LTH-309-08 फोटोइंटरप्टर सेंसर विशिष्टता पत्रक - हिंदी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

LTH-309-08 एक रिफ्लेक्टिव फोटोइंटरप्टर है, जो एक प्रकार का ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सेंसर है जिसमें एक इन्फ्रारेड लाइट एमिटिंग डायोड (LED) और एक फोटोट्रांजिस्टर एक ही कॉम्पैक्ट पैकेज में एकीकृत हैं। इसका मुख्य कार्य किसी वस्तु की सतह से परावर्तित इन्फ्रारेड बीम के अवरुद्ध होने का पता लगाकर, संपर्क-रहित वस्तु की उपस्थिति या अनुपस्थिति का पता लगाना है। यह उपकरण सीधे प्रिंटेड सर्किट बोर्ड पर स्थापित करने या मानक ड्यूल इन-लाइन सॉकेट में डालने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो स्वचालित असेंबली प्रक्रियाओं में इसे उच्च बहुमुखी प्रतिभा प्रदान करता है।

इस सेंसर का मुख्य लाभ इसकी संपर्क-रहित स्विचिंग क्षमता है, जो यांत्रिक घिसाव से बचाती है और उच्च विश्वसनीयता तथा लंबी सेवा जीवन सुनिश्चित करती है। यह विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जहां सीमित स्थान में त्वरित प्रतिक्रिया और सटीक वस्तु पहचान की आवश्यकता होती है। विशिष्ट लक्षित बाजारों में कार्यालय स्वचालन उपकरण (प्रिंटर, कॉपियर), औद्योगिक स्वचालन (कन्वेयर बेल्ट काउंटर, स्थिति संवेदन), उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और विभिन्न प्रकार के उपकरण शामिल हैं जिन्हें विश्वसनीय वस्तु पहचान की आवश्यकता होती है।

2. गहन तकनीकी मापदंड विश्लेषण

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

ये रेटिंग उन तनाव सीमाओं को परिभाषित करती हैं जो डिवाइस को स्थायी क्षति पहुँचा सकती हैं। इन स्थितियों में संचालन की गारंटी नहीं दी जा सकती।

• इनपुट LED:निरंतर अग्र धारा 50 mA से अधिक नहीं होनी चाहिए, स्पंद स्थितियों (300 pps, 10 µs स्पंद चौड़ाई) में अनुमत शिखर अग्र धारा 1 A है। LED की अधिकतम शक्ति अपव्यय 75 mW है। 5 V से अधिक के प्रतिलोम वोल्टेज से बचना चाहिए।
• Output phototransistor:Collector current is limited to 20 mA. Collector-emitter voltage can withstand up to 30 V, while emitter-collector voltage is limited to 5 V. The power dissipation of the phototransistor must not exceed 100 mW.
• Environmental limits:डिवाइस की रेटेड ऑपरेटिंग परिवेश तापमान सीमा -25°C से +85°C तक है। भंडारण तापमान सीमा -55°C से +100°C तक है। सोल्डरिंग के दौरान, पैकेज बॉडी से 1.6 मिमी की दूरी पर मापा गया, लीड 260°C पर 5 सेकंड तक सहन कर सकती है।

2.2 विद्युत एवं प्रकाशीय विशेषताएँ

ये पैरामीटर परिवेश तापमान (T_A) 25°C पर निर्दिष्ट हैं, जो सामान्य कार्य स्थितियों के तहत अपेक्षित प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• इनपुट LED फॉरवर्ड वोल्टेज (V_F):जब 20 mA के फॉरवर्ड करंट (I_F) से संचालित किया जाता है, तो टाइपिकल मान 1.2V से 1.6V तक होता है। यह पैरामीटर ड्राइव सर्किट में करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर के डिज़ाइन के लिए महत्वपूर्ण है।
• आउटपुट फोटोट्रांजिस्टर डार्क करंट (I_CEO):जब सेंसर पर कोई प्रकाश नहीं पड़ रहा हो तो V पर लीकेज करंट_CE=10V की स्थिति में अधिकतम मान 100 nA निर्धारित किया गया है। कम डार्क करंट अच्छे सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात के लिए महत्वपूर्ण है, खासकर कम रोशनी या उच्च लाभ अनुप्रयोगों में।
• चालू अवस्था कलेक्टर करंट (I_C(ON)):जब एलईडी I_F=20mA ड्राइव और V_CE=5V पर, न्यूनतम कलेक्टर करंट 0.5 mA है। यह पैरामीटर फोटोट्रांजिस्टर की संवेदनशीलता को दर्शाता है।
• कलेक्टर-एमिटर संतृप्ति वोल्टेज (V_CE(SAT)):फोटोट्रांजिस्टर के पूरी तरह "चालू" होने पर इसके दोनों सिरों के बीच वोल्टेज ड्रॉप, I_C=0.25mA और I_F=20mA की स्थितियों में आम तौर पर 0.4V होता है। कम संतृप्ति वोल्टेज कम वोल्टेज लॉजिक सर्किट के साथ इंटरफेसिंग के लिए अनुकूल है।
• प्रतिक्रिया समय:सेंसर का स्विचिंग गति वृद्धि समय (T_R) और पतन समय (T_F) द्वारा चित्रित किया जाता है। V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω के परीक्षण स्थितियों में, उदय समय का विशिष्ट मान 3-15 µs और पतन समय का विशिष्ट मान 4-20 µs होता है। यह तीव्र स्विचिंग क्षमता इसे तेजी से चलती वस्तुओं का पता लगाने में सक्षम बनाती है।

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट में विशिष्ट विद्युत/ऑप्टिकल विशेषता वक्रों का उल्लेख किया गया है। हालांकि पाठ विशिष्ट चार्ट प्रदान नहीं करता है, लेकिन इसके सामान्य उपयोग और प्रदान किए गए अंतर्दृष्टि की व्याख्या की जा सकती है।

ये वक्र आमतौर पर तापमान या ड्राइव करंट जैसे चर के सापेक्ष महत्वपूर्ण पैरामीटर्स को प्लॉट करते हैं। उदाहरण के लिए, I_C(ON)और I_F(LED फॉरवर्ड करंट) के बीच संबंध दिखाने वाला वक्र, डिजाइनर को इनपुट पावर और आउटपुट सिग्नल तीव्रता के बीच संबंध समझने में मदद करेगा, ताकि वांछित संवेदनशीलता और बिजली खपत के लिए LED ड्राइव को अनुकूलित किया जा सके। एक अन्य सामान्य वक्र I_C(ON)और परिवेश के तापमान के बीच संबंध है, जो यह समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि चरम तापमान पर सेंसर का प्रदर्शन कैसे कम होता है या बदलता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि यह निर्दिष्ट -25°C से +85°C की सीमा में विश्वसनीय रूप से कार्य करता है। नाममात्र 25°C बिंदु विनिर्देशों से परे मजबूत सिस्टम डिजाइन के लिए ये चार्ट अत्यंत महत्वपूर्ण हैं।

4. यांत्रिक एवं पैकेजिंग जानकारी

LTH-309-08 is designed for compact integration. Package dimensions are provided in the datasheet, all dimensions are in millimeters (inches in parentheses). Key mechanical specifications include:

• Unless otherwise specified, general tolerance is ±0.25mm (±0.010").
• पिन पिच को प्लास्टिक पैकेज बॉडी से बाहर निकलने वाले पिन के स्थान पर मापा जाता है, जो PCB पैड डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण है।
• पैकेजिंग मानक थ्रू-होल प्रकार की है, जो मैन्युअल सोल्डरिंग और वेव सोल्डरिंग प्रक्रियाओं के लिए सुविधाजनक है।

इस प्रकार के उपकरणों की मानक पिन व्यवस्था सही ध्रुवीयता पहचान का संकेत देती है: LED का एनोड और कैथोड एक तरफ स्थित होते हैं, जबकि फोटोट्रांजिस्टर का कलेक्टर और एमिटर दूसरी तरफ। सही PCB लेआउट के लिए सटीक पिन व्यवस्था और दिशा की पुष्टि करने हेतु डिजाइनर को आयाम चित्र का संदर्भ लेना चाहिए।

5. सोल्डरिंग एवं असेंबली गाइड

डेटाशीट में निर्दिष्ट है कि पिन सोल्डरिंग तापमान सीमा 260°C पर 5 सेकंड तक है, जिसका मापन बिंदु पैकेज बॉडी से 1.6mm (0.063 इंच) की दूरी पर है। यह वेव सोल्डरिंग या हैंड सोल्डरिंग प्रक्रिया के दौरान प्रक्रिया नियंत्रण के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

• रीफ्लो सोल्डरिंग:हालांकि मुख्य रूप से थ्रू-होल डिवाइस है, लेकिन यदि मिश्रित प्रौद्योगिकी सर्किट बोर्ड में उपयोग किया जाता है, तो रीफ्लो प्रक्रिया के दौरान अत्यधिक सावधानी बरतनी चाहिए। प्लास्टिक पैकेज की थर्मल सहनशीलता सरफेस माउंट घटकों की तुलना में कम होती है। आम तौर पर, विशेष रूप से प्रमाणित किए बिना मानक इन्फ्रारेड या कन्वेक्शन रीफ्लो सोल्डरिंग तापमान प्रोफाइल के लिए इसकी सिफारिश नहीं की जाती है।
• हैंड सोल्डरिंग:तापमान-नियंत्रित सोल्डरिंग आयरन का उपयोग करें। पिन/पैड कनेक्शन को जल्दी और प्रभावी ढंग से गर्म करें ताकि पैकेज के अंदर के संवेदनशील सेमीकंडक्टर चिप तक गर्मी का स्थानांतरण कम से कम हो। घटक पिन पर सोल्डरिंग आयरन की नोक पर सीधे सोल्डर को लंबे समय तक न लगाएं।
• सफाई:दरार या क्षरण से बचने के लिए पैकेज प्लास्टिक के अनुकूल सफाई सॉल्वेंट का उपयोग करें।
• भंडारण की शर्तें:निर्दिष्ट -55°C से +100°C तापमान सीमा के भीतर, नमी अवशोषण (जो सोल्डरिंग के दौरान "पॉपकॉर्न" प्रभाव का कारण बन सकता है) और इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज क्षति को रोकने के लिए, सूखे और इलेक्ट्रोस्टैटिक-सुरक्षित वातावरण में संग्रहित करें।

6. अनुप्रयोग सुझाव

6.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

• प्रिंटर/कॉपियर पेपर डिटेक्शन:पेपर जैम, खाली पेपर ट्रे, या पेपर पथ पर विशिष्ट बिंदुओं पर पेपर की उपस्थिति का पता लगाना।
• कन्वेयर बेल्ट पर वस्तुओं की गिनती:एक निश्चित बिंदु से गुजरने वाले उत्पादों, बोतलों या घटकों की गिनती करना।
• स्थिति संवेदन:मोबाइल कैरिज (जैसे स्कैनर या प्लॉटर में) की मूल स्थिति या दरवाजे/ढक्कन की खुली/बंद स्थिति का पता लगाना।
• रोटरी एनकोडर डिस्क संवेदन:स्लॉटेड व्हील के साथ संयोजन में उपयोग करके, गति या स्थिति प्रतिक्रिया के लिए कम रिज़ॉल्यूशन वाला ऑप्टिकल एनकोडर बनाना।

6.2 डिज़ाइन विचार

• LED करंट ड्राइव:स्थिर I बनाए रखने के लिए कॉन्स्टेंट करंट स्रोत या LED के साथ श्रृंखला में करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर का उपयोग करें_F, आमतौर पर सुसंगत आउटपुट के लिए परीक्षण स्थितियों के आधार पर लगभग 20 mA पर सेट किया जाता है। उच्च करंट पल्स के साथ LED को ड्राइव करने से संवेदन दूरी बढ़ सकती है, लेकिन इसे पूर्ण अधिकतम रेटिंग के भीतर रखना चाहिए।
• फोटोट्रांजिस्टर बायसिंग:एक पुल-अप रेसिस्टर (R_L) कलेक्टर और सप्लाई वोल्टेज (V_CC) के बीच। R_Lका मान आउटपुट वोल्टेज स्विंग और प्रतिक्रिया समय दोनों को प्रभावित करता है। छोटा R_Lतेज प्रतिक्रिया प्रदान करता है, लेकिन आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तन कम होता है। एमिटर आमतौर पर ग्राउंडेड होता है।
• आउटपुट इंटरफ़ेस:फोटोट्रांजिस्टर आउटपुट को सीधे डिजिटल सेंसिंग के लिए माइक्रोकंट्रोलर के श्मिट ट्रिगर इनपुट में, या परावर्तित प्रकाश की तीव्रता मापने के लिए एनालॉग इनपुट में फीड किया जा सकता है। शोरग्रस्त वातावरण के लिए, फोटोट्रांजिस्टर के कलेक्टर और एमिटर के बीच एक छोटा कैपेसिटर जोड़ने से उच्च-आवृत्ति शोर को फ़िल्टर करने में मदद मिलती है।
• लक्ष्य सतह:परावर्ती संवेदन प्रदर्शन काफी हद तक लक्ष्य की परावर्तन क्षमता, रंग और दूरी पर निर्भर करता है। सुसंगत संचालन के लिए, पहचान सीमा को विशिष्ट लक्ष्य सामग्री के अनुसार कैलिब्रेट किया जाना चाहिए। इष्टतम सिग्नल शक्ति के लिए, संवेदन अंतराल को न्यूनतम किया जाना चाहिए।
• प्रतिकूल परिवेशी प्रकाश प्रतिरोध:चूंकि सेंसर इन्फ्रारेड प्रकाश का उपयोग करता है, यह दृश्यमान परिवेशी प्रकाश के प्रति कुछ प्रतिरक्षा रखता है। हालांकि, तीव्र इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोत (जैसे सूरज की रोशनी या तापदीप्त बल्ब) गलत ट्रिगर का कारण बन सकते हैं। रिसीवर सर्किट में मॉड्यूलेटेड LED सिग्नल और सिंक्रोनस डिटेक्शन का उपयोग करने से परिवेशी प्रकाश के प्रति प्रतिरोधक क्षमता में काफी वृद्धि हो सकती है।

7. तकनीकी तुलना एवं विभेदीकरण

यांत्रिक सीमा स्विच की तुलना में, LTH-309-08 के स्पष्ट लाभ हैं: कोई चलने वाले भाग नहीं, उच्च विश्वसनीयता, तेज प्रतिक्रिया, शांत संचालन। फोटोइंटरप्टर श्रेणी में, इसके मुख्य भेदभाव इसके निर्दिष्ट मापदंडों से उत्पन्न होते हैं। तेज स्विचिंग गति (3-15 µs राइज टाइम) इसे धीमी गति वाले फोटोट्रांजिस्टर की तुलना में उच्च गति अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त बनाती है। अपेक्षाकृत कम संतृप्ति वोल्टेज (0.4V) इसे उच्च V_CE(SAT)वाले उपकरणों की तुलना में आधुनिक 3.3V लॉजिक सिस्टम के साथ बेहतर संगतता प्रदान करता है। मानक थ्रू-होल DIP पैकेजिंग मजबूती और प्रोटोटाइप बनाने में आसानी का लाभ देती है, हालांकि यह सरफेस माउंट विकल्पों की तुलना में अधिक सर्किट बोर्ड स्थान लेती है। डिजाइनर इस घटक को उन अनुप्रयोगों के लिए चुनेंगे जहाँ मानक पैकेजिंग प्रारूप के तहत गति, संवेदनशीलता और सिद्ध विश्वसनीयता के संतुलन की आवश्यकता होती है।

8. सामान्य प्रश्न (तकनीकी मापदंडों पर आधारित)

• प्रश्न: क्या मैं 3.3V लॉजिक से LED को ड्राइव कर सकता हूँ?उत्तर: हाँ, लेकिन श्रृंखला रोकनेवाला की सावधानीपूर्वक गणना करनी होगी। 20mA पर, विशिष्ट Vf_F1.6V होता है, इसलिए रोकनेवाला मान (3.3V - 1.6V) / 0.02A = 85Ω होना चाहिए। सुरक्षित डिज़ाइन के लिए, डेटाशीट में दिए गए अधिकतम Vf_Fमान का उपयोग करके गणना करें।
• प्रश्न: अधिकतम संवेदन दूरी क्या है?उत्तर: स्पेसिफिकेशन शीट में दूरी निर्दिष्ट नहीं है। यह LED ड्राइव करंट, लक्ष्य की परावर्तकता और आवश्यक I_C(ON)पर निर्भर करता है। अपने विशिष्ट लक्ष्य के लिए प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करना सर्वोत्तम है। आमतौर पर, रिफ्लेक्टिव सेंसर कम दूरी (कुछ मिलीमीटर) पर सबसे अच्छा काम करते हैं।
• प्रश्न: फोटोट्रांजिस्टर को वोल्टेज स्पाइक्स से कैसे बचाया जाए?उत्तर: हालांकि इसका V_(BR)CEOहालांकि, संवेदनशील वातावरण में विश्वसनीयता के लिए, कलेक्टर-एमिटर के बीच एक छोटा ट्रांजिएंट वोल्टेज सप्रेसर (TVS) डायोड या एक रिवर्स-बायस्ड नियमित डायोड जोड़ा जा सकता है।
• प्रश्न: क्या मैं इसे धूल भरे वातावरण में उपयोग कर सकता हूं?उत्तर: लेंस पर धूल जमा होने से बीम क्षीण होती है, संवेदनशीलता कम होती है और खराबी हो सकती है। यह उपकरण सीलबंद नहीं है। कठोर वातावरण के लिए, सील ग्रूव वाले उपकरण का उपयोग करने या बाहरी सुरक्षा प्रदान करने पर विचार करें।

9. वास्तविक अनुप्रयोग केस विश्लेषण

परिदृश्य: डेस्कटॉप प्रिंटर में कागज की कमी सेंसर।LTH-309-08 मुख्य PCB पर पेपर ट्रे के पास स्थापित है। पेपर ट्रे तंत्र से जुड़ा एक सफेद प्लास्टिक फ्लैप, जब कागज खत्म हो जाता है, तो सेंसर के डिटेक्शन गैप में चला जाता है। "पेपर उपलब्ध" स्थिति में, फ्लैप गैप के अंदर नहीं होता, जिससे LED से निकलने वाला इन्फ्रारेड प्रकाश प्रिंटर के अंदर एक निश्चित सतह से परावर्तित होकर फोटोट्रांजिस्टर पर वापस पहुंचता है, जिससे उच्च I_C(ON)उत्पन्न होता है, और कलेक्टर (पुल-अप रेसिस्टर के माध्यम से) पर लॉजिकल लो आउटपुट उत्पन्न होता है। जब कागज खत्म हो जाता है, तो फ्लैप गैप में चला जाता है और प्रकाश मार्ग को अवरुद्ध कर देता है। फोटोट्रांजिस्टर बंद हो जाता है, जिससे कलेक्टर वोल्टेज रेसिस्टर द्वारा उच्च खींच लिया जाता है। प्रिंटर का माइक्रोकंट्रोलर इस उच्च सिग्नल का पता लगाता है और डिस्प्ले पर "कागज खत्म" चेतावनी ट्रिगर करता है। त्वरित प्रतिक्रिया समय तत्काल पहचान सुनिश्चित करता है, और गैर-संपर्क प्रकृति सेंसर को प्रिंटर के पूरे जीवनकाल में घिसने से बचाती है।

10. कार्य सिद्धांत परिचय

फोटोइंटरप्टर मॉड्यूलेटेड प्रकाश संसूचन के सिद्धांत पर कार्य करते हैं। आंतरिक इन्फ्रारेड एलईडी फॉरवर्ड बायस होने पर प्रकाश उत्सर्जित करती है। एलईडी के विपरीत एक फोटोट्रांजिस्टर होता है। LTH-309-08 जैसे रिफ्लेक्टिव प्रकार में, दोनों घटक एक ही दिशा में होते हैं। उत्सर्जित प्रकाश पैकेज से बाहर निकलकर लक्ष्य सतह पर पड़ता है, जिसका एक हिस्सा पैकेज में वापस परावर्तित होकर फोटोट्रांजिस्टर पर पड़ता है। फोटोट्रांजिस्टर एक प्रकाश-नियंत्रित स्विच के रूप में कार्य करता है। जब फोटॉन इसके बेस क्षेत्र से टकराते हैं, तो इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न होते हैं, जो प्रभावी रूप से बेस करंट प्रदान करते हैं। इससे ट्रांजिस्टर "चालू" हो जाता है, जिससे कलेक्टर करंट (I_C) प्रवाहित होता है, जो प्राप्त प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होता है। जब प्रकाश मार्ग अवरुद्ध हो जाता है (उदाहरण के लिए किसी वस्तु द्वारा), तो फोटोट्रांजिस्टर "बंद" हो जाता है और केवल एक छोटी डार्क करंट प्रवाहित होती है। कलेक्टर करंट में इस ऑन/ऑफ परिवर्तन का उपयोग किसी वस्तु की उपस्थिति या प्रकाश मार्ग के अवरोध को इंगित करने वाला डिजिटल सिग्नल उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

11. प्रौद्योगिकी विकास प्रवृत्तियाँ

फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर जैसे फोटोइंटरप्टर की विकास प्रवृत्तियाँ लघुरूपण, उच्च एकीकरण और बढ़ी हुई कार्यक्षमता की हैं। सतह माउंट डिवाइस (एसएमडी) पैकेजिंग पीसीबी स्थान बचाने और स्वचालित सतह माउंट असेंबली को सक्षम करने के लिए मुख्यधारा बन रही है। एक अन्य प्रवृत्ति सेंसर को सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट (एम्पलीफायर, श्मिट ट्रिगर, लॉजिक आउटपुट) के साथ एकल चिप पर एकीकृत करना है, जिससे डिजिटल आउटपुट सेंसर बनते हैं जो माइक्रोकंट्रोलर के साथ सीधे इंटरफेस करने में आसान होते हैं। इसके अलावा, ऑप्टिकल फ़िल्टरिंग और अधिक बुद्धिमान मॉड्यूलेशन तकनीकों के माध्यम से पर्यावरणीय प्रकाश हस्तक्षेप के प्रति प्रतिरोध में सुधार के क्षेत्र में भी प्रगति हो रही है। हालांकि मूल सिद्धांत अपरिवर्तित रहते हैं, लेकिन इन प्रवृत्तियों का ध्यान सेंसर को छोटा, अधिक बुद्धिमान, अधिक विश्वसनीय और आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन में लागू करने में आसान बनाने पर है।