Scheda Tecnica Fotointerruttore LTH-301-23P1 - Dimensioni 7.62mm - Tensione 1.6V - Potenza 60mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTH-301-23P1 è un modulo fotointerruttore compatto, a montaggio through-hole. Funziona come un interruttore ottico a contatto zero, utilizzando un diodo a emissione di luce infrarossa (LED IR) accoppiato a un fototransistor. Il principio fondamentale prevede che il LED IR emetta luce, che viene rilevata dal fototransistor. Quando un oggetto interrompe il percorso luminoso tra emettitore e rivelatore, lo stato di uscita del fototransistor cambia, consentendo il rilevamento di posizione, la rilevazione di oggetti o la commutazione di finecorsa senza contatto fisico. I suoi principali vantaggi includono un'elevata velocità di commutazione, un funzionamento affidabile a contatto zero e un design adatto al montaggio diretto su PCB o su zoccolo dual-in-line, rendendolo ideale per applicazioni in stampanti, fotocopiatrici, distributori automatici e automazione industriale dove sono richieste durata e precisione.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile far funzionare il dispositivo in modo continuativo a questi limiti o in loro prossimità.

• Corrente Diretta Continua del Diodo IR (I_F):50 mA. Questa è la massima corrente in regime stazionario che può attraversare il LED infrarosso.
• Tensione Inversa del Diodo IR (V_R):5 V. Superare questa tensione di polarizzazione inversa sul LED può causarne la rottura.
• Corrente di Collettore del Transistor (I_C):20 mA. La massima corrente continua che il collettore del fototransistor può gestire.
• Dissipazione di Potenza del Transistor (P_D):75 mW a 25°C, con derating lineare di 1.33 mW/°C sopra i 25°C. Questo limita il calore generato nel fototransistor.
• Corrente Diretta di Picco del Diodo IR:1 A (larghezza impulso = 10 µs, 300 pps). Consente brevi impulsi ad alta corrente per applicazioni che richiedono un'elevata potenza ottica istantanea.
• Dissipazione di Potenza del Diodo (P_D):60 mW a 25°C, anch'essa con derating di 1.33 mW/°C. Questo governa i limiti termici del LED IR.
• Tensione Collettore-Emettitore del Fototransistor (V_CEO):30 V. La massima tensione che può essere applicata tra collettore ed emettitore quando il transistor è spento.
• Tensione Emettitore-Collettore del Fototransistor (V_ECO):5 V. La massima tensione inversa attraverso la giunzione collettore-emettitore.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento:-25°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente per un funzionamento affidabile del dispositivo.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-55°C a +100°C. L'intervallo di temperatura per la conservazione in condizioni di non funzionamento.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 5 secondi a 1.6mm dall'involucro. Definisce il profilo di rifusione o saldatura manuale per prevenire danni al package.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (T_A= 25°C) e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

2.2.1 Caratteristiche del LED di Ingresso

• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 1.2V a 1.6V con I_F= 20 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED IR quando è pilotato con la corrente di test standard. Una resistenza limitatrice di corrente deve essere calcolata in base a questo valore e alla tensione di alimentazione.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 100 µA con V_R= 5V. Questa è la piccola corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.

2.2.2 Caratteristiche del Fototransistor di Uscita

• Tensione di Rottura Collettore-Emettitore (V_(BR)CEO):Minimo 30V con I_C= 1mA. Questa elevata tensione di rottura consente l'uso di tensioni di alimentazione più elevate nel circuito del collettore.
• Tensione di Rottura Emettitore-Collettore (V_(BR)ECO):Minimo 5V con I_E= 100µA.
• Corrente di Buio Collettore-Emettitore (I_CEO):Massimo 100 nA con V_CE= 10V. Questa è la corrente di dispersione quando il fototransistor è in completa oscurità (nessuna luce IR). Un valore basso è fondamentale per un buon rapporto segnale/rumore nelle applicazioni di sensing.

2.2.3 Caratteristiche dell'Accoppiatore (Dispositivo Completo)

• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(SAT)):Massimo 0.4V con I_C= 0.2mA e I_F= 20mA. Questa è la tensione ai capi del fototransistor quando è completamente "acceso" (in saturazione). Un valore più basso è migliore in quanto minimizza la perdita di potenza.
• Corrente di Collettore in Stato di Accensione (I_C(ON)):Minimo 0.4 mA con V_CE= 5V e I_F= 20mA. Questo specifica la minima fotocorrente generata quando il LED IR è pilotato e il percorso luminoso è libero. Questo parametro è direttamente correlato alla sensibilità del dispositivo.
• Tempo di Salita (T_r):Tipico 25 µs in condizioni di test (I_C=2mA, R_L=1kΩ, V_CE=5V). Questo è il tempo impiegato dall'uscita del fototransistor per passare dal 10% al 90% del suo valore finale quando il LED IR viene acceso.
• Tempo di Discesa (T_f):Tipico 26 µs nelle stesse condizioni. Questo è il tempo di transizione quando il LED IR viene spento. Questi tempi di commutazione definiscono la frequenza massima alla quale il dispositivo può funzionare in modo affidabile.

3. Informazioni Meccaniche e sul Package

3.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è alloggiato in un package dual-in-line standard a 4 pin. Le note dimensionali principali della scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri, con i pollici tra parentesi.
• La tolleranza standard è ±0.25mm (±0.010") a meno che una nota specifica non indichi diversamente.
• La larghezza del corpo è di circa 7.62mm e la spaziatura dei pin segue un pattern a griglia standard da 0.1 pollici (2.54mm) per il montaggio through-hole su PCB.

Il package è progettato per processi di saldatura a onda o saldatura manuale. Il disegno dimensionale nella scheda tecnica fornisce le misure critiche per la progettazione dell'impronta PCB, incluso il diametro dei terminali, la spaziatura dei pin (tra righe e colonne), la lunghezza e larghezza del corpo e la larghezza della fessura che definisce l'apertura di sensing.

3.2 Pinout e Identificazione della Polarità

Il dispositivo ha quattro pin. Tipicamente, due pin sono per l'anodo e il catodo del LED IR, e gli altri due sono per il collettore e l'emettitore del fototransistor. Il disegno nella scheda tecnica indica il pin 1, fondamentale per il corretto orientamento. Il LED IR è un dispositivo pilotato in anodo, e il fototransistor è di tipo NPN dove il collettore deve essere collegato a un'alimentazione positiva tramite una resistenza di carico e l'emettitore a massa. Un collegamento di polarità errato al LED impedirà l'emissione di luce, e un collegamento errato al fototransistor non produrrà alcun segnale di uscita.

4. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La scheda tecnica specifica un parametro critico di saldatura: i terminali possono essere sottoposti a una temperatura di 260°C per un massimo di 5 secondi, misurata a una distanza di 1.6mm (0.063") dall'involucro plastico. Questa linea guida è essenziale per prevenire danni termici al die semiconduttore interno e al materiale dell'involucro plastico durante operazioni di saldatura a onda o manuale. Per la saldatura a rifusione, deve essere utilizzato un profilo standard con una temperatura di picco non superiore a 260°C e il tempo sopra il liquido (TAL) controllato. È consigliabile seguire gli standard JEDEC o IPC per la saldatura di componenti through-hole.

5. Suggerimenti per l'Applicazione

5.1 Circuiti di Applicazione Tipici

La configurazione circuitale più comune prevede il pilotaggio del LED IR con un generatore di corrente costante o, più semplicemente, una sorgente di tensione in serie con una resistenza limitatrice di corrente (R_limit). R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V e una I_Fdesiderata di 20mA, con V_F= 1.4V, R_limit= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ω. L'uscita del fototransistor è tipicamente collegata come un interruttore: il collettore è collegato a V_CCtramite una resistenza di pull-up (R_load), e l'emettitore è collegato a massa. Il segnale di uscita è prelevato dal nodo del collettore. Quando la luce colpisce il transistor, questo si accende, portando la tensione del collettore a un livello basso (vicino a V_CE(SAT)). Quando il percorso luminoso è bloccato, il transistor si spegne e la tensione del collettore viene portata al livello alto di V_CCda R_load. Il valore di R_loadinfluenza la velocità di commutazione e il consumo di corrente; una resistenza più piccola fornisce una commutazione più veloce ma una maggiore dissipazione di potenza nello stato 'acceso'.

5.2 Considerazioni di Progettazione

• Immunità alla Luce Ambiente:Poiché il dispositivo utilizza luce infrarossa, è in una certa misura immune alla luce ambiente visibile. Tuttavia, sorgenti forti di radiazione IR (es. luce solare, lampade a incandescenza) possono causare falsi inneschi. L'uso di un segnale IR modulato e di un rilevamento sincrono può migliorare notevolmente l'immunità.
• Allineamento:Un preciso allineamento meccanico tra le fessure dell'emettitore e del rivelatore è cruciale per la massima intensità del segnale. L'impronta PCB e il montaggio devono garantire questo allineamento.
• Caratteristiche dell'Oggetto:L'oggetto che interrompe il fascio dovrebbe essere opaco alla lunghezza d'onda IR utilizzata. Materiali riflettenti o traslucidi potrebbero non attivare il sensore in modo affidabile.
• Requisiti di Velocità:I tempi di salita e discesa (~25 µs) limitano la frequenza massima di commutazione a circa 1/(Tr+Tf) ≈ 20 kHz per un'onda quadra, sebbene i limiti pratici siano inferiori per garantire una transizione completa.

6. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a una sezione per "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche". Questi grafici, tipicamente inclusi in tali documenti, forniscono rappresentazioni visive di come i parametri chiave variano con le condizioni. Le curve attese includono:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (I_F-V_F):Mostra la relazione esponenziale per il LED IR, aiutando a determinare V_Fa correnti diverse da quella di test.
• Corrente di Collettore vs. Tensione Collettore-Emettitore (I_C-V_CE):Famiglia di curve per il fototransistor con l'intensità della luce incidente (o la corrente di pilotaggio del LED) come parametro, che mostra le regioni di saturazione e attiva.
• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR) vs. Corrente Diretta:CTR = (I_C/ I_F) * 100%. Questo grafico mostra l'efficienza dell'accoppiamento ottico, che tipicamente diminuisce a I_F.
• molto elevate._{Corrente di Collettore in Stato di Accensione vs. Temperatura (I}C(ON)_A-T):
• Illustra come la sensibilità del fototransistor cambi con la temperatura ambiente, mostrando solitamente una diminuzione a temperature più elevate._CEOCorrente di Buio vs. Temperatura (I_A-T):

Mostra l'aumento esponenziale della corrente di dispersione con la temperatura, che è critico per il funzionamento ad alta temperatura.

L'analisi di queste curve consente ai progettisti di ottimizzare i punti di lavoro, comprendere i compromessi di prestazione in funzione della temperatura e prevedere il comportamento in condizioni non standard.

7. Confronto e Differenziazione Tecnica_CEORispetto ai microinterruttori meccanici, il LTH-301-23P1 offre vantaggi distintivi: nessun rimbalzo di contatto, vita operativa molto più lunga (milioni contro migliaia di cicli), immunità alla contaminazione da polvere o oli (essendo un package sigillato) e velocità di commutazione più elevata. Rispetto ai sensori ottici riflettenti, i fotointerruttori trasmissivi come questo forniscono un rilevamento più consistente e affidabile in quanto sono meno sensibili al colore o alla riflettività dell'oggetto target; rilevano semplicemente la presenza o l'assenza di un oggetto nella fessura. Il differenziatore chiave per questa parte specifica è il suo equilibrio tra package through-hole standard, robusti valori nominali elettrici (30V V_F, 50mA I

) e velocità di commutazione specificata, rendendolo una scelta versatile e generica.

8. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la tipica distanza di rilevamento o larghezza della fessura?

R: La "distanza" di rilevamento è effettivamente la larghezza della fessura nel package. Gli oggetti devono passare attraverso questo spazio fisico per interrompere il fascio. Il disegno dimensionale nella scheda tecnica fornisce l'esatta larghezza della fessura.

D: Posso pilotare il LED IR direttamente da un pin di un microcontrollore?

R: Possibilmente, ma devi verificare la capacità di erogazione di corrente del pin. Un tipico pin MCU può erogare 20-25mA, che corrisponde alla condizione di test. Tuttavia, DEVI includere una resistenza limitatrice di corrente in serie come calcolato nelle note applicative. Pilotare il LED senza una resistenza probabilmente distruggerebbe sia il LED che il pin MCU.

D: Come interfaccio l'uscita del fototransistor a un microcontrollore?_CCR: Il metodo più semplice è utilizzare il fototransistor come ingresso digitale. Collega il collettore al pin digitale I/O dell'MCU (che tipicamente ha una resistenza di pull-up interna che può essere abilitata) e anche a V_CC used.

tramite una resistenza di pull-up esterna (es. 10kΩ). L'emettitore si collega a massa. Quando il fascio è interrotto, il transistor è acceso, portando il pin a LIVELLO BASSO. Quando è interrotto, il pin viene portato a LIVELLO ALTO. Assicurati che i livelli di tensione di ingresso dell'MCU siano compatibili con la V

D: Cosa influenza la velocità di commutazione?_LR: I tempi intrinseci di salita/discesa del fototransistor (~25µs) sono il limite principale. Tuttavia, fattori circuitali possono rallentarla ulteriormente. Una resistenza di carico grande (R_F) aumenta la costante di tempo RC per la carica/scarica di qualsiasi capacità parassita, rallentando il tempo di salita. Allo stesso modo, pilotare il LED IR con una corrente eccessiva può causare uno spegnimento più lento a causa degli effetti di accumulo dei portatori. Per la massima velocità, utilizza la I_L.

raccomandata e una R

moderatamente piccola.

9. Principio di Funzionamento

Un fotointerruttore è un dispositivo optoelettronico trasmissivo. Contiene due componenti separati in un unico package: una sorgente di luce infrarossa (un LED IR) e un rivelatore di luce (un fototransistor), posti uno di fronte all'altro attraverso un piccolo spazio d'aria o una fessura. Il LED IR è polarizzato direttamente con una corrente adeguata, causando l'emissione di fotoni infrarossi. Questi fotoni attraversano lo spazio e colpiscono la regione di base del fototransistor NPN. L'energia dei fotoni genera coppie elettrone-lacuna nella base, creando effettivamente una corrente di base. Questa corrente di base fotogenerata viene amplificata dal guadagno del transistor, risultando in una corrente di collettore molto più grande che può fluire dal collettore all'emettitore, accendendo il transistor. Quando un oggetto opaco viene inserito nella fessura, blocca il percorso luminoso. La fotogenerazione della corrente di base si interrompe, il transistor cessa di essere polarizzato in conduzione e la corrente di collettore scende a un valore molto basso (la corrente di buio), spegnendo il transistor. Questa azione on/off fornisce un segnale digitale pulito corrispondente alla presenza o assenza di un oggetto.