دیتاشیت LTH-301-32 فوتواینتراپتر - سوئیچ نوری شیاردار - ولتاژ کلکتور-امیتر 30 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTH-301-32 یک سوئیچ نوری شیاردار است که معمولاً با نام فوتواینتراپتر شناخته می‌شود. این یک دستگاه حسگر بدون تماس است که یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) و یک فوتوترانزیستور را در یک پکیج واحد ترکیب کرده و توسط یک شکاف فیزیکی از هم جدا شده‌اند. عملکرد اصلی آن تشخیص حضور یا عدم حضور یک جسم (مانند یک پره یا پرچم) است که از این شیار عبور کرده و پرتو نور مادون قرمز را قطع می‌کند. این ویژگی آن را برای کاربردهایی که نیازمند حسگر موقعیت، سوئیچ محدودیت یا تشخیص جسم بدون تماس فیزیکی هستند، ایده‌آل می‌سازد و در نتیجه سایش مکانیکی را حذف کرده و امکان عملکرد با سرعت بالا را فراهم می‌کند.

این دستگاه برای نصب مستقیم روی بردهای مدار چاپی (PCB) یا در سوکت‌های استاندارد دو ردیفه (DIP) طراحی شده است که انعطاف‌پذیری در مونتاژ و یکپارچه‌سازی را ارائه می‌دهد. مزایای اصلی آن شامل سوئیچینگ قابل اعتماد بدون تماس، مصونیت در برابر نویز مکانیکی و زمان پاسخ سریع مناسب برای سیستم‌های دیجیتال است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• جریان پیوسته مستقیم دیود مادون قرمز (I_F)): 60 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان حالت پایدار است که می‌توان از طریق LED مادون قرمز عبور داد.
• ولتاژ معکوس دیود مادون قرمز (V_R)): 5 ولت. تجاوز از این ولتاژ بایاس معکوس در سراسر LED می‌تواند باعث شکست شود.
• جریان کلکتور ترانزیستور (I_C)): 20 میلی‌آمپر. حداکثر جریان پیوسته‌ای که کلکتور فوتوترانزیستور خروجی می‌تواند تحمل کند.
• توان تلف شده ترانزیستور (P_D)): 75 میلی‌وات. حداکثر توانی که فوتوترانزیستور می‌تواند تلف کند، که به صورت V_CE* I_C.
• محاسبه می‌شود.جریان پیک مستقیم دیود مادون قرمز: 1 آمپر (عرض پالس = 10 میکروثانیه، 300 پالس در ثانیه). این امکان پالس‌های جریان بالا و کوتاه را برای دستیابی به خروجی نوری لحظه‌ای بیشتر فراهم می‌کند که برای مصونیت در برابر نویز مفید است، اما چرخه وظیفه باید به شدت رعایت شود.
• توان تلف شده دیود: 100 میلی‌وات. حداکثر توانی که LED مادون قرمز می‌تواند تلف کند (V_F* I_F).
• ولتاژ کلکتور-امیتر فوتوترانزیستور (V_CEO)): 30 ولت. حداکثر ولتاژی که می‌توان بین کلکتور و امیتر فوتوترانزیستور اعمال کرد.
• ولتاژ امیتر-کلکتور فوتوترانزیستور (V_ECO)): 5 ولت. حداکثر ولتاژ معکوس بین امیتر و کلکتور.
• محدوده دمای عملیاتی: 25- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیط برای عملکرد قابل اعتماد.
• محدوده دمای نگهداری: 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها: 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه. این محدودیت‌های پروفیل لحیم‌کاری مجدد یا دستی را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس مشخص شده و عملکرد عملیاتی معمول را تعریف می‌کنند.

2.2.1 مشخصات LED ورودی

• ولتاژ مستقیم (V_F)): 1.2 ولت (حداقل)، 1.6 ولت (معمول) در I_F= 20 میلی‌آمپر. این افت ولتاژ در سراسر LED مادون قرمز هنگام راه‌اندازی با جریان عملیاتی معمول است. یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با LED مورد نیاز است.
• جریان معکوس (I_R)): 100 میکروآمپر (حداکثر) در V_R= 5 ولت. جریان نشتی کوچک هنگامی که LED در بایاس معکوس قرار دارد.

2.2.2 مشخصات فوتوترانزیستور خروجی

• ولتاژ شکست کلکتور-امیتر (V_(BR)CEO)): 30 ولت (حداقل). با مقدار حداکثر مطلق مرتبط است.
• ولتاژ شکست امیتر-کلکتور (V_(BR)ECO)): 5 ولت (حداقل).
• جریان تاریک کلکتور-امیتر (I_CEO)): 100 نانوآمپر (حداکثر) در V_CE=10 ولت. این جریان نشتی فوتوترانزیستور زمانی است که هیچ نوری به آن نمی‌تابد (یعنی شیار مسدود است). این جریان سطح سیگنال "حالت خاموش" را تعیین می‌کند.

2.2.3 مشخصات کوپلر (سیستم)

این پارامترها رفتار ترکیبی LED و فوتوترانزیستور را توصیف می‌کنند.

• ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (V_CE(SAT))): 0.4 ولت (حداکثر) در I_C=0.2 میلی‌آمپر و I_F=20 میلی‌آمپر. این ولتاژ در سراسر فوتوترانزیستور زمانی است که کاملاً "روشن" است (نور بدون مانع). V_CE(SAT) پایین‌تر برای اتصال به مدارهای منطقی بهتر است.
• جریان کلکتور در حالت روشن (I_C(ON))): 0.6 میلی‌آمپر (حداقل) در V_CE=5 ولت و I_F=20 میلی‌آمپر. این حداقل جریان نوری تولید شده زمانی است که مسیر نور باز است. جریان واقعی می‌تواند بیشتر باشد و به جریان راه‌اندازی LED و بهره دستگاه بستگی دارد.
• زمان پاسخ: این سرعت سوئیچینگ را تعریف می‌کند.
  • زمان صعود (t_r)): 3 میکروثانیه (معمول)، 15 میکروثانیه (حداکثر). زمان لازم برای خروجی تا از 10% به 90% مقدار نهایی خود برسد هنگامی که پرتو نور مسدود نیست.
  • زمان افت (t_f)): 4 میکروثانیه (معمول)، 20 میکروثانیه (حداکثر). زمان لازم برای خروجی تا از 90% به 10% مقدار نهایی خود برسد هنگامی که پرتو نور مسدود می‌شود.
  این زمان‌ها تحت شرایط خاصی اندازه‌گیری شده‌اند (V_CE=5 ولت، I_C=2 میلی‌آمپر، R_L=100 اهم) و حداکثر فرکانس تشخیص جسم را تعیین می‌کنند.

3. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های عملکرد معمول اشاره می‌کند که روابط کلیدی را به صورت گرافیکی نشان می‌دهند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، محتوای معمول و تفسیر آنها به شرح زیر است:

3.1 مشخصات انتقال

یک نمودار از جریان کلکتور خروجی (I_C) در مقابل جریان مستقیم LED ورودی (I_F) در یک ولتاژ ثابت کلکتور-امیتر (مثلاً V_CE=5 ولت). این منحنی روند نسبت انتقال جریان (CTR) را نشان می‌دهد که نسبت I_C/ I_F است. این به طراحان کمک می‌کند تا جریان راه‌اندازی LED مناسب را برای دستیابی به سطح جریان خروجی مطلوب برای یک بار یا آستانه منطقی معین انتخاب کنند.

3.2 وابستگی دما

منحنی‌هایی که نشان می‌دهند پارامترهایی مانند I_C(ON)و جریان تاریک (I_CEO) چگونه در محدوده دمای عملیاتی (25- تا 85+ درجه سلسیوس) تغییر می‌کنند. بهره فوتوترانزیستور معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد، در حالی که جریان تاریک افزایش می‌یابد. درک این تغییرات برای طراحی سیستم‌های پایدار در کل محدوده دما حیاتی است و اغلب نیاز به حاشیه در I_Fانتخاب شده و سطوح تشخیص آستانه دارد.

3.3 ولتاژ اشباع خروجی

یک نمودار از V_CE(SAT)در مقابل I_Cبرای مقادیر مختلف I_F. این برای تعیین حداقل افت ولتاژ هنگامی که ترانزیستور روشن است ضروری است و سازگاری با خانواده‌های منطقی ولتاژ پایین را تضمین می‌کند.

4. اطلاعات مکانیکی و پکیج

4.1 ابعاد پکیج

LTH-301-32 در یک پکیج استاندارد و فشرده به سبک DIP عرضه می‌شود. نکات ابعادی کلیدی از دیتاشیت:

• همه ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند، با اینچ در پرانتز.
• تلرانس پیش‌فرض ±0.25 میلی‌متر (±0.010 اینچ) است مگر اینکه یک ویژگی خاص مشخصه متفاوتی داشته باشد.

پکیج دارای بدنه قالب‌گیری شده با یک شیار دقیق است. پایه‌ها روی فاصله استاندارد 0.1 اینچ (2.54 میلی‌متر) قرار دارند که با سوکت‌های DIP و طرح‌های PCB سازگار است. طول، عرض، ارتفاع، عرض شیار و موقعیت پایه‌ها دقیقاً در نقشه ابعادی ارجاع داده شده در دیتاشیت تعریف شده‌اند.

4.2 شناسایی قطبیت

برای عملکرد صحیح، شناسایی صحیح پایه‌ها بسیار مهم است. پکیج از علامت‌گذاری استاندارد استفاده می‌کند: کاتد LED مادون قرمز و امیتر فوتوترانزیستور معمولاً به یک پایه مشترک متصل هستند یا مجاور هم هستند. باید به نمودار پایه‌ها در دیتاشیت مراجعه کرد تا موارد زیر شناسایی شوند:

1. آند LED مادون قرمز.
2. کاتد LED مادون قرمز.
3. کلکتور فوتوترانزیستور.
4. امیتر فوتوترانزیستور.

اتصال نادرست می‌تواند از عملکرد جلوگیری کند یا به دستگاه آسیب برساند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 پروفیل لحیم‌کاری

مقدار حداکثر مطلق، لحیم‌کاری پایه‌ها را در دمای 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه پلاستیکی مشخص می‌کند. این یک پارامتر حیاتی برای لحیم‌کاری موجی یا دستی است.

• لحیم‌کاری مجدد: اگر در فرآیند لحیم‌کاری مجدد استفاده می‌شود، معمولاً یک پروفیل با حداکثر دمای بیش از 260 درجه سلسیوس و زمان بالای 240 درجه سلسیوس (T_L) کمتر از 10 ثانیه توصیه می‌شود. بدنه پلاستیکی به تنش حرارتی حساس است.
• لحیم‌کاری دستی: از هویه کنترل دمایی استفاده کنید. حرارت را به پایه اعمال کنید، نه به بدنه، و اتصال را در عرض 3-5 ثانیه برای هر پایه کامل کنید تا از نفوذ حرارت به داخل پکیج جلوگیری شود.

5.2 تمیزکاری و جابجایی

فرآیندهای استاندارد تمیز کردن PCB با استفاده از ایزوپروپیل الکل یا حلال‌های مشابه معمولاً قابل قبول هستند. از تمیزکاری اولتراسونیک خودداری کنید مگر اینکه تأیید شده باشد، زیرا ممکن است باعث ایجاد ترک‌های ریز در پلاستیک یا اتصال داخلی تراشه شود. دستگاه را از بدنه جابجا کنید، نه از پایه‌ها، تا از تنش مکانیکی روی درز جلوگیری شود.

5.3 شرایط نگهداری

در یک محیط خشک و ضد استاتیک در محدوده دمای نگهداری مشخص شده (40- تا 100+ درجه سلسیوس) نگهداری کنید. سطح حساسیت به رطوبت (MSL) در متن ارائه شده به صراحت ذکر نشده است، اما برای نگهداری بلندمدت، نگه داشتن قطعات در کیسه‌های اصلی ممانعت از رطوبت یک روش خوب است.

6. پیشنهادات کاربردی

6.1 مدارهای کاربردی معمول

رایج‌ترین پیکربندی استفاده از فوتواینتراپتر به عنوان یک سوئیچ دیجیتال است.

1. مدار راه‌اندازی LED: یک مقاومت محدودکننده جریان (R_LIMIT) به صورت سری با LED مادون قرمز متصل می‌شود. R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F. برای منبع تغذیه 5 ولت و I_F=20 میلی‌آمپر، R_LIMIT≈ (5 ولت - 1.6 ولت) / 0.02 آمپر = 170 اهم (از مقدار استاندارد 180 اهم استفاده کنید).
2. مدار خروجی فوتوترانزیستور: فوتوترانزیستور را می‌توان در دو پیکربندی رایج استفاده کرد:
   • پیکربندی مقاومت Pull-up: یک مقاومت (R_LOAD) را از کلکتور به V_CCمتصل کنید. امیتر به زمین متصل است. خروجی از کلکتور گرفته می‌شود. هنگامی که نور مسدود می‌شود، ترانزیستور خاموش است و خروجی به بالا کشیده می‌شود (V_CC). هنگامی که نور وجود دارد، ترانزیستور روشن می‌شود و خروجی را به پایین می‌کشد (نزدیک به V_CE(SAT)). مقدار R_LOADبر اساس I_Cو سرعت مورد نظر انتخاب می‌شود؛ مقادیر 1 کیلواهم تا 10 کیلواهم رایج است.
   • پیکربندی جریان به ولتاژ: فوتوترانزیستور را در یک پیکربندی امیتر مشترک با یک تقویت‌کننده عملیاتی در یک تنظیمات ترانس‌امپدانس متصل کنید تا جریان نوری را به یک ولتاژ دقیق تبدیل کند. این برای حسگر آنالوگ استفاده می‌شود.

6.2 ملاحظات طراحی

• مصونیت در برابر نویز: برای محیط‌های دارای نور محیط (به ویژه مادون قرمز)، از سیگنال راه‌اندازی LED مدوله شده و تشخیص همزمان استفاده کنید، یا اطمینان حاصل کنید که شیار به صورت فیزیکی محافظت شده است.
• حذف نویز مکانیکی: در حالی که خود دستگاه نویز مکانیکی ندارد، سیگنال خروجی ممکن است در صورت لرزش جسم حس شده در شیار نیاز به حذف نویز مکانیکی نرم‌افزاری داشته باشد.
• جنس جسم: جسمی که پرتو را قطع می‌کند باید برای نور مادون قرمز کدر باشد. مواد نازک یا نیمه‌شفاف ممکن است به طور قابل اعتماد تشخیص داده نشوند.
• تراز: تراز مکانیکی دقیق جسمی که از شیار عبور می‌کند برای عملکرد یکنواخت ضروری است.

6.3 سناریوهای کاربردی رایج

• پرینترها و کپی‌برها: تشخیص اتمام کاغذ، حسگر سطح تونر، بازگشت به موقعیت اولیه کالسکه.
• اتوماسیون صنعتی: سوئیچ‌های محدودیت روی عملگرهای خطی، تشخیص حضور قطعه روی نوار نقاله، حسگر پره روی شفت‌های دوار (تاکومتر).
• الکترونیک مصرفی:
• سیستم‌های امنیتی: حسگر موقعیت درب/پنجره.
• دستگاه‌های فروش خودکار: تأیید تحویل سکه یا محصول.

7. مقایسه فنی و راهنمای انتخاب

هنگام انتخاب یک فوتواینتراپتر، عوامل تفکیک‌کننده کلیدی شامل موارد زیر است:

• عرض شیار و فاصله: اندازه جسمی که می‌تواند حس شود را تعیین می‌کند. LTH-301-32 دارای ابعاد شیار خاصی است.
• نوع خروجی: فوتوترانزیستور (همانطور که اینجا است) در مقابل فوتودارلینگتون (بهره بالاتر، سرعت کمتر) در مقابل خروجی منطقی (تریگر اشمیت داخلی).
• نسبت انتقال جریان (CTR): CTR بالاتر جریان خروجی بیشتری برای یک جریان ورودی معین فراهم می‌کند و امکان استفاده از مقاومت‌های Pull-up با مقدار بالاتر یا کابل‌های طولانی‌تر را فراهم می‌کند.
• سرعت (t_r, t_f): برای کاربردهای شمارش یا رمزگذاری با سرعت بالا حیاتی است.
• پکیج و نصب: نصب از طریق سوراخ (DIP) در مقابل نصب سطحی (SMD). LTH-301-32 یک دستگاه نصب از طریق سوراخ است.
• ولتاژ عملیاتی: V_(BR)CEO برابر 30 ولت به آن اجازه می‌دهد تا با طیف وسیعی از ولتاژهای تغذیه، از سیستم‌های 3.3 ولت تا 24 ولت، ارتباط برقرار کند.

LTH-301-32 خود را به عنوان یک دستگاه قابل اعتماد و همه‌کاره با مجموعه‌ای متعادل از ویژگی‌ها معرفی می‌کند که برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای حسگر دیجیتال با سرعت متوسط مناسب است.

8. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

8.1 هدف از مقدار حداکثر جریان مستقیم پیک برای LED چیست؟

مقدار پیک 1 آمپر به LED اجازه می‌دهد تا با جریانی بسیار بالاتر از مقدار DC آن (60 میلی‌آمپر) پالس‌دهی شود. این می‌تواند برای تولید یک پالس نوری درخشان‌تر استفاده شود، که نسبت سیگنال به نویز را در محیط‌های پرنویز بهبود می‌بخشد یا امکان چرخه وظیفه پایین‌تر برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی را فراهم می‌کند. محدودیت‌های سختگیرانه روی عرض پالس (10 میکروثانیه) و نرخ تکرار (300 پالس در ثانیه) باید رعایت شوند تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.

8.2 چگونه مقدار مقاومت Pull-up (R_LOAD) را انتخاب کنم؟

انتخاب شامل یک مصالحه بین مصرف انرژی، سرعت سوئیچینگ و مصونیت در برابر نویز است. یک مقاومت کوچکتر (مثلاً 1 کیلواهم) زمان‌های صعود سریع‌تری فراهم می‌کند (ثابت زمانی RC کمتر) و مصونیت بهتری در برابر نویز دارد اما هنگامی که ترانزیستور روشن است جریان بیشتری می‌کشد (I_C= V_CC/R_LOAD). یک مقاومت بزرگتر (مثلاً 10 کیلواهم) در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کند اما کندتر است و در برابر نویز آسیب‌پذیرتر است. اطمینان حاصل کنید که R_LOADانتخاب شده، در حداقل ولتاژ تغذیه، هنوز اجازه می‌دهد I_Cکافی برای کشیدن خروجی به زیر آستانه منطقی پایین مدار گیرنده، با در نظر گرفتن حداقل I_C(ON) specification.

باشد._L8.3 چرا زمان پاسخ با یک مقاومت بار (R

=100 اهم) مشخص شده است؟_{سرعت سوئیچینگ فوتوترانزیستور توسط ظرفیت پیوند آن و مقاومتی که از طریق آن شارژ/دشارژ می‌شود محدود می‌شود. مشخص کردن آن با یک مقاومت بار کوچک (100 اهم) حد سرعت ذاتی دستگاه را نشان می‌دهد. در یک مدار واقعی با یک مقاومت Pull-up بزرگتر، زمان صعود به دلیل ثابت زمانی RC بزرگتر کندتر خواهد بود (t}rise_LOAD≈ R

* C). زمان افت عمدتاً توسط بازترکیب حامل‌های داخلی دستگاه کنترل می‌شود و کمتر به مقاومت خارجی وابسته است.

8.4 دما چگونه بر عملکرد تأثیر می‌گذارد؟

• با افزایش دما:_{بهره فوتوترانزیستور (و در نتیجه I}C(ON)_F) کاهش می‌یابد. ممکن است نیاز به افزایش I
• برای جبران داشته باشید._CEOجریان تاریک (I
• ) افزایش می‌یابد. این سطح ولتاژ "خاموش" را بالا می‌برد و در صورت تنظیم بیش از حد تنگ آستانه تشخیص، ممکن است باعث تحریک کاذب شود._Fولتاژ مستقیم LED (V

) کمی کاهش می‌یابد._{طرح‌ها برای محدوده‌های دمایی گسترده باید این تغییرات را در نظر بگیرند، اغلب با کاهش رتبه I}C(ON)_CEO.

قابل استفاده و اجازه حاشیه برای I

تاریک.

9. اصل عملکرد

یک فوتواینتراپتر بر اساس اصل کوپلینگ الکترونیک نوری عمل می‌کند. دستگاه شامل دو جزء جداگانه در یک محفظه است: یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IR LED) و یک فوتوترانزیستور سیلیکونی. آن‌ها در مقابل یکدیگر و در دو طرف یک شکاف هوا (شیار) قرار دارند. هنگامی که به LED مادون قرمز برق اعمال می‌شود، نور نامرئی مادون قرمز ساطع می‌کند. این نور از عرض شیار عبور کرده و به ناحیه بیس فوتوترانزیستور برخورد می‌کند. فوتون‌ها جفت‌های الکترون-حفره در بیس تولید می‌کنند که به عنوان جریان بیس عمل کرده و ترانزیستور را روشن می‌کنند. این اجازه می‌دهد تا یک جریان کلکتور بسیار بزرگتر جریان یابد که توسط مدار خارجی محدود می‌شود.

هنگامی که یک جسم کدر در شیار قرار می‌گیرد، مسیر نور را مسدود می‌کند. تولید نوری جریان بیس متوقف می‌شود و فوتوترانزیستور خاموش می‌شود و جریان کلکتور را متوقف می‌کند. بنابراین، حالت الکتریکی خروجی (روشن/خاموش) مستقیماً توسط حالت مکانیکی شیار (باز/مسدود) کنترل می‌شود، بدون هیچ تماس الکتریکی بین ورودی (سمت LED) و خروجی (سمت ترانزیستور). این جداسازی الکتریکی عالی، معمولاً در محدوده صدها تا هزاران ولت را فراهم می‌کند.

• 10. روندها و زمینه صنعتفوتواینتراپترهایی مانند LTH-301-32 نمایانگر یک فناوری حسگر بالغ و اساسی هستند. روندهای کلیدی تأثیرگذار بر این بخش شامل موارد زیر است:
• کوچک‌سازی:
• : تقاضای قوی برای پکیج‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) کوچکتر برای صرفه‌جویی در فضای PCB در الکترونیک مدرن.یکپارچه‌سازی
• سرعت بالاتر: توسعه دستگاه‌هایی با زمان پاسخ سریع‌تر (محدوده نانوثانیه) برای کاربردهای رمزگذار با وضوح بالا و ارتباطات داده.
• دقت بهبود یافته: تلرانس‌های تنگ‌تر روی ابعاد شیار و تراز نوری برای حسگر موقعیت دقیق‌تر.

فناوری‌های جایگزین