Scheda Tecnica del Fotointerruttore LTH-872-N55T1 - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTH-872-N55T1 è un fotointerruttore riflettente, un componente optoelettronico che integra un diodo emettitore di luce a infrarossi (LED) e un fototransistor in un unico package compatto. La sua funzione principale è rilevare la presenza o l'assenza di un oggetto senza contatto fisico, percependo l'interruzione del fascio luminoso riflesso dall'oggetto verso il sensore. Questo dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono un rilevamento di oggetti o una sensibilità di posizione affidabile, rapida e non invasiva.

1.1 Vantaggi Principali

I vantaggi chiave di questo fotointerruttore derivano dal suo principio di funzionamento e design fondamentali.La commutazione a contatto zeroelimina l'usura meccanica, migliorando significativamente la durata operativa e l'affidabilità rispetto agli interruttori meccanici. Ciò è cruciale nelle applicazioni ad alto ciclo. Inoltre, offre unavelocità di commutazione elevata, con tempi di salita e discesa tipici nell'ordine dei microsecondi, consentendo di rilevare oggetti in rapido movimento o eventi ad alta frequenza. Il package integrato garantisce un allineamento preciso tra emettitore e rivelatore, semplificando l'assemblaggio e migliorando la coerenza.

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

I mercati primari per questo componente sono l'automazione d'ufficio e la strumentazione di precisione. La sua principale applicazione documentata è all'interno discanner e stampanti. In questi dispositivi, i fotointerruttori sono comunemente utilizzati per funzioni come il rilevamento della presenza della carta (ad esempio, sensibilità del bordo anteriore di un foglio), il rilevamento di inceppamenti, la sensibilità della posizione della testina di stampa o del carrello, e il rilevamento della posizione di origine dei meccanismi in movimento. Il tempo di risposta rapido è essenziale per mantenere l'elevata produttività delle moderne apparecchiature di scansione e stampa.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Comprendere le caratteristiche elettriche e ottiche è fondamentale per una corretta progettazione del circuito e per garantire un funzionamento affidabile entro i limiti specificati del dispositivo.

2.1 Valori Massimi Assoluti

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

• LED di Ingresso:
  • Dissipazione di Potenza (P_D): massimo 75 mW.
  • Corrente Diretta Continua (I_F): massimo 50 mA. Questa è la corrente massima assoluta che può scorrere attraverso il LED.
  • Tensione Inversa (V_R): massimo 5 V. Superare questo valore può danneggiare la giunzione del LED.
• Fototransistor di Uscita:
  • Dissipazione di Potenza (P_C): massimo 100 mW.
  • Tensione Collettore-Emettitore (V_CEO): massimo 30 V. Questa è la tensione massima applicabile tra collettore ed emettitore del fototransistor quando la base è aperta (condizione di buio).
  • Tensione Emettitore-Collettore (V_ECO): massimo 5 V (valore di tensione inversa).
  • Corrente di Collettore (I_C): massimo 20 mA.
• Ambientali:
  • Temperatura di Esercizio (T_opr): da -25°C a +85°C.
  • Temperatura di Magazzinaggio (T_stg): da -55°C a +100°C.
  • Temperatura di Saldatura dei Terminali (T_sol): 260°C per massimo 5 secondi (per terminali a 1,6mm dall'involucro).

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.

• Caratteristiche del LED di Ingresso:
  • Tensione Diretta (V_F): Tipicamente da 1,2V a 1,6V a una corrente diretta (I_F) di 20 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando è acceso.
  • Corrente Inversa (I_R): Massimo 100 µA a una tensione inversa (V_R) di 5V. Questa è la piccola corrente di dispersione quando il LED è 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 fototransistor è in completa oscurità (nessuna luce dal LED). Un valore basso è desiderabile per un buon rapporto segnale/rumore.
  • Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(SAT)): Massimo 0,4V a I_C=0,25mA e I_F=20mA. Questa è la tensione ai capi del transistor quando è completamente "acceso" (saturato). Una bassa tensione di saturazione minimizza la perdita di potenza nell'elemento di commutazione.
  • Corrente di Collettore in Stato di Accensione (I_C(ON)): Minimo 0,5 mA a V_CE=5V e I_F=20mA. Specifica la corrente di uscita minima quando il LED è pilotato e un oggetto non interrompe il fascio (modalità riflettente assunta).
• Tempo di Risposta dell'Accoppiatore (Sistema):
  • Tempo di Salita (T_R): 3 µs (tipico) a 15 µs (massimo). Questo è il tempo impiegato dall'uscita del fototransistor per salire dal 10% al 90% del suo valore finale quando il LED viene acceso.
  • Tempo di Discesa (T_F): 4 µs (tipico) a 20 µs (massimo). Questo è il tempo impiegato dall'uscita per scendere dal 90% al 10% quando il LED viene spento. Questi tempi rapidi sono critici per la caratteristica dichiarata di "velocità di commutazione elevata".
  • Condizioni di Test: V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100 Ω.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve tipiche delle caratteristiche elettriche/ottiche. Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, il loro scopo è illustrare la relazione tra parametri chiave in condizioni variabili, essenziale per un progetto robusto.

3.1 Informazioni dalle Curve Tipiche

Basandosi sulla pratica standard per tali componenti, le curve tipiche includerebbero probabilmente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (I_F-V_F):Questa curva mostra la relazione non lineare tra la corrente attraverso il LED e la tensione ai suoi capi. Aiuta a determinare il valore della resistenza in serie necessaria per ottenere una corrente di pilotaggio desiderata da una data tensione di alimentazione.
• Corrente di Collettore vs. Tensione Collettore-Emettitore (I_C-V_CE):Per il fototransistor, questa famiglia di curve sarebbe tracciata per diversi livelli di luce incidente (o diverse correnti di pilotaggio del LED, I_F). Definisce le regioni operative del transistor (interdizione, attiva, saturazione) in condizioni di illuminazione.
• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR) vs. Corrente Diretta:Il CTR è il rapporto tra la corrente di collettore in uscita del fototransistor (I_C) e la corrente diretta in ingresso del LED (I_F), tipicamente espresso in percentuale. Questa curva mostra come l'efficienza cambia con la corrente di pilotaggio ed è cruciale per progettare il circuito di interfaccia per garantire un'escursione del segnale di uscita sufficiente.
• Dipendenza dalla Temperatura:Curve che mostrano come parametri come la tensione diretta (V_F), la corrente di buio (I_CEO) e il CTR variano con la temperatura ambiente. Ciò è vitale per garantire un funzionamento stabile nell'intervallo di temperatura specificato (-25°C a +85°C).

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

Le dimensioni del package sono riferite ma non dettagliate nel testo fornito. Le note specificano che tutte le dimensioni sono in millimetri (con pollici tra parentesi) e la tolleranza generale è ±0,25mm salvo diversa indicazione. Il numero di parte LTH-872-N55T1 suggerisce uno stile di package specifico comune ai fotointerruttori riflettenti, che tipicamente presenta un corpo in plastica stampata con uno slot. L'emettitore e il rivelatore sono rivolti nella stessa direzione attraverso questo slot, consentendo loro di rilevare un oggetto che riflette la luce emessa.

4.1 Identificazione Polarità e Pinout

Sebbene l'esatto pinout non sia elencato, i package standard dei fotointerruttori hanno 4 pin: due per l'anodo e il catodo del LED a infrarossi, e due per il collettore e l'emettitore del fototransistor NPN. La scheda tecnica includerebbe tipicamente un diagramma che mostra la vista dall'alto e la numerazione dei pin (es., 1: Anodo, 2: Catodo, 3: Collettore, 4: Emettitore). La corretta connessione di polarità per il LED è obbligatoria per prevenire danni.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La scheda tecnica fornisce un parametro critico per l'assemblaggio: la temperatura massima di saldatura dei terminali. Per terminali posizionati a 1,6mm (0,063 pollici) dall'involucro plastico, la temperatura non deve superare260°C per 5 secondi. Questo è un valore standard per la saldatura a onda o manuale. Per la saldatura a rifusione, il componente deve essere compatibile con il profilo di rifusione specifico utilizzato, che tipicamente ha una temperatura di picco intorno ai 240-250°C. Superare questi limiti termici può causare danni interni alle giunzioni dei semiconduttori o deformare il package plastico, influenzando l'allineamento ottico e le prestazioni.

6. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

6.1 Circuito Applicativo Tipico

Un circuito di interfaccia di base coinvolge due parti principali:

1. Pilotaggio LED:Una resistenza limitatrice di corrente è collegata in serie al LED. Il valore della resistenza (R_serie) si calcola come: R_serie= (V_CC- V_F) / I_F. Utilizzando un V_Ftipico di 1,4V e una I_Fdesiderata di 20mA con un'alimentazione a 5V si ottiene R_serie= (5 - 1,4) / 0,02 = 180 Ω. Una resistenza standard da 180Ω o 220Ω sarebbe adatta. Pilotare il LED con una corrente costante, piuttosto che una tensione costante, fornisce un'emissione luminosa più stabile.
2. Uscita Fototransistor:Il fototransistor è tipicamente utilizzato in configurazione emettitore comune. Una resistenza di carico (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, questo si accende, portando la tensione del collettore verso il basso (verso V_CE(SAT)). Al buio, il transistor è spento e la tensione del collettore è portata alta a V_CCda R_L. Il valore di R_Ldetermina l'escursione della tensione di uscita e la velocità; una R_Lpiù piccola dà una risposta più rapida ma un'escursione minore. La scheda tecnica testa con R_L=100Ω.

6.2 Considerazioni di Progetto

• Immunità alla Luce Ambiente:Essendo un sensore riflettente, può essere suscettibile alla luce ambiente (specialmente alla luce solare o all'illuminazione interna intensa contenente infrarossi). Utilizzare un segnale di pilotaggio del LED modulato e un rilevamento sincrono nel circuito ricevitore può migliorare notevolmente l'immunità a tali interferenze.
• Riflettività dell'Oggetto:La distanza di rilevamento effettiva e l'intensità del segnale dipendono fortemente dalla riflettività dell'oggetto target. Le superfici altamente riflettenti (come la carta bianca) funzionano meglio, mentre le superfici scure o opache potrebbero non riflettere sufficiente luce.
• Allineamento e Intercapedine:La distanza di rilevamento ottimale (intercapedine tra il sensore e l'oggetto riflettente) è solitamente specificata nella scheda tecnica completa. Il progetto meccanico deve garantire che questa intercapedine sia mantenuta in modo coerente.
• Rumore Elettrico:Per cavi lunghi o ambienti rumorosi, potrebbe essere necessario un adeguato schermaggio e filtraggio del segnale di uscita, poiché l'uscita del fototransistor è un nodo ad alta impedenza quando è spento e può essere sensibile ai disturbi.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ad altre tecnologie di sensibilità, questo fotointerruttore offre vantaggi specifici:

• vs. Interruttori Meccanici:Nessun rimbalzo di contatto, durata molto più lunga (milioni vs. migliaia di cicli), risposta più rapida e funzionamento silenzioso.
• vs. Fotointerruttori Trasmissivi (Optoaccoppiatori a Fessura):I tipi riflettenti come l'LTH-872-N55T1 non richiedono che un oggetto passi attraverso una fessura; possono rilevare oggetti a distanza. Ciò semplifica il progetto meccanico per applicazioni come il rilevamento della carta dove la carta scorre su una superficie.
• vs. Sensori Moderni (es., Effetto Hall, Ultrasuoni):I fotointerruttori sono generalmente più semplici e a costo inferiore per il rilevamento base di presenza/assenza. Non richiedono magneti (come i sensori Hall) e sono meno complessi dei sensori a ultrasuoni, sebbene possano essere meno efficaci su target non riflettenti.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è lo scopo della specifica della corrente di buio (I_CEO)?

R: La corrente di buio è la piccola corrente di dispersione che scorre attraverso il fototransistor quando è completamente al buio (nessuna luce dal LED e nessuna luce ambiente). Nello stato "spento", questa corrente che scorre attraverso la resistenza di carico (R_L) crea una piccola caduta di tensione. Un'elevata corrente di buio potrebbe comportare una tensione di uscita non completamente al livello logico "alto", potenzialmente causando un'errata interpretazione da parte del circuito successivo. Il massimo specificato di 100 nA è molto basso, garantendo un segnale pulito nello stato di spegnimento.

D: Come scelgo la giusta corrente di pilotaggio del LED (I_F)?

R: La corrente di pilotaggio influisce sull'emissione luminosa, che influenza direttamente la corrente di uscita del fototransistor (I_C(ON)) e la sensibilità del dispositivo. Operare nella tipica condizione di test di 20mA è un buon punto di partenza. È possibile ridurre la corrente per risparmiare energia se l'applicazione ha alta riflettività e distanza breve. Aumentare la corrente può migliorare l'intensità del segnale per target difficili, ma aumenterà la dissipazione di potenza e deve rimanere al di sotto del massimo assoluto di 50mA. Fare riferimento alla tipica curva CTR vs. I_Fper una guida.

D: Posso utilizzare questo sensore all'aperto?

R: L'intervallo di temperatura di esercizio (-25°C a +85°C) consente l'uso in molti ambienti. Tuttavia, la luce solare diretta contiene una forte radiazione infrarossa che può saturare il fototransistor, causando un rilevamento costante di "acceso". Per l'uso all'aperto, si consiglia vivamente l'uso di filtri ottici (un filtro passa-IR che blocca la luce visibile ma lascia passare la lunghezza d'onda del LED) e/o tecniche di modulazione del segnale per respingere la luce IR ambiente.

9. Principio di Funzionamento

L'LTH-872-N55T1 funziona sul principio della modulazione della riflessione interna. Un LED a infrarossi emette luce. In assenza di un target riflettente nel campo di sensibilità, la maggior parte di questa luce si disperde. Quando un oggetto sufficientemente riflettente entra nel campo, una porzione della luce emessa viene riflessa verso il dispositivo. Il fototransistor integrato, sensibile alla stessa lunghezza d'onda infrarossa, rileva questa luce riflessa. I fotoni incidenti generano coppie elettrone-lacuna nella regione di base del fototransistor, fornendo effettivamente corrente di base. Ciò fa sì che il transistor si accenda, permettendo a una corrente di collettore (I_C) di fluire proporzionalmente all'intensità della luce riflessa. Questa variazione della corrente/tensione di uscita viene quindi utilizzata dal circuito esterno per segnalare la presenza dell'oggetto.

10. Tendenze del Settore

Sebbene la tecnologia fondamentale dei fotointerruttori sia matura, le tendenze si concentrano sulla miniaturizzazione, integrazione e funzionalità avanzate. I dispositivi più recenti possono presentare:

- Package a Montaggio Superficiale (SMD):Ingombri ridotti per l'assemblaggio di PCB ad alta densità.

- Circuiti Integrati Integrati:Alcuni fotointerruttori moderni includono amplificazione, trigger di Schmitt per l'isteresi e persino uscita digitale (es., I2C) on-chip, semplificando la progettazione dell'interfaccia.

- Velocità Maggiore:Lo sviluppo continua per tempi di risposta ancora più rapidi per tenere il passo con le velocità crescenti delle macchine.

- Migliore Reiezione della Luce Ambiente:Vengono impiegati progetti ottici avanzati e schemi di modulazione per rendere i sensori più robusti in ambienti di illuminazione difficili. Il principio di sensibilità riflettente di base, incarnato in componenti come l'LTH-872-N55T1, rimane una soluzione affidabile ed economica per un'ampia gamma di compiti di rilevamento senza contatto.