Lembaran Data Photointerrupter LTH-301-05 - Suis Tanpa Sentuhan - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTH-301-05 ialah pemutus foto pantulan, sejenis komponen optoelektronik yang menggabungkan diod pemancar cahaya inframerah (LED IR) dan fototransistor dalam satu pakej padat. Fungsi utamanya adalah untuk mengesan kehadiran atau ketiadaan objek tanpa sentuhan fizikal, menjadikannya suis tanpa sentuhan. Kelebihan teras peranti ini terletak pada kebolehpercayaan dan jangka hayatnya yang panjang, kerana ia menghapuskan haus dan lusuh mekanikal yang dikaitkan dengan suis tradisional. Ia direka untuk pemasangan terus PCB (Papan Litar Bercetak) atau digunakan dengan soket dua baris, menawarkan fleksibiliti dalam pemasangan. Kelajuan pensuisan pantas menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pengesanan pantas, seperti dalam pencetak, mesin fotokopi, mesin layan diri, dan peralatan automasi perindustrian di mana pengesanan kedudukan, pengiraan objek, atau pengesanan tepi diperlukan.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Had Maksimum Mutlak

Had-had ini mentakrifkan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ia bukan untuk operasi berterusan. Parameter utama termasuk:

• Arus Hadapan Berterusan Diode IR (I_F): 60 mA. Ini ialah arus keadaan mantap maksimum yang boleh mengalir melalui LED.
• Arus Hadapan Puncak Diode IR: 1 A (untuk denyutan lebar 10 μs pada 300 denyutan sesaat). Ini membolehkan denyutan intensiti tinggi yang singkat untuk pengesanan isyarat yang dipertingkatkan.
• Arus Pengumpul Fototransistor (I_C): 20 mA. Arus maksimum yang boleh dikendalikan oleh transistor output.
• Voltan Pengumpul-Pemancar Fototransistor (V_CEO): 30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan merentasi pengumpul dan pemancar fototransistor.
• Julat Suhu Operasi: -25°C hingga +85°C. Ini mentakrifkan julat suhu ambien untuk operasi yang boleh dipercayai.
• Suhu Pateri Kaki: 260°C selama 5 saat pada jarak 1.6mm dari kes. Ini adalah kritikal untuk pemasangan bagi mengelakkan kerosakan haba.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

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

2.2.1 Ciri-ciri Input (LED IR)

• Voltan Hadapan (V_F): Biasanya 1.2V hingga 1.6V pada arus hadapan (I_F) 20 mA. Ini ialah susut voltan merentasi LED apabila ia menyala.
• Arus Songsang (I_R): Maksimum 100 μA pada voltan songsang (V_R) 5V. Ini menunjukkan arus bocor kecil apabila LED terpincang songsang.

2.2.2 Ciri-ciri Output (Fototransistor)

• Voltan Pecahan Pengumpul-Pemancar (V_(BR)CEO): Minimum 30V. Voltan di mana transistor pecah apabila tapak terbuka.
• Arus Gelap Pengumpul-Pemancar (I_CEO): Maksimum 100 nA pada V_CE=10V. Ini ialah arus bocor fototransistor apabila tiada cahaya tuju (iaitu, arus keadaan "mati"). Nilai rendah adalah diingini untuk kontras yang baik antara keadaan hidup dan mati.

2.2.3 Ciri-ciri Pengganding (Gabungan)

Parameter ini menerangkan kelakuan LED dan fototransistor yang bekerja bersama.

• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(SAT)): Maksimum 0.4V apabila fototransistor dihidupkan sepenuhnya (I_C=0.25mA, I_F=20mA). Voltan ketepuan rendah adalah baik untuk antara muka logik digital.
• Arus Pengumpul Keadaan Hidup (I_C(ON)): Minimum 0.5 mA apabila LED didorong (I_F=20mA) dan V_CE=5V. Ini ialah arus foto yang dihasilkan, yang menentukan kekuatan isyarat output.
• Masa Tindak Balas: Ini mentakrifkan seberapa pantas output bertindak balas kepada perubahan cahaya input.
  • Masa Naik (t_r): Biasanya 3 μs, maksimum 15 μs. Masa untuk arus output meningkat dari 10% hingga 90% daripada nilai akhirnya apabila LED dihidupkan.
  • Masa Jatuh (t_f): Biasanya 4 μs, maksimum 20 μs. Masa untuk arus output jatuh dari 90% hingga 10% daripada nilai awalnya apabila LED dimatikan.

3. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

3.1 Dimensi Pakej

Peranti ini mempunyai pakej lubang tembus standard dengan empat kaki. Dimensi tepat disediakan dalam lukisan lembaran data. Nota utama termasuk:

• Semua dimensi adalah dalam milimeter, dengan inci dalam kurungan.
• Toleransi standard ialah ±0.25mm (±0.010") melainkan nota khusus menyatakan sebaliknya.
• Pakej direka untuk kestabilan semasa proses pateri gelombang atau pateri manual.

3.2 Pengenalpastian Kutub

Orientasi yang betul adalah penting. Gambar rajah lembaran data dengan jelas menunjukkan pin anod dan katod untuk LED IR dan pin pengumpul dan pemancar untuk fototransistor. Memasang peranti dengan salah boleh menyebabkan tidak berfungsi atau kerosakan kekal.

4. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Pengendalian yang betul memastikan kebolehpercayaan dan jangka hayat peranti.

• Pateri: Kaki boleh dipateri pada suhu maksimum 260°C, tetapi haba ini hanya boleh dikenakan untuk tempoh maksimum 5 saat. Adalah kritikal untuk mengekalkan jarak yang ditentukan (1.6mm / 0.063") dari badan kes plastik untuk mengelakkan lebur atau ubah bentuk pakej.
• Pembersihan: Gunakan pelarut yang sesuai yang serasi dengan bahan plastik peranti. Elakkan pembersihan ultrasonik dengan frekuensi tertentu yang mungkin menyebabkan tekanan dalaman atau retakan.
• Keadaan Penyimpanan: Untuk mengekalkan prestasi, simpan peranti dalam persekitaran dengan julat suhu -40°C hingga +100°C dan kelembapan rendah, sebaik-baiknya dalam pembungkusan anti-statik untuk mengelakkan kerosakan nyahcas elektrostatik (ESD).

5. Cadangan Aplikasi

5.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pengesanan Kertas dalam Pencetak/Mesin Fotokopi: Mengesan keketatan kertas, hujung kertas, atau keadaan suapan berbilang.
• Pengiraan Objek: Mengira item di atas tali sawat atau melalui saluran.
• Pengesanan Kedudukan/Kelajuan: Mengesan slot dalam roda pengekod untuk menentukan kedudukan putaran atau kelajuan motor.
• Mesin Layan Diri: Mengesahkan laluan syiling atau pengeluaran produk.
• Sistem Keselamatan: Sebagai sebahagian daripada sensor pemutus pancaran untuk pengesanan pencerobohan.

5.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Pembatasan Arus LED: Sentiasa gunakan perintang siri dengan LED IR untuk menghadkan arus hadapan (I_F) kepada nilai selamat, biasanya antara 10mA dan 20mA untuk keseimbangan antara kekuatan isyarat output dan jangka hayat peranti. Nilai perintang boleh dikira menggunakan R = (V_CC- V_F) / I_F.
• Pincangan Fototransistor: Perintang tarik-naik biasanya disambungkan antara pengumpul fototransistor dan voltan bekalan positif (V_CC). Pemancar disambungkan ke bumi. Nilai perintang ini (selalunya antara 1kΩ dan 10kΩ) dan voltan bekalan menentukan ayunan voltan output dan kelajuan tindak balas. Perintang yang lebih kecil memberikan tindak balas yang lebih pantas tetapi ayunan voltan output yang lebih rendah (dan penggunaan kuasa yang lebih tinggi apabila hidup).
• Kekebalan Cahaya Ambien: Memandangkan peranti menggunakan cahaya inframerah, ia agak kebal kepada cahaya ambien yang boleh dilihat. Walau bagaimanapun, sumber radiasi IR yang kuat (seperti cahaya matahari atau mentol pijar) boleh menyebabkan pencetus palsu. Menggunakan isyarat IR termodulat dan litar penyahmodulasi boleh meningkatkan kekebalan hingar dengan ketara.
• Jarak dan Kerefleksian: Jarak pengesanan dan kekuatan isyarat bergantung pada kerefleksian objek sasaran dan lebar jarak antara sensor dan objek. Objek gelap, tidak reflektif akan menghasilkan isyarat yang lebih lemah.

6. Prinsip Operasi

LTH-301-05 beroperasi berdasarkan prinsip optik yang mudah. LED IR dalaman memancarkan pancaran cahaya inframerah. Bertentangan dengan LED ialah fototransistor. Dalam keadaan "tidak terganggu", pancaran cahaya ini bergerak merentasi jarak kecil dan mengenai fototransistor, menyebabkannya mengkonduksi (hidup). Apabila objek dimasukkan ke dalam jarak ini, ia menghalang cahaya inframerah. Tanpa cahaya mengenai fototransistor, ia berhenti mengkonduksi (mati). Perubahan dalam keadaan elektrik fototransistor (dari mengkonduksi ke tidak mengkonduksi, atau sebaliknya) dikesan oleh litar luaran, mendaftarkan kehadiran objek. Fototransistor pada dasarnya bertindak sebagai sumber arus yang dikawal oleh keamatan cahaya.

7. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data termasuk lengkung ciri tipikal yang sangat berharga untuk analisis reka bentuk terperinci. Walaupun graf khusus tidak diterbitkan semula dalam teks, ia biasanya menggambarkan hubungan berikut:

• Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (I_F-V_F) untuk LED: Menunjukkan hubungan tak linear, membantu menentukan susut voltan tepat pada arus operasi yang berbeza.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (I_C-V_CE) untuk Fototransistor: Pada tahap cahaya tuju yang berbeza (atau arus pacuan LED yang berbeza), lengkung ini menunjukkan ciri output transistor, serupa dengan lengkung output transistor dwikutub.
• Arus Pengumpul vs. Arus Hadapan (I_C-I_F): Lengkung ciri pemindahan ini adalah penting. Ia menunjukkan bagaimana arus foto output (I_C) berubah dengan arus input LED (I_F). Ia mentakrifkan nisbah pemindahan arus (CTR), yang merupakan parameter kecekapan utama untuk pengganding.
• Kebergantungan Suhu: Lengkung selalunya menunjukkan bagaimana parameter seperti voltan hadapan (V_F), arus gelap (I_CEO), dan arus keadaan hidup (I_C(ON)) berubah dengan suhu ambien. Ini adalah kritikal untuk mereka bentuk sistem yang beroperasi dalam julat suhu yang luas.

8. Soalan Lazim Berdasarkan Parameter Teknikal

1. S: Apakah jarak pengesanan tipikal?J: Jarak pengesanan bukan nilai tetap tunggal dalam lembaran data. Ia bergantung pada reka bentuk mekanikal slot tertentu, arus pacuan ke LED (I_F), kepekaan litar penerima, dan kerefleksian objek yang mengganggu. Pereka bentuk mesti menentukan ini berdasarkan parameter I_C(ON)dan persediaan aplikasi.
2. S: Bolehkah saya memacu LED terus dari pin mikropengawal?J: Mungkin, tetapi anda mesti menyemak dua perkara: a) Keupayaan sumber arus maksimum pin mikropengawal mestilah lebih besar daripada I_Fyang dikehendaki (cth., 20mA). b) Anda MESTI memasukkan perintang pembatas arus secara bersiri seperti yang diterangkan dalam pertimbangan reka bentuk. Jangan sekali-kali menyambungkan LED terus ke sumber voltan.
3. S: Bagaimanakah saya mengantara muka output dengan input digital?J: Kaedah paling mudah ialah menggunakan perintang tarik-naik pada pengumpul. Apabila laluan cahaya jelas, fototransistor hidup, menarik voltan pengumpul rendah (hampir dengan V_CE(SAT)). Apabila cahaya disekat, transistor mati, dan perintang tarik-naik menarik voltan pengumpul tinggi (ke V_CC). Ini memberikan isyarat aras logik yang bersih.
4. S: Mengapakah masa tindak balas penting?J: Masa tindak balas pantas (mikrosaat) membolehkan sensor mengesan objek yang bergerak sangat pantas atau peristiwa berurutan pantas tanpa kehilangan kiraan. Ini adalah penting dalam jentera berkelajuan tinggi, aplikasi pengekod, atau sistem komunikasi menggunakan cahaya berdenyut.
5. S: Apakah yang berlaku jika saya melebihi had maksimum mutlak?J: Melebihi had ini, walaupun seketika, boleh menyebabkan kerosakan serta-merta atau pendam pada peranti. Ini boleh termasuk kemerosotan output cahaya LED, peningkatan arus gelap dalam fototransistor, atau kegagalan lengkap (litar terbuka atau pintas). Sentiasa reka bentuk dengan margin keselamatan.

9. Kes Reka Bentuk dan Penggunaan Praktikal

Kes: Pengukuran RPM Motor DC Kecil

Seorang pereka perlu mengukur kelajuan putaran aci motor. Mereka memasang cakera berslot kecil pada aci. LTH-301-05 dipasang supaya cakera berputar melalui jarak pengesanannya. Setiap kali slot melalui jarak, cahaya sampai ke fototransistor, menyebabkan denyutan dalam output. LED didorong dengan arus malar 15mA melalui perintang. Pengumpul fototransistor disambungkan ke bekalan 5V melalui perintang tarik-naik 4.7kΩ dan juga ke pin input mikropengawal yang mampu gangguan.

Perisian tegar mikropengawal diprogramkan untuk mengira bilangan denyutan (tepi naik atau jatuh) yang diterima dalam tetingkap masa tetap (cth., satu saat). Memandangkan cakera mempunyai, sebagai contoh, 20 slot, bilangan denyutan sesaat dibahagikan dengan 20 memberikan pusingan sesaat, yang mudah ditukar kepada RPM. Masa naik dan jatuh pantas sensor memastikan walaupun pada kelajuan motor tinggi, denyutan adalah bersih dan dikira dengan tepat, tanpa kehilangan tepi disebabkan tindak balas sensor yang perlahan.

10. Trend Pembangunan

Pemutus foto seperti LTH-301-05 mewakili teknologi yang matang dan boleh dipercayai. Trend semasa dalam bidang sensor optoelektronik yang lebih luas memberi tumpuan kepada:

• Pengecilan: Pembangunan pakej peranti permukaan-mount (SMD) yang lebih kecil untuk menjimatkan ruang papan dalam elektronik moden.
• Integrasi:
  • Mengintegrasikan perintang pembatas arus untuk LED secara dalaman.
  • Menyertakan pencetus Schmitt atau pembanding dalam pakej untuk menyediakan output digital bersih secara langsung, memudahkan litar antara muka.
  • Menambah litar penolakan cahaya ambien atau logik modulasi/penyahmodulasi pada cip untuk kekebalan hingar yang unggul.
• Prestasi Dipertingkatkan: Meningkatkan nisbah pemindahan arus (CTR) untuk penggunaan kuasa yang lebih rendah atau jarak pengesanan yang lebih panjang, dan mengurangkan masa tindak balas lebih lanjut untuk aplikasi kelajuan ultra-tinggi.
• Pengkhususan: Mencipta varian dengan jarak yang sangat sempit untuk pengesanan tepi tepat, atau dengan panjang gelombang berbeza untuk pengesanan bahan tertentu (cth., mengesan filem lutsinar).

Walaupun dengan kemajuan ini, pemutus foto pantulan asas kekal sebagai penyelesaian kos efektif dan teguh untuk pelbagai aplikasi pengesanan tanpa sentuhan, dan memahami parameter terperincinya seperti yang digariskan dalam lembaran data ini adalah langkah pertama ke arah reka bentuk yang berjaya.