Scheda Tecnica LTH-301-07P5 - Interruttore Ottico a Fessura - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTH-301-07P5 è un interruttore ottico a fessura, un componente optoelettronico progettato per applicazioni di commutazione senza contatto. Integra un diodo emettitore di luce a infrarossi (LED) e un fototransistor all'interno di un unico alloggiamento compatto con fessura. Il principio di funzionamento fondamentale prevede l'interruzione del fascio di luce infrarossa tra l'emettitore e il rivelatore da parte di un oggetto esterno, che provoca una corrispondente variazione del segnale di uscita del fototransistor. Questo design offre un metodo affidabile e preciso per rilevare la presenza, l'assenza o la posizione di oggetti senza contatto fisico.

Il vantaggio principale di questo dispositivo risiede nella sua natura senza contatto, che elimina l'usura meccanica, garantendo un'elevata affidabilità e una lunga durata operativa. È caratterizzato da velocità di commutazione elevate, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono rilevamenti rapidi. Il componente è progettato per il montaggio diretto su circuito stampato (PCB) o per l'uso con un zoccolo dual-in-line, offrendo flessibilità nella progettazione e nell'assemblaggio del sistema.

I mercati e le applicazioni target tipiche includono, ma non sono limitate a, apparecchiature per l'automazione d'ufficio come fax, fotocopiatrici, stampanti e scanner. È anche ampiamente utilizzato in vari sistemi di automazione industriale, elettronica di consumo e strumentazione dove è richiesto un rilevamento preciso degli oggetti.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Specifiche Massime Assolute

Le specifiche massime assolute definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi valori sono specificati a una temperatura ambiente (TA) di 25°C e non devono mai essere superati, nemmeno momentaneamente, nelle normali condizioni operative.

LED di Ingresso:La corrente diretta continua è limitata a 50 mA, con una corrente diretta di picco di 1 A consentita in condizioni impulsive (300 impulsi al secondo, larghezza impulso 10 μs). La massima dissipazione di potenza per il LED è di 80 mW. La capacità di sopportazione della tensione inversa è di 5 V, un parametro critico per proteggere il LED da polarizzazioni inverse accidentali.

Fototransistor di Uscita:La tensione collettore-emettitore (V_CE) nominale è di 30 V, mentre la tensione emettitore-collettore (V_EC) è di 5 V. La corrente massima del collettore è di 20 mA e il limite di dissipazione di potenza è di 100 mW. Il rispetto di questi limiti è essenziale per garantire la longevità e il funzionamento stabile del fototransistor.

Limiti Ambientali:Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura operativa da -25°C a +85°C. L'intervallo di temperatura di conservazione è più ampio, da -40°C a +100°C. La temperatura di saldatura dei terminali è specificata a 260°C per 5 secondi, misurata a 1,6 mm dal case, un'informazione cruciale per i processi di assemblaggio.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Queste caratteristiche definiscono le prestazioni attese del dispositivo in condizioni operative normali a 25°C. Forniscono i parametri chiave per la progettazione del circuito.

Caratteristiche del LED di Ingresso:La tensione diretta tipica (V_F) è di 1,2 V a una corrente diretta (I_F) di 20 mA, con un massimo di 1,6 V. Questo parametro è vitale per progettare la resistenza di limitazione della corrente per il circuito di pilotaggio del LED. La corrente inversa (I_R) è al massimo di 100 μA a una tensione inversa (V_R) di 5 V, indicando la dispersione del LED nello stato di spegnimento.

Caratteristiche del Fototransistor di Uscita:La corrente di buio collettore-emettitore (I_CEO) è al massimo di 100 nA a V_CE=10V, rappresentando la corrente di dispersione in uscita quando il LED è spento (nessuna luce). Le tensioni di breakdown (BV_CEOe BV_ECO) confermano le specifiche massime.

Caratteristiche dell'Accoppiatore (Sistema):Questi parametri descrivono le prestazioni combinate del LED e del fototransistor. La corrente del collettore nello stato di conduzione (I_C(ON)) è garantita essere almeno 0,6 mA quando il LED è pilotato con I_F=20mA e V_CE=5V. Questo è il livello del segnale di uscita chiave quando la fessura è libera. La tensione di saturazione collettore-emettitore (V_CE(SAT)) è al massimo di 0,4 V nelle stesse condizioni con I_C=0,2mA, indicando una buona caratteristica dello stato "on". I tempi di risposta, con un tempo di salita tipico (T_r) di 3 μs e un tempo di discesa (T_f) di 4 μs (in specifiche condizioni di test), definiscono la capacità di velocità di commutazione del dispositivo.

3. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

3.1 Dimensioni di Contorno

Il LTH-301-07P5 presenta un package standard a foro passante. Il disegno meccanico dettagliato è fornito nella scheda tecnica. Tutte le dimensioni sono specificate in millimetri. La tolleranza standard per le dimensioni non specificate è ±0,25 mm. Le dimensioni chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive dell'alloggiamento, la larghezza e profondità della fessura (che definisce lo spazio dove passa l'oggetto interruttore) e la spaziatura e il diametro dei terminali. Il componente è progettato per processi di saldatura a onda o saldatura manuale.

Identificazione della Polarità:Il dispositivo ha uno specifico pinout. Tipicamente, il terminale più lungo o un segno specifico sull'alloggiamento indica l'anodo del LED. È fondamentale consultare il disegno dimensionale per l'identificazione esatta dei pin (es. pin 1 è spesso l'anodo del LED, pin 2 il catodo del LED, pin 3 l'emettitore del fototransistor e pin 4 il collettore) per garantire il corretto orientamento durante l'assemblaggio del PCB. Una polarità errata impedirà il funzionamento del dispositivo.

4. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione corretta durante la saldatura è essenziale per prevenire danni all'alloggiamento plastico e al die semiconduttore interno.

Precauzioni Generali:L'alloggiamento non deve essere immerso nella lega di saldatura. Non deve essere applicato alcuno stress esterno al telaio dei terminali mentre il prodotto è ad alta temperatura durante la saldatura, poiché ciò può causare crepe interne o disallineamenti.

Saldatura Manuale/Terminali:Per la saldatura manuale, la temperatura massima consigliata del saldatore è di 350°C. Il tempo di saldatura per terminale non deve superare i 3 secondi e questa operazione deve essere eseguita una sola volta per terminale. Il punto di saldatura non deve essere più vicino di 2 mm dalla base dell'alloggiamento del componente per prevenire danni da calore.

Saldatura a Onda:Per la saldatura a onda automatizzata, è raccomandato un profilo specifico. La temperatura di pre-riscaldamento non deve superare i 100°C, con un tempo di pre-riscaldamento fino a 60 secondi. La temperatura dell'onda di saldatura deve essere al massimo di 260°C, con un tempo di contatto non superiore a 5 secondi. La posizione di immersione non deve essere inferiore a 2 mm dalla base dell'alloggiamento. Rispettare questo profilo previene lo shock termico e garantisce giunzioni saldate affidabili senza compromettere l'integrità del package plastico.

5. Condizioni di Conservazione e Precauzioni

Per mantenere la saldabilità e prevenire il degrado delle prestazioni, devono essere osservate specifiche condizioni di conservazione.

L'ambiente di conservazione ideale è a una temperatura inferiore a 30°C e un'umidità relativa inferiore al 70%. I componenti dovrebbero essere assemblati entro 3 mesi dalla data di consegna. Per estendere la durata di conservazione mentre le parti rimangono nella loro confezione originale sensibile all'umidità, dovrebbero essere conservate in un contenitore sigillato con disidratante appropriato o in un essiccatore purgato con azoto. Tuttavia, la conservazione non dovrebbe superare un anno in queste condizioni controllate.

Una volta aperta la confezione sigillata originale, i componenti devono essere utilizzati entro 3 mesi e conservati in un ambiente controllato a <25°C e <60% di umidità relativa. Transizioni rapide della temperatura ambiente, specialmente in ambienti ad alta umidità, devono essere evitate per prevenire la condensa, che può portare all'ossidazione dei terminali del componente. Se le condizioni di conservazione non soddisfano i criteri specificati, la saldabilità dei pin potrebbe essere compromessa. In tali casi, prima dell'uso in produzione, deve essere eseguita una valutazione della saldabilità e una potenziale riselezione dei componenti.

6. Suggerimenti per l'Applicazione

6.1 Scenari Applicativi Tipici

Il LTH-301-07P5 è versatile e trova impiego in numerose applicazioni:

• Rilevamento Carta in Stampanti/Fotocopiatrici/Scanner:Rilevamento della presenza di carta, inceppamenti carta o fine rotolo.
• Sensori di Posizione:Rilevamento della posizione di origine o dei limiti di corsa in meccanismi in movimento (es. carrelli stampanti, bracci robotici).
• Codifica Rotazionale:Utilizzato con una ruota a fessure per misurare la velocità o la posizione di un albero rotante.
• Conteggio Oggetti:Conteggio di oggetti su un nastro trasportatore mentre passano attraverso la fessura.
• Sistemi di Sicurezza:Come parte di un sensore a interruzione di fascio per il rilevamento di intrusioni.

6.2 Considerazioni di Progettazione

Quando si progetta un circuito con questo interruttore ottico, devono essere considerati diversi fattori:

• Corrente di Pilotaggio del LED:La corrente operativa raccomandata è di 20 mA. Una resistenza in serie deve essere calcolata in base alla tensione di alimentazione (V_CC) e alla tensione diretta del LED (V_F) utilizzando la Legge di Ohm: R = (V_CC- V_F) / I_F. Utilizzando il tipico V_Fdi 1,2V e un'alimentazione di 5V, la resistenza sarebbe circa (5V - 1,2V) / 0,02A = 190 Ohm. Una resistenza standard da 200 Ohm sarebbe adatta.
• Polarizzazione del Fototransistor:L'uscita del fototransistor può essere utilizzata in una configurazione a emettitore comune (emettitore a massa, collettore collegato a V_CCtramite una resistenza di carico, R_L) o come interruttore. Il valore di R_Linfluenza l'escursione della tensione di uscita e la velocità di commutazione. Una R_Lpiù piccola fornisce una risposta più veloce ma una variazione di tensione di uscita minore. La condizione di test della scheda tecnica utilizza R_L=100Ω.
• Condizionamento del Segnale:L'uscita è una corrente analogica che varia con l'intensità della luce. Per applicazioni di commutazione digitale, dopo la resistenza di carico potrebbe essere necessario un comparatore o un circuito trigger di Schmitt per fornire un segnale digitale pulito, specialmente se l'oggetto interruttore non blocca completamente il fascio luminoso.
• Immunità alla Luce Ambiente:Poiché il dispositivo utilizza luce infrarossa, è in una certa misura immune alla luce ambiente visibile. Tuttavia, sorgenti forti di luce infrarossa (es. luce solare, lampade a incandescenza) possono influenzare le prestazioni. L'uso di un segnale di pilotaggio del LED modulato e di un rilevamento sincrono può migliorare notevolmente l'immunità alla luce ambiente.
• Allineamento Meccanico:L'oggetto interruttore deve passare in modo affidabile attraverso la fessura e interrompere completamente il fascio per un funzionamento consistente. Le dimensioni della fessura e la dimensione e il percorso dell'oggetto devono essere considerati attentamente.

7. Confronto e Differenziazione Tecnica

Gli interruttori ottici come il LTH-301-07P5 competono con altre tecnologie di sensing come microinterruttori meccanici, sensori ad effetto Hall e sensori ottici riflettenti.

vs. Interruttori Meccanici:Il vantaggio principale è la completa assenza di contatto fisico, che porta a una vita meccanica praticamente infinita, nessun rimbalzo dei contatti, funzionamento silenzioso e maggiore affidabilità in ambienti sporchi o polverosi. Lo svantaggio può essere un costo leggermente superiore e la necessità di un circuito di pilotaggio elettronico.

vs. Sensori Ottici Riflettenti:Gli interruttori ottici a fessura offrono una maggiore precisione e consistenza posizionale perché emettitore e rivelatore sono allineati con precisione in una geometria fissa. Sono meno suscettibili alle variazioni della riflettività dell'oggetto target. I sensori riflettenti sono più adatti per rilevare oggetti a distanza o dove una fessura fisica non è fattibile.

vs. Sensori ad Effetto Hall:I sensori Hall rilevano campi magnetici, non l'interruzione della luce. Sono utilizzati per rilevare la posizione di magneti. La scelta dipende interamente dall'applicazione: rilevare qualsiasi oggetto opaco (interruttore ottico) vs. rilevare un campo magnetico (sensore Hall).

La differenziazione specifica del LTH-301-07P5 risiede nel suo set bilanciato di caratteristiche elettriche (tensione diretta, corrente di uscita, velocità), nel suo robusto package meccanico adatto alla saldatura a onda e nei suoi requisiti di conservazione e manipolazione chiaramente definiti, rendendolo una scelta affidabile per la produzione in volume.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è lo scopo della specifica "Corrente Diretta di Picco" per il LED?

R: Questo valore (1A a 300pps, 10μs) consente al LED di essere pilotato con un impulso di corrente molto più alto del suo valore continuo (50mA) per brevi durate. Questo può essere utilizzato per ottenere un impulso ottico più luminoso, che può migliorare il rapporto segnale/rumore o consentire un ciclo di lavoro inferiore, riducendo il consumo di potenza medio e la generazione di calore.

D: L'I_C(ON)è specificato come minimo 0,6mA. Cosa significa per la mia progettazione del circuito?

R: Questo è un limite inferiore garantito. Nelle condizioni di test standard (I_F=20mA, V_CE=5V), il fototransistor assorbiràalmeno0,6mA quando la fessura è libera. La corrente effettiva nella tua applicazione potrebbe essere più alta. Devi progettare la tua resistenza di carico (R_L) e qualsiasi porta logica successiva per riconoscere un livello di tensione corrispondente a questa corrente minima. Ad esempio, con R_L=1kΩ, la tensione di uscita scenderebbe al massimo a V_CE= 5V - (0,6mA * 1kΩ) = 4,4V quando il fascio non è ostruito.

D: Perché le condizioni di conservazione sono così rigide, specialmente dopo aver aperto la busta?

R: I terminali del componente sono suscettibili all'ossidazione quando esposti all'aria umida. Terminali ossidati hanno una scarsa saldabilità, portando a giunzioni saldate deboli o inesistenti ("dewetting"). L'imballaggio sensibile all'umidità e le regole di conservazione rigide sono pratiche standard del settore (allineate agli standard IPC/JEDEC) per garantire un'elevata resa di assemblaggio e un'affidabilità a lungo termine.

D: Posso utilizzare questo sensore all'aperto?

R: L'intervallo di temperatura operativa è da -25°C a +85°C, che copre molte condizioni esterne. Tuttavia, l'esposizione diretta alla luce solare (una forte sorgente di radiazione infrarossa) può saturare il fototransistor, causando falsi inneschi. Il dispositivo inoltre non è sigillato contro l'ingresso di acqua o polvere. Per l'uso all'aperto, richiederebbe un'attenta schermatura ottica dalla luce ambiente e una protezione ambientale, oppure una diversa tecnologia di sensore potrebbe essere più appropriata.

9. Introduzione al Principio di Funzionamento

L'interruttore ottico funziona su un semplice principio optoelettronico. Contiene due componenti principali alloggiati uno di fronte all'altro attraverso un'intercapedine fisica (la fessura):

1. Emettitore a Infrarossi (LED):Questo è un diodo semiconduttore che emette luce infrarossa (invisibile all'occhio umano) quando polarizzato direttamente con una corrente appropriata (es. 20mA).
2. Fototransistor:Questo è un transistor sensibile alla luce. Quando i fotoni dall'emettitore a infrarossi colpiscono la sua regione di base, generano coppie elettrone-lacuna, che agiscono come corrente di base. Questa corrente di base indotta dalla luce è amplificata dal guadagno del transistor, risultando in una corrente di collettore molto più grande che scorre dal collettore all'emettitore.

Stati di Funzionamento:

- Non Ostruito (Fascio Presente):La luce infrarossa dall'emettitore cade direttamente sul fototransistor. Il fototransistor si accende, permettendo il flusso di una significativa corrente di collettore (I_C(ON)). In un circuito a emettitore comune con una resistenza di pull-up, la tensione di uscita al collettore viene portata bassa (vicino a V_CE(SAT)).

- Ostruito (Fascio Bloccato):Un oggetto opaco posto nella fessura blocca la luce infrarossa. Nessuna luce raggiunge la base del fototransistor, quindi si spegne. Scorre solo una piccola corrente di dispersione (I_CEO, la corrente di buio). La tensione di uscita al collettore sale fino a vicino alla tensione di alimentazione (V_CC).

Questa transizione tra un'alta tensione di uscita (fascio bloccato) e una bassa tensione di uscita (fascio libero) fornisce un segnale digitale pulito per la logica di rilevamento.

10. Tendenze di Sviluppo

Il campo dei sensori optoelettronici, inclusi gli interruttori ottici, continua a evolversi. Tendenze oggettive osservabili nel settore includono:

• Miniaturizzazione:C'è una costante spinta verso dimensioni di package più piccole (es. dispositivi a montaggio superficiale con ingombri ridotti e profili più bassi) per consentire prodotti finali più compatti e un assemblaggio PCB a maggiore densità.
• Prestazioni Migliorate:Miglioramenti nei materiali semiconduttori e nel packaging mirano a fornire una maggiore sensibilità (consentendo correnti di pilotaggio del LED più basse per ridurre il consumo energetico), tempi di risposta più rapidi per applicazioni ad alta velocità e una migliore stabilità termica dei parametri.
• Integrazione e Funzionalità Intelligenti:Alcuni moderni interruttori ottici integrano il circuito di pilotaggio per il LED e il condizionamento del segnale (amplificatore, comparatore, trigger di Schmitt) per l'uscita del fototransistor nello stesso package. Ciò semplifica la progettazione del circuito esterno e può fornire un'uscita diretta a livello logico digitale. L'integrazione di più elementi di sensing è anche una tendenza.
• Focus su Affidabilità e Produzione:I design danno sempre più priorità alla robustezza per processi di assemblaggio automatizzati come pick-and-place e saldatura a rifusione. I materiali sono selezionati per una migliore resistenza allo stress termico e ai fattori ambientali.
• Varianti Specifiche per Applicazione:Prosegue lo sviluppo di sensori su misura per esigenze di mercato specifiche, come sensori ultra-sottili per la gestione della carta in dispositivi portatili, o sensori con fessure molto strette per il rilevamento di bordi ad alta precisione.

Il LTH-301-07P5 rappresenta una tecnologia matura e affidabile che soddisfa i requisiti fondamentali per un'ampia gamma di applicazioni standard, mentre queste tendenze più ampie modellano lo sviluppo dei dispositivi di prossima generazione.