Scheda Tecnica LTH-301-19 Fotointerruttore - Commutazione a Contatto Zero - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTH-301-19 è un dispositivo di commutazione a contatto zero compatto, progettato per applicazioni che richiedono un rilevamento affidabile di oggetti o la sensibilità di posizione. Funziona secondo il principio di un diodo a emissione luminosa a infrarossi (IR LED) accoppiato a un fototransistor. Quando un oggetto interrompe il fascio infrarosso tra l'emettitore e il rilevatore, lo stato di uscita del fototransistor cambia, fornendo un segnale di commutazione. Questo dispositivo è adatto per il montaggio diretto su PCB o per l'uso con zoccoli dual-in-line, offrendo una soluzione rapida e affidabile per varie applicazioni nell'elettronica industriale e di consumo.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il diodo IR può sopportare una corrente diretta continua di 60 mA e una tensione inversa di 5 V. La corrente di collettore del fototransistor è limitata a 20 mA con una dissipazione di potenza di 100 mW. Per il diodo IR, è ammessa una corrente diretta di picco di 1 A in condizioni pulsate (larghezza impulso 10 μs, 300 pps). Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura operativa da -25°C a +85°C e un intervallo di conservazione da -40°C a +100°C. La temperatura di saldatura dei terminali non deve superare i 260°C per 5 secondi quando misurata a 1,6 mm dal corpo.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questa sezione dettaglia le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche a una temperatura ambiente di 25°C.

2.2.1 Caratteristiche del LED di Ingresso

La tensione diretta (VF) del LED IR è tipicamente di 1,6V a una corrente diretta (IF) di 20mA, con un massimo di 1,6V. La corrente inversa (IR) è al massimo di 100 μA a una tensione inversa (VR) di 5V.

2.2.2 Caratteristiche del Fototransistor di Uscita

La tensione di breakdown collettore-emettitore (V(BR)CEO) è minima 30V. La tensione di breakdown emettitore-collettore (V(BR)ECO) è minima 5V. La corrente oscura collettore-emettitore (ICEO) è al massimo di 100 nA a VCE=10V, indicando la corrente di dispersione quando il LED è spento.

2.2.3 Caratteristiche dell'Accoppiatore

La tensione di saturazione collettore-emettitore (VCE(SAT)) è al massimo di 0,4V quando il fototransistor è portato in saturazione (IC=70μA, IF=1,4mA). La corrente di collettore in stato di conduzione (IC(ON)) è tipicamente di 70 μA a VCE=3,3V e IF=1,4mA, e può raggiungere 10 mA a VCE=5V e IF=20mA, mostrando la sensibilità e la capacità di uscita del dispositivo in diverse condizioni di pilotaggio.

2.2.4 Tempo di Risposta

La velocità di commutazione è caratterizzata dal tempo di salita (tr) e dal tempo di discesa (tf). Il tempo di salita tipico è di 3 μs (max 15 μs) e il tempo di discesa tipico è di 4 μs (max 20 μs), misurati in specifiche condizioni di test (VCE=5V, Ic=2mA, RL=100Ω). Questo definisce la capacità del dispositivo per il rilevamento ad alta velocità.

3. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

3.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo presenta un package through-hole standard. Tutte le dimensioni sono specificate in millimetri con una tolleranza predefinita di ±0,25 mm salvo diversa indicazione. Il disegno dimensionale esatto è fornito nella scheda tecnica, dettagliando le dimensioni del corpo, la spaziatura dei terminali e l'ingombro complessivo per il layout del PCB.

3.2 Identificazione della Polarità

L'orientamento corretto è fondamentale. La scheda tecnica include un diagramma che indica chiaramente l'anodo e il catodo del LED IR e il collettore e l'emettitore del fototransistor. Montare il dispositivo in modo errato può causare malfunzionamenti o danni.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include tipiche curve delle caratteristiche elettriche e ottiche, tracciate a una temperatura ambiente di 25°C salvo diversa specifica. Questi grafici sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo oltre i valori minimi, tipici e massimi tabulati.

4.1 Caratteristiche di Trasferimento

Le curve mostrano probabilmente la relazione tra la corrente diretta del LED di ingresso (IF) e la corrente di collettore del fototransistor di uscita (IC) a varie tensioni collettore-emettitore (VCE). Questo illustra il rapporto di trasferimento di corrente (CTR), un parametro chiave per il guadagno.

4.2 Caratteristiche di Saturazione dell'Uscita

I grafici che rappresentano VCE(SAT) rispetto a IC per diversi livelli di IF aiutano i progettisti a comprendere i livelli di tensione di uscita quando il fototransistor è completamente acceso, il che è importante per l'interfacciamento con circuiti logici.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Sebbene i dati principali siano a 25°C, le curve caratteristiche possono mostrare come parametri come la corrente oscura (ICEO) e la corrente di uscita variano con la temperatura, il che è cruciale per progettare sistemi stabili nell'intervallo operativo specificato.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

5.1 Parametri di Saldatura

Il valore massimo assoluto specifica che i terminali possono essere saldati a 260°C per un massimo di 5 secondi, con la temperatura misurata a 1,6 mm (0,063") dall'involucro plastico. Questo è fondamentale per prevenire danni termici ai componenti interni e al package plastico.

5.2 Manipolazione e Conservazione

Il dispositivo deve essere conservato entro l'intervallo di temperatura specificato da -40°C a +100°C. Durante la manipolazione e il montaggio devono essere osservate le normali precauzioni ESD (scarica elettrostatica) per prevenire danni alle giunzioni dei semiconduttori.

6. Suggerimenti per l'Applicazione

6.1 Scenari Applicativi Tipici

L'LTH-301-19 è ideale per il rilevamento senza contatto in stampanti (rilevamento inceppamento carta, livello toner), fotocopiatrici, distributori automatici (rilevamento monete/oggetti), automazione industriale (sensibilità di posizione, finecorsa) ed elettronica di consumo. La sua velocità di commutazione rapida lo rende adatto per applicazioni di conteggio o misurazione della velocità.

6.2 Considerazioni di Progettazione

Resistenza di Limitazione della Corrente:Una resistenza esterna deve essere utilizzata in serie con il LED IR per limitare la sua corrente diretta (IF) a un valore sicuro, tipicamente tra la condizione di test di 1,4mA e il massimo assoluto di 60mA, bilanciando luminosità e longevità.
Resistenza di Carico:Il valore della resistenza di carico (RL) collegata al collettore del fototransistor influisce sia sull'escursione della tensione di uscita che sul tempo di risposta. Una RL più piccola fornisce una commutazione più veloce ma un'escursione della tensione di uscita minore.
Luce Ambiente:Essendo un dispositivo a infrarossi, è meno suscettibile alle interferenze della luce ambiente visibile. Tuttavia, per applicazioni critiche, possono essere impiegate schermature meccaniche o tecniche di modulazione/demodulazione per migliorare l'immunità al rumore.
Allineamento:Un preciso allineamento meccanico tra le fessure dell'emettitore e del rilevatore è necessario per prestazioni ottimali e per la massima distanza di rilevamento.

7. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto agli interruttori meccanici, l'LTH-301-19 offre il vantaggio chiave del funzionamento senza contatto, risultando in assenza di usura, maggiore durata, funzionamento silenzioso e potenziali velocità di commutazione più elevate. Rispetto ad altri sensori ottici, il suo package a fessura integrato fornisce un percorso ottico incorporato, semplificando la progettazione meccanica e migliorando l'affidabilità dell'allineamento rispetto a componenti emettitore e rilevatore separati. La tensione di saturazione specificata (VCE(SAT)<0,4V) garantisce una buona compatibilità con i circuiti logici a bassa tensione.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è lo scopo del parametro corrente oscura (ICEO)?
R: La corrente oscura è la piccola corrente di dispersione che scorre attraverso il fototransistor quando nessuna luce del LED IR è incidente (cioè il fascio è bloccato o il LED è spento). Una bassa corrente oscura (max 100 nA) è desiderabile in quanto minimizza la corrente in stato "spento", portando a una distinzione più netta tra gli stati acceso e spento dell'interruttore.

D: Come scelgo il valore per la resistenza di limitazione della corrente del LED?
R: Usa la Legge di Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Vcc è la tua tensione di alimentazione, VF è la tensione diretta del LED (usa 1,6V per il margine di progetto) e IF è la corrente operativa desiderata (ad es. 20mA per l'uscita massima). Assicurati che la dissipazione di potenza calcolata nella resistenza sia entro il suo valore nominale.

D: Questo sensore può essere utilizzato all'aperto?
R: L'intervallo di temperatura operativa è da -25°C a +85°C, che copre molti ambienti. Tuttavia, la luce solare diretta contiene una forte radiazione infrarossa che potrebbe saturare il sensore. La tenuta ambientale contro polvere e umidità non fa parte delle specifiche del package e dovrebbe essere considerata separatamente.

D: Cosa influenza la distanza o il gap di rilevamento?
R: Il gap di rilevamento è influenzato dalla corrente di pilotaggio del LED (IF), dalla sensibilità del fototransistor, dall'allineamento e dall'opacità dell'oggetto che interrompe il fascio. La scheda tecnica non specifica un gap massimo; deve essere determinato empiricamente per un oggetto specifico e il margine di segnale richiesto.

9. Caso d'Uso Pratico

Caso: Rilevamento Carta in una Stampante da Tavolo.L'LTH-301-19 può essere montato in modo che il percorso della carta attraversi la sua fessura. Un pin GPIO di un microcontrollore, configurato con una resistenza di pull-up, monitora il collettore del fototransistor. Quando non c'è carta, il fascio IR raggiunge il rilevatore, accendendo il fototransistor e portando la tensione del collettore bassa (vicino a VCE(SAT)). Quando la carta entra nella fessura, blocca il fascio, spegnendo il fototransistor, permettendo alla resistenza di pull-up di portare la tensione del collettore alta a Vcc. Il microcontrollore rileva questa transizione di tensione per confermare la presenza della carta o attivare un allarme carta esaurita. Il tempo di risposta rapido garantisce il rilevamento anche per carta in movimento rapido.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

L'LTH-301-19 è un sensore ottico di tipo trasmissione alloggiato in un package plastico a forma di U. Su un lato, un diodo a emissione luminosa a infrarossi (IR LED) emette luce a una lunghezza d'onda tipicamente attorno ai 940nm. Direttamente di fronte, sull'altro lato della fessura, un fototransistor NPN al silicio funge da ricevitore. Il fototransistor è progettato in modo che la luce incidente sulla sua regione di base generi coppie elettrone-lacuna, che agiscono come corrente di base, controllando così una corrente collettore-emettitore molto più grande. Quando un oggetto non è presente nella fessura, la luce del LED IR colpisce il fototransistor, facendolo condurre (stato ON). Quando un oggetto entra nella fessura, ostruisce il percorso della luce, riducendo drasticamente la luce sul fototransistor, facendolo smettere di condurre (stato OFF). Questo cambiamento nella corrente/tensione di uscita viene utilizzato come segnale di commutazione.

11. Tendenze Tecnologiche

I fotointerruttori come l'LTH-301-19 rappresentano una tecnologia matura e affidabile. Le tendenze attuali nel settore includono la miniaturizzazione del package per un montaggio su PCB a maggiore densità, lo sviluppo di versioni a montaggio superficiale (SMD) per facilitare l'assemblaggio automatizzato e l'integrazione di circuiti aggiuntivi come trigger di Schmitt o amplificatori all'interno del package per fornire un segnale digitale pulito e migliorare l'immunità al rumore. C'è anche un focus sulla riduzione del consumo energetico, specialmente per applicazioni alimentate a batteria, ottimizzando l'efficienza del LED e la sensibilità del fototransistor. Inoltre, alcune varianti avanzate incorporano più emettitori o rilevatori in un unico package per la sensibilità di posizione codificata o per fornire ridondanza.