Lembaran Data Photointerrupter LTH-306-01 - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTH-306-01 ialah suis optik padat tanpa sentuh yang direka untuk pengesanan objek dan penderiaan kedudukan yang boleh dipercayai. Fungsi terasnya adalah berdasarkan diod pemancar cahaya (LED) inframerah (IR) yang dipasangkan dengan fototransistor, yang ditempatkan dalam satu pakej. Apabila objek melalui celah antara pemancar dan pengesan, ia mengganggu pancaran cahaya IR, menyebabkan perubahan dalam keadaan output fototransistor. Prinsip ini membolehkan pensuisan yang tepat dan tanpa haus tanpa sentuhan fizikal.

Peranti ini direka untuk pemasangan terus ke papan litar bercetak (PCB) atau ke soket dua baris standard, menawarkan fleksibiliti reka bentuk yang ketara. Kelebihan utamanya termasuk kelajuan pensuisan pantas, yang kritikal untuk aplikasi pengiraan dan pemasaan berkelajuan tinggi, dan sifat tanpa sentuhnya, yang menghapuskan haus mekanikal dan memastikan kebolehpercayaan jangka panjang. Pasaran sasaran biasa termasuk automasi perindustrian, elektronik pengguna (cth., pencetak, mesin fotokopi), sistem keselamatan, dan mesin layan diri di mana pengesanan objek, penderiaan ketulan kertas, atau penderiaan slot diperlukan.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah keadaan ini tidak dijamin. Had utama termasuk:

• Arus Hadapan Berterusan Diode IR (I_F): 60 mA. Ini ialah arus DC maksimum yang boleh dikenakan secara berterusan pada LED.
• Arus Hadapan Puncak Diode IR: 1 A untuk lebar denyut 10 μs pada 300 denyut sesaat. Ini membolehkan denyut intensiti tinggi yang singkat untuk pengesanan isyarat yang dipertingkatkan.
• Voltan Pengumpul-Pemancar Fototransistor (V_CEO): 30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan merentasi pin pengumpul dan pemancar.
• Julat Suhu Operasi: -25°C hingga +85°C. Menentukan julat suhu ambien untuk operasi yang boleh dipercayai.
• Suhu Pateri Lead: 260°C selama 5 saat pada jarak 1.6mm dari kes. Ini adalah penting untuk proses pemasangan PCB.

2.2 Ciri Elektrik & Optik

Parameter ini ditentukan pada suhu ambien (T_A) 25°C dan mentakrifkan prestasi tipikal peranti di bawah keadaan operasi biasa.

2.2.1 Ciri Input (LED IR)

• Voltan Hadapan (V_F): Biasanya 1.2V hingga 1.6V pada arus hadapan (I_F) 20 mA. Ini digunakan untuk mengira nilai perintang pembatas arus untuk litar pemacu LED.
• Arus Songsang (I_R): Maksimum 100 μA pada voltan songsang (V_R) 5V. Ini menunjukkan arus bocor LED apabila beroperasi dalam bias songsang.

2.2.2 Ciri Output (Fototransistor)

• Voltan Pecahan Pengumpul-Pemancar (V_(BR)CEO): Minimum 30V. Memastikan transistor boleh menahan voltan pengumpul-pemancar yang ditentukan.
• Arus Gelap Pengumpul-Pemancar (I_CEO): Maksimum 100 nA pada V_CE=10V. Ini ialah arus bocor apabila LED dimatikan (tiada cahaya), yang mempengaruhi tahap isyarat "keadaan mati".

2.2.3 Ciri Pengganding (Gabungan)

• Arus Pengumpul Keadaan Hidup (I_C(ON)): Minimum 5.0 mA pada V_CE=5V dan I_F=20mA. Ini ialah arus output fototransistor apabila LED diterangi sepenuhnya dan tidak terhalang, menunjukkan kepekaannya.
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(SAT)): Maksimum 0.4V pada I_C=2.5mA dan I_F=20mA. Voltan ketepuan yang rendah adalah diingini apabila fototransistor digunakan sebagai suis dalam mod ketepuan, meminimumkan kejatuhan voltan.
• Masa Tindak Balas: Masa naik (t_r) biasanya 3-15 μs, dan masa turun (t_f) biasanya 4-20 μs di bawah keadaan ujian yang ditentukan (V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Parameter ini mentakrifkan kelajuan pensuisan dan lebar jalur peranti, yang kritikal untuk mengesan objek bergerak pantas.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data merujuk kepada lengkung ciri elektrik/optik tipikal. Walaupun graf khusus tidak disediakan dalam teks, lengkung standard untuk peranti sedemikian biasanya termasuk:

• Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (I_F-V_F) untuk LED IR: Menunjukkan hubungan tak linear, membantu menentukan titik operasi.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (I_C-V_CE) untuk Fototransistor: Pada tahap sinaran (arus LED) yang berbeza, ini menunjukkan tingkah laku transistor output, serupa dengan ciri output transistor dwikutub.
• Nisbah Pemindahan Arus (CTR) vs. Arus Hadapan: CTR ialah nisbah arus pengumpul fototransistor (I_C) kepada arus hadapan LED (I_F). Lengkung ini menunjukkan bagaimana kecekapan berubah dengan arus pemacu.
• Kebergantungan Suhu pada Arus Gelap (I_CEO) dan Arus Keadaan Hidup (I_C(ON)): Menggambarkan bagaimana prestasi merosot atau berubah dengan perubahan suhu ambien, yang penting untuk mereka bentuk sistem yang stabil merentasi julat operasi yang ditentukan.

Lengkung ini adalah penting untuk pereka bentuk mengoptimumkan titik operasi, memastikan integriti isyarat merentasi suhu, dan memahami had peranti.

4. Maklumat Mekanikal & Pakej

LTH-306-01 direka untuk pemasangan PCB atau soket. Dimensi pakej disediakan dalam lembaran data dengan semua ukuran dalam milimeter (dan inci). Nota mekanikal utama termasuk:

• Toleransi standard ±0.25mm (±0.010") terpakai melainkan dinyatakan sebaliknya pada lukisan berdimensi.
• Pakej ini mempunyai badan acuan dengan celah tepat antara pemancar IR dan fototransistor. Dimensi tepat celah ini, ketinggian keseluruhan, lebar, dan panjang, serta jarak lead adalah kritikal untuk integrasi mekanikal ke dalam produk akhir.
• Lead biasanya diperbuat daripada bahan yang boleh dipateri dan dibentuk untuk pemasangan lubang tembus.

Pengenalpastian kekutuban adalah penting. Peranti akan mempunyai tanda (seperti titik, takuk, atau panjang lead yang berbeza) untuk mengenal pasti anod dan katod LED IR serta pengumpul dan pemancar fototransistor. Sambungan kekutuban yang salah boleh merosakkan komponen.

5. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Penarafan maksimum mutlak menentukan suhu pateri lead 260°C untuk tempoh maksimum 5 saat, diukur 1.6mm (0.063") dari kes plastik. Ini adalah parameter kritikal untuk proses pateri gelombang atau pateri tangan.

Cadangan:

6. Cadangan Aplikasi

6.1 Litar Aplikasi Biasa

Litar aplikasi asas melibatkan:

1. Litar Pemacu LED: Perintang pembatas arus bersiri dengan LED IR. Nilai perintang (R_limit) dikira sebagai (Voltan Bekalan - V_F) / I_F. Untuk bekalan 5V dan I_F=20mA, dengan V_F~1.4V, R_limit≈ (5-1.4)/0.02 = 180Ω.
2. Litar Output Fototransistor: Fototransistor boleh digunakan dalam dua konfigurasi biasa:
   • Mod Suis (Ketepuan): Sambungkan perintang tarik atas dari pengumpul ke bekalan positif (cth., 5V). Pemancar disambungkan ke bumi. Apabila cahaya mengenai transistor, ia hidup sepenuhnya (ketepuan), menarik voltan pengumpul rendah (hampir V_CE(SAT)). Apabila cahaya disekat, transistor dimatikan, dan voltan pengumpul ditarik tinggi oleh perintang. Output adalah isyarat digital.
   • Mod Linear: Gunakan fototransistor dalam konfigurasi penguat pemancar biasa dengan perintang pengumpul. Voltan output berbeza secara linear dengan keamatan cahaya yang diterima, berguna untuk penderiaan analog.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Kekebalan Cahaya Ambien: Peranti menggunakan cahaya IR termodulasi, tetapi sumber IR ambien yang kuat (cahaya matahari, mentol pijar) boleh menyebabkan pencetus palsu. Menggunakan pemacu LED berdenyut dan pengesanan segerak, atau menambah penapis optik, boleh meningkatkan kekebalan.
• Ciri Objek: Kebolehpercayaan pengesanan bergantung pada ketelusan objek kepada panjang gelombang IR. Bahan yang sangat nipis atau lut sinar mungkin tidak mengganggu pancaran sepenuhnya.
• Penjajaran: Penjajaran mekanikal tepat laluan objek dengan celah sensor adalah perlu untuk operasi yang konsisten.
• Kelajuan: Pastikan kelajuan objek dan masa tindak balas yang diperlukan oleh sistem serasi dengan masa naik/turun peranti (julat mikrosaat).
• Bunyi Elektrik: Dalam persekitaran bising, kekalkan jejak isyarat pendek, gunakan kapasitor pintasan berhampiran peranti, dan pertimbangkan perisai.

7. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Berbanding suis mikro mekanikal, LTH-306-01 menawarkan kelebihan jelas: tiada lantunan sentuhan, tiada haus mekanikal, kelajuan pensuisan lebih pantas, dan kebolehpercayaan lebih tinggi merentasi berjuta-juta kitaran. Berbanding sensor optik lain seperti sensor pantulan, photointerrupter transmisi (pengganding bercelah) umumnya lebih kebal terhadap variasi dalam pantulan permukaan objek dan warna, menyediakan isyarat hidup/mati yang lebih konsisten berdasarkan gangguan pancaran semata-mata.

Pembeza utama dalam kategori photointerrupter adalah saiz pakej khususnya (membolehkan reka bentuk padat), ciri elektriknya (kepekaan ditakrifkan oleh I_C(ON), kelajuan ditakrifkan oleh t_r/t_f), dan spesifikasi teguhnya untuk pateri dan suhu operasi.

8. Soalan Lazim (FAQ)

S: Apakah jangka hayat tipikal peranti ini?

J: Sebagai peranti keadaan pepejal tanpa bahagian bergerak, jangka hayatnya terutamanya ditentukan oleh degradasi output beransur-ansur LED. Apabila dioperasikan dalam spesifikasi, ia biasanya jauh melebihi jangka hayat suis mekanikal, selalunya dinilai untuk ratusan ribu hingga berjuta-juta operasi.

S: Bolehkah saya memacu LED dengan sumber voltan secara langsung?

J: Tidak. LED mesti dipacu dengan sumber terhad arus. Menyambungkannya terus ke sumber voltan yang melebihi voltan hadapannya akan menyebabkan aliran arus berlebihan, berpotensi memusnahkannya. Sentiasa gunakan perintang pembatas arus bersiri atau pemacu arus malar.

S: Bagaimana saya mentafsir nilai minimum "Arus Pengumpul Keadaan Hidup" (I_C(ON))?

J: Ini adalah jaminan minimum arus output di bawah keadaan ujian yang ditentukan (V_CE=5V, I_F=20mA). Dalam reka bentuk anda, anda harus memastikan litar anda (cth., nilai perintang tarik atas anda) boleh berfungsi dengan boleh dipercayai dengan arus minimum ini untuk menghasilkan voltan logik rendah yang sah apabila pancaran tidak disekat.

S: Masa tindak balas adalah dalam mikrosaat. Adakah ini cukup pantas untuk aplikasi saya?

J: Untuk kebanyakan aplikasi pengiraan objek, penderiaan kedudukan, dan pengesanan kertas, tindak balas mikrosaat adalah lebih daripada mencukupi. Contohnya, untuk mengesan objek bergerak pada 1 m/s melalui celah 1mm, masa gangguan adalah 1ms (1000 μs), yang jauh lebih lama daripada masa pensuisan peranti. Untuk aplikasi berkelajuan tinggi yang melampau, sahkan pemasaan yang diperlukan.

9. Kes Penggunaan Praktikal

Senario: Pengesanan Ketulan Kertas dalam Pencetak

LTH-306-01 boleh diletakkan di sepanjang laluan kertas. Helaian kertas yang melalui celah membolehkan pancaran IR mencapai fototransistor, mengekalkan outputnya dalam satu keadaan (cth., rendah). Jika ketulan berlaku, kertas berhenti dalam celah, menyekat pancaran dan mengubah keadaan output (cth., tinggi). Isyarat ini dihantar ke mikropengawal pencetak, yang kemudiannya boleh menghentikan operasi dan memberi amaran kepada pengguna. Penderiaan tanpa sentuh memastikan tiada haus pada kertas atau sensor, dan masa tindak balas pantas membolehkan pengesanan walaupun kertas bergerak dengan cepat.

10. Prinsip Operasi

LTH-306-01 ialah sensor optik transmisi. Ia mengandungi dua komponen utama dalam lengan bertentangan pakej berbentuk U: diod pemancar cahaya inframerah (IR LED) dan fototransistor silikon NPN. LED IR memancarkan cahaya inframerah tidak kelihatan apabila dibias hadapan dengan arus yang sesuai. Fototransistor direka untuk sensitif kepada panjang gelombang IR khusus ini. Apabila tiada objek hadir dalam celah antara mereka, cahaya IR bersinar terus ke kawasan asas fototransistor. Cahaya tuju ini menjana pasangan elektron-lubang, yang bertindak sebagai arus asas, menghidupkan transistor dan membenarkan arus pengumpul yang ketara (I_C) mengalir. Apabila objek legap memasuki celah, ia menyekat laluan cahaya. Fototransistor tidak menerima (atau sangat berkurangan) cahaya, arus asas berkesan turun ke hampir sifar, dan transistor dimatikan, mengurangkan arus pengumpul ke tahap bocor yang sangat rendah (I_CEO). Perubahan dalam arus/voltan output ini dikesan oleh litar luaran untuk mendaftarkan peristiwa "objek hadir".

11. Trend Teknologi

Bidang komponen optoelektronik seperti photointerrupter terus berkembang. Trend umum yang boleh diperhatikan dalam industri termasuk:

• Pengecilan: Pembangunan tapak kaki pakej yang lebih kecil dan profil lebih rendah untuk muat ke dalam peranti pengguna dan perindustrian yang semakin padat.
• Integrasi Dipertingkatkan: Menggabungkan litar tambahan pada cip, seperti pencetus Schmitt untuk histeresis, perintang pembatas arus terbina dalam, atau antara muka digital (I2C), memudahkan reka bentuk luaran.
• Prestasi Dipertingkatkan: Kepekaan lebih tinggi (membolehkan arus pemacu LED lebih rendah untuk penjimatan kuasa), masa tindak balas lebih pantas untuk automasi berkelajuan tinggi, dan kestabilan suhu lebih baik.
• Fokus pada Kecekapan Kuasa: Reka bentuk yang membolehkan operasi berdenyut dengan kitar tugas sangat rendah untuk meminimumkan penggunaan kuasa purata, penting untuk aplikasi berkuasa bateri.
• Kekukuhan: Rintangan dipertingkatkan terhadap faktor persekitaran seperti habuk, kelembapan, dan kejutan mekanikal.

Trend ini bertujuan untuk menjadikan penyelesaian penderiaan optik lebih boleh dipercayai, lebih mudah dilaksanakan, dan sesuai untuk pelbagai aplikasi yang lebih luas.