LTH-301-05 फोटोइंटरप्टर स्पेसिफिकेशन शीट - नॉन-कॉन्टैक्ट स्विच - तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

LTH-301-05 एक रिफ्लेक्टिव फोटोइंटरप्टर है, जो एक ऐसा ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक घटक है जिसमें एक इन्फ्रारेड लाइट एमिटिंग डायोड (IR LED) और एक फोटोट्रांजिस्टर एक कॉम्पैक्ट पैकेज में एकीकृत होते हैं। इसका प्राथमिक कार्य बिना किसी भौतिक संपर्क के वस्तुओं की उपस्थिति या अनुपस्थिति का पता लगाना है, जिससे एक संपर्क रहित स्विचिंग क्रिया प्राप्त होती है। इस उपकरण का मुख्य लाभ इसकी विश्वसनीयता और लंबी सेवा जीवन है, क्योंकि यह पारंपरिक स्विच से जुड़े यांत्रिक घर्षण को समाप्त कर देता है। इसे सीधे प्रिंटेड सर्किट बोर्ड पर माउंट करने या डुअल इन-लाइन पैकेज सॉकेट का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो असेंबली में लचीलापन प्रदान करता है। इसकी तीव्र स्विचिंग गति इसे उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती है जिनमें त्वरित पहचान की आवश्यकता होती है, जैसे प्रिंटर, कॉपियर, वेंडिंग मशीन और औद्योगिक स्वचालन उपकरण जिनमें स्थिति संवेदन, वस्तु गिनती या एज डिटेक्शन की आवश्यकता होती है।

2. गहन तकनीकी मापदंड विश्लेषण

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

ये रेटिंग उन सीमित स्थितियों को परिभाषित करती हैं जो डिवाइस को स्थायी क्षति पहुँचा सकती हैं और निरंतर संचालन के लिए लागू नहीं होती हैं। महत्वपूर्ण पैरामीटर में शामिल हैं:

• इन्फ्रारेड डायोड निरंतर फॉरवर्ड करंट (I_F)): 60 mA. यह एलईडी के माध्यम से प्रवाहित होने वाली अधिकतम स्थिर-अवस्था धारा है।
• इन्फ्रारेड डायोड पीक फॉरवर्ड करंट: 1 A (10 μs पल्स चौड़ाई और 300 पल्स प्रति सेकंड के लिए)। यह संकेत पहचान क्षमता बढ़ाने के लिए अल्पकालिक उच्च-तीव्रता वाले पल्स की अनुमति देता है।
• फोटोट्रांजिस्टर कलेक्टर करंट (I_C)): 20 mA। आउटपुट ट्रांजिस्टर द्वारा संभाला जा सकने वाला अधिकतम करंट।
• फोटोट्रांजिस्टर कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज (V_CEO)): 30 V. फोटोट्रांजिस्टर के कलेक्टर और एमिटर के बीच लागू की जा सकने वाली अधिकतम वोल्टेज।
• कार्य तापमान सीमा-25°C से +85°C। यह डिवाइस की विश्वसनीय कार्यशील परिवेश तापमान सीमा को परिभाषित करता है।
• पिन सोल्डरिंग तापमानकेस से 1.6 मिमी की दूरी पर, 260°C पर 5 सेकंड के लिए। थर्मल क्षति को रोकने के लिए असेंबली में यह महत्वपूर्ण है।

2.2 विद्युत एवं प्रकाशीय विशेषताएँ

ये मापदंड परिवेश तापमान (T_A) 25°C पर लिए गए हैं, जो डिवाइस की विशिष्ट प्रदर्शन क्षमता को परिभाषित करते हैं।

2.2.1 इनपुट (इन्फ्रारेड LED) विशेषताएँ

• Forward voltage (V_F)): At a forward current (I_F) of 20 mA, the typical value is 1.2V to 1.6V. This is the voltage drop across the LED when it is lit.
• Reverse current (I_R)): At a reverse voltage (V_Rजब 5V होता है, तो अधिकतम 100 μA। यह LED के रिवर्स बायस होने पर छोटी लीकेज करंट को दर्शाता है।

2.2.2 आउटपुट (फोटोट्रांजिस्टर) विशेषताएँ

• कलेक्टर-एमिटर ब्रेकडाउन वोल्टेज (V_(BR)CEO)): न्यूनतम 30V. यह वह वोल्टेज है जब ट्रांजिस्टर का बेस खुला होने पर ब्रेकडाउन होता है।
• कलेक्टर-एमिटर डार्क करंट (I_CEO)): V_CE=10V पर, अधिकतम 100 nA। यह प्रकाश ट्रांजिस्टर का लीकेज करंट है जब कोई प्रकाश आपतित नहीं हो रहा होता (यानी "ऑफ" अवस्था)। कम डार्क करंट मान अच्छे स्विचिंग अवस्था कंट्रास्ट प्राप्त करने में सहायक होता है।

2.2.3 कपलर (संयोजन) विशेषताएँ

ये पैरामीटर LED और प्रकाश ट्रांजिस्टर के संयुक्त रूप से कार्य करने के व्यवहार का वर्णन करते हैं।

• कलेक्टर-एमिटर संतृप्ति वोल्टेज (V_CE(SAT))): जब फोटोट्रांजिस्टर पूरी तरह से चालू होता है (I_C=0.25mA, I_F=20mA), अधिकतम 0.4V। कम संतृप्ति वोल्टेज डिजिटल लॉजिक इंटरफेस के लिए अनुकूल है।
• चालू अवस्था कलेक्टर धारा (I_C(ON))): जब एलईडी को चालित किया जाता है (I_F=20mA) और V_CE=5V हो, तो न्यूनतम 0.5 mA। यह उत्पन्न प्रकाश धारा है, जो आउटपुट सिग्नल की तीव्रता निर्धारित करती है।
• प्रतिक्रिया समययह आउटपुट के इनपुट प्रकाश में परिवर्तन के प्रति प्रतिक्रिया की गति को परिभाषित करता है।
  • उदय काल (t_r)): विशिष्ट मान 3 μs, अधिकतम मान 15 μs। जब LED चालू होता है, तो आउटपुट धारा को अपने अंतिम मान के 10% से 90% तक बढ़ने में लगने वाला समय।
  • पतन काल (t_f)): विशिष्ट मान 4 μs, अधिकतम मान 20 μs। जब LED बंद होता है, तो आउटपुट धारा को अपने प्रारंभिक मान के 90% से 10% तक गिरने में लगने वाला समय।

3. यांत्रिक और पैकेजिंग जानकारी

3.1 पैकेज आयाम

यह डिवाइस एक मानक चार-पिन थ्रू-होल पैकेज में आता है। विशिष्ट आयाम स्पेसिफिकेशन शीट ड्राइंग में प्रदान किए गए हैं। प्रमुख नोट्स में शामिल हैं:

• सभी आयाम मिलीमीटर में हैं, कोष्ठक में इंच दिए गए हैं।
• जब तक अन्यथा विशेष रूप से निर्दिष्ट न किया जाए, मानक सहनशीलता ±0.25mm (±0.010") है।
• यह पैकेज डिज़ाइन वेव सोल्डरिंग या हैंड सोल्डरिंग प्रक्रिया के दौरान स्थिरता बनाए रखने के लिए है।

3.2 ध्रुवीयता पहचान

सही दिशा अत्यंत महत्वपूर्ण है। डेटाशीट आरेख इन्फ्रारेड LED के एनोड और कैथोड पिन, साथ ही फोटोट्रांजिस्टर के कलेक्टर और एमिटर पिन को स्पष्ट रूप से दर्शाता है। घटक को गलत तरीके से लगाने से यह काम न करे या स्थायी रूप से क्षतिग्रस्त हो सकता है।

4. वेल्डिंग और असेंबली गाइड

सही संचालन घटक की विश्वसनीयता और लंबी सेवा जीवन सुनिश्चित करता है।

• वेल्डिंग: पिन 260°C के अधिकतम तापमान पर वेल्ड की जा सकती है, लेकिन इस उच्च तापमान का प्रयोग 5 सेकंड से अधिक समय तक नहीं किया जाना चाहिए। प्लास्टिक आवरण के पिघलने या विकृत होने से बचाने के लिए, उससे निर्दिष्ट दूरी (1.6mm / 0.063") बनाए रखनी चाहिए।
• सफाईउपकरण की प्लास्टिक सामग्री के साथ संगत उपयुक्त विलायक का उपयोग करें। अल्ट्रासोनिक सफाई के लिए ऐसी विशिष्ट आवृत्तियों के उपयोग से बचें जो आंतरिक तनाव या दरार पैदा कर सकती हैं।
• भंडारण की स्थितिप्रदर्शन बनाए रखने के लिए, उपकरण को -40°C से +100°C तापमान सीमा और कम आर्द्रता वाले वातावरण में संग्रहित किया जाना चाहिए, और इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज क्षति को रोकने के लिए एंटी-स्टैटिक पैकेजिंग का उपयोग करना बेहतर है।

5. अनुप्रयोग सुझाव

5.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

• प्रिंटर/कॉपी मशीन में कागज का पता लगानाकागज अटकने, कागज खत्म होने या एक से अधिक कागज फीड होने की स्थिति का पता लगाना।
• वस्तु गणनाकन्वेयर बेल्ट या च्यूट पर वस्तुओं की गणना करना।
• स्थिति/गति संवेदनमोटर के घूर्णन स्थिति या गति निर्धारित करने के लिए एनकोडर डिस्क पर स्लिट्स का पता लगाना।
• वेंडिंग मशीनसिक्कों के पारित होने या उत्पाद वितरण की पुष्टि करना।
• सुरक्षा प्रणाली: आक्रमण का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले बीम ब्लॉकिंग सेंसर के एक भाग के रूप में।

5.2 डिज़ाइन ध्यान देने योग्य बातें

• LED करंट लिमिटिंग: इन्फ्रारेड LED के साथ सीरीज़ में एक रेसिस्टर का उपयोग करके फॉरवर्ड करंट (I_F) को सुरक्षित मान, आमतौर पर 10mA से 20mA के बीच, सीमित करना आवश्यक है ताकि आउटपुट सिग्नल की ताकत और डिवाइस के जीवनकाल में संतुलन बना रहे। रेसिस्टर मान की गणना फॉर्मूला R = (V_CC- V_F) / I_F.
• गणना।फोटोट्रांजिस्टर बायसिंग_CC: आमतौर पर फोटोट्रांजिस्टर के कलेक्टर और सकारात्मक बिजली आपूर्ति वोल्टेज (V
• ) के बीच एक पुल-अप रेसिस्टर जोड़ने की आवश्यकता होती है। एमिटर ग्राउंडेड होता है। इस रेसिस्टर का मान (आमतौर पर 1kΩ से 10kΩ के बीच) और बिजली आपूर्ति वोल्टेज आउटपुट वोल्टेज स्विंग और प्रतिक्रिया गति निर्धारित करते हैं। छोटा रेसिस्टर तेज प्रतिक्रिया प्रदान करता है, लेकिन आउटपुट वोल्टेज स्विंग कम होता है (और चालू अवस्था में बिजली की खपत अधिक होती है)।परिवेशी प्रकाश हस्तक्षेप प्रतिरोध
• चूंकि यह उपकरण अवरक्त प्रकाश का उपयोग करता है, यह दृश्य परिवेश प्रकाश के प्रति कुछ प्रतिरक्षा रखता है। हालांकि, तीव्र अवरक्त विकिरण स्रोत (जैसे सूर्य का प्रकाश या तापदीप्त बल्ब) गलत ट्रिगर का कारण बन सकते हैं। मॉड्यूलेटेड अवरक्त सिग्नल और डिमॉड्यूलेशन सर्किट का उपयोग करके शोर प्रतिरोधक क्षमता को काफी बढ़ाया जा सकता है।गैप और रिफ्लेक्टिविटी

संवेदन दूरी और सिग्नल शक्ति लक्ष्य वस्तु की रिफ्लेक्टिविटी और सेंसर तथा वस्तु के बीच गैप की चौड़ाई पर निर्भर करती है। गहरे रंग की, गैर-परावर्तक वस्तुएं कमजोर सिग्नल उत्पन्न करती हैं।

6. कार्य सिद्धांत

LTH-301-05 एक सरल प्रकाशिक सिद्धांत पर कार्य करता है। आंतरिक इन्फ्रारेड LED एक इन्फ्रारेड प्रकाश किरण उत्सर्जित करता है। LED के विपरीत एक फोटोट्रांजिस्टर है। "अवरोध-मुक्त" स्थिति में, यह प्रकाश एक छोटे अंतराल से होकर फोटोट्रांजिस्टर पर पड़ता है, जिससे वह संचालित (चालू) हो जाता है। जब कोई वस्तु इस अंतराल में डाली जाती है, तो वह इन्फ्रारेड प्रकाश को अवरुद्ध कर देती है। जब फोटोट्रांजिस्टर पर कोई प्रकाश नहीं पड़ता, तो वह संचालन बंद कर देता है (बंद)। बाहरी सर्किट फोटोट्रांजिस्टर की इस विद्युतीय अवस्था में परिवर्तन (संचालन से असंचालन, या इसके विपरीत) का पता लगाता है, और इस प्रकार वस्तु की उपस्थिति दर्ज करता है। फोटोट्रांजिस्टर मूल रूप से प्रकाश की तीव्रता द्वारा नियंत्रित एक धारा स्रोत है।

7. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

• डेटाशीट में विशिष्ट विशेषता वक्र शामिल होते हैं, जो विस्तृत डिज़ाइन विश्लेषण के लिए अमूल्य हैं। हालांकि विशिष्ट ग्राफ़ पाठ में पुन: प्रस्तुत नहीं किए गए हैं, लेकिन वे आम तौर पर निम्नलिखित संबंधों को दर्शाते हैं:_FLED की फॉरवर्ड करंट बनाम फॉरवर्ड वोल्टेज संबंध (I_F-V）
• : एक गैर-रैखिक संबंध दिखाता है, जो विभिन्न ऑपरेटिंग करंट पर सटीक वोल्टेज ड्रॉप निर्धारित करने में सहायक होता है।_Cफोटोट्रांजिस्टर का कलेक्टर करंट बनाम कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज संबंध (I_CE-V）
• : विभिन्न आपतित प्रकाश स्तरों (या विभिन्न LED ड्राइव करंट) पर, ये वक्र ट्रांजिस्टर की आउटपुट विशेषताएँ दर्शाते हैं, जो एक बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर के आउटपुट वक्र के समान हैं।_Cकलेक्टर करंट बनाम फॉरवर्ड करंट संबंध (I_F)-I_C）_Fयह ट्रांसमिशन विशेषता वक्र अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह दर्शाता है कि आउटपुट फोटोकरंट (I
• ) इनपुट LED करंट (I) के साथ कैसे परिवर्तित होता है। यह करंट ट्रांसफर रेशियो को परिभाषित करता है, जो कपलर का एक महत्वपूर्ण दक्षता पैरामीटर है।_Fतापमान निर्भरता_CEO: कर्व आमतौर पर फॉरवर्ड वोल्टेज (V_{), डार्क करंट (I}) और ऑन-स्टेट करंट (I

C(ON)

1. ) जैसे पैरामीटर परिवेश के तापमान के साथ कैसे बदलते हैं। यह व्यापक तापमान सीमा में काम करने वाली प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है।8. तकनीकी मापदंडों पर आधारित सामान्य समस्याएं_Fप्रश्न: विशिष्ट संवेदन दूरी क्या है?_{उत्तर: स्पेसिफिकेशन शीट में सेंसिंग दूरी एक एकल निश्चित मान नहीं है। यह स्लॉट की विशिष्ट मैकेनिकल डिजाइन, एलईडी की ड्राइव करंट (I}), रिसीवर सर्किट की संवेदनशीलता और अवरोधक वस्तु की परावर्तकता पर निर्भर करती है। डिजाइनर को I
2. C(ON)पैरामीटर और एप्लिकेशन सेटिंग्स के आधार पर इसे निर्धारित करना होगा।_Fप्रश्न: क्या मैं एलईडी को सीधे माइक्रोकंट्रोलर पिन से चला सकता हूँ?
3. उत्तर: संभवतः हाँ, लेकिन दो बातों की जाँच करनी होगी: a) माइक्रोकंट्रोलर पिन की अधिकतम करंट आउटपुट क्षमता आपके अपेक्षित I(उदाहरण के लिए, 20mA) से अधिक होनी चाहिए। b) आपको डिज़ाइन विचारों में बताए अनुसार एक करंट-सीमित रोकनेवाला श्रृंखला में जोड़ना होगा। एलईडी को कभी भी सीधे वोल्टेज स्रोत से न जोड़ें।_{प्रश्न: आउटपुट को डिजिटल इनपुट इंटरफ़ेस से कैसे जोड़ा जाए?}उत्तर: सबसे सरल तरीका कलेक्टर पर एक पुल-अप रेसिस्टर का उपयोग करना है। जब प्रकाश पथ खुला होता है, तो फोटोट्रांजिस्टर चालू हो जाता है, जिससे कलेक्टर वोल्टेज कम हो जाता है (V_CCCE(SAT)
4. के करीब)। जब प्रकाश अवरुद्ध हो जाता है, तो ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है, और पुल-अप रेसिस्टर कलेक्टर वोल्टेज को उच्च (Vयह एक स्पष्ट लॉजिकल लेवल सिग्नल प्रदान करता है।
5. प्रश्न: प्रतिक्रिया समय क्यों महत्वपूर्ण है?उत्तर: तीव्र प्रतिक्रिया समय (माइक्रोसेकंड स्तर) सेंसर को बहुत तेजी से चलती वस्तुओं या तेजी से लगातार होने वाली घटनाओं का पता लगाने में सक्षम बनाता है, बिना गिनती छोड़े। यह हाई-स्पीड मशीनरी, एनकोडर अनुप्रयोगों या पल्स्ड लाइट का उपयोग करने वाली संचार प्रणालियों में महत्वपूर्ण है।

प्रश्न: यदि मैं पूर्ण अधिकतम रेटिंग से अधिक हो जाऊं तो क्या होगा?

उत्तर: इन सीमाओं से अधिक होना, यहां तक कि क्षणिक रूप से भी, डिवाइस को तत्काल या संभावित रूप से क्षतिग्रस्त कर सकता है। इसमें LED प्रकाश उत्पादन में कमी, फोटोट्रांजिस्टर डार्क करंट में वृद्धि, या पूर्ण विफलता (ओपन सर्किट या शॉर्ट सर्किट) शामिल हो सकती है। डिजाइन करते समय हमेशा एक सुरक्षा मार्जिन शामिल करें।

9. वास्तविक डिजाइन एवं उपयोग के उदाहरण

केस: छोटे डीसी मोटर की गति माप

एक डिज़ाइनर को मोटर शाफ्ट की गति मापने की आवश्यकता है। उन्होंने शाफ्ट पर एक छोटी डिस्क लगाई जिसमें स्लिट्स थे। LTH-301-05 को इस तरह स्थापित किया गया कि डिस्क उसके सेंसिंग गैप में घूमे। जब भी एक स्लिट गैप से गुजरती है, प्रकाश फोटोट्रांजिस्टर तक पहुंचता है और आउटपुट पर एक पल्स उत्पन्न करता है। LED को एक रेसिस्टर के माध्यम से स्थिर 15mA धारा से चलाया जाता है। फोटोट्रांजिस्टर का कलेक्टर एक 4.7kΩ पुल-अप रेसिस्टर के माध्यम से 5V पावर सप्लाई से जुड़ा है, और साथ ही माइक्रोकंट्रोलर के एक इंटरप्ट-सक्षम इनपुट पिन से भी जुड़ा है।

माइक्रोकंट्रोलर फर्मवेयर को एक निश्चित समय विंडो (उदाहरण के लिए, एक सेकंड) के भीतर प्राप्त पल्सों (राइजिंग एज या फॉलिंग एज) की संख्या की गणना करने के लिए प्रोग्राम किया गया है। चूंकि डिस्क में, उदाहरण के लिए, 20 स्लिट्स हैं, प्रति सेकंड पल्स की संख्या को 20 से विभाजित करने पर प्रति सेकंड क्रांतियाँ प्राप्त होती हैं, जिन्हें आसानी से प्रति मिनट क्रांतियों में परिवर्तित किया जा सकता है। सेंसर के तेज राइज और फॉल टाइम्स यह सुनिश्चित करते हैं कि मोटर के उच्च गति पर चलने पर भी, पल्स स्पष्ट और सटीक रूप से गिने जा सकते हैं, और सेंसर की धीमी प्रतिक्रिया के कारण किनारों को नहीं छोड़ा जाता है।

• 10. विकास प्रवृत्तियाँLTH-301-05 जैसे फोटोइंटरप्टर एक परिपक्व और विश्वसनीय तकनीक का प्रतिनिधित्व करते हैं। वर्तमान में, व्यापक फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर क्षेत्र में विकास प्रवृत्तियाँ इस पर केंद्रित हैं:
• लघुरूपण:
  • : आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में सर्किट बोर्ड स्थान बचाने के लिए छोटे सरफेस माउंट डिवाइस पैकेज विकसित करना।
  • एकीकरण
  • आंतरिक रूप से एकीकृत एलईडी के लिए करंट-सीमित प्रतिरोधक।
• पैकेज के अंदर Schmitt trigger या comparator को एकीकृत करना, सीधे स्वच्छ डिजिटल आउटपुट प्रदान करना, इंटरफ़ेस सर्किट को सरल बनाना।शानदार शोर प्रतिरक्षा के लिए चिप पर परिवेश प्रकाश दमन सर्किट या मॉड्यूलेशन/डिमॉड्यूलेशन लॉजिक जोड़ना।
• प्रदर्शन वृद्धि: बिजली की खपत कम करने या संवेदन दूरी बढ़ाने के लिए करंट ट्रांसफर अनुपात में सुधार, और अति-उच्च गति अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रतिक्रिया समय को और कम करना।

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