Scheda Tecnica Fotointerruttore LTH-1650-01 - Distanza Focale 3mm - Tipo a Taglio Infrarosso - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTH-1650-01 è un modulo fotointerruttore compatto di tipo trasmissivo. La sua funzione principale è rilevare l'interruzione di un fascio di luce infrarossa tra il suo diodo emettitore di luce (LED) infrarosso integrato e un fototransistor al silicio. Il vantaggio progettuale principale è la sua distanza focale integrata di 3mm, che ottimizza la sensibilità per il rilevamento di oggetti a quel preciso intervallo. Essendo un dispositivo di tipo a taglio infrarosso, è progettato per minimizzare l'interferenza della luce ambientale visibile, migliorando l'affidabilità in varie applicazioni di sensing. Il mercato di riferimento include principalmente apparecchiature per l'automazione d'ufficio, sistemi di controllo industriale ed elettronica di consumo che richiedono il rilevamento di posizione o oggetti senza contatto.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi parametri definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Dissipazione di Potenza del LED di Ingresso (P_D):Massimo 75 mW. Questo limita il carico termico combinato derivante dalla corrente diretta e dalla caduta di tensione.
• Corrente Diretta di Picco del LED (I_CP):1 A in condizioni pulsate (300 pps, larghezza impulso 10 µs). Ciò consente brevi impulsi ad alta intensità per migliorare il rilevamento del segnale.
• Corrente Diretta Continua del LED (I_F):Massimo 60 mA in CC. Questo è il limite di sicurezza per il funzionamento costante.
• Tensione Inversa del LED (V_R):5 V. Superare questo valore può danneggiare la giunzione del LED.
• Dissipazione di Potenza del Fototransistor (P_C):Massimo 100 mW, determinato dalla corrente di collettore e dalla tensione collettore-emettitore.
• Tensione Collettore-Emettitore (V_CEO):Massimo 30 V per il fototransistor.
• Corrente di Collettore (I_C):Massimo 20 mA per il transistor di uscita.
• Temperatura di Esercizio (T_opr):-25°C a +85°C. Il dispositivo è adatto a un'ampia gamma di ambienti industriali e commerciali.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali (T_S):260°C per un massimo di 5 secondi, specificata per terminali a 1,6mm dall'involucro. Questo è fondamentale per i processi di saldatura a onda o a rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono specificati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C e definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali.

• Tensione Diretta del LED (V_F):Tipicamente da 1,2V a 1,6V con I_F= 20 mA. Viene utilizzata per calcolare il valore della resistenza di limitazione della corrente richiesta.
• Corrente Inversa del LED (I_R):Massimo 100 µA con V_R=5V, indica la corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.
• Corrente di Buio Collettore-Emettitore (I_CEO):Massimo 100 nA con V_CE=10V senza luce in ingresso. Questa è la corrente di dispersione del fototransistor, che influenza il livello del segnale nello stato "spento".
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(SAT)):Tipicamente 0,4V con I_C=0,05mA e I_F=20mA. Questa è la tensione ai capi del transistor quando è completamente "acceso", importante per l'interfacciamento con livelli logici.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il dispositivo presenta un sistema di binning delle prestazioni basato sulla Corrente di Collettore in Stato Acceso (I_C(ON)), misurata in condizioni standardizzate (V_CE=5V, I_F=20mA, distanza d=3,0mm). Questa corrente è direttamente correlata alla sensibilità dell'accoppiatore.

• BIN A: I_C(ON)intervallo da 100 µA a 300 µA. Questo è il grado di sensibilità standard.
• BIN B: I_C(ON)intervallo da 260 µA a 650 µA. Questo bin offre una sensibilità più elevata.
• BIN C: I_C(ON)intervallo da 400 µA a 1200 µA. Questo è il grado di sensibilità più alto disponibile.

Questo sistema di binning consente ai progettisti di selezionare un dispositivo con sensibilità costante per la loro applicazione, garantendo soglie di attivazione affidabili tra i lotti di produzione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche che forniscono una visione grafica del comportamento del dispositivo in condizioni variabili. Sebbene grafici specifici non siano dettagliati nel testo, le curve standard per un tale dispositivo includerebbero tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (I_F-V_F):Mostra la relazione non lineare per il LED infrarosso, cruciale per la progettazione del circuito di pilotaggio.
• Corrente di Collettore vs. Tensione Collettore-Emettitore (I_C-V_CE):Famiglia di curve con la corrente diretta del LED (I_F) come parametro, che illustra le caratteristiche di uscita del fototransistor.
• Corrente di Collettore in Stato Acceso vs. Corrente Diretta (I_C(ON)-I_F):Dimostra la caratteristica di trasferimento e la linearità dell'accoppiamento ottico.
• Corrente di Collettore in Stato Acceso vs. Temperatura Ambiente (I_C(ON)-T_A):Mostra come la sensibilità si degradi con l'aumento della temperatura, un fattore critico per la gestione termica nei progetti.
• Caratteristiche del Tempo di Risposta:La scheda tecnica specifica un Tempo di Salita (T_R) di 3-15 µs e un Tempo di Discesa (T_F) di 4-20 µs in condizioni di test (V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Questi valori definiscono la massima velocità di commutazione del sensore.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il package è di tipo through-hole standard. Le note dimensionali chiave della scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri, con i pollici tra parentesi.
• La tolleranza predefinita è ±0,25mm (±0,010") a meno che una caratteristica specifica non abbia un'indicazione diversa.
• La distanza focale (l'intervallo ottimale tra le finestre dell'emettitore e del rivelatore per la massima sensibilità) è specificata come 3 mm.
• Il package include scanalature o caratteristiche stampate che facilitano il montaggio preciso e l'allineamento sul PCB.
• La polarità è chiaramente indicata sul corpo del package, tipicamente con un punto o uno spigolo smussato vicino al pin dell'anodo del LED (o del collettore del fototransistor). L'orientamento corretto è essenziale per la funzione del circuito.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

È richiesta una manipolazione corretta per mantenere l'integrità del dispositivo.

• Saldatura:Il valore massimo assoluto per la temperatura di saldatura dei terminali è di 260°C per 5 secondi, misurata a 1,6mm (0,063") dall'involucro plastico. Questa linea guida aiuta a prevenire danni termici ai collegamenti interni del die e all'incapsulamento plastico durante la saldatura a onda o manuale.
• Pulizia:Utilizzare solventi standard per la pulizia dei PCB compatibili con il materiale plastico del dispositivo. Evitare la pulizia ad ultrasuoni con potenza eccessiva o esposizione prolungata.
• Stoccaggio:I dispositivi devono essere conservati in condizioni entro l'intervallo di Temperatura di Stoccaggio (T_stg) da -40°C a +100°C e in un ambiente a bassa umidità e anti-statico per prevenire l'assorbimento di umidità e danni da scarica elettrostatica (ESD).

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Come indicato nella scheda tecnica, le applicazioni principali includono:

• Stampanti e Fax:Per il rilevamento esaurimento carta, il sensing di inceppamenti, il rilevamento coperchio aperto e il sensing della posizione della testina.
• Interruttori Ottoelettronici:Utilizzati in distributori automatici, automazione industriale per conteggio, finecorsa e sensing di dischi per encoder rotativi.
• Elettronica di Consumo:Sensori di fessura in unità disco, registratori a nastro o altri sistemi di gestione supporti.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Resistenza di Limitazione della Corrente (per il LED):Deve essere calcolata in base alla tensione di alimentazione (V_CC), alla tensione diretta del LED (V_F~1,4V tip.) e alla corrente diretta desiderata (I_F). Non superare la corrente continua I_Fnominale di 60 mA. Un punto di lavoro tipico è 20 mA.
• Resistenza di Carico (per il Fototransistor):Il valore della resistenza di pull-up (R_L) collegata al collettore determina l'escursione della tensione di uscita e influisce sulla velocità di commutazione. Una R_Lpiù piccola fornisce un tempo di discesa più rapido ma riduce l'ampiezza della tensione di uscita. La condizione di test utilizza R_L=100Ω.
• Immunità al Rumore Elettrico:Per percorsi di cablaggio lunghi o ambienti rumorosi, considerare l'aggiunta di un piccolo condensatore di bypass (es. 0,1µF) ai pin di alimentazione vicino al dispositivo e l'uso di cavi schermati.
• Considerazioni Ottiche:Mantenere il percorso ottico (l'intervallo di 3mm) libero da polvere, sporco o condensa. Il filtro a taglio infrarosso aiuta, ma forti sorgenti infrarosse ambientali (come luce solare o lampade a incandescenza) vicino al sensore possono causare attivazioni spurie.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto a fototransistor o fotodiodi base, questo fotointerruttore integrato offre vantaggi chiave:

• Ottica Allineata:L'emettitore e il rivelatore sono pre-allineati in un package fisso e rigido, eliminando la necessità di un preciso allineamento meccanico durante l'assemblaggio, un vantaggio significativo rispetto ai componenti discreti.
• Intervallo Ottimizzato:La distanza focale di 3mm è impostata in fabbrica per la massima sensibilità a quel preciso intervallo d'aria.
• Rigetto della Luce Ambiente:Il filtro a taglio infrarosso sul fototransistor riduce significativamente la sensibilità alla luce visibile, migliorando il rapporto segnale/rumore nelle tipiche condizioni di illuminazione interna.
• Form Factor Compatto:Fornisce una soluzione completa di interruttore ottico in un unico package di piccole dimensioni.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è lo scopo dei diversi bin (A, B, C)?

R: I bin classificano i dispositivi in base alla loro sensibilità (I_C(ON)). Scegliere un bin più alto (B o C) per applicazioni che richiedono il rilevamento di oggetti a basso contrasto, una vita più lunga (poiché l'output del LED si degrada nel tempo) o il funzionamento con livelli di polvere più elevati. Il Bin A è sufficiente per applicazioni standard.

D: Posso pilotare il LED direttamente con una sorgente di tensione?

R: No. Un LED è un dispositivo pilotato in corrente. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente in serie per impostare la corrente diretta (I_F) a un valore sicuro e costante, come mostrato in tutti i circuiti applicativi.

D: Come interfaccio l'uscita con un microcontrollore?

R: Il fototransistor agisce come un interruttore. Collegare il suo emettitore a massa, il suo collettore a un pin di ingresso digitale tramite una resistenza di pull-up (es. 10kΩ). Quando il fascio non è interrotto, il transistor è acceso, portando il pin a livello basso. Quando è interrotto, il transistor è spento e la resistenza di pull-up porta il pin a livello alto. Assicurarsi che i livelli logici di ingresso del microcontrollore siano compatibili con l'escursione della tensione di uscita (vicino a 0V per "acceso", vicino a V_CCper "spento").

D: Cosa influisce sul tempo di risposta?

R: La velocità intrinseca del fototransistor, il valore della resistenza di carico (R_L), e la capacità delle tracce del circuito. Per una commutazione più veloce, utilizzare una R_Lpiù piccola, compatibilmente con i livelli di corrente e tensione di uscita desiderati.

10. Esempio Pratico di Utilizzo

Scenario: Sensore di Esaurimento Carta in una Stampante da Tavolo.

Il fotointerruttore è montato sul telaio della stampante in modo che la pila di carta nel cassetto si trovi all'interno dell'intervallo ottico di 3mm, bloccando il fascio infrarosso. Può essere utilizzata una leva o un'ala collegata al seguicarta del cassetto. Quando è presente carta, il fascio è bloccato, il fototransistor è spento e la sua uscita è alta. Quando viene alimentato l'ultimo foglio, il seguicarta si muove, sbloccando il fascio. Il fototransistor si accende, portando l'uscita a livello basso. Questa transizione logica viene rilevata dal controller principale della stampante, che attiva quindi l'avviso "Carta Esaurita" sull'interfaccia utente. Il filtro a taglio infrarosso previene attivazioni spurie dovute all'illuminazione interna della stampante o alle luci della stanza.

11. Principio di Funzionamento

Il dispositivo funziona sul principio dell'accoppiamento ottico modulato. Un LED infrarosso interno emette luce quando è polarizzato direttamente con una corrente appropriata. Direttamente opposto, all'interno dello stesso package, si trova un fototransistor NPN al silicio. La regione di base del fototransistor è esposta alla luce. Quando i fotoni infrarossi del LED colpiscono la giunzione base-collettore, generano coppie elettrone-lacuna. Questa corrente fotogenerata agisce come corrente di base, causando la conduzione di una corrente di collettore molto più grande (I_C), proporzionale all'intensità luminosa. Un oggetto che passa attraverso la fessura di 3mm tra di loro interrompe questo fascio luminoso, causando lo spegnimento del fototransistor. Ciò fornisce un segnale di commutazione pulito, elettricamente isolato, basato su un evento fisico.

12. Tendenze Tecnologiche

I fotointerruttori rimangono componenti fondamentali nel sensing di posizione. Le tendenze attuali nel settore includono:

• Miniaturizzazione:Sviluppo di package SMD (Surface-Mount Device) ancora più piccoli per risparmiare spazio su PCB nell'elettronica di consumo compatta.
• Integrazione:Incorporazione di circuiti aggiuntivi on-chip, come trigger di Schmitt per l'isteresi, amplificatori per segnali più deboli o persino interfacce digitali (I2C) per fornire un'uscita digitale pulita ed elaborata, semplificando l'interfacciamento con i microcontrollori.
• Prestazioni Migliorate:Miglioramenti nell'efficienza dei LED e nella sensibilità dei fotorivelatori consentono il funzionamento a correnti più basse, riducendo il consumo energetico e la generazione di calore.
• Varianti Specializzate:Dispositivi con ruote fessurate per la codifica rotativa, o tipi riflettenti in cui emettitore e rivelatore sono rivolti nella stessa direzione per rilevare marcature riflettenti.

Il principio fondamentale dell'interruzione ottica rimane robusto grazie alla sua natura senza contatto, affidabilità e semplicità, garantendo la sua continua rilevanza nella progettazione di sistemi meccatronici.