LTH-301-27P1 फोटोइंटरप्टर स्पेसिफिकेशन शीट - नॉन-कॉन्टैक्ट स्विच - सरलीकृत चीनी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

LTH-301-27P1 एक रिफ्लेक्टिव फोटोइंटररप्टर है, जो फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर का एक प्रकार है। इसका मुख्य कार्य बिना किसी भौतिक संपर्क के वस्तु की उपस्थिति या अनुपस्थिति का पता लगाना है। यह एक कॉम्पैक्ट आवरण के भीतर एक इन्फ्रारेड लाइट एमिटिंग डायोड (IR LED) और एक फोटोट्रांजिस्टर को एकीकृत करके यह कार्य करता है। जब कोई वस्तु एमिटर और डिटेक्टर के बीच के अंतराल में प्रवेश करती है, तो वह इन्फ्रारेड बीम को बाधित कर देती है, जिसके परिणामस्वरूप फोटोट्रांजिस्टर का आउटपुट स्थिति परिवर्तित हो जाता है। यह इसे उन अनुप्रयोगों के लिए एक आदर्श विकल्प बनाता है जिन्हें विश्वसनीय, गैर-यांत्रिक संवेदन की आवश्यकता होती है, जैसे कि स्थिति पहचान, लिमिट स्विच और वस्तु गणना।

यह उपकरण सीधे प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (PCB) पर या मानक डुअल इन-लाइन सॉकेट में स्थापित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे इलेक्ट्रॉनिक असेंबली में एकीकरण सुविधाजनक होता है। इसके मुख्य लाभों में शामिल हैं: कोई संपर्क उछाल नहीं, कोई चलती भाग न होने के कारण लंबी सेवा जीवन, और उच्च-गति गिनती या टाइमिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त तीव्र स्विचिंग गति।

2. गहन तकनीकी मापदंड विश्लेषण

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

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

• इन्फ्रारेड डायोड निरंतर अग्र धारा (I_F):50 mA. यह अवरक्त एलईडी पर लागू किया जा सकने वाला अधिकतम स्थिर-अवस्था धारा है।
• अवरक्त डायोड रिवर्स वोल्टेज (V_R):5 V. एलईडी के पार इस रिवर्स बायस वोल्टेज से अधिक वोल्टेज ब्रेकडाउन का कारण बन सकता है।
• फोटोट्रांजिस्टर कलेक्टर करंट (I_C):40 mA. फोटोट्रांजिस्टर कलेक्टर द्वारा सहन की जा सकने वाली अधिकतम धारा।
• फोटोट्रांजिस्टर कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज (V_CEO):30 V. फोटोट्रांजिस्टर के कलेक्टर और एमिटर के बीच लागू किया जा सकने वाला अधिकतम वोल्टेज।
• कार्य तापमान सीमा:-35°C से +65°C। विश्वसनीय संचालन के लिए पर्यावरणीय तापमान सीमा की गारंटी।
• पिन सोल्डरिंग तापमान:आवरण से 1.6mm की दूरी पर, 260°C पर 5 सेकंड तक। तापीय क्षति को रोकने के लिए वेव सोल्डरिंग या रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियाओं के लिए यह महत्वपूर्ण है।

पावर डेरेटिंग स्पष्टीकरण:जब परिवेश का तापमान 25°C से अधिक हो जाता है, तो ट्रांजिस्टर पावर डिसिपेशन (100 mW) और डायोड पावर डिसिपेशन (75 mW) को 1.33 mW/°C की दर से रैखिक रूप से डेरेट किया जाना चाहिए। इसका अर्थ है कि अनुमत शक्ति तापमान बढ़ने के साथ कम हो जाती है, ताकि अत्यधिक गर्म होने से बचा जा सके।

2.2 विद्युत एवं प्रकाशीय विशेषताएँ

ये पैरामीटर 25°C पर मापे गए हैं, जो निर्दिष्ट परीक्षण स्थितियों के तहत डिवाइस की विशिष्ट प्रदर्शन क्षमता को परिभाषित करते हैं।

2.2.1 इनपुट पक्ष अवरक्त LED विशेषताएँ

• फॉरवर्ड वोल्टेज (V_F):फॉरवर्ड करंट (I_F) 20 mA पर, टाइपिकल वैल्यू 1.6V (मैक्सिमम 1.6V) है। यह करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर वैल्यू की गणना के लिए उपयोग किया जाता है: R = (V_{सप्लाई}- V_F) / I_F.
• रिवर्स करंट (I_R):रिवर्स वोल्टेज (V_R) 5V पर, अधिकतम 100 µA। यह LED के रिवर्स बायस होने पर लीकेज करंट को दर्शाता है।

2.2.2 आउटपुट साइड फोटोट्रांजिस्टर विशेषताएँ

• कलेक्टर-एमिटर ब्रेकडाउन वोल्टेज (V_(BR)CEO):न्यूनतम 30V। यह वह वोल्टेज है जिस पर बेस ओपन सर्किट होने पर फोटोट्रांजिस्टर में ब्रेकडाउन होता है।
• Collector-Emitter dark current (I_CEO):at V_CE=10V, maximum 100 nA. This is the leakage current when the phototransistor is in the "off" state (no light illumination). A lower value contributes to a good signal-to-noise ratio.

2.2.3 कपलर (सिस्टम) विशेषताएँ

ये पैरामीटर LED-फोटोट्रांजिस्टर संयोजन के प्रदर्शन का वर्णन करते हैं।

• कलेक्टर-एमिटर संतृप्ति वोल्टेज (V_CE(SAT)):जब फोटोट्रांजिस्टर संतृप्ति तक चालित होता है (I_C=0.25mA, I_F=20mA), अधिकतम 0.4V। कम संतृप्ति वोल्टेज लॉजिक सर्किट के साथ इंटरफेसिंग की कुंजी है।
• चालू अवस्था कलेक्टर धारा (I_C(ON)):जब फोटोट्रांजिस्टर प्रकाशित होता है (V_CE=5V, I_F=20mA), न्यूनतम 1.5 mA। यह उत्पन्न फोटोकरंट है, जो सेंसर की संवेदनशीलता को परिभाषित करता है। वास्तविक करंट अधिक हो सकता है, जो अवरोधित वस्तु की परावर्तकता और संरेखण पर निर्भर करता है।

3. यांत्रिक और पैकेजिंग जानकारी

LTH-301-27P1 एक मानक 4-पिन ड्यूल इन-लाइन पैकेज (DIP) का उपयोग करता है। विशिष्ट आयाम पैकेज ड्राइंग में देखें। प्रमुख यांत्रिक विवरण शामिल हैं:

• सभी आयाम मिलीमीटर में हैं, जब तक कि अन्यथा निर्दिष्ट न हो, मानक सहनशीलता ±0.25mm है।
• पैकेज में IR emitter और photodetector के बीच एक स्लॉट या गैप प्रदान किया गया है। पता लगाया जाने वाला वस्तु इस गैप से गुजरता है।
• ध्रुवीयता चिह्न स्पष्ट हैं। IR LED के एनोड और कैथोड पिन, और फोटोट्रांजिस्टर के कलेक्टर और एमिटर पिन को चिह्नित किया गया है। PCB स्थापना के दौरान सही अभिविन्यास सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है।
• यह उपकरण PCB माउंटिंग और सॉकेट माउंटिंग दोनों के लिए उपयुक्त है, जो असेंबली में लचीलापन प्रदान करता है और मैदान में प्रतिस्थापन की सुविधा देता है।

4. सोल्डरिंग और असेंबली गाइड

सही संचालन विश्वसनीयता के लिए महत्वपूर्ण है।

• वेल्डिंग:पिन प्लास्टिक पैकेज बॉडी से 1.6 मिमी की दूरी पर मापे गए 260°C तक के तापमान को अधिकतम 5 सेकंड तक सहन कर सकते हैं। यह दिशानिर्देश वेव सोल्डरिंग प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण है। रीफ्लो सोल्डरिंग के लिए, 260°C से कम पीक तापमान वाले मानक तापमान प्रोफाइल का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।
• सफाई:प्लास्टिक आवरण के साथ संगत एक सौम्य डिटर्जेंट का उपयोग करें। आंतरिक घटकों को नुकसान पहुँचाने से बचने के लिए अत्यधिक शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक सफाई से बचें।
• भंडारण:निर्दिष्ट भंडारण तापमान सीमा -40°C से +100°C के भीतर संग्रहित करें, नमी अवशोषण को रोकने के लिए कम आर्द्रता की स्थिति में भंडारण करना बेहतर है।
• ESD रोकथाम उपाय:हालांकि इसे स्पष्ट रूप से संवेदनशील घटक के रूप में निर्दिष्ट नहीं किया गया है, लेकिन असेंबली प्रक्रिया के दौरान अर्धचालक घटकों के मानक ESD (इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज) हैंडलिंग प्रक्रियाओं का पालन किया जाना चाहिए।

5. अनुप्रयोग सुझाव

5.1 Typical Application Circuit

सबसे सामान्य कॉन्फ़िगरेशन में IR LED को एक करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर के साथ श्रृंखला में जोड़कर एक वोल्टेज स्रोत (जैसे 5V) से कनेक्ट करना है। फोटोट्रांजिस्टर आमतौर पर कॉमन-एमिटर कॉन्फ़िगरेशन में जुड़ा होता है: कलेक्टर एक लोड रेसिस्टर (R_L) के माध्यम से सप्लाई वोल्टेज (जैसे 5V) से जुड़ा होता है, और एमिटर ग्राउंडेड होता है। आउटपुट सिग्नल कलेक्टर नोड से लिया जाता है।

• जब प्रकाश किरण अवरुद्ध नहीं होती है, तो प्रकाश फोटोट्रांजिस्टर पर पड़ता है, जिससे यह संचालित होता है और कलेक्टर वोल्टेज को नीचे (V_CE(SAT)के करीब) खींचता है।
• जब कोई वस्तु प्रकाश किरण को अवरुद्ध करती है, तो फोटोट्रांजिस्टर बंद हो जाता है, और कलेक्टर वोल्टेज लोड रेसिस्टर द्वारा उच्च खींचा जाता है।
• लोड रेसिस्टर (R_L) का मान स्विचिंग गति और करंट खपत निर्धारित करता है। छोटा R_Lतेज़ स्विचिंग गति की अनुमति देता है, लेकिन ट्रांजिस्टर के चालू होने पर अधिक करंट खपत करता है।

5.2 Design Considerations

• संरेखित करें:वस्तु पथ और सेंसर स्लिट का सटीक यांत्रिक संरेखण विश्वसनीय संचालन के लिए महत्वपूर्ण है।
• परिवेश प्रकाश:चूंकि सेंसर इन्फ्रारेड प्रकाश का उपयोग करता है, यह मजबूत परिवेशी इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोतों (जैसे सूरज की रोशनी, गरमागरम बल्ब) से हस्तक्षेप के प्रति संवेदनशील हो सकता है। मॉड्यूलेटेड इन्फ्रारेड सिग्नल और सिंक्रोनस डिटेक्टर सर्किट का उपयोग करके हस्तक्षेप प्रतिरोधक क्षमता में काफी सुधार किया जा सकता है।
• वस्तु विशेषताएँ:सेंसर की प्रभावशीलता वस्तु की इन्फ्रारेड बीम को परावर्तित या अवशोषित करने की क्षमता पर निर्भर करती है। गहरे रंग की, गैर-परावर्तक वस्तुओं का पता हल्के रंग की वस्तुओं की तरह विश्वसनीय रूप से नहीं लगाया जा सकता है। वास्तविक लक्ष्य सामग्री के साथ परीक्षण करने की सिफारिश की जाती है।
• हालांकि सेंसर में स्वयं कोई संपर्क उछाल नहीं होता है, लेकिन विद्युत आउटपुट में अभी भी शोर हो सकता है। एक साफ डिजिटल सिग्नल प्राप्त करने के लिए, सॉफ्टवेयर या हार्डवेयर डिबाउंसिंग (उदाहरण के लिए, एक साधारण RC फिल्टर या श्मिट ट्रिगर इनपुट) की आवश्यकता हो सकती है।6. कार्य सिद्धांत

ऑप्टोइंटरप्टर बीम अवरोध के सिद्धांत पर काम करते हैं। आंतरिक रूप से, एक इन्फ्रारेड LED लगभग 940nm तरंगदैर्ध्य वाला प्रकाश उत्सर्जित करती है, जो मानव आँखों के लिए अदृश्य होता है। इस प्रकाश को प्राप्त करने के लिए सामने की ओर एक सिलिकॉन फोटोट्रांजिस्टर रखा जाता है। फोटोट्रांजिस्टर एक प्रकाश-नियंत्रित स्विच के रूप में कार्य करता है। जब IR LED से फोटॉन इसके बेस क्षेत्र से टकराते हैं, तो इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न होते हैं, जिससे बड़ा कलेक्टर करंट प्रवाहित होने लगता है - यह फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। इस कलेक्टर करंट का परिमाण आपतित प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होता है। जब एक अपारदर्शी वस्तु LED और फोटोट्रांजिस्टर के बीच की खाई में प्रवेश करती है, तो प्रकाश मार्ग अवरुद्ध हो जाता है। फोटोट्रांजिस्टर पर प्रकाश की तीव्रता में तेजी से गिरावट आती है, जिससे इसका कलेक्टर करंट बहुत कम मान (मूलतः डार्क करंट) तक गिर जाता है। बाहरी सर्किट इस करंट में तेज बदलाव (या लोड रेसिस्टर के पार संबंधित वोल्टेज परिवर्तन) का पता लगाता है और इसे एक स्विचिंग घटना के रूप में व्याख्यायित करता है।

7. प्रदर्शन वक्र और विश्लेषण

स्पेसिफिकेशन शीट में विशिष्ट विशेषता वक्र शामिल होते हैं, जो तालिका में दिए गए न्यूनतम/विशिष्ट/अधिकतम मानों से परे मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।

ट्रांसफर विशेषता (I

• vs. I_C):_Fयह वक्र एक निश्चित कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज पर, फोटोट्रांजिस्टर के आउटपुट करंट (I) के LED के इनपुट करंट (I_C) के साथ कैसे बदलता है, को दर्शाता है। यह विशिष्ट स्थितियों में इनपुट ड्राइव और आउटपुट प्रतिक्रिया के बीच रैखिक संबंध प्रदर्शित करता है, जो वांछित संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए LED ड्राइव करंट को अनुकूलित करने में सहायक है।_Fआउटपुट विशेषता (I
• vs. V_C):_CEये वक्र विभिन्न स्तरों की आपतित प्रकाश (या विभिन्न I) के लिए खींचे गए हैं, जो दर्शाते हैं कि फोटोट्रांजिस्टर एक धारा स्रोत की तरह कैसे व्यवहार करता है। संग्राहक धारा एक निश्चित V_Fकी सीमा तक अपेक्षाकृत स्थिर रहती है, जब तक कि संतृप्ति नहीं हो जाती।_CEतापमान निर्भरता:
• Displaying parameters such as forward voltage (V) or collector dark current (I_F) and their variation with temperature is crucial for designing systems that operate over the entire specified temperature range. For example, V_CEOआमतौर पर तापमान बढ़ने के साथ कम हो जाता है, यदि इसे स्थिर वोल्टेज स्रोत द्वारा संचालित किया जाता है, तो यह LED के प्रकाश उत्पादन को थोड़ा प्रभावित कर सकता है।_F8. सामान्य प्रश्न (FAQ)

प्रश्न: इस सेंसर का विशिष्ट प्रतिक्रिया समय क्या है?

उत्तर: हालांकि प्रदान किए गए डेटा में स्पष्ट रूप से उल्लेख नहीं किया गया है, लेकिन इस प्रकार के फोटोइंटरप्टर का प्रतिक्रिया समय आमतौर पर माइक्रोसेकंड के दायरे में होता है, जो इसे उच्च-गति गणना के लिए उपयुक्त बनाता है। वास्तविक गति फोटोट्रांजिस्टर के उदय/पतन समय और बाहरी सर्किट के RC टाइम कॉन्स्टेंट द्वारा सीमित होती है।
प्रश्न: क्या मैं इस सेंसर को बाहरी इलाके में उपयोग कर सकता हूँ?

उत्तर: सावधानी बरतें। सीधी धूप में मजबूत इन्फ्रारेड घटक होते हैं, जो फोटोट्रांजिस्टर को संतृप्त कर सकते हैं और गलत ट्रिगरिंग का कारण बन सकते हैं। विश्वसनीय बाहरी उपयोग के लिए परिवेशी प्रकाश को रोकने के लिए भौतिक शील्डिंग या आवरण की आवश्यकता होती है, साथ ही ऑप्टिकल फ़िल्टरिंग या सिग्नल मॉड्यूलेशन तकनीकों का संयोजन भी आवश्यक है।
प्रश्न: LED करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर का मान कैसे चुनें?

उत्तर: सूत्र का उपयोग करें: R = (V
- V_CC) / I_Fउदाहरण के लिए, 5V पावर स्रोत (V_F) का उपयोग करते हुए, विशिष्ट V_CC1.6V है, और वांछित I_F20 mA है: R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 Ω। एक मानक 180 Ω रेसिस्टर उपयुक्त होगा, जिसके परिणामस्वरूप I_F≈ 18.9 mA होगा।_Fप्रश्न: उत्सर्जक-संग्राहक भंजन वोल्टेज (V

(BR)ECO_{) रेटिंग का उद्देश्य क्या है?}उत्तर: यदि फोटोट्रांजिस्टर को रिवर्स कॉन्फ़िगरेशन में जोड़ा जाता है (उत्सर्जक क्षमता संग्राहक से अधिक, जो असामान्य है), तो यह रेटिंग (5V) प्रासंगिक है। यह सुनिश्चित करती है कि डिवाइस C-E जंक्शन पर छोटे रिवर्स वोल्टेज को बिना क्षति के सहन कर सके।
9. व्यावहारिक अनुप्रयोग केस स्टडी

अनुप्रयोग: प्रिंटर में कागज का पता लगाना

LTH-301-27P1 का उपयोग प्रिंटर या फोटोकॉपियर में कागज के अग्रणी किनारे का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। सेंसर को इस तरह स्थापित किया जाता है कि कागज उसकी स्लॉट से होकर गुजरे। एक रिफ्लेक्टर या कागज स्वयं प्रकाश किरण को बाधित करता है। जब प्रकाश किरण अवरुद्ध नहीं होती (बिना कागज के), तो फोटोट्रांजिस्टर चालू हो जाता है और कम वोल्टेज आउटपुट करता है। जब कागज स्लॉट में प्रवेश करता है, तो प्रकाश किरण अवरुद्ध हो जाती है, फोटोट्रांजिस्टर बंद हो जाता है और आउटपुट वोल्टेज उच्च हो जाता है। इस राइजिंग एज सिग्नल को माइक्रोकंट्रोलर को फीड किया जा सकता है ताकि प्रिंटिंग अनुक्रम शुरू किया जा सके, कागज की उपस्थिति की पुष्टि की जा सके या पृष्ठों की गिनती की जा सके। नॉन-कॉन्टैक्ट प्रकृति सुनिश्चित करती है कि कागज या सेंसर का घिसाव न हो, और तीव्र प्रतिक्रिया इसे उच्च गति पेपर फीड पर भी पता लगाने में सक्षम बनाती है। डिज़ाइन विचारों में कागज पथ और सेंसर स्लॉट के बीच सटीक संरेखण सुनिश्चित करना, और एक लोड रेसिस्टर चुनना शामिल है जो माइक्रोकंट्रोलर इनपुट पिन को स्वच्छ, तेज वोल्टेज स्विंग प्रदान कर सके।
10. प्रौद्योगिकी विकास प्रवृत्तियाँ

फोटोइंटरप्टर अपनी सादगी, विश्वसनीयता और कम लागत के कारण एक मौलिक संवेदी तकनीक बने हुए हैं। वर्तमान रुझान लघुकरण पर केंद्रित हैं, जिससे सतह-माउंट डिवाइस (एसएमडी) पैकेजों का विकास हुआ है ताकि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में बोर्ड स्थान की बचत हो सके। इसके अतिरिक्त, अतिरिक्त सर्किट्री का एकीकरण किया जा रहा है, जैसे कि हिस्टैरिसीस और स्वच्छ डिजिटल आउटपुट के लिए अंतर्निर्मित श्मिट ट्रिगर, या यहाँ तक कि पूर्णतः एकीकृत समाधान भी सामने आ रहे हैं जो एकल चिप पर श्रेष्ठ परिवेश प्रकाश निराकरण के लिए एक मॉड्यूलेटेड आईआर ड्राइवर और एक सिंक्रोनाइज्ड डिटेक्टर आईसी को समाहित करते हैं। इसके अलावा, सामग्री और पैकेजिंग में प्रगति कार्यशील तापमान सीमा का विस्तार कर रही है और ऑटोमोटिव तथा औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए दीर्घकालिक विश्वसनीयता में सुधार कर रही है। हालांकि टाइम-ऑफ-फ्लाइट (टीओएफ) सेंसर जैसी नई तकनीकें दूरी मापन की सुविधा प्रदान करती हैं, लेकिन लागत-संवेदी अनुप्रयोगों में सरल, द्विआधारी उपस्थिति पहचान के लिए मूल फोटोइंटरप्टर की भूमिका दृढ़ता से स्थापित बनी हुई है।

Photointerrupters remain a fundamental sensing technology due to their simplicity, reliability, and low cost. Current trends focus on miniaturization, leading to surface-mount device (SMD) packages that save board space in modern electronics. There is also integration of additional circuitry, such as built-in Schmitt triggers for hysteresis and clean digital output, or even fully integrated solutions with a modulated IR driver and a synchronized detector IC on a single chip for superior ambient light rejection. Furthermore, advancements in materials and packaging are extending the operating temperature ranges and improving long-term reliability for automotive and industrial applications. While newer technologies like time-of-flight (ToF) sensors offer distance measurement, the basic photointerrupter's role for simple, binary presence detection in cost-sensitive applications remains firmly established.