LTH-301-23P1 フォトインタラプタ データシート - 外形寸法 7.62mm - 電圧 1.6V - 電力 60mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTH-301-23P1は、コンパクトなスルーホール実装型フォトインタラプタモジュールです。赤外線発光ダイオード（IR LED）とフォトトランジスタを対向配置した非接触光スイッチとして機能します。基本原理は、IR LEDが発光し、その光をフォトトランジスタが検知することです。エミッタと検出器の間の光路を物体が遮断すると、フォトトランジスタの出力状態が変化し、物理的な接触なしに精密な位置検知、物体検出、またはリミットスイッチングを可能にします。主な利点は、高速なスイッチング速度、信頼性の高い非接触動作、およびPCBまたはデュアルインチラインソケットへの直接実装に適した設計であり、耐久性と精度が求められるプリンター、コピー機、自動販売機、産業オートメーションなどのアプリケーションに最適です。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のある限界を定義します。これらの限界値付近または限界値でデバイスを連続動作させることは推奨されません。

• IRダイオード連続順方向電流（I_F）：50 mA。これは赤外線LEDに流すことができる最大定常電流です。
• IRダイオード逆電圧（V_R）：5 V。LEDにかかるこの逆バイアス電圧を超えると、破壊を引き起こす可能性があります。
• トランジスタコレクタ電流（I_C）：20 mA。フォトトランジスタのコレクタが扱える最大連続電流です。
• トランジスタ電力損失（P_D）：25°C時 75 mW、25°C以上では1.33 mW/°Cで直線的に低下します。これはフォトトランジスタ内で発生する熱を制限します。
• IRダイオードピーク順方向電流：1 A（パルス幅 = 10 µs、300 pps）。高い瞬時光出力を必要とするアプリケーション向けに、短時間の高電流パルスを可能にします。
• ダイオード電力損失（P_D）：25°C時 60 mW、同様に1.33 mW/°Cで低下します。これはIR LEDの熱的限界を規定します。
• フォトトランジスタコレクタ-エミッタ電圧（V_CEO）：30 V。トランジスタがオフの時にコレクタとエミッタ間に印加できる最大電圧です。
• フォトトランジスタエミッタ-コレクタ電圧（V_ECO）：5 V。コレクタ-エミッタ接合部にかかる最大逆電圧です。
• 動作温度範囲：-25°C ～ +85°C。デバイスが確実に動作する周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲：-55°C ～ +100°C。非動作時の保存温度範囲です。
• リードはんだ付け温度：ケースから1.6mmの位置で5秒間 260°C。パッケージ損傷を防ぐためのリフローまたは手はんだ付けプロファイルを定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは標準試験条件（T_A= 25°C）で測定され、デバイスの代表的な性能を定義します。

2.2.1 入力LED特性

• 順方向電圧（V_F）：I_F= 20 mA時、通常 1.2V ～ 1.6V。これは標準試験電流で駆動したときのIR LED両端の電圧降下です。この値と電源電圧に基づいて電流制限抵抗を計算する必要があります。
• 逆電流（I_R）：V_R= 5V時、最大 100 µA。これはLEDが逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。

2.2.2 出力フォトトランジスタ特性

• コレクタ-エミッタ降伏電圧（V_(BR)CEO）：I_C= 1mA時、最小 30V。この高い降伏電圧により、コレクタ回路でより高い電源電圧を使用することが可能です。
• エミッタ-コレクタ降伏電圧（V_(BR)ECO）：I_E= 100µA時、最小 5V。
• コレクタ-エミッタ暗電流（I_CEO）：V_CE= 10V時、最大 100 nA。これはフォトトランジスタが完全な暗闇（IR光なし）にあるときのリーク電流です。低い値は、センシングアプリケーションでの良好な信号対雑音比にとって重要です。

2.2.3 カプラー（完全デバイス）特性

• コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(SAT)）：I_C= 0.2mA かつ I_F= 20mA時、最大 0.4V。これはフォトトランジスタが完全にオン（飽和）状態にあるときの両端電圧です。電力損失を最小限に抑えるため、低い値が望ましいです。
• オン状態コレクタ電流（I_C(ON)）：V_CE= 5V かつ I_F= 20mA時、最小 0.4 mA。これはIR LEDが駆動され、光路が遮られていないときに生成される最小光電流を指定します。このパラメータはデバイスの感度に直接関係します。
• 立ち上がり時間（T_r）：試験条件（I_C=2mA, R_L=1kΩ, V_CE=5V）下で、通常 25 µs。これはIR LEDが点灯したとき、フォトトランジスタ出力が最終値の10%から90%に遷移する時間です。
• 立ち下がり時間（T_f）：同じ条件下で、通常 26 µs。これはIR LEDが消灯したときの遷移時間です。これらのスイッチング時間は、デバイスが確実に動作できる最大周波数を定義します。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 パッケージ外形寸法

デバイスは標準的な4ピンデュアルインチラインパッケージに収められています。データシートからの主要な寸法上の注意点は以下の通りです：

• すべての寸法はミリメートルで提供され、括弧内にインチ単位が記載されています。
• 特定の特徴に関する注記がない限り、標準公差は±0.25mm（±0.010"）です。
• 本体幅は約7.62mmで、ピン間隔はスルーホールPCB実装用の標準的な0.1インチ（2.54mm）グリッドパターンに従っています。

パッケージは、フローはんだ付けまたは手はんだ付けプロセス用に設計されています。データシートの外形図には、リード線径、ピン間隔（行間・列間）、本体の長さと幅、およびセンシング開口部を定義するスロットギャップ幅など、PCBフットプリント設計に重要な寸法が提供されています。

3.2 ピン配置と極性識別

デバイスには4本のピンがあります。通常、2本のピンはIR LEDのアノードとカソード用で、他の2本はフォトトランジスタのコレクタとエミッタ用です。データシートの図面は、正しい向きに取り付けるために重要なピン1を示しています。IR LEDはアノード駆動デバイスであり、フォトトランジスタはNPN型で、コレクタは負荷抵抗を介して正電源に、エミッタはグランドに接続する必要があります。LEDへの極性の誤った接続は発光を妨げ、フォトトランジスタへの誤った接続は出力信号が得られない結果となります。

4. はんだ付け・組立ガイドライン

データシートは重要なはんだ付けパラメータを指定しています：リード線は、プラスチックケースから1.6mm（0.063"）の距離で測定して、最大5秒間260°Cの温度に耐えることができます。このガイドラインは、フローはんだ付けまたは手はんだ付け作業中に内部の半導体ダイおよびプラスチックパッケージ材料への熱損傷を防ぐために不可欠です。リフローはんだ付けには、ピーク温度が260°Cを超えず、液相線以上の時間（TAL）が制御された標準プロファイルを使用する必要があります。スルーホール部品のはんだ付けには、JEDECまたはIPC標準に従うことが望ましいです。

5. アプリケーション提案

5.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な回路構成は、IR LEDを定電流源、またはより単純には電圧源と直列の電流制限抵抗（R_limit）で駆動するものです。R_limit= (V_CC- V_F) / I_F。5V電源で所望のI_Fを20mA、V_F= 1.4Vとすると、R_limit= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ωとなります。フォトトランジスタ出力は通常、スイッチとして接続されます：コレクタはプルアップ抵抗（R_CCload_{）を介してV}に接続され、エミッタはグランドに接続されます。出力信号はコレクタノードから取り出されます。光がトランジスタに当たると、トランジスタはオンになり、コレクタ電圧を低く（V_CE(SAT)付近に）引き下げます。光路が遮断されると、トランジスタはオフになり、コレクタ電圧はR_CCload_{によってV}まで引き上げられます。R_loadの値はスイッチング速度と消費電流に影響します；抵抗値が小さいほどスイッチングは速くなりますが、オン状態での電力損失は大きくなります。

5.2 設計上の考慮事項

• 外来光耐性：デバイスは赤外線を使用しているため、可視光の外来光に対してある程度耐性があります。しかし、強いIR放射源（例：太陽光、白熱電球）は誤動作を引き起こす可能性があります。変調されたIR信号と同期検波を使用することで、耐性を大幅に向上させることができます。
• アライメント：エミッタと検出器のスロット間の精密な機械的アライメントは、最大の信号強度を得るために重要です。PCBフットプリントと実装はこのアライメントを確保する必要があります。
• 物体の特性：ビームを遮断する物体は、使用されるIR波長に対して不透明であるべきです。反射性または半透明の材料ではセンサーを確実にトリガーできない場合があります。
• 速度要件：立ち上がり・立ち下がり時間（～25 µs）は、最大スイッチング周波数を矩形波でおおよそ1/(Tr+Tf) ≈ 20 kHzに制限しますが、完全な遷移を確保するため、実際の限界はこれより低くなります。

6. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気的・光学的特性曲線のセクションを参照しています。このような文書に通常含まれるこれらのグラフは、主要なパラメータが条件によってどのように変化するかを視覚的に示します。予想される曲線は以下の通りです：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I_F-V_F）：IR LEDの指数関数的関係を示し、試験条件以外の電流でのV_Fを決定するのに役立ちます。
• コレクタ電流 vs. コレクタ-エミッタ電圧（I_C-V_CE）：入射光強度（またはLED駆動電流）をパラメータとしたフォトトランジスタの曲線群で、飽和領域と活性領域を示します。
• 電流伝達率（CTR） vs. 順方向電流：CTR = (I_C/ I_F) * 100%。このグラフは光結合の効率を示し、通常、非常に高いI_F.
• では低下します。_{オン状態コレクタ電流 vs. 温度（I}C(ON)_A-T）：
• フォトトランジスタの感度が周囲温度とともにどのように変化するかを示し、通常、高温では低下を示します。_CEO暗電流 vs. 温度（I_A-T）：

リーク電流が温度とともに指数関数的に増加することを示し、高温動作にとって重要です。

これらの曲線を分析することで、設計者は動作点を最適化し、温度にわたる性能のトレードオフを理解し、非標準条件下での動作を予測することができます。

7. 技術比較と差別化_CEO機械的マイクロスイッチと比較して、LTH-301-23P1は明確な利点を提供します：接点バウンスがなく、はるかに長い動作寿命（数百万回 vs. 数千回）、ほこりや油による汚染に対する耐性（密閉パッケージであるため）、および高速なスイッチング速度です。反射型光センサーと比較して、このような透過型フォトインタラプタは、ターゲット物体の色や反射率の影響を受けにくいため、より一貫性があり信頼性の高い検出を提供します；単にスロット内の物体の有無を検出します。この特定の部品の主な差別化要因は、標準的なスルーホールパッケージ、堅牢な電気的定格（30V V_F、50mA I

）、および規定されたスイッチング速度のバランスであり、汎用性の高い汎用選択肢となっています。

8. よくある質問（FAQ）

Q: 典型的な検知距離またはギャップ幅はどれくらいですか？

A: 検知距離は実質的にパッケージ内のスロットの幅です。物体はビームを遮断するためにこの物理的なギャップを通過する必要があります。データシートの外形図に正確なスロット幅が記載されています。

Q: マイクロコントローラのピンから直接IR LEDを駆動できますか？

A: 可能ですが、ピンの電流供給能力を確認する必要があります。典型的なMCUピンは20-25mAを供給でき、試験条件と一致します。ただし、アプリケーションノートで計算された直列の電流制限抵抗を必ず含める必要があります。抵抗なしでLEDを駆動すると、LEDとMCUピンの両方を破壊する可能性があります。

Q: フォトトランジスタ出力をマイクロコントローラにどのようにインターフェースしますか？_CCA: 最も簡単な方法は、フォトトランジスタをデジタル入力として使用することです。コレクタをMCUのデジタルI/Oピン（通常、内部プルアップ抵抗を有効にできる）に接続し、外部プルアップ抵抗（例：10kΩ）を介してV_CC used.

にも接続します。エミッタはグランドに接続します。ビームが遮断されていないとき、トランジスタはオンになり、ピンをLOWに引き下げます。遮断されているとき、ピンはHIGHに引き上げられます。MCUの入力電圧レベルがV

と互換性があることを確認してください。_LQ: スイッチング速度に影響を与える要因は何ですか？_FA: フォトトランジスタの固有の立ち上がり・立ち下がり時間（～25µs）が主な制限要因です。しかし、回路要因によってさらに遅くなる可能性があります。大きな負荷抵抗（R_L.

）は、寄生容量の充電・放電のためのRC時定数を増加させ、立ち上がり時間を遅くします。同様に、過剰な電流でIR LEDを駆動すると、キャリア蓄積効果によりターンオフが遅くなる可能性があります。最大速度を得るには、推奨されるI

と適度に小さいR

を使用してください。

9. 動作原理