دیتاشیت فوتواینتراپتر LTH-301-23P1 - ابعاد 7.62mm - ولتاژ 1.6V - توان 60mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTH-301-23P1 یک ماژول فوتواینتراپتر فشرده و قابل نصب از طریق سوراخ (Through-Hole) است. این قطعه به عنوان یک سوئیچ نوری غیرتماسی عمل می‌کند که از یک دیود نورافشان مادون قرمز (IR LED) جفت شده با یک فوتوترانزیستور استفاده می‌کند. اصل عملکرد مبتنی بر تابش نور توسط LED مادون قرمز و تشخیص آن توسط فوتوترانزیستور است. هنگامی که یک شیء مسیر نور بین فرستنده و گیرنده را قطع می‌کند، وضعیت خروجی فوتوترانزیستور تغییر می‌کند و این امکان را فراهم می‌سازد تا حس‌گری موقعیت دقیق، تشخیص شیء یا سوئیچینگ حدی بدون تماس فیزیکی انجام شود. مزایای اصلی آن شامل سرعت سوئیچینگ بالا، عملکرد قابل اعتماد غیرتماسی و طراحی مناسب برای نصب مستقیم روی PCB یا سوکت دو ردیفه است که آن را برای کاربردهایی مانند پرینترها، کپی‌برها، دستگاه‌های فروش خودکار و اتوماسیون صنعتی که نیازمند دوام و دقت هستند، ایده‌آل می‌سازد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. کارکرد مداوم دستگاه در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن‌ها توصیه نمی‌شود.

• جریان مستقیم پیوسته دیود مادون قرمز (I_F):50 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان حالت پایدار قابل عبور از LED مادون قرمز است.
• ولتاژ معکوس دیود مادون قرمز (V_R):5 ولت. تجاوز از این ولتاژ بایاس معکوس روی LED می‌تواند باعث شکست آن شود.
• جریان کلکتور ترانزیستور (I_C):20 میلی‌آمپر. حداکثر جریان پیوسته‌ای که کلکتور فوتوترانزیستور می‌تواند تحمل کند.
• توان تلف شده ترانزیستور (P_D):75 میلی‌وات در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، با کاهش خطی 1.33 میلی‌وات بر درجه سانتی‌گراد بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد. این مقدار، حرارت تولید شده در فوتوترانزیستور را محدود می‌کند.
• جریان مستقیم پیک دیود مادون قرمز:1 آمپر (عرض پالس = 10 میکروثانیه، 300 پالس بر ثانیه). این امکان پالس‌های جریان بالا و کوتاه را برای کاربردهایی که نیاز به خروجی نوری آنی بالا دارند، فراهم می‌کند.
• توان تلف شده دیود (P_D):60 میلی‌وات در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، که آن نیز با نرخ 1.33 میلی‌وات بر درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. این مقدار محدودیت‌های حرارتی LED مادون قرمز را کنترل می‌کند.
• ولتاژ کلکتور-امیتر فوتوترانزیستور (V_CEO):30 ولت. حداکثر ولتاژی که می‌توان بین کلکتور و امیتر هنگامی که ترانزیستور خاموش است، اعمال کرد.
• ولتاژ امیتر-کلکتور فوتوترانزیستور (V_ECO):5 ولت. حداکثر ولتاژ معکوس در سراسر پیوند کلکتور-امیتر.
• محدوده دمای کاری:منفی 25 درجه سانتی‌گراد تا مثبت 85 درجه سانتی‌گراد. محدوده دمای محیط برای عملکرد قابل اعتماد دستگاه.
• محدوده دمای انبارداری:منفی 55 درجه سانتی‌گراد تا مثبت 100 درجه سانتی‌گراد. محدوده دمایی برای نگهداری در حالت غیرفعال.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه. این مشخصه پروفیل ریفلو یا لحیم‌کاری دستی را برای جلوگیری از آسیب به پکیج تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_A= 25 درجه سانتی‌گراد) اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول دستگاه را تعریف می‌کنند.

2.2.1 مشخصات LED ورودی

• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 1.2 ولت تا 1.6 ولت در I_F= 20 میلی‌آمپر. این افت ولتاژ روی LED مادون قرمز هنگام راه‌اندازی با جریان آزمایش استاندارد است. یک مقاومت محدودکننده جریان باید بر اساس این مقدار و ولتاژ تغذیه محاسبه شود.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در V_R= 5 ولت. این جریان نشتی کوچک هنگامی است که LED تحت بایاس معکوس قرار دارد.

2.2.2 مشخصات فوتوترانزیستور خروجی

• ولتاژ شکست کلکتور-امیتر (V_(BR)CEO):حداقل 30 ولت در I_C= 1 میلی‌آمپر. این ولتاژ شکست بالا امکان استفاده از ولتاژهای تغذیه بالاتر در مدار کلکتور را فراهم می‌کند.
• ولتاژ شکست امیتر-کلکتور (V_(BR)ECO):حداقل 5 ولت در I_E= 100 میکروآمپر.
• جریان تاریکی کلکتور-امیتر (I_CEO):حداکثر 100 نانوآمپر در V_CE= 10 ولت. این جریان نشتی هنگامی است که فوتوترانزیستور در تاریکی کامل قرار دارد (بدون نور مادون قرمز). مقدار پایین این پارامتر برای نسبت سیگنال به نویز خوب در کاربردهای حس‌گری حیاتی است.

2.2.3 مشخصات کوپلر (دستگاه کامل)

• ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (V_CE(SAT)):حداکثر 0.4 ولت در I_C= 0.2 میلی‌آمپر و I_F= 20 میلی‌آمپر. این ولتاژ دو سر فوتوترانزیستور هنگامی است که کاملاً "روشن" (اشباع) است. مقدار پایین‌تر بهتر است زیرا تلفات توان را به حداقل می‌رساند.
• جریان کلکتور در حالت روشن (I_C(ON)):حداقل 0.4 میلی‌آمپر در V_CE= 5 ولت و I_F= 20 میلی‌آمپر. این پارامتر حداقل جریان نوری تولید شده را هنگامی که LED مادون قرمز راه‌اندازی شده و مسیر نور مسدود نیست، مشخص می‌کند. این پارامتر مستقیماً به حساسیت دستگاه مرتبط است.
• زمان صعود (T_r):معمولاً 25 میکروثانیه تحت شرایط آزمایش (I_C=2 میلی‌آمپر، R_L=1 کیلواهم، V_CE=5 ولت). این مدت زمانی است که خروجی فوتوترانزیستور از 10% به 90% مقدار نهایی خود می‌رسد هنگامی که LED مادون قرمز روشن می‌شود.
• زمان افت (T_f):معمولاً 26 میکروثانیه تحت شرایط یکسان. این زمان گذار هنگامی است که LED مادون قرمز خاموش می‌شود. این زمان‌های سوئیچینگ حداکثر فرکانسی را که دستگاه می‌تواند به طور قابل اعتماد کار کند، تعریف می‌کنند.

3. اطلاعات مکانیکی و پکیج

3.1 ابعاد پکیج

دستگاه در یک پکیج استاندارد 4 پایه دو ردیفه (DIP) قرار دارد. نکات کلیدی ابعادی از دیتاشیت شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند و مقادیر اینچ در پرانتز آمده است.
• تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر (±0.010 اینچ) است مگر اینکه یادداشت ویژگی خاصی خلاف آن را بیان کند.
• عرض بدنه تقریباً 7.62 میلی‌متر است و فاصله پایه‌ها از الگوی شبکه‌ای استاندارد 0.1 اینچ (2.54 میلی‌متر) برای نصب روی PCB از نوع Through-Hole پیروی می‌کند.

پکیج برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی طراحی شده است. نقشه ابعادی در دیتاشیت اندازه‌گیری‌های حیاتی برای طراحی ردپای PCB را ارائه می‌دهد، از جمله قطر پایه، فاصله پایه‌ها (بین ردیف‌ها و ستون‌ها)، طول و عرض بدنه و عرض شکاف اسلات که دهانه حس‌گری را تعریف می‌کند.

3.2 پین‌اوت و شناسایی قطبیت

دستگاه دارای چهار پایه است. معمولاً دو پایه برای آند و کاتد LED مادون قرمز و دو پایه دیگر برای کلکتور و امیتر فوتوترانزیستور هستند. نقشه دیتاشیت پایه شماره 1 را نشان می‌دهد که برای جهت‌دهی صحیح بسیار مهم است. LED مادون قرمز یک دستگاه با آند فعال است و فوتوترانزیستور از نوع NPN است که در آن کلکتور باید از طریق یک مقاومت بار به تغذیه مثبت و امیتر به زمین متصل شود. اتصال با قطبیت نادرست به LED از تابش نور جلوگیری می‌کند و اتصال نادرست به فوتوترانزیستور منجر به عدم وجود سیگنال خروجی می‌شود.

4. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت یک پارامتر حیاتی لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: پایه‌ها می‌توانند در معرض دمای 260 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 5 ثانیه قرار گیرند، که در فاصله 1.6 میلی‌متری (0.063 اینچ) از بدنه پلاستیکی اندازه‌گیری می‌شود. این دستورالعمل برای جلوگیری از آسیب حرارتی به تراشه نیمه‌هادی داخلی و مواد پکیج پلاستیکی در حین عملیات لحیم‌کاری موجی یا دستی ضروری است. برای لحیم‌کاری ریفلو، باید از یک پروفیل استاندارد با حداکثر دمای پیک که از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند و زمان بالای مایع (TAL) کنترل شده استفاده شود. توصیه می‌شود از استانداردهای JEDEC یا IPC برای لحیم‌کاری قطعات Through-Hole پیروی کنید.

5. پیشنهادات کاربردی

5.1 مدارهای کاربردی متداول

رایج‌ترین پیکربندی مدار شامل راه‌اندازی LED مادون قرمز با یک منبع جریان ثابت یا به سادگی بیشتر، یک منبع ولتاژ در سری با یک مقاومت محدودکننده جریان (R_limit) است. R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. برای یک منبع تغذیه 5 ولت و جریان مطلوب I_F برابر 20 میلی‌آمپر، با V_F= 1.4 ولت، R_limit= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 اهم. خروجی فوتوترانزیستور معمولاً به عنوان یک سوئیچ متصل می‌شود: کلکتور از طریق یک مقاومت pull-up (R_CCload_{) به V} متصل می‌شود و امیتر به زمین وصل می‌شود. سیگنال خروجی از نود کلکتور گرفته می‌شود. هنگامی که نور به ترانزیستور می‌تابد، آن روشن می‌شود و ولتاژ کلکتور را به سطح پایین (نزدیک V_CE(SAT)) می‌کشد. هنگامی که مسیر نور مسدود می‌شود، ترانزیستور خاموش می‌شود و ولتاژ کلکتور توسط R_CCload _{به سطح بالا V} کشیده می‌شود. مقدار R_load بر سرعت سوئیچینگ و مصرف جریان تأثیر می‌گذارد؛ یک مقاومت کوچک‌تر سوئیچینگ سریع‌تر اما تلفات توان بیشتر در حالت 'روشن' را به همراه دارد.

5.2 ملاحظات طراحی

• مصونیت در برابر نور محیط:از آنجایی که دستگاه از نور مادون قرمز استفاده می‌کند، تا حدی در برابر نور محیط مرئی مصون است. با این حال، منابع قوی تابش مادون قرمز (مانند نور خورشید، لامپ‌های رشته‌ای) می‌توانند باعث تحریک کاذب شوند. استفاده از سیگنال مادون قرمز مدوله شده و تشخیص همزمان می‌تواند مصونیت را به میزان زیادی بهبود بخشد.
• هم‌راستایی:هم‌راستایی مکانیکی دقیق بین شکاف‌های فرستنده و گیرنده برای حداکثر قدرت سیگنال بسیار مهم است. ردپای PCB و روش نصب باید این هم‌راستایی را تضمین کنند.
• ویژگی‌های شیء:شیئی که پرتو را قطع می‌کند باید برای طول موج مادون قرمز مورد استفاده کدر باشد. مواد بازتابنده یا نیمه‌شفاف ممکن است به طور قابل اعتماد سنسور را تحریک نکنند.
• نیازمندی‌های سرعت:زمان‌های صعود و افت (~25 میکروثانیه) حداکثر فرکانس سوئیچینگ را تقریباً به 1/(Tr+Tf) ≈ 20 کیلوهرتز برای یک موج مربعی محدود می‌کنند، اگرچه محدودیت‌های عملی برای اطمینان از گذار کامل کمتر است.

6. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به بخشی برای "منحنی‌های مشخصات الکتریکی/نوری معمول" ارجاع می‌دهد. این نمودارها که معمولاً در چنین اسنادی گنجانده می‌شوند، نمایش تصویری از چگونگی تغییر پارامترهای کلیدی با شرایط را ارائه می‌دهند. منحنی‌های مورد انتظار شامل موارد زیر است:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I_F-V_F):رابطه نمایی برای LED مادون قرمز را نشان می‌دهد و به تعیین V_F در جریان‌های غیر از شرایط آزمایش کمک می‌کند.
• جریان کلکتور در مقابل ولتاژ کلکتور-امیتر (I_C-V_CE):خانواده‌ای از منحنی‌ها برای فوتوترانزیستور با شدت نور تابیده (یا جریان راه‌اندازی LED) به عنوان پارامتر، که مناطق اشباع و فعال را نشان می‌دهد.
• نسبت انتقال جریان (CTR) در مقابل جریان مستقیم:CTR = (I_C/ I_F) * 100%. این نمودار بازدهی کوپلینگ نوری را نشان می‌دهد که معمولاً در جریان‌های I_F.
• بسیار بالا کاهش می‌یابد._{جریان کلکتور در حالت روشن در مقابل دما (I}C(ON)_A-T):
• نشان می‌دهد که چگونه حساسیت فوتوترانزیستور با دمای محیط تغییر می‌کند، که معمولاً کاهش در دماهای بالاتر را نشان می‌دهد._CEOجریان تاریکی در مقابل دما (I_A-T):

افزایش نمایی جریان نشتی با دما را نشان می‌دهد که برای عملکرد در دمای بالا حیاتی است.

تحلیل این منحنی‌ها به طراحان اجازه می‌دهد تا نقاط کاری را بهینه کنند، مبادلات عملکرد در دماهای مختلف را درک کنند و رفتار تحت شرایط غیراستاندارد را پیش‌بینی کنند.

7. مقایسه و تمایز فنی_CEOدر مقایسه با میکروسوئیچ‌های مکانیکی، LTH-301-23P1 مزایای متمایزی ارائه می‌دهد: عدم وجود نوسان تماس، عمر عملیاتی بسیار طولانی‌تر (میلیون‌ها در مقابل هزاران چرخه)، مصونیت در برابر آلودگی ناشی از گرد و غبار یا روغن (به دلیل پکیج مهر و موم شده) و سرعت سوئیچینگ سریع‌تر. در مقایسه با سنسورهای نوری بازتابی، فوتواینتراپترهای عبوری مانند این مدل، تشخیص یکنواخت‌تر و قابل اعتمادتری ارائه می‌دهند زیرا به رنگ یا بازتابندگی شیء هدف حساسیت کمتری دارند؛ آن‌ها به سادگی حضور یا عدم حضور یک شیء در شکاف را تشخیص می‌دهند. عامل تمایز کلیدی برای این قطعه خاص، تعادل آن در بسته‌بندی استاندارد Through-Hole، رتبه‌بندی‌های الکتریکی قوی (30 ولت V_F، 50 میلی‌آمپر I

) و سرعت سوئیچینگ مشخص شده است که آن را به یک انتخاب همه‌کاره و عمومی تبدیل می‌کند.

8. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: فاصله حس‌گری یا عرض شکاف معمول چقدر است؟

ج: "فاصله" حس‌گری در واقع عرض شکاف در پکیج است. اشیاء باید از این شکاف فیزیکی عبور کنند تا پرتو را قطع کنند. نقشه ابعادی دیتاشیت عرض دقیق شکاف را ارائه می‌دهد.

س: آیا می‌توانم LED مادون قرمز را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟

ج: احتمالاً بله، اما باید قابلیت تامین جریان پایه را بررسی کنید. یک پایه معمولی MCU می‌تواند 20-25 میلی‌آمپر تامین کند که با شرایط آزمایش مطابقت دارد. با این حال، شما حتماً باید یک مقاومت سری محدودکننده جریان را طبق محاسبات موجود در یادداشت‌های کاربردی اضافه کنید. راه‌اندازی LED بدون مقاومت احتمالاً هم LED و هم پایه MCU را از بین می‌برد.

س: چگونه خروجی فوتوترانزیستور را به یک میکروکنترلر اینترفیس کنم؟_CCج: ساده‌ترین روش استفاده از فوتوترانزیستور به عنوان یک ورودی دیجیتال است. کلکتور را به پایه I/O دیجیتال MCU (که معمولاً دارای یک مقاومت pull-up داخلی است که می‌تواند فعال شود) و همچنین از طریق یک مقاومت pull-up خارجی (مثلاً 10 کیلواهم) به V_CC used.

متصل کنید. امیتر به زمین وصل می‌شود. هنگامی که پرتو قطع نشده است، ترانزیستور روشن است و پایه را LOW می‌کشد. هنگامی که قطع می‌شود، پایه HIGH کشیده می‌شود. اطمینان حاصل کنید که سطوح ولتاژ ورودی MCU با V

سازگار است._Lس: چه عواملی بر سرعت سوئیچینگ تأثیر می‌گذارند؟_Fج: زمان‌های ذاتی صعود/افت فوتوترانزیستور (~25 میکروثانیه) محدودیت اصلی هستند. با این حال، عوامل مداری می‌توانند آن را بیشتر کند کنند. یک مقاومت بار بزرگ (R_L.

) ثابت زمانی RC را برای شارژ/دشارژ هر خازن پارازیتی افزایش می‌دهد و زمان صعود را کند می‌کند. به طور مشابه، راه‌اندازی LED مادون قرمز با جریان بیش از حد می‌تواند به دلیل اثرات ذخیره حامل، خاموش شدن کندتری را ایجاد کند. برای حداکثر سرعت، از جریان I

توصیه شده و یک مقاومت R

نسبتاً کوچک استفاده کنید.

9. اصل عملکرد