Scheda Tecnica LTH-872-T55T1 Fotointerruttore - Interruttore Ottico a Fessura - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTH-872-T55T1 è un fotointerruttore di tipo a fessura, un componente optoelettronico fondamentale progettato per applicazioni di rilevamento senza contatto. Integra un diodo emettitore di luce a infrarossi (LED) e un fototransistor all'interno di un unico contenitore, separati da un'intercapedine o fessura fisica. Il principio operativo fondamentale prevede l'interruzione del fascio di luce infrarossa che viaggia dall'emettitore al rivelatore. Quando un oggetto opaco attraversa questa fessura, blocca la luce, causando una variazione significativa della corrente di uscita del fototransistor. Questa variazione viene rilevata elettronicamente, fornendo un segnale di commutazione digitale affidabile. I fotointerruttori sono preferiti per la loro elevata affidabilità, precisione e immunità a fattori ambientali come polvere o contaminazione superficiale rispetto agli interruttori meccanici.

Vantaggi Principali:I vantaggi primari di questo dispositivo includono una vera commutazione senza contatto, che elimina l'usura meccanica e garantisce una lunga durata operativa. Offre tempi di risposta rapidi, consentendo il rilevamento di eventi ad alta velocità. Il design è adatto per il montaggio diretto su PCB o l'uso con un zoccolo dual-in-line, offrendo flessibilità nell'assemblaggio. La sua costruzione fornisce una protezione intrinseca contro le interferenze della luce ambientale.

Mercato di Riferimento e Applicazioni:Questo componente è ampiamente utilizzato in varie apparecchiature di automazione d'ufficio ed elettronica di consumo. Scenari applicativi tipici includono il rilevamento carta in fax, stampanti e fotocopiatrici, dove rileva la presenza o assenza di carta, inceppamenti carta o la posizione delle testine di stampa e dei carrelli. Si trova anche in scanner, distributori automatici, automazione industriale per il rilevamento di posizione e in qualsiasi dispositivo che richieda un rilevamento oggetti preciso e affidabile senza contatto fisico.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• LED di Ingresso:
  • Dissipazione di Potenza (P_D):75 mW. Questa è la potenza massima che il chip LED può dissipare come calore a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C. Superare questo valore può portare a fuga termica e guasto.
  • Corrente Diretta Continua (I_F):50 mA. La massima corrente continua che può fluire in modo continuo attraverso il LED.
  • Corrente Diretta di Picco:1 A (larghezza impulso = 10 µs, 300 pps). Questo valore consente brevi impulsi ad alta corrente, utili per pilotare il LED con una potenza ottica istantanea più elevata senza superare la potenza media nominale.
  • Tensione Inversa (V_R):5 V. La massima tensione di polarizzazione inversa che può essere applicata al LED. Superarla può causare la rottura della giunzione.
• Fototransistor di Uscita:
  • Dissipazione di Potenza (P_D):100 mW.
  • Tensione Collettore-Emettitore (V_CEO):30 V. La massima tensione che può essere applicata tra collettore ed emettitore quando la base (ingresso luce) è aperta.
  • Corrente di Collettore (I_C):20 mA. La massima corrente che può fluire attraverso il percorso collettore-emettitore.
• Limiti Termici:
  • Intervallo di Temperatura Operativa:-25°C a +85°C. L'intervallo di temperatura ambiente entro il quale il dispositivo è specificato per funzionare correttamente.
  • Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-55°C a +100°C.
  • Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 5 secondi (a 1,6mm dal corpo). Questo definisce il vincolo del profilo di rifusione per saldatura a foro per prevenire danni al contenitore plastico e ai fili di collegamento interni.

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.

• Caratteristiche del LED di Ingresso:
  • Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 1,2V, con un massimo di 1,6V a I_F= 20 mA. Questo parametro è cruciale per progettare la resistenza limitatrice per il circuito di pilotaggio del LED. Un progetto tipico punterebbe a I_F=20mA, utilizzando V_F~1,2V per il calcolo.
  • Corrente Inversa (I_R):Massimo 100 µA a V_R= 5V. Questo indica la qualità della giunzione PN del LED sotto polarizzazione inversa.
• Caratteristiche del Fototransistor di Uscita:
  • Tensione di Rottura Collettore-Emettitore (V_(BR)CEO):Minimo 30V a I_C=1mA. Ciò garantisce un buon margine di sicurezza per i tipici circuiti logici a 5V o 12V.
  • 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). Un valore basso è essenziale per uno stato "OFF" ben definito, specialmente in circuiti ad alto guadagno.
• Caratteristiche dell'Accoppiatore (Sistema):
  • Corrente di Collettore in Stato ON (I_C(ON)):Minimo 0,5 mA quando V_CE= 5V e I_F= 20 mA. Questo è il parametro chiave di sensibilità. Definisce la corrente di uscita minima quando la fessura è libera. I progettisti devono assicurarsi che la resistenza di carico (R_L) sia scelta in modo che questa corrente produca un'escursione di tensione utilizzabile.
  • Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(SAT)):Massimo 0,4V a I_C= 0,25mA e I_F= 20mA. Questa bassa tensione di saturazione indica buone prestazioni quando il fototransistor è portato in saturazione (completamente ON), permettendogli di portare una linea molto vicina a massa.
  • Tempo di Risposta:
    • Tempo di Salita (T_r):Tipicamente 3 µs, massimo 15 µs.
    • Tempo di Discesa (T_f):Tipicamente 4 µs, massimo 20 µs.
    Misurato in V_CC=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω. Questi tempi limitano la massima frequenza di commutazione. I tempi asimmetrici sono comuni nei fototransistor. Per un progetto conservativo, assumere una frequenza massima di 1/(T_r+T_f) ~ 1/40µs = 25 kHz.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve di prestazione tipiche. Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, le loro interpretazioni standard sono le seguenti:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (I_F-V_F):Questa curva mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. Aiuta a comprendere la variazione di V_Fcon la temperatura e la corrente.
• Corrente di Collettore vs. Tensione Collettore-Emettitore (I_C-V_CE):Per una data corrente del LED (I_F), questo grafico mostra le caratteristiche di uscita del fototransistor, simili alle curve di uscita di un transistor bipolare. Illustra la transizione dalla regione attiva alla saturazione.
• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR) vs. Corrente Diretta:Il CTR è il rapporto I_C/ I_F(spesso espresso in percentuale). Questo è un parametro critico di efficienza per l'accoppiatore. La curva tipicamente mostra il CTR che raggiunge un picco a un I_Fspecifico e diminuisce a correnti più elevate a causa del riscaldamento o altri effetti.
• Caratteristiche di Temperatura:Curve che mostrano come parametri come I_C(ON), V_F e CTR variano nell'intervallo di temperatura operativa (-25°C a +85°C). Il guadagno del fototransistor generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura, cosa che deve essere considerata nei progetti che richiedono prestazioni stabili su tutta la temperatura.

4. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

4.1 Dimensioni di Contorno

Il dispositivo presenta un contenitore standard a foro passante con un corpo plastico stampato contenente la fessura. Note dimensionali chiave dalla scheda tecnica:

• Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri (mm).
• La tolleranza predefinita per dimensioni non specificate è ±0,25 mm.
• La larghezza specifica della fessura, l'altezza del corpo e la spaziatura dei terminali sono definite nel disegno dimensionale (non completamente dettagliato nel testo). Queste informazioni sono critiche per l'integrazione meccanica, assicurando che l'oggetto da rilevare passi attraverso la fessura e per il progetto dell'impronta PCB.

4.2 Identificazione Polarità e Pinout

Per un corretto funzionamento, l'identificazione corretta dei pin è essenziale. Il contenitore utilizza una disposizione pin standard per fotointerruttori a fessura: una coppia di pin per il LED a infrarossi (anodo e catodo) e un'altra coppia per il fototransistor (collettore ed emettitore). Il disegno nella scheda tecnica specifica i numeri dei pin. Tipicamente, osservando il dispositivo dall'alto (lato fessura), i pin sono numerati in senso antiorario. Il progettista deve consultare il disegno per collegare correttamente anodo, catodo, collettore ed emettitore.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il rispetto di queste linee guida è necessario per prevenire danni durante il processo di produzione.

• Saldatura a Rifusione:Il valore massimo assoluto specifica la saldatura dei terminali a 260°C per 5 secondi, misurata a 1,6mm dal corpo. Ciò si traduce in un profilo di rifusione standard per componenti a foro passante. Il contenitore plastico ha una massa termica limitata, quindi va evitata un'esposizione prolungata ad alte temperature per prevenire crepe o danni interni.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata. Applicare calore al terminale/pin, non al corpo plastico, e completare il giunto entro 3-5 secondi per terminale.
• Pulizia:Utilizzare solventi di pulizia compatibili con il materiale plastico del dispositivo per evitare crepe da stress o degrado.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente entro l'intervallo di temperatura di stoccaggio specificato (-55°C a +100°C) e a bassa umidità. I dispositivi sensibili all'umidità devono essere conservati in imballaggi sigillati e asciutti fino all'uso.

6. Considerazioni di Progettazione per l'Applicazione

6.1 Circuito di Applicazione Tipico

Un circuito di interfaccia standard coinvolge due parti principali:

1. Pilotaggio LED:Una resistenza limitatrice di corrente (R_LIMIT) è collegata in serie al LED. Il suo valore è calcolato come R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F. Per un'alimentazione a 5V, V_F=1,2V, e I_F=20mA, R_LIMIT= (5 - 1,2) / 0,02 = 190Ω. Una resistenza da 180Ω o 200Ω sarebbe adatta.
2. Uscita Fototransistor:Il fototransistor è tipicamente connesso come interruttore a emettitore comune. Una resistenza di pull-up (R_L) è collegata tra il collettore e l'alimentazione positiva (V_CC). L'emettitore è collegato a massa. Quando la luce colpisce il transistor (fessura libera), questo si accende, portando la tensione del collettore bassa (vicino a V_CE(SAT)). Quando la luce è bloccata, il transistor si spegne e la tensione del collettore viene portata alta da R_L. Il valore di R_Ldetermina l'escursione di tensione di uscita e la velocità. Una R_Lpiù piccola fornisce una risposta più rapida ma assorbe più corrente. Utilizzare la condizione di test di R_L=100Ω come punto di partenza è comune.

6.2 Sfide Progettuali e Soluzioni

• Immunità alla Luce Ambientale:Sebbene il design a fessura offra una certa protezione, una forte luce ambientale (specialmente infrarossa) può influenzare il fototransistor. Utilizzare un segnale di pilotaggio LED modulato e un rilevamento sincrono nel circuito ricevitore può migliorare notevolmente l'immunità. In alternativa, assicurarsi che la fessura sia schermata può aiutare.
• Compensazione di Temperatura:Poiché il guadagno del fototransistor diminuisce con la temperatura, l'I_C(ON)diminuirà. Per applicazioni critiche, progettare il circuito in modo da avere un margine sufficiente alla massima temperatura operativa, oppure utilizzare un comparatore con soglia regolabile invece di una semplice interfaccia con resistenza di pull-up.
• Caratteristiche dell'Oggetto:L'oggetto che interrompe il fascio deve essere opaco alla lunghezza d'onda infrarossa emessa (~940nm). Materiali sottili o traslucidi potrebbero non essere rilevati in modo affidabile. La dimensione dell'oggetto deve essere sufficiente a bloccare completamente il fascio all'interno della fessura.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ad altre tecnologie di rilevamento:

• vs. Microinterruttori Meccanici:I fotointerruttori offrono un'affidabilità superiore (nessuna parte mobile da usurarsi), tempi di risposta più rapidi e funzionamento silenzioso. Sono immuni al rimbalzo dei contatti.
• vs. Sensori Ottici Riflettenti:I tipi a fessura sono generalmente più affidabili per il rilevamento di bordi o il rilevamento di posizione preciso perché sono meno sensibili alle variazioni di riflettività o colore dell'oggetto bersaglio. Il fascio è completamente bloccato o libero.
• vs. Sensori ad Effetto Hall:I sensori Hall rilevano campi magnetici, non l'interruzione della luce. Sono utilizzati per fenomeni fisici diversi (es. rilevamento di un magnete). I fotointerruttori sono per rilevare qualsiasi oggetto opaco.
• Tra Fotointerruttori:La differenziazione specifica del LTH-872-T55T1 risiede nella combinazione dei suoi valori nominali elettrici (es. V_CEO=30V, I_C(ON)min=0,5mA), dimensioni del contenitore e rapporto costo-efficacia per applicazioni di automazione d'ufficio ad alto volume.

8. Domande Frequenti (FAQ)

• D: Qual è la corrente operativa tipica per il LED?R: La condizione di test standard e un punto operativo comune è I_F= 20 mA. Questo fornisce un buon equilibrio tra potenza ottica in uscita, consumo energetico e longevità.
• D: Posso pilotare il LED direttamente da un pin di un microcontrollore?R: La maggior parte dei pin GPIO dei microcontrollori non può erogare o assorbire 20mA in modo continuo. Si consiglia di utilizzare un semplice circuito di pilotaggio a transistor o MOSFET, o un IC driver LED dedicato, per fornire la corrente necessaria.
• D: Come collego l'uscita a un ingresso digitale?R: Il collettore del fototransistor (con resistenza di pull-up) può essere collegato direttamente a un ingresso logico CMOS o TTL standard. Quando la fessura è libera, l'ingresso leggerà BASSO. Quando è bloccata, leggerà ALTO. Assicurarsi che la tensione di pull-up sia compatibile con la famiglia logica (es. 5V per logica a 5V, 3,3V per logica a 3,3V).
• D: Perché la mia uscita non commuta completamente al livello di alimentazione quando è bloccata?R: Ciò è probabilmente dovuto alla corrente di buio (I_CEO) che scorre attraverso la resistenza di pull-up. Con una resistenza di pull-up molto grande (es. 100kΩ), anche 100nA di dispersione possono creare una caduta di tensione significativa. Utilizzare una resistenza di pull-up più piccola (es. da 1kΩ a 10kΩ) per garantire un livello ALTO solido, bilanciando assorbimento di corrente e velocità.
• D: Qual è la pratica consigliata per il layout PCB?R: Mantenere separate le tracce del driver LED e le tracce di uscita del fototransistor per minimizzare l'accoppiamento di rumore. Posizionare le resistenze limitatrici e di pull-up vicino al dispositivo. Assicurarsi che l'area della fessura sul PCB sia libera da maschera saldante o componenti che potrebbero ostruire il percorso del fascio infrarosso.

9. Principio di Funzionamento

Il fotointerruttore funziona sul principio dell'accoppiamento ottico diretto interrotto da un oggetto fisico. Un LED a infrarossi emette luce a una lunghezza d'onda tipicamente attorno a 940 nm, invisibile all'occhio umano. Direttamente opposto, un fototransistor al silicio è sensibile a questa lunghezza d'onda. Nello stato libero, la luce infrarossa colpisce la regione di base del fototransistor, generando coppie elettrone-lacuna. Questa fotocorrente agisce come corrente di base, causando l'accensione del transistor e la conduzione di una corrente di collettore molto più grande (I_C(ON)). Quando un oggetto opaco entra nella fessura, blocca completamente il percorso della luce. La fotocorrente cessa, la corrente di base effettiva scende a zero e il fototransistor si spegne, permettendo solo una piccola corrente di dispersione (I_CEO) di fluire. Questo netto contrasto tra gli stati ON e OFF fornisce un segnale digitale pulito e affidabile che indica la presenza o assenza dell'oggetto.

10. Tendenze del Settore

Il fotointerruttore rimane una tecnologia matura e ampiamente utilizzata grazie alla sua semplicità, robustezza e basso costo. Le tendenze attuali del settore si concentrano su diverse aree:

• Miniaturizzazione:Sviluppo di dimensioni di contenitore più piccole (es. dispositivi a montaggio superficiale con fessure molto strette) per adattarsi a elettronica di consumo e dispositivi mobili sempre più compatti.
• Prestazioni Migliorate:Miglioramento di parametri come velocità più elevata per macchinari più veloci, consumo energetico inferiore per dispositivi alimentati a batteria e migliore stabilità termica.
• Integrazione:Incorporazione di circuiti aggiuntivi all'interno del contenitore, come trigger di Schmitt per l'isteresi, amplificatori per segnali più deboli o persino interfacce digitali (I2C), creando "sensori intelligenti" che semplificano la progettazione del sistema.
• Progressi nei Materiali:Utilizzo di plastiche avanzate e design delle lenti per migliorare la collimazione della luce, aumentare l'efficienza di accoppiamento e migliorare la resistenza a fattori ambientali come alte temperature e umidità.

Nonostante l'avvento di tecnologie più recenti come sensori a tempo di volo (ToF) o sistemi di visione, il fotointerruttore a fessura di base continua a essere la soluzione ottimale per innumerevoli applicazioni di rilevamento presenza semplici, affidabili e sensibili al costo.