندۀ آند LED است. مشاوره با نقشۀ ابعادی برای شناسایی دقیق پین‌ها (مثلاً پین 1 اغلب آند LED، پین 2 کاتد LED، پین 3 امیتر فتوترانزیستور و پین 4 کلکتور است) برای اطمینان از جهت‌گیری صحیح در حین مونتاژ PCB حیاتی است. قطبیت نادرست مانع عملکرد قطعه خواهد شد.

4. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح در حین لحیم‌کاری برای جلوگیری از آسیب به محفظۀ پلاستیکی و دی نیم‌هادی داخلی ضروری است.

احتیاط‌های عمومی:محفظه نباید در قلع فرو برده شود. هیچ تنش خارجی نباید در حین لحیم‌کاری هنگامی که محصول در دمای بالا است به فریم پایه‌ها اعمال شود، زیرا این امر می‌تواند باعث ترک‌های داخلی یا ناهمترازی شود.

لحیم‌کاری دستی/پایه:برای لحیم‌کاری دستی، حداکثر دمای توصیه شدۀ هویه 350 درجه سلسیوس است. زمان لحیم‌کاری برای هر پایه نباید از 3 ثانیه تجاوز کند و این کار باید فقط یک بار برای هر پایه انجام شود. نقطۀ لحیم‌کاری نباید نزدیک‌تر از 2 میلی‌متر از پایۀ محفظۀ قطعه باشد تا از آسیب حرارتی جلوگیری شود.

لحیم‌کاری موجی:برای لحیم‌کاری موجی خودکار، یک پروفایل خاص توصیه می‌شود. دمای پیش‌گرم نباید از 100 درجه سلسیوس تجاوز کند، با زمان پیش‌گرم تا 60 ثانیه. دمای موج قلع باید حداکثر 260 درجه سلسیوس باشد، با زمان تماس حداکثر 5 ثانیه. موقعیت فروبری باید حداقل 2 میلی‌متر از پایۀ محفظه فاصله داشته باشد. رعایت این پروفایل از شوک حرارتی جلوگیری کرده و اتصالات لحیم قابل اطمینان را بدون به خطر انداختن یکپارچگی پکیج پلاستیکی تضمین می‌کند.

5. شرایط نگهداری و احتیاط‌ها

برای حفظ قابلیت لحیم‌کاری و جلوگیری از تخریب عملکرد، باید شرایط نگهداری خاصی رعایت شود.

محیط نگهداری ایده‌آل در دمای زیر 30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی زیر 70% است. قطعات باید ظرف 3 ماه از تاریخ تحویل مونتاژ شوند. برای افزایش عمر نگهداری در حالی که قطعات در بسته‌بندی اصلی حساس به رطوبت باقی می‌مانند، باید در یک ظرف دربسته با جاذب رطوبت مناسب یا در یک خشک‌کن پاک‌شده با نیتروژن نگهداری شوند. با این حال، نگهداری تحت این شرایط کنترل‌شده نباید از یک سال تجاوز کند.

هنگامی که بسته‌بندی دربسته اصلی باز شد، قطعات باید ظرف 3 ماه استفاده شده و در یک محیط کنترل‌شده با دمای <25°C و رطوبت نسبی <60% نگهداری شوند. تغییرات سریع در دمای محیط، به ویژه در محیط‌های با رطوبت بالا، باید اجتناب شود تا از تشکیل میعان جلوگیری گردد که می‌تواند منجر به اکسیداسیون پایه‌های قطعه شود. اگر شرایط نگهداری معیارهای مشخص شده را برآورده نکند، قابلیت لحیم‌کاری پین‌ها ممکن است به خطر بیفتد. در چنین مواردی، ارزیابی قابلیت لحیم‌کاری و احتمالاً مرتب‌سازی مجدد قطعات باید قبل از استفاده در تولید انجام شود.

6. پیشنهادات کاربردی

6.1 سناریوهای کاربردی متداول

LTH-301-07P5 همه‌کاره است و در کاربردهای متعددی استفاده می‌شود:

• تشخیص کاغذ در پرینتر/کپی/اسکنر:تشخیص حضور کاغذ، گیرکردن کاغذ یا پایان رول کاغذ.
• تشخیص موقعیت خانه یا حد حرکت در مکانیزم‌های متحرک (مانند هد پرینتر، بازوهای رباتیک).کدگذاری چرخشی:
• استفاده با یک چرخ شیاردار برای اندازه‌گیری سرعت یا موقعیت یک شفت دوار.شمارش اشیا:
• شمارش اقلام روی نوار نقاله هنگام عبور از شیار.سیستم‌های امنیتی:
• به عنوان بخشی از یک سنسور قطع پرتو برای تشخیص نفوذ.6.2 ملاحظات طراحی

هنگام طراحی یک مدار با این قطعۀ نوری، چندین عامل باید در نظر گرفته شود:

جریان راه‌انداز LED:

• جریان کاری توصیه شده 20 میلی‌آمپر است. یک مقاومت سری باید بر اساس ولتاژ تغذیه (V) و ولتاژ مستقیم LED (V_CC) با استفاده از قانون اهم محاسبه شود: R = (V_F- V_CC) / I_F. با استفاده از V_Fمعمول 1.2V و تغذیۀ 5V، مقاومت تقریباً (5V - 1.2V) / 0.02A = 190 اهم خواهد بود. یک مقاومت استاندارد 200 اهم مناسب است._Fبایاس فتوترانزیستور:
• خروجی فتوترانزیستور می‌تواند در پیکربندی امیتر مشترک (امیتر زمین شده، کلکتور از طریق یک مقاومت بار، Rبه V_CCمتصل شده) یا به عنوان یک سوئیچ استفاده شود. مقدار R_Lبر روی دامنۀ ولتاژ خروجی و سرعت سوئیچینگ تأثیر می‌گذارد. یک R_Lکوچکتر پاسخ سریع‌تر اما تغییر ولتاژ خروجی کوچکتری فراهم می‌کند. شرایط آزمایش دیتاشیت از R_L=100Ω استفاده می‌کند._Lشرط‌سازی سیگنال:
• خروجی یک جریان آنالوگ است که با شدت نور تغییر می‌کند. برای کاربردهای سوئیچینگ دیجیتال، ممکن است پس از مقاومت بار به یک مقایسه‌گر یا مدار تریگر اشمیت برای ارائه یک سیگنال دیجیتال تمیز نیاز باشد، به ویژه اگر شیء قطع‌کننده پرتو نور را به طور کامل مسدود نکند.مصونیت در برابر نور محیط:
• از آنجایی که این قطعه از نور مادون قرمز استفاده می‌کند، تا حدی در برابر نور محیط مرئی مصون است. با این حال، منابع قوی نور مادون قرمز (مانند نور خورشید، لامپ‌های رشته‌ای) می‌توانند بر عملکرد تأثیر بگذارند. استفاده از سیگنال راه‌انداز مدوله‌شدۀ LED و تشخیص همزمان می‌تواند مصونیت در برابر نور محیط را به شدت افزایش دهد.همترازی مکانیکی:
• شیء قطع‌کننده باید به طور قابل اطمینان از شیار عبور کرده و پرتو را به طور کامل قطع کند تا عملکرد یکنواخت داشته باشد. ابعاد شیار و اندازه و مسیر شیء باید به دقت در نظر گرفته شود.7. مقایسه و تمایز فنی

قطعۀ نوری مانند LTH-301-07P5 با سایر فناوری‌های سنجش مانند میکروسوئیچ‌های مکانیکی، سنسورهای اثر هال و سنسورهای نوری بازتابی رقابت می‌کند.

در مقابل سوئیچ‌های مکانیکی:

مزیت اصلی عدم کامل تماس فیزیکی است که منجر به عمر مکانیکی تقریباً نامحدود، عدم نوسان تماس، عملکرد بی‌صدا و قابلیت اطمینان بالاتر در محیط‌های کثیف یا پرگردوغبار می‌شود. عیب می‌تواند هزینه کمی بالاتر و نیاز به یک مدار راه‌انداز الکترونیکی باشد.در مقابل سنسورهای نوری بازتابی:

قطعۀ نوری شیاردار دقت و یکنواختی موقعیتی بالاتری ارائه می‌دهد زیرا فرستنده و گیرنده در یک هندسه ثابت به دقت همتراز شده‌اند. آن‌ها کمتر مستعد تغییرات در بازتابندگی شیء هدف هستند. سنسورهای بازتابی برای تشخیص اشیا در فاصله یا جایی که یک شیار فیزیکی امکان‌پذیر نیست مناسب‌ترند.در مقابل سنسورهای اثر هال:

سنسورهای هال میدان‌های مغناطیسی را تشخیص می‌دهند، نه قطع نور. آن‌ها برای سنجش موقعیت آهنرباها استفاده می‌شوند. انتخاب کاملاً به کاربرد بستگی دارد: تشخیص هر شیء مات (قطعۀ نوری) در مقابل تشخیص یک میدان مغناطیسی (سنسور هال).تمایز خاص LTH-301-07P5 در مجموعه متعادل مشخصات الکتریکی آن (ولتاژ مستقیم، جریان خروجی، سرعت)، پکیج مکانیکی مستحکم آن که مناسب لحیم‌کاری موجی است و الزامات نگهداری و مدیریت به وضوح تعریف شدۀ آن نهفته است که آن را به انتخابی قابل اعتماد برای تولید انبوه تبدیل می‌کند.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف از مقدار "جریان مستقیم پیک" برای LED چیست؟

ج: این مقدار (1A در 300pps، 10μs) به LED اجازه می‌دهد تا برای مدت کوتاهی با جریان بسیار بالاتری نسبت به مقدار پیوسته آن (50mA) پالس شود. این می‌تواند برای دستیابی به یک پالس نوری درخشان‌تر استفاده شود که می‌تواند نسبت سیگنال به نویز را بهبود بخشد یا اجازه دهد تا چرخه کاری پایین‌تری داشته باشد و مصرف توان متوسط و تولید گرما را کاهش دهد.

س: I

C(ON)_{به عنوان حداقل 0.6mA مشخص شده است. این برای طراحی مدار من چه معنایی دارد؟}ج: این یک حد پایین تضمین شده است. تحت شرایط آزمایش استاندارد (I

=20mA, V_F=5V)، فتوترانزیستور هنگامی که شیار باز است حداقل 0.6mA جریان می‌کشد. جریان واقعی در کاربرد شما ممکن است بالاتر باشد. شما باید مقاومت بار خود (R_CE) و هر گیت منطقی بعدی را طوری طراحی کنید که سطح ولتاژ متناظر با این حداقل جریان را تشخیص دهند. به عنوان مثال، با R=1kΩ، ولتاژ خروجی هنگامی که پرتو مسدود نیست حداکثر به V= 5V - (0.6mA * 1kΩ) = 4.4V افت خواهد کرد._Lس: چرا شرایط نگهداری، به ویژه پس از باز کردن بسته، اینقدر سختگیرانه است؟_Lج: پایه‌های قطعه در معرض هوای مرطوب مستعد اکسیداسیون هستند. پایه‌های اکسید شده قابلیت لحیم‌کاری ضعیفی دارند که منجر به اتصالات لحیم ضعیف یا ناموجود ("عدم خیس‌شدگی") می‌شود. بسته‌بندی حساس به رطوبت و قوانین سختگیرانۀ نگهداری، روش‌های استاندارد صنعت (همسو با استانداردهای IPC/JEDEC) برای اطمینان از بازده مونتاژ بالا و قابلیت اطمینان بلندمدت هستند._CEس: آیا می‌توانم از این سنسور در فضای باز استفاده کنم؟

ج: محدودۀ دمای کاری از 25- تا 85+ درجه سلسیوس است که بسیاری از شرایط فضای باز را پوشش می‌دهد. با این حال، قرارگیری مستقیم در معرض نور خورشید (منبع قوی تابش مادون قرمز) می‌تواند فتوترانزیستور را اشباع کند و باعث تحریک کاذب شود. همچنین این قطعه در برابر نفوذ آب یا گردوغبار مهر و موم نشده است. برای استفاده در فضای باز، نیاز به محافظت نوری دقیق از نور محیط و محافظت محیطی دارد، یا ممکن است یک فناوری سنسور متفاوت مناسب‌تر باشد.

9. معرفی اصل عملکرد

قطعۀ نوری بر اساس یک اصل اپتوالکترونیکی ساده عمل می‌کند. این قطعه شامل دو جزء اصلی است که در دو طرف یک شکاف فیزیکی (شیار) در مقابل یکدیگر قرار گرفته‌اند:

فرستندۀ مادون قرمز (LED):

این یک دیود نیم‌هادی است که هنگامی که با یک جریان مناسب (مانند 20mA) بایاس مستقیم شود، نور مادون قرمز (برای چشم انسان نامرئی) ساطع می‌کند.

فتوترانزیستور:

1. این یک ترانزیستور حساس به نور است. هنگامی که فوتون‌های ناشی از فرستندۀ مادون قرمز به ناحیۀ بیس آن برخورد می‌کنند، جفت‌های الکترون-حفره ایجاد می‌کنند که به عنوان جریان بیس عمل می‌کنند. این جریان بیس القاشده توسط نور توسط بهره ترانزیستور تقویت می‌شود و منجر به جریان کلکتور بسیار بزرگتری می‌شود که از کلکتور به امیتر جریان می‌یابد.حالت‌های عملکرد:
2. بدون مانع (پرتو موجود):نور مادون قرمز از فرستنده مستقیماً روی فتوترانزیستور می‌افتد. فتوترانزیستور روشن می‌شود و اجازه می‌دهد یک جریان کلکتور قابل توجه (I

C(ON)

- ) جریان یابد. در یک مدار امیتر مشترک با یک مقاومت کششی، ولتاژ خروجی در کلکتور پایین کشیده می‌شود (نزدیک به VCE(SAT)_).مسدود شده (پرتو قطع شده):_{یک شیء مات قرار داده شده در شیار نور مادون قرمز را مسدود می‌کند. هیچ نوری به بیس فتوترانزیستور نمی‌رسد، بنابراین خاموش می‌شود. فقط یک جریان نشتی کوچک (I}، جریان تاریک) جریان می‌یابد. ولتاژ خروجی در کلکتور به نزدیکی ولتاژ تغذیه (V

- ) افزایش می‌یابد.این انتقال بین یک ولتاژ خروجی بالا (پرتو مسدود) و یک ولتاژ خروجی پایین (پرتو باز) یک سیگنال دیجیتال تمیز برای منطق تشخیص فراهم می‌کند._CEO10. روندهای توسعه_CCحوزۀ سنسورهای اپتوالکترونیکی، از جمله قطعۀ نوری، همچنان در حال تکامل است. روندهای عینی قابل مشاهده در صنعت شامل موارد زیر است:

کوچک‌سازی:

تلاش مداومی برای دستیابی به اندازه‌های بسته‌بندی کوچکتر (مانند قطعات نصب سطحی با ردپای کوچکتر و پروفایل پایین‌تر) برای امکان‌پذیر ساختن محصولات نهایی فشرده‌تر و مونتاژ PCB با چگالی بالاتر وجود دارد.

افزایش عملکرد:

• بهبود در مواد نیم‌هادی و بسته‌بندی با هدف ارائه حساسیت بالاتر (اجازه دادن به جریان راه‌انداز LED پایین‌تر برای کاهش مصرف توان)، زمان‌های پاسخ سریع‌تر برای کاربردهای پرسرعت و پایداری دمایی بهتر پارامترها است.یکپارچه‌سازی و ویژگی‌های هوشمند:
• برخی از قطعۀ نوری‌های مدرن، مدار راه‌انداز LED و شرط‌سازی سیگنال (تقویت‌گر، مقایسه‌گر، تریگر اشمیت) را برای خروجی فتوترانزیستور در همان بسته یکپارچه می‌کنند. این طراحی مدار خارجی را ساده کرده و می‌تواند یک خروجی مستقیم سطح منطقی دیجیتال ارائه دهد. یکپارچه‌سازی چندین المان سنجشی نیز یک روند است.تمرکز بر قابلیت اطمینان و ساخت:
• طراحی‌ها به طور فزاینده‌ای بر استحکام برای فرآیندهای مونتاژ خودکار مانند برداشت و قراردادن و لحیم‌کاری بازجریانی اولویت می‌دهند. مواد برای مقاومت بهتر در برابر تنش حرارتی و عوامل محیطی انتخاب می‌شوند.گونه‌های خاص کاربرد:
• توسعه برای سنسورهای سفارشی‌شده برای نیازهای خاص بازار، مانند سنسورهای فوق نازک برای مدیریت کاغذ در دستگاه‌های قابل حمل، یا سنسورهایی با شیارهای بسیار باریک برای تشخیص لبه با دقت بالا، ادامه دارد.LTH-301-07P5 نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اعتماد است که نیازهای اصلی طیف گسترده‌ای از کاربردهای استاندارد را برآورده می‌کند، در حالی که این روندهای گسترده‌تر توسعه نسل بعدی دستگاه‌ها را شکل می‌دهند.
• Application-Specific Variants:Development continues for sensors tailored to specific market needs, such as ultra-thin sensors for paper handling in portable devices, or sensors with very narrow slots for high-precision edge detection.

The LTH-301-07P5 represents a mature and reliable technology that meets the core requirements for a wide array of standard applications, while these broader trends shape the development of next-generation devices.