Lembaran Data LTH-306-09S Pemutus Cahaya - Pengganti Suis Mekanikal - Dokumen Teknikal

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTH-306-09S ialah pemutus cahaya, sejenis peranti optoelektronik yang direka untuk mengesan gangguan pancaran cahaya. Ia berfungsi sebagai pengganti langsung dan keadaan pepejal untuk suis mekanikal tradisional dalam pelbagai aplikasi penderiaan. Kelebihan terasnya terletak pada operasi tanpa sentuhan, yang menghapuskan isu berkaitan haus mekanikal, lantunan sentuhan, dan degradasi fizikal dari masa ke masa. Ini menjadikannya sangat boleh dipercayai untuk aplikasi yang memerlukan pengaktifan kerap atau operasi dalam persekitaran di mana habuk, kelembapan, atau getaran boleh menjejaskan sentuhan mekanikal. Peranti ini sesuai untuk pasaran yang luas, termasuk automasi perindustrian (penderiaan kedudukan, suis had), elektronik pengguna (pengesanan kertas pencetak, penderiaan dulang cakera), dan sistem keselamatan (pengesanan kunci pintu).

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini menentukan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah keadaan ini tidak dijamin.

• Input LED:
  • Pelesapan Kuasa:75 mW. Ini ialah kuasa berterusan maksimum yang boleh dikendalikan oleh LED pada suhu ambien yang ditentukan.
  • Arus Hadapan Puncak:1 A (di bawah keadaan berdenyut: 300 pps, lebar denyut 10 μs). Penarafan ini adalah penting untuk memacu LED dengan denyutan pendek dan intensiti tinggi.
  • Arus Hadapan Berterusan:50 mA. Arus DC maksimum untuk operasi jangka panjang yang boleh dipercayai.
  • Voltan Songsang:5 V. Melebihi ini boleh merosakkan simpang LED.
• Output Fototransistor:
  • Pelesapan Kuasa:100 mW.
  • Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CE):30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan merentasi pengumpul dan pemancar.
  • Voltan Pemancar-Pengumpul:5 V.
  • Arus Pengumpul:20 mA. Arus maksimum yang boleh disalurkan oleh output fototransistor.
• Persekitaran:
  • Julat Suhu Operasi:-25°C hingga +85°C. Julat suhu ambien untuk fungsi peranti normal.
  • Julat Suhu Penyimpanan:-40°C hingga +100°C.
  • Suhu Pateri Lead:260°C selama 5 saat (untuk lead 1.6mm dari kes). Ini menentukan kekangan profil pateri alir semula.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Parameter ini ditentukan pada suhu ambien (T_A) 25°C dan mentakrifkan prestasi tipikal peranti.

• Ciri-ciri Input LED:
  • 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 yang diperlukan: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F.
  • Arus Songsang (I_R):Maksimum 100 μA pada voltan songsang 5V.
• Ciri-ciri Output Fototransistor:
  • Arus Gelap Pengumpul-Pemancar (I_CEO):Maksimum 100 nA pada V_CE=10V. Ini ialah arus bocor apabila LED dimatikan (tiada cahaya). Nilai rendah adalah diingini untuk nisbah isyarat-ke-hingar yang baik.
  • Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(SAT)):Biasanya 0.4V pada I_C=0.25mA dan I_F=20mA. Ini ialah susut voltan merentasi fototransistor apabila ia sepenuhnya "hidup."
  • Arus Pengumpul Keadaan Hidup (I_C(ON)):Minimum 0.5 mA pada V_CE=5V dan I_F=20mA. Ini menentukan arus output minimum apabila laluan cahaya tidak terhalang.
• Ciri-ciri Pengganding:
  • Sudut Tindakan:8° hingga 14°. Ini ialah parameter kritikal yang mentakrifkan anjakan sudut objek yang mengganggu (contohnya, lengan tuas) yang diperlukan untuk menukar keadaan output dengan boleh dipercayai. Sudut yang lebih kecil menunjukkan kepekaan yang lebih tinggi terhadap pergerakan.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data merujuk kepada lengkung ciri elektrik/optik tipikal. Walaupun graf khusus tidak disediakan dalam teks, tujuan piawainya dianalisis di bawah.

• Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Lengkung I_F-V_F):Graf ini menunjukkan hubungan tak linear antara arus dan voltan LED. Ia membantu pereka memahami rintangan dinamik LED dan memastikan pemacu arus yang stabil.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (Lengkung I_C-V_CE):Lengkung ini, diplot untuk arus pacuan LED (I_F) yang berbeza, menggambarkan ciri output fototransistor. Ia menunjukkan rantau ketepuan (di mana I_Cagak malar) dan rantau linear/aktif, yang penting untuk aplikasi penderiaan analog.
• Nisbah Pemindahan Arus (CTR) vs. Arus Hadapan:CTR ialah nisbah arus pengumpul fototransistor (I_C) kepada arus hadapan LED (I_F), biasanya dinyatakan sebagai peratusan. Lengkung ini menunjukkan bagaimana kecekapan berubah dengan arus pacuan dan adalah kunci untuk mengoptimumkan litar pacuan untuk ayunan output yang dikehendaki.
• Lengkung Kebergantungan Suhu:Graf yang menunjukkan bagaimana parameter seperti V_F, I_C(ON), dan arus gelap berubah dengan suhu ambien adalah penting untuk mereka bentuk sistem yang teguh yang beroperasi merentasi julat suhu yang ditentukan.

4. Maklumat Mekanikal & Pakej

Lembaran data termasuk lukisan dimensi pakej (tidak direproduksi di sini). Pertimbangan mekanikal utama termasuk:

• Dimensi Slot:Jurang kritikal di mana objek yang mengganggu melalui. Lebar dan kedalamannya menentukan keserasian dengan objek sasaran.
• Jarak dan Bentuk Lead:Susunan pin (kemungkinan konfigurasi 4 pin piawai: anod, katod untuk LED; pengumpul, pemancar untuk fototransistor) dan jaraknya adalah penting untuk reka bentuk tapak kaki PCB.
• Saiz Pakej Keseluruhan:Panjang, lebar, dan tinggi luaran mengehadkan penempatan peranti dalam pemasangan.
• Pengenalpastian Polarity:Pakej akan mempunyai tanda (seperti titik atau tepi serong) untuk mengenal pasti Pin 1, yang mesti diselaraskan dengan betul dengan tapak kaki PCB.
• Lengan Tuas Tersuai:Ciri yang diperhatikan ialah keupayaan untuk mereka bentuk lengan tuas tersuai yang dipasang pada objek yang mengganggu, membolehkan penderia disesuaikan untuk gerakan mekanikal tertentu dan meningkatkan fleksibiliti aplikasinya.

5. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Pengendalian yang betul adalah penting untuk kebolehpercayaan.

• Pateri Alir Semula:Had yang ditentukan ialah 260°C selama 5 saat, diukur 1.6mm dari badan pakej. Ini sejajar dengan profil alir semula bebas plumbum tipikal. Pereka mesti memastikan profil termal ketuhar alir semula mereka tidak melebihi had ini untuk mengelakkan kerosakan pada epoksi dalaman atau simpang semikonduktor.
• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, besi yang dikawal suhu harus digunakan, dan masa pateri per lead harus diminimumkan (biasanya < 3 saat).
• Pembersihan:Gunakan agen pembersih yang sesuai dan tidak menghakis yang serasi dengan pakej plastik peranti.
• Keadaan Penyimpanan:Simpan dalam persekitaran kering, anti-statik dalam julat -40°C hingga +100°C yang ditentukan untuk mengelakkan penyerapan kelembapan (yang boleh menyebabkan "popcorning" semasa alir semula) dan kerosakan nyahcas elektrostatik (ESD).

6. Cadangan Aplikasi & Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Litar Aplikasi Biasa

Konfigurasi paling biasa ialah suis digital. LED dipacu dengan arus malar (contohnya, 20mA melalui perintang bersiri). Pengumpul fototransistor disambungkan ke perintang tarik atas (R_pull-up) ke voltan bekalan logik (contohnya, 5V), dan pemancar dibumikan. Isyarat output diambil dari nod pengumpul.

• Pancaran Tidak Terganggu (Objek Tiada):Cahaya jatuh pada tapak fototransistor, menyebabkannya mengalirkan arus. Voltan pengumpul ditarik rendah (hampir dengan V_CE(SAT)).
• Pancaran Terganggu (Objek Hadir):Fototransistor dimatikan. Perintang tarik atas menarik voltan pengumpul tinggi (ke voltan bekalan).

Nilai R_pull-upialah pertukaran: nilai yang lebih rendah memberikan masa naik yang lebih pantas dan kekebalan hingar yang lebih baik tetapi menarik lebih banyak arus apabila output rendah. Ia harus dipilih berdasarkan kelajuan pensuisan yang diperlukan dan ciri-ciri input peringkat logik berikutnya.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pemilihan Arus LED:Beroperasi pada 20mA tipikal memberikan arus output yang baik. Arus yang lebih rendah menjimatkan kuasa tetapi mengurangkan I_C(ON)dan margin hingar. Jangan melebihi penarafan arus hadapan berterusan.
• Kekebalan Cahaya Ambien:Peranti ini sensitif kepada panjang gelombang khusus LED dalamannya. Walau bagaimanapun, dalam persekitaran dengan cahaya ambien yang kuat (terutamanya cahaya matahari yang mengandungi IR), isyarat pacuan LED termodulat (berdenyut) dengan pengesanan segerak dalam litar penerima boleh meningkatkan kekebalan dengan ketara.
• Masa Tindak Balas:Kelajuan pensuisan (masa naik/jatuh) adalah terhad oleh kapasitans fototransistor dan nilai perintang tarik atas. Untuk aplikasi berkelajuan tinggi, rujuk graf ciri dinamik khusus jika tersedia.
• Ciri-ciri Objek:Ketelusan, ketebalan, dan warna objek yang mengganggu mempengaruhi jumlah cahaya yang disekat. Untuk operasi yang boleh dipercayai, objek harus cukup legap untuk mengurangkan arus fototransistor di bawah ambangnya untuk keadaan "mati".
• Penjajaran:Penjajaran mekanikal yang tepat objek dalam slot penderia adalah perlu untuk operasi yang konsisten, terutamanya memandangkan sudut tindakan yang ditakrifkan.

7. Perbandingan Teknikal & Kelebihan

Berbanding suis mikro mekanikal, pemutus cahaya LTH-306-09S menawarkan beberapa kelebihan utama:

• Jangka Hayat & Kebolehpercayaan:Tiada sentuhan bergerak untuk haus, lengkok, atau teroksida. Jangka hayat biasanya lebih lama dengan magnitud yang lebih tinggi.
• Operasi Berkelajuan Tinggi:Boleh bertukar lebih pantas daripada suis mekanikal, yang dihadkan oleh lantunan sentuhan dan inersia mekanikal.
• Prestasi Konsisten:Rintangan sentuhan bukan faktor. Ciri-ciri output kekal stabil dari masa ke masa.
• Pengedap Persekitaran:Pakej plastik boleh lebih mudah dikedap terhadap habuk dan kelembapan berbanding suis mekanikal dengan penggerak luaran.
• Operasi Senyap:Sepenuhnya senyap, tidak seperti klik boleh dengar suis mekanikal.

Pertukarannya ialah keperluan untuk elektronik sokongan (sumber arus untuk LED dan perintang tarik atas) dan potensi kepekaan terhadap cahaya ambien melampau atau pencemaran laluan optik.

8. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

• Q: Bolehkah saya memacu LED terus dari pin mikropengawal 5V?A: Tidak. Anda mesti menggunakan perintang pembatas arus. Contohnya, dengan V_CC=5V, V_F~1.4V, dan I_Fyang dikehendaki=20mA: R = (5V - 1.4V) / 0.02A = 180Ω. Perintang 180Ω atau 220Ω adalah tipikal.
• Q: Apakah maksud "Sudut Tindakan" 8-14 darjah untuk reka bentuk saya?A: Ia bermaksud tuas fizikal atau bendera yang mengganggu pancaran mesti berputar atau bergerak sekurang-kurangnya 8 darjah (dan biasanya sehingga 14 darjah) semasa melalui slot untuk menjamin suis yang boleh dipercayai dari keadaan "hidup" ke "mati". Reka bentuk mekanikal anda mesti memastikan perjalanan sudut ini.
• Q: Arus pengumpul output (I_C(ON)) hanya 0.5mA min. Adakah itu cukup untuk memacu input logik?A: Ya, untuk input logik CMOS atau TTL piawai, yang mempunyai impedans input yang sangat tinggi (hanya memerlukan mikroamp), keupayaan saluran 0.5mA lebih daripada mencukupi. Aras voltan (rendah = ~0.4V) ialah parameter kritikal.
• Q: Bagaimana saya melindungi peranti daripada lonjakan voltan pada talian bekalan?A: Gunakan kapasitor penyahgandingan peringkat papan piawai (contohnya, seramik 100nF) berhampiran peranti. Untuk persekitaran yang keras, diod penindasan voltan sementara (TVS) tambahan pada rel bekalan boleh dipertimbangkan.

9. Contoh Aplikasi Praktikal

• Pengesanan Kertas Pencetak:Bendera yang dipasang pada tuas dulang kertas berputar melalui slot pemutus cahaya. Apabila kertas ada, bendera berada dalam satu kedudukan (pancaran tidak terganggu); apabila kosong, ia bergerak ke kedudukan lain (pancaran terganggu), memberi isyarat kepada sistem kawalan.
• Pengiraan Objek Tali Pinggang Penghantar Perindustrian:Objek pada penghantar melalui pintu yang dilengkapi dengan pemutus cahaya. Setiap objek memutuskan pancaran, menghasilkan denyutan yang dikira oleh PLC atau mikropengawal.
• Kunci Pintu Keselamatan:Pemutus cahaya dipasang pada bingkai pintu, dan tab dipasang pada pintu. Apabila pintu ditutup dengan betul, tab memasuki slot, membenarkan pancaran melalui dan memberi isyarat keadaan "selamat". Jika pintu terbuka, pancaran disekat, memberi isyarat keadaan "tidak selamat" yang boleh melumpuhkan mesin.
• Penderiaan Cakera Pengekod Putar:Cakera berslot yang dipasang pada aci motor berputar di antara pemancar dan pengesan. Siri denyutan cahaya yang dihasilkan apabila slot melalui digunakan untuk menentukan kelajuan dan kedudukan.

10. Prinsip Operasi

Pemutus cahaya ialah pengganding optik dengan jurang fizikal antara pemancar dan pengesannya. Ia terdiri daripada Diod Pemancar Cahaya (LED) inframerah di satu sisi dan Fototransistor silikon di sisi bertentangan, dijajarkan merentasi slot terbuka. Apabila arus elektrik dikenakan pada LED, ia memancarkan cahaya inframerah. Cahaya ini bergerak merentasi jurang dan mengenai rantau tapak fototransistor. Foton menghasilkan pasangan elektron-lubang dalam tapak, berkesan bertindak sebagai arus tapak. Arus fotogenerasi ini kemudiannya dikuatkan oleh gandaan transistor, membenarkan arus pengumpul yang lebih besar mengalir. Apabila objek legap memasuki slot, ia menyekat laluan cahaya. Arus tapak fotogenerasi terhenti, mematikan fototransistor dan menghentikan arus pengumpul. Oleh itu, kehadiran atau ketiadaan objek dalam slot mengawal kekonduksian output fototransistor secara digital.

11. Trend Teknologi

Teknologi asas pemutus cahaya adalah matang. Trend semasa memberi tumpuan kepada integrasi dan pengecilan. Peranti menjadi lebih kecil dalam saiz pakej (jenis SMD) sambil mengekalkan atau meningkatkan prestasi. Terdapat juga trend ke arah mengintegrasikan litar tambahan pada cip, seperti pencetus Schmitt untuk histeresis (untuk menyediakan pensuisan digital yang bersih tanpa komponen luaran), penguat untuk output analog, atau antara muka digital penuh (I2C). Ini mengurangkan bilangan komponen luaran dan memudahkan reka bentuk. Tambahan pula, peranti dengan kepekaan yang lebih tinggi membolehkan operasi dengan arus LED yang lebih rendah, mengurangkan penggunaan kuasa sistem keseluruhan, yang penting untuk aplikasi berkuasa bateri. Pembangunan bahan untuk laluan optik (kanta, penapis) juga terus meningkatkan penolakan cahaya ambien dan ketepatan penderiaan.