Scheda Tecnica Photointerrupter LTH-872-N55H - Tipo a Fessura - Dimensioni 4.0mm - Tensione 5V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTH-872-N55H è un photointerrupter di tipo a fessura, un componente optoelettronico fondamentale utilizzato per applicazioni di rilevamento e commutazione senza contatto. Integra un diodo emettitore di luce infrarossa (LED IR) e un fototransistor all'interno di un unico contenitore, separati da un'intercapedine o fessura fisica. Il principio di funzionamento è semplice: quando un oggetto attraversa questa fessura, interrompe il fascio di luce infrarossa che viaggia dall'emettitore al rivelatore, causando una corrispondente variazione nello stato di uscita del fototransistor. Questo meccanismo semplice ma affidabile lo rende una soluzione ideale per rilevare la presenza, l'assenza, la posizione o la velocità degli oggetti senza contatto fisico.

Il dispositivo è progettato per il montaggio diretto su PCB (scheda a circuito stampato) o per l'inserimento in un zoccolo standard dual-in-line, offrendo flessibilità nell'assemblaggio e nella prototipazione. I suoi principali vantaggi includono alta affidabilità, velocità di commutazione elevata e lunga durata operativa grazie all'assenza di contatti meccanici soggetti a usura. Le applicazioni tipiche spaziano in un'ampia gamma di apparecchiature per l'automazione d'ufficio e industriale, tra cui, ma non limitate a, stampanti, fotocopiatrici, scanner, apparecchi fax e vari sistemi automatizzati dove è richiesto un rilevamento preciso degli oggetti.

1.1 Caratteristiche Principali

• Commutazione senza Contatto:Elimina l'usura meccanica, garantendo alta affidabilità e una lunga durata operativa.
• Montaggio Versatile:Compatibile con la saldatura diretta su PCB o con zoccoli standard dual-in-line, facilitando l'integrazione in vari progetti di circuito.
• Tempo di Risposta Rapido:Consente il rilevamento di eventi ad alta velocità, adatto per applicazioni che richiedono sensori veloci, come il rilevamento dell'alimentazione della carta nelle stampanti o i sistemi encoder rotativi.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

La scheda tecnica fornisce parametri critici che definiscono i limiti operativi e le prestazioni del dispositivo in condizioni standard. Comprendere questi parametri è essenziale per una corretta progettazione del circuito e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori specificano i limiti di stress che, se superati, possono causare danni permanenti al dispositivo. Non sono condizioni per il funzionamento normale.

• LED di Ingresso:
  • Dissipazione di Potenza (P_D):Massimo 75 mW. Questa è la potenza totale che il LED può dissipare in sicurezza sotto forma di calore.
  • Corrente Diretta Continua (I_F):Massimo 50 mA. Il LED non deve essere pilotato con una corrente continua superiore a questo valore.
  • Tensione Inversa (V_R):Massimo 5 V. Applicare una tensione inversa superiore può danneggiare la giunzione del LED.
• Fototransistor di Uscita:
  • Dissipazione di Potenza (P_D):Massimo 100 mW per il fototransistor.
  • Tensione Collettore-Emettitore (V_CEO):Massimo 30 V. Questa è la massima tensione che può essere applicata tra collettore ed emettitore quando la base (ingresso luce) è aperta.
  • Tensione Emettitore-Collettore (V_ECO):Massimo 5 V, che è il valore di tensione inversa per la giunzione collettore-emettitore.
  • Corrente di Collettore (I_C):Massimo 20 mA. La corrente di carico attraverso il fototransistor deve rimanere al di sotto di questo limite.
• Ambientali:
  • Intervallo di Temperatura Operativa (T_A):Da -25°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per operare entro le specifiche in questo intervallo di temperatura ambiente.
  • Intervallo di Temperatura di Stoccaggio (T_stg):Da -40°C a +100°C.
  • Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per un massimo di 5 secondi, specificato per un caso con forma del terminale di 1.6mm (0.063 pollici). Questo è critico per i processi di saldatura a rifusione o a onda.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

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

• Caratteristiche del LED di Ingresso:
  • Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 1.2V, con un massimo di 1.6V a una corrente diretta (I_F) di 20 mA. Questo parametro è utilizzato per calcolare il valore della resistenza limitatrice di corrente per il circuito di pilotaggio del LED: R = (V_CC- V_F) / I_F.
  • Corrente Inversa (I_R):Massimo 100 µA a una tensione inversa (V_R) di 5V, indica la corrente di dispersione del LED quando polarizzato inversamente.
• Caratteristiche del Fototransistor di Uscita:
  • Corrente di Buio Collettore-Emettitore (I_CEO):Massimo 100 nA a V_CE= 10V. Questa è la corrente di dispersione quando il LED è spento (nessuna luce incidente sul fototransistor). Una bassa corrente di buio è desiderabile per un buon rapporto segnale/rumore, specialmente in applicazioni a bassa luminosità o alto guadagno.
• Caratteristiche dell'Accoppiatore (Sistema):
  • Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(SAT)):Massimo 0.4V quando il fototransistor è completamente acceso (I_C= 0.25 mA, I_F= 20 mA). Una bassa tensione di saturazione è cruciale quando l'uscita è utilizzata per pilotare ingressi logici o altri circuiti a bassa tensione, poiché definisce il livello logico \"BASSO\".
  • Corrente di Collettore in Stato di Accensione (I_C(ON)):Minimo 2.0 mA a V_CE= 5V e I_F= 20 mA. Questa è la corrente di uscita minima garantita quando il LED è pilotato alla sua corrente tipica e il fascio è libero. Questo parametro, spesso chiamato \"rapporto di trasferimento di corrente\" (CTR) quando espresso come rapporto I_C/I_F, definisce la sensibilità dell'accoppiatore. Qui, il CTR minimo è (2.0 mA / 20 mA) = 0.1 o 10%.
  • Tempo di Risposta:
    • Tempo di Salita (T_r):Tipico 3 µs, massimo 15 µs. Questo è il tempo per cui l'uscita passa dal 10% al 90% del suo valore finale quando il LED di ingresso viene acceso.
    • Tempo di Discesa (T_f):Tipico 4 µs, massimo 20 µs. Questo è il tempo per cui l'uscita passa dal 90% al 10% del suo valore finale quando il LED di ingresso viene spento. Queste velocità di commutazione elevate consentono il rilevamento di oggetti in rapido movimento.

3. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LTH-872-N55H presenta un package a foro passante standard progettato per una facile integrazione su PCB.

3.1 Dimensioni di Ingombro

La scheda tecnica fornisce un disegno meccanico dettagliato. Le dimensioni chiave includono la larghezza totale della fessura, che definisce la dimensione dell'oggetto che può essere rilevato, e la spaziatura dei pin per il layout del PCB. Tutte le dimensioni sono specificate in millimetri (mm) con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. Il disegno mostra tipicamente la vista dall'alto, la vista laterale e l'identificazione dei pin (anodo emettitore, catodo emettitore, collettore, emettitore).

3.2 Identificazione della Polarità e Pinout

La polarità corretta è essenziale per il funzionamento del dispositivo. Il package ha una marcatura o una forma specifica del pin (spesso un lato piatto o una tacca) per identificare il Pin 1. Il pinout standard per un photointerrupter a 4 pin è: Pin 1 - Anodo del LED IR, Pin 2 - Catodo del LED IR, Pin 3 - Emettitore del Fototransistor, Pin 4 - Collettore del Fototransistor. Fare sempre riferimento al diagramma della scheda tecnica per confermare l'assegnazione esatta dei pin per il LTH-872-N55H prima di progettare l'impronta sul PCB.

4. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

4.1 Processo di Saldatura

Il dispositivo è classificato per una temperatura massima di saldatura dei terminali di 260°C per 5 secondi. Questa specifica è critica per i processi di saldatura a onda o a rifusione. Superare questa temperatura o tempo può danneggiare le giunzioni dei semiconduttori interni o l'involucro in plastica. Si raccomanda di seguire le linee guida IPC standard per la saldatura di componenti a foro passante.

4.2 Manipolazione e Stoccaggio

Sebbene non dettagliato esplicitamente nell'estratto fornito, si applicano le migliori pratiche generali: conservare i componenti in un ambiente asciutto e antistatico entro l'intervallo di temperatura di stoccaggio specificato (-40°C a +100°C). Evitare di esporre il dispositivo a un'umidità eccessiva prima della saldatura per prevenire il fenomeno del \"popcorning\" durante la rifusione, sebbene ciò sia più critico per i dispositivi a montaggio superficiale.

5. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

5.1 Circuiti Applicativi Tipici

La configurazione più comune è utilizzare il photointerrupter come interruttore digitale. Un circuito semplice prevede:
1. Pilotaggio del LED:Collegare una resistenza limitatrice di corrente in serie con il LED infrarosso a una sorgente di tensione (es. 5V). Impostare il valore della resistenza per ottenere la I_Fdesiderata (es. 20 mA). Esempio: R_limit= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω (utilizzare una resistenza standard da 200Ω).
2. Uscita del Fototransistor:Collegare una resistenza di pull-up (R_L) dal collettore del fototransistor a una sorgente di tensione (es. 5V). L'emettitore è collegato a massa. Quando il percorso della luce è libero, il fototransistor conduce, portando la tensione del collettore (uscita) a un livello basso. Quando il fascio è bloccato, il fototransistor si spegne e la resistenza di pull-up porta l'uscita a un livello alto. Il valore di R_Linfluenza la velocità di commutazione e il consumo di corrente; un valore più basso offre una velocità maggiore ma una dissipazione di potenza più elevata. La condizione di test nella scheda tecnica utilizza R_L= 100Ω.

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 infrarossi (luce solare, alcune lampade) possono causare interferenze. Utilizzare un segnale LED modulato e un corrispondente circuito di demodulazione può migliorare notevolmente l'immunità al rumore.
• Allineamento:L'emettitore e il rivelatore devono essere precisamente allineati attraverso la fessura. L'involucro meccanico garantisce questo allineamento, ma il progetto del PCB deve posizionare correttamente il componente.
• Caratteristiche dell'Oggetto:L'oggetto che interrompe il fascio dovrebbe essere opaco alla luce infrarossa. Materiali trasparenti o altamente riflettenti potrebbero non essere rilevati in modo affidabile.
• Debouncing:Nei sistemi meccanici (es. rilevamento di una ruota a palette), il segnale di uscita potrebbe presentare rimbalzi quando un oggetto entra o esce dalla fessura. Dovrebbero essere impiegate tecniche di debouncing software o hardware per ottenere segnali digitali puliti.

6. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica menziona \"Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche\". Sebbene le curve specifiche non siano fornite nell'estratto, i grafici tipici per tali dispositivi includono:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (I_F-V_F):Mostra la relazione non lineare per il LED IR, importante per la progettazione del driver.
• Corrente di Collettore vs. Tensione Collettore-Emettitore (I_C-V_CE):Famiglia di curve con l'intensità della luce incidente (o I_F) come parametro, simile alle caratteristiche di uscita di un transistor.
• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR) vs. Corrente Diretta (I_F):Mostra come la sensibilità cambia con la corrente di pilotaggio del LED.
• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR) vs. Temperatura Ambiente:Una curva cruciale che mostra che il CTR tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura. I progettisti devono garantire un margine sufficiente alla massima temperatura operativa per garantire la I_C(ON).
• minima richiesta._LTempo di Risposta vs. Resistenza di Carico (R):

Illustra il compromesso tra velocità di commutazione e consumo di potenza.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai microinterruttori meccanici, il LTH-872-N55H offre una durata e un'affidabilità superiori grazie al funzionamento senza contatto. È immune al rimbalzo dei contatti. Rispetto ai sensori riflettenti, i photointerrupter a fessura forniscono un rilevamento più preciso e consistente poiché sono meno sensibili al colore, alla trama o alla riflettività dell'oggetto target; rilevano semplicemente l'interruzione fisica di un fascio. Il differenziatore chiave tra i photointerrupter stessi è spesso la dimensione della fessura, la sensibilità (CTR), la velocità di risposta e il tipo di package (a foro passante vs. a montaggio superficiale).

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)
D: Cosa succede se piloto il LED con più di 50 mA?

R: Superare il Valore Massimo Assoluto per la corrente diretta continua può causare un riscaldamento eccessivo, portando a una degradazione accelerata dell'emissione luminosa del LED o a un guasto catastrofico. Utilizzare sempre una resistenza limitatrice di corrente.
D: Il mio segnale di uscita è rumoroso. Quale potrebbe essere la causa?

R: Cause potenziali includono rumore elettrico sulle linee di alimentazione, interferenze dalla luce ambiente (specialmente lampade fluorescenti che operano a 50/60 Hz) o un valore della resistenza di carico troppo alto, che rende il nodo ad alta impedenza e suscettibile al rumore. Garantire un'alimentazione stabile, considerare schermature, utilizzare una resistenza di pull-up più bassa o implementare modulazione/demodulazione del segnale.
D: Il dispositivo funziona a temperatura ambiente ma fallisce quando il mio sistema si riscalda. Perché?_{R: La sensibilità del fototransistor (CTR) diminuisce con l'aumentare della temperatura. Potresti operare con un margine minimo a 25°C. Rivaluta il tuo progetto utilizzando la specifica minima di I}C(ON)

e considera la tipica curva CTR vs. Temperatura. Potresti aver bisogno di aumentare la corrente di pilotaggio del LED (entro i limiti) o utilizzare un fototransistor con un CTR garantito più elevato a temperature elevate.
D: Posso usarlo per rilevare un oggetto trasparente?

R: Generalmente, no. I photointerrupter infrarossi standard richiedono che l'oggetto sia opaco alla lunghezza d'onda infrarossa emessa (tipicamente attorno ai 940 nm). Plastiche o vetri trasparenti potrebbero far passare abbastanza luce IR, impedendo un rilevamento affidabile. Per i materiali trasparenti sono necessari sensori speciali con diverse lunghezze d'onda o principi di rilevamento.

9. Esempio di Caso d'Uso PraticoApplicazione:
Rilevamento Inceppamento Carta in una Stampante da Tavolo.Implementazione:

Il LTH-872-N55H è montato lungo il percorso della carta con la carta che passa attraverso la sua fessura. Un pin GPIO di un microcontrollore pilota il LED tramite una resistenza limitatrice di corrente. Un altro pin GPIO, configurato con una resistenza di pull-up interna, legge lo stato del collettore del fototransistor. Durante il normale funzionamento, la carta interrompe il fascio e l'uscita è in uno stato logico (es. ALTO). Se si verifica un inceppamento, la carta rimane bloccata (mantenendo il fascio interrotto) o non raggiunge il sensore (lasciando il fascio intatto), causando uno stato di uscita inaspettato per troppo tempo. Il firmware del microcontrollore monitora questo segnale e attiva un messaggio di errore \"Inceppamento Carta\" se la sequenza temporale prevista viene violata. Il tempo di risposta rapido del sensore garantisce che anche piccoli spazi tra i fogli di carta possano essere rilevati per un monitoraggio preciso dell'alimentazione della carta.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un photointerrupter opera sul principio della conversione optoelettronica e dell'interruzione. Internamente, ospita due componenti discreti allineati: un diodo emettitore di luce infrarossa (LED IR) e un fototransistor al silicio. Il LED IR funge da sorgente luminosa. Quando polarizzato direttamente da una corrente esterna, emette fotoni infrarossi invisibili. Il fototransistor funge da rivelatore di luce. La sua regione di base è sensibile alla luce. Quando i fotoni provenienti dal LED colpiscono la base, generano coppie elettrone-lacuna, che agiscono come corrente di base, accendendo il transistor e permettendo il flusso di una corrente di collettore molto più grande. Questa corrente di collettore è proporzionale all'intensità della luce incidente. La fessura separa fisicamente questi due elementi. Un oggetto posto nella fessura blocca il percorso della luce, riducendo drasticamente la luce incidente sul fototransistor, che a sua volta lo spegne (o riduce la sua corrente). Questo cambiamento nella corrente/tensione di uscita viene rilevato dal circuito esterno per registrare un'\"interruzione\".

11. Tendenze e Sviluppi del Settore