LTH-301-32 포토인터럽터 데이터시트 - 슬롯 광학 스위치 - 30V 콜렉터-이미터 전압 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTH-301-32는 슬롯 광학 스위치로, 일반적으로 포토인터럽터라고 알려져 있습니다. 이는 적외선 발광 다이오드(IR LED)와 포토트랜지스터를 하나의 패키지에 결합한 비접촉 감지 장치로, 물리적 간격으로 분리되어 있습니다. 핵심 기능은 이 슬롯을 통과하여 적외선 광속을 차단하는 물체(베인 또는 플래그와 같은)의 유무를 감지하는 것입니다. 이는 기계적 마모를 제거하고 고속 동작을 가능하게 하므로, 위치 감지, 리밋 스위칭 또는 물리적 접촉 없이 물체 감지가 필요한 애플리케이션에 이상적입니다.

이 장치는 인쇄 회로 기판(PCB)에 직접 장착하거나 표준 듀얼 인라인(DIP) 소켓에 장착할 수 있도록 설계되어 조립 및 통합에 유연성을 제공합니다. 주요 장점으로는 신뢰할 수 있는 비접촉 스위칭, 기계적 바운스에 대한 내성, 디지털 시스템에 적합한 빠른 응답 시간이 포함됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• IR 다이오드 연속 순방향 전류 (I_F): 60 mA. 이는 적외선 LED를 통해 흐를 수 있는 최대 정상 상태 전류입니다.
• IR 다이오드 역방향 전압 (V_R): 5 V. LED 양단에 이 역방향 바이어스 전압을 초과하면 항복이 발생할 수 있습니다.
• 트랜지스터 콜렉터 전류 (I_C): 20 mA. 출력 포토트랜지스터의 콜렉터가 처리할 수 있는 최대 연속 전류입니다.
• 트랜지스터 전력 소산 (P_D): 75 mW. 포토트랜지스터가 소산할 수 있는 최대 전력으로, V_CE* I_C.
• IR 다이오드 피크 순방향 전류: 1 A (펄스 폭 = 10 μs, 300 pps). 이는 더 높은 순간 광 출력을 달성하기 위해 짧은 고전류 펄스를 허용하며, 노이즈 내성에 유용하지만 듀티 사이클을 엄격히 준수해야 합니다.
• 다이오드 전력 소산: 100 mW. IR LED가 소산할 수 있는 최대 전력 (V_F* I_F).
• 포토트랜지스터 콜렉터-이미터 전압 (V_CEO): 30 V. 포토트랜지스터의 콜렉터와 이미터 사이에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 포토트랜지스터 이미터-콜렉터 전압 (V_ECO): 5 V. 이미터와 콜렉터 사이의 최대 역방향 전압입니다.
• 동작 온도 범위: -25°C ~ +85°C. 신뢰할 수 있는 동작을 위한 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 범위: -40°C ~ +100°C.
• 리드 솔더링 온도: 케이스에서 1.6mm 측정 시 5초 동안 260°C. 이는 리플로우 또는 핸드 솔더링 프로파일 한계를 정의합니다.

2.2 전기 및 광학 특성

이 파라미터들은 주변 온도 (T_A) 25°C에서 지정되며, 일반적인 동작 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 LED 특성

• 순방향 전압 (V_F): I_F= 20mA에서 1.2V (최소), 1.6V (일반). 이는 일반 동작 전류로 구동될 때 IR LED 양단의 전압 강하입니다. LED와 직렬로 전류 제한 저항이 필요합니다.
• 역방향 전류 (I_R): V_R= 5V에서 100 μA (최대). LED가 역방향 바이어스될 때의 작은 누설 전류입니다.

2.2.2 출력 포토트랜지스터 특성

• 콜렉터-이미터 항복 전압 (V_(BR)CEO): 30V (최소). 절대 최대 정격과 관련이 있습니다.
• 이미터-콜렉터 항복 전압 (V_(BR)ECO): 5V (최소).
• 콜렉터-이미터 암전류 (I_CEO): V_CE=10V에서 100 nA (최대). 이는 빛이 입사하지 않을 때(즉, 슬롯이 차단되었을 때) 포토트랜지스터의 누설 전류입니다. 이는 "오프 상태" 신호 레벨을 결정합니다.

2.2.3 커플러 (시스템) 특성

이 파라미터들은 LED와 포토트랜지스터의 결합된 동작을 설명합니다.

• 콜렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)): I_C=0.2mA 및 I_F=20mA에서 0.4V (최대). 이는 포토트랜지스터가 완전히 "온" 상태(빛이 차단되지 않음)일 때 포토트랜지스터 양단의 전압입니다. 더 낮은 V_CE(SAT)는 논리 회로와의 인터페이스에 더 좋습니다.
• 온 상태 콜렉터 전류 (I_C(ON)): V_CE=5V 및 I_F=20mA에서 0.6 mA (최소). 이는 광 경로가 맑을 때 생성되는 최소 광전류입니다. 실제 전류는 더 높을 수 있으며, LED 구동 전류와 장치 이득에 따라 달라집니다.
• 응답 시간: 이는 스위칭 속도를 정의합니다.
  • 상승 시간 (t_r): 3 μS (일반), 15 μS (최대). 광속이 차단 해제될 때 출력이 최종 값의 10%에서 90%로 가는 시간입니다.
  • 하강 시간 (t_f): 4 μS (일반), 20 μS (최대). 광속이 차단될 때 출력이 최종 값의 90%에서 10%로 가는 시간입니다.
  이 시간들은 특정 조건 (V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω)에서 측정되며, 물체 감지의 최대 주파수를 결정합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 주요 관계를 그래픽으로 설명하는 일반적인 성능 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 본문에 제공되지 않지만, 일반적인 내용과 해석은 다음과 같습니다:

3.1 전달 특성

일정한 콜렉터-이미터 전압(예: V_C=5V)에서 출력 콜렉터 전류 (I_F) 대 입력 LED 순방향 전류 (I_CE)의 그래프입니다. 이 곡선은 전류 전달 비율(CTR) 추세를 보여주며, 이는 비율 I_C/ I_F입니다. 이는 설계자가 주어진 부하 또는 논리 임계값에 대해 원하는 출력 전류 레벨을 달성하기 위해 적절한 LED 구동 전류를 선택하는 데 도움이 됩니다.

3.2 온도 의존성

I_C(ON)및 암전류 (I_CEO)와 같은 파라미터들이 동작 온도 범위(-25°C ~ +85°C)에서 어떻게 변하는지 보여주는 곡선입니다. 포토트랜지스터 이득은 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소하고, 암전류는 증가합니다. 이러한 변화를 이해하는 것은 전체 온도 범위에 걸쳐 안정적인 시스템을 설계하는 데 중요하며, 종종 선택한 I_F및 임계 감지 레벨에 마진을 필요로 합니다.

3.3 출력 포화 전압

다른 I_{값에 대한 V}CE(SAT)_C대 I_F의 그래프입니다. 이는 트랜지스터가 켜져 있을 때 최소 전압 강하를 결정하는 데 필수적이며, 저전압 논리 계열과의 호환성을 보장합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

LTH-301-32는 표준적인 컴팩트 DIP 스타일 패키지로 제공됩니다. 데이터시트의 주요 치수 정보:

• 모든 치수는 밀리미터로 제공되며, 인치는 괄호 안에 표시됩니다.
• 특정 피처에 다른 표시가 없는 한 기본 공차는 ±0.25mm (±0.010")입니다.

패키지는 정밀한 슬롯이 있는 성형 본체를 특징으로 합니다. 리드는 표준 0.1" (2.54mm) 피치로, DIP 소켓 및 PCB 레이아웃과 호환됩니다. 정확한 길이, 너비, 높이, 슬롯 너비 및 리드 위치는 데이터시트에 참조된 치수 도면에 정의되어 있습니다.

4.2 극성 식별

정상적인 동작을 위해 올바른 핀 식별이 중요합니다. 패키지는 표준 마킹을 사용합니다: IR LED의 캐소드와 포토트랜지스터의 이미터는 일반적으로 공통 핀에 연결되거나 인접해 있습니다. 데이터시트의 핀아웃 다이어그램을 참조하여 다음을 식별해야 합니다:

1. IR LED의 애노드.
2. IR LED의 캐소드.
3. 포토트랜지스터의 콜렉터.
4. 포토트랜지스터의 이미터.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 솔더링 프로파일

절대 최대 정격은 플라스틱 케이스에서 1.6mm 측정 시 5초 동안 260°C에서 리드 솔더링을 지정합니다. 이는 웨이브 솔더링 또는 핸드 솔더링에 대한 중요한 파라미터입니다.

• 리플로우 솔더링: 리플로우 공정에서 사용하는 경우, 피크 온도가 260°C를 초과하지 않고 240°C (T_L) 이상의 시간이 10초 미만인 프로파일을 일반적으로 권장합니다. 플라스틱 본체는 열 응력에 민감합니다.
• 핸드 솔더링: 온도 제어 납땜 인두를 사용하십시오. 본체가 아닌 리드에 열을 가하고, 패키지로 열이 스며드는 것을 피하기 위해 리드당 3-5초 이내에 접합을 완료하십시오.

5.2 세척 및 취급

이소프로필 알코올 또는 유사한 용매를 사용하는 표준 PCB 세척 공정은 일반적으로 허용됩니다. 검증되지 않은 경우 초음파 세척은 피하십시오. 플라스틱 또는 내부 다이 본드에 미세 균열을 일으킬 수 있습니다. 실드에 기계적 응력을 방지하기 위해 리드가 아닌 본체를 잡고 장치를 취급하십시오.

5.3 보관 조건

지정된 보관 온도 범위(-40°C ~ +100°C) 내에서 건조하고 정전기 방지 환경에 보관하십시오. 제공된 텍스트에 Moisture Sensitivity Level (MSL)이 명시적으로 명시되어 있지는 않지만, 장기 보관을 위해 구성 요소를 원래의 습기 차단 백에 보관하는 것이 좋은 관행입니다.

6. 애플리케이션 제안

6.1 일반적인 애플리케이션 회로

가장 일반적인 구성은 포토인터럽터를 디지털 스위치로 사용하는 것입니다.

1. LED 구동 회로: 전류 제한 저항 (R_LIMIT)이 IR LED와 직렬로 연결됩니다. R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F. 5V 공급 및 I_F=20mA의 경우, R_LIMIT≈ (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω (표준 값 180Ω 사용).
2. 포토트랜지스터 출력 회로: 포토트랜지스터는 두 가지 일반적인 구성으로 사용될 수 있습니다:
   • 풀업 저항 구성: 콜렉터에서 V_LOAD까지 저항 (R_CC)을 연결합니다. 이미터는 접지에 연결됩니다. 출력은 콜렉터에서 가져옵니다. 빛이 차단되면 트랜지스터는 꺼지고 출력은 하이(V_CC)로 풀업됩니다. 빛이 있으면 트랜지스터가 켜져 출력을 로우(V_CE(SAT) 근처)로 당깁니다. R_LOAD값은 원하는 I_C및 속도에 따라 선택됩니다; 1kΩ ~ 10kΩ이 일반적입니다.
   • 전류-전압 구성: 포토트랜지스터를 트랜스임피던스 설정의 연산 증폭기와 함께 공통 이미터 구성으로 연결하여 광전류를 정밀한 전압으로 변환합니다. 이는 아날로그 감지에 사용됩니다.

6.2 설계 고려 사항

• 노이즈 내성: 주변광(특히 적외선)이 있는 환경의 경우, 변조된 LED 구동 신호 및 동기 감지를 사용하거나 슬롯이 물리적으로 차폐되도록 하십시오.
• 디바운싱: 장치 자체에는 기계적 바운스가 없지만, 감지된 물체가 슬롯에서 떨릴 수 있는 경우 출력 신호에 소프트웨어 디바운싱이 필요할 수 있습니다.
• 물체 재질: 광속을 차단하는 물체는 적외선에 불투명해야 합니다. 얇거나 반투명한 재질은 안정적으로 감지되지 않을 수 있습니다.
• 정렬: 일관된 동작을 위해 슬롯을 통과하는 물체의 정밀한 기계적 정렬이 필요합니다.

6.3 일반적인 애플리케이션 시나리오

• 프린터 및 복사기: 용지 부족 감지, 토너 레벨 감지, 캐리지 위치 복귀.
• 산업 자동화: 선형 액추에이터의 리밋 스위치, 컨베이어 벨트의 부품 유무 감지, 회전 샤프트의 베인 감지(타코미터).
• 소비자 가전:
• 보안 시스템: 문/창 위치 감지.
• 자판기: 동전 또는 제품 배출 확인.

7. 기술 비교 및 선택 가이드

포토인터럽터를 선택할 때 주요 차별화 요소는 다음과 같습니다:

• 슬롯 너비 및 간격: 감지할 수 있는 물체의 크기를 결정합니다. LTH-301-32는 특정 슬롯 치수를 가집니다.
• 출력 유형: 포토트랜지스터(여기서와 같이) 대 포토달링턴(더 높은 이득, 더 느린 속도) 대 논리 출력(내장 슈미트 트리거).
• 전류 전달 비율 (CTR): 더 높은 CTR은 주어진 입력 전류에 대해 더 많은 출력 전류를 제공하여 더 높은 값의 풀업 저항 또는 더 긴 케이블 구동을 가능하게 합니다.
• 속도 (t_r, t_f): 고속 카운팅 또는 인코딩 애플리케이션에 중요합니다.
• 패키지 및 장착: 스루홀(DIP) 대 표면 실장(SMD). LTH-301-32는 스루홀 장치입니다.
• 동작 전압: 30V의 V_(BR)CEO는 3.3V에서 24V 시스템에 이르기까지 광범위한 공급 전압과 인터페이스할 수 있도록 합니다.

LTH-301-32는 균형 잡힌 특성 세트를 가진 범용적이고 신뢰할 수 있는 장치로 자리매김하여 광범위한 중속 디지털 감지 애플리케이션에 적합합니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

8.1 LED의 피크 순방향 전류 정격의 목적은 무엇입니까?

1A 피크 정격은 LED가 DC 정격(60mA)보다 훨씬 높은 전류로 펄싱될 수 있도록 합니다. 이는 더 밝은 광 펄스를 생성하는 데 사용될 수 있어, 노이즈가 많은 환경에서 신호 대 잡음비를 개선하거나 더 낮은 듀티 사이클로 전력을 절약할 수 있습니다. 과열을 방지하기 위해 펄스 폭(10μs) 및 반복률(300 pps)에 대한 엄격한 제한을 따라야 합니다.

8.2 풀업 저항 (R_LOAD)의 값을 어떻게 선택합니까?

선택은 전력 소비, 스위칭 속도 및 노이즈 내성 사이의 절충을 포함합니다. 더 작은 저항(예: 1kΩ)은 더 빠른 상승 시간(더 작은 RC 시간 상수)과 더 나은 노이즈 내성을 제공하지만 트랜지스터가 켜져 있을 때 더 많은 전류를 소비합니다(I_C= V_CC/R_LOAD). 더 큰 저항(예: 10kΩ)은 전력을 절약하지만 더 느리고 노이즈에 더 취약합니다. 최소 공급 전압에서 선택한 R_LOAD이 최소 I_CC(ON)_{을 고려하여 수신 회로의 논리 로우 임계값 아래로 출력을 당길 수 있을 만큼 충분한 I} specification.

을 허용하는지 확인하십시오._L8.3 응답 시간이 부하 저항(R

=100Ω)으로 지정된 이유는 무엇입니까?_{포토트랜지스터의 스위칭 속도는 접합의 커패시턴스와 충전/방전하는 저항에 의해 제한됩니다. 작은 부하 저항(100Ω)으로 지정하면 장치의 고유 속도 한계를 보여줍니다. 더 큰 풀업 저항이 있는 실제 회로에서는 더 큰 RC 상수(t}상승_LOAD≈ R

* C)로 인해 상승 시간이 더 느려집니다. 하강 시간은 주로 장치의 내부 캐리어 재결합에 의해 결정되며 외부 저항에 덜 의존합니다.

8.4 온도가 동작에 어떤 영향을 미칩니까?

• 온도가 증가함에 따라:_{포토트랜지스터의 이득(따라서 I}C(ON)_F)이 감소합니다. 보상하기 위해 I
• 을 증가시켜야 할 수 있습니다._CEO암전류 (I
• )가 증가합니다. 이는 "오프" 전압 레벨을 높여, 감지 임계값이 너무 엄격하게 설정된 경우 잘못된 트리거를 유발할 수 있습니다._FLED의 순방향 전압 (V

을 감소시키고 I

에 마진을 허용함으로써 이루어집니다.

9. 동작 원리

포토인터럽터는 광전자 커플링 원리로 동작합니다. 장치는 하나의 하우징에 두 개의 별도 구성 요소를 포함합니다: 적외선 발광 다이오드(IR LED)와 실리콘 포토트랜지스터입니다. 이들은 공기 간격(슬롯)을 사이에 두고 서로 마주보고 있습니다. IR LED에 전원이 공급되면 보이지 않는 적외선을 방출합니다. 이 빛은 슬롯을 가로질러 이동하여 포토트랜지스터의 베이스 영역에 도달합니다. 광자는 베이스에서 전자-정공 쌍을 생성하며, 이는 베이스 전류로 작용하여 트랜지스터를 켭니다. 이로 인해 외부 회로에 의해 제한되는 훨씬 더 큰 콜렉터 전류가 흐를 수 있습니다.

불투명한 물체가 슬롯에 삽입되면 광 경로를 차단합니다. 베이스 전류의 광생성이 중단되고 포토트랜지스터가 꺼져 콜렉터 전류가 멈춥니다. 따라서 출력의 전기적 상태(켜짐/꺼짐)는 슬롯의 기계적 상태(맑음/차단됨)에 의해 직접 제어되며, 입력(LED 측)과 출력(트랜지스터 측) 사이에 어떠한 전기적 접촉도 없습니다. 이는 일반적으로 수백 볼트에서 수천 볼트 범위의 우수한 전기적 절연을 제공합니다.

• 10. 산업 동향 및 맥락LTH-301-32와 같은 포토인터럽터는 성숙하고 기본적인 감지 기술을 나타냅니다. 이 분야에 영향을 미치는 주요 동향은 다음과 같습니다:
• 소형화:
• : 현대 전자 제품에서 PCB 공간을 절약하기 위한 더 작은 표면 실장 장치(SMD) 패키지에 대한 강력한 수요.통합
• 더 높은 속도: 고해상도 인코더 및 데이터 통신 애플리케이션을 위한 더 빠른 응답 시간(나노초 범위)을 가진 장치 개발.
• 향상된 정밀도: 더 정확한 위치 감지를 위한 슬롯 치수 및 광학 정렬에 대한 더 엄격한 공차.

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