Dokumen Teknikal LTH-872-T55T1 Photointerrupter - Suis Optik Berslot

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTH-872-T55T1 ialah photointerrupter jenis berslot, komponen optoelektronik asas yang direka untuk aplikasi penderiaan tanpa sentuh. Ia menggabungkan diod pemancar cahaya inframerah (LED) dan fototransistor dalam satu pakej, dipisahkan oleh jurang atau slot fizikal. Prinsip operasi teras melibatkan gangguan pancaran cahaya inframerah yang bergerak dari pemancar ke pengesan. Apabila objek legap melalui slot ini, ia menyekat cahaya, menyebabkan perubahan ketara dalam arus keluaran fototransistor. Perubahan ini dikesan secara elektronik, memberikan isyarat pensuisan digital yang boleh dipercayai. Photointerrupter digemari kerana kebolehpercayaan, ketepatan, dan ketahanannya terhadap faktor persekitaran seperti habuk atau pencemaran permukaan berbanding suis mekanikal.

Kelebihan Teras:Kelebihan utama peranti ini termasuk pensuisan tanpa sentuh sebenar, yang menghapuskan haus mekanikal dan memastikan jangka hayat operasi yang panjang. Ia menawarkan masa tindak balas pantas, membolehkan pengesanan peristiwa berkelajuan tinggi. Reka bentuknya sesuai untuk pemasangan PCB langsung atau digunakan dengan soket dua baris, memberikan fleksibiliti dalam pemasangan. Binaannya memberikan perlindungan semula jadi terhadap gangguan cahaya ambien.

Pasaran Sasaran & Aplikasi:Komponen ini digunakan secara meluas dalam pelbagai peralatan automasi pejabat dan elektronik pengguna. Senario aplikasi tipikal termasuk pengesanan kertas dalam mesin faks, pencetak, dan mesin fotokopi, di mana ia mengesan kehadiran atau ketiadaan kertas, kertas tersekat, atau kedudukan kepala cetak dan kereta. Ia juga terdapat dalam pengimbas, mesin layan diri, automasi industri untuk penderiaan kedudukan, dan mana-mana peranti yang memerlukan pengesanan objek tepat dan boleh dipercayai tanpa sentuhan fizikal.

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 atau pada had ini tidak dijamin.

• Input LED:
  • Pelesapan Kuasa (P_D):75 mW. Ini ialah kuasa maksimum yang boleh dilesapkan oleh cip LED sebagai haba pada suhu ambien (T_A) 25°C. Melebihi ini boleh menyebabkan pelarian haba dan kegagalan.
  • Arus Hadapan Berterusan (I_F):50 mA. Arus DC maksimum yang boleh dilalui secara berterusan melalui LED.
  • Arus Hadapan Puncak:1 A (lebar denyut = 10 µs, 300 pps). Penarafan ini membenarkan denyut arus tinggi yang singkat, berguna untuk memandu LED dengan keluaran optik serta-merta yang lebih tinggi tanpa melebihi penarafan kuasa purata.
  • Voltan Songsang (V_R):5 V. Voltan pincang songsang maksimum yang boleh dikenakan merentasi LED. Melebihi ini boleh menyebabkan kerosakan simpang.
• Output Fototransistor:
  • Pelesapan Kuasa (P_D):100 mW.
  • Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CEO):30 V. Voltan maksimum yang boleh dikenakan antara pengumpul dan pemancar apabila tapak (input cahaya) terbuka.
  • Arus Pengumpul (I_C):20 mA. Arus maksimum yang boleh mengalir melalui laluan pengumpul-pemancar.
• Had Terma:
  • Julat Suhu Operasi:-25°C hingga +85°C. Julat suhu ambien di mana peranti ditentukan untuk beroperasi dengan betul.
  • Julat Suhu Penyimpanan:-55°C hingga +100°C.
  • Suhu Pateri Lead:260°C selama 5 saat (pada 1.6mm dari badan kes). Ini mentakrifkan kekangan profil pateri refluks untuk mengelakkan kerosakan pada pakej plastik dan ikatan wayar dalaman.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Parameter ini diukur di bawah keadaan ujian piawai (T_A=25°C) dan mentakrifkan prestasi tipikal peranti.

• Ciri-ciri Input LED:
  • Voltan Hadapan (V_F):Biasanya 1.2V, dengan maksimum 1.6V pada I_F= 20 mA. Parameter ini adalah penting untuk mereka bentuk perintang had arus untuk litar pemacu LED. Reka bentuk tipikal akan mensasarkan I_F=20mA, menggunakan V_F~1.2V untuk pengiraan.
  • Arus Songsang (I_R):Maksimum 100 µA pada V_R= 5V. Ini menunjukkan kualiti simpang PN LED di bawah pincang songsang.
• Ciri-ciri Output Fototransistor:
  • Voltan Keruntuhan Pengumpul-Pemancar (V_(BR)CEO):Minimum 30V pada I_C=1mA. Ini memastikan margin keselamatan yang baik untuk litar logik tipikal 5V atau 12V.
  • 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 penting untuk keadaan "MATI" yang jelas, terutamanya dalam litar gandaan tinggi.
• Ciri-ciri Pengganding (Sistem):
  • Arus Pengumpul Keadaan Hidup (I_C(ON)):Minimum 0.5 mA apabila V_CE= 5V dan I_F= 20 mA. Ini ialah parameter kepekaan utama. Ia mentakrifkan arus keluaran minimum apabila slot tidak terhalang. Pereka bentuk mesti memastikan perintang beban (R_L) dipilih supaya arus ini menghasilkan ayunan voltan yang boleh digunakan.
  • Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(SAT)):Maksimum 0.4V pada I_C= 0.25mA dan I_F= 20mA. Voltan ketepuan rendah ini menunjukkan prestasi yang baik apabila fototransistor didorong ke ketepuan (HIDUP sepenuhnya), membolehkannya menarik talian sangat dekat dengan bumi.
  • Masa Tindak Balas:
    • Masa Naik (T_r):Biasanya 3 µs, maksimum 15 µs.
    • Masa Jatuh (T_f):Biasanya 4 µs, maksimum 20 µs.
    Diukur di bawah V_CC=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω. Masa ini menghadkan frekuensi pensuisan maksimum. Masa tidak simetri adalah biasa dalam fototransistor. Untuk reka bentuk konservatif, andaikan frekuensi maksimum 1/(T_r+T_f) ~ 1/40µs = 25 kHz.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data merujuk kepada lengkung prestasi tipikal. Walaupun graf khusus tidak disediakan dalam teks, tafsiran piawainya adalah seperti berikut:

• Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (I_F-V_F):Lengkung ini menunjukkan hubungan eksponen tipikal diod. Ia membantu dalam memahami variasi V_Fdengan suhu dan arus.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (I_C-V_CE):Untuk arus LED tertentu (I_F), graf ini menunjukkan ciri keluaran fototransistor, serupa dengan lengkung keluaran transistor dwikutub. Ia menggambarkan peralihan dari kawasan aktif ke ketepuan.
• Nisbah Pemindahan Arus (CTR) vs. Arus Hadapan:CTR ialah nisbah I_C/ I_F(sering dinyatakan sebagai peratusan). Ini ialah parameter kecekapan kritikal untuk pengganding. Lengkung biasanya menunjukkan CTR memuncak pada I_Ftertentu dan menurun pada arus yang lebih tinggi disebabkan pemanasan atau kesan lain.
• Ciri-ciri Suhu:Lengkung menunjukkan bagaimana parameter seperti I_C(ON), V_F, dan CTR berbeza-beza sepanjang julat suhu operasi (-25°C hingga +85°C). Gandaan fototransistor umumnya berkurangan dengan peningkatan suhu, yang mesti diambil kira dalam reka bentuk yang memerlukan prestasi stabil merentasi suhu.

4. Maklumat Mekanikal & Pembungkusan

4.1 Dimensi Garis Besar

Peranti ini mempunyai pakej melalui lubang piawai dengan badan plastik acuan yang mengandungi slot. Nota dimensi utama dari dokumen data:

• Semua dimensi diberikan dalam milimeter (mm).
• Toleransi lalai untuk dimensi yang tidak ditentukan ialah ±0.25 mm.
• Lebar slot khusus, ketinggian badan, dan jarak lead ditakrifkan dalam lukisan dimensi (tidak terperinci sepenuhnya dalam teks). Maklumat ini adalah kritikal untuk integrasi mekanikal, memastikan objek yang akan dikesan muat melalui slot dan untuk reka bentuk tapak kaki PCB.

4.2 Pengenalpastian Polarity & Susunan Pin

Untuk operasi yang betul, pengenalpastian pin yang betul adalah penting. Pakej menggunakan susunan pin piawai untuk photointerrupter berslot: satu pasang pin untuk LED inframerah (anod dan katod) dan pasangan lain untuk fototransistor (pengumpul dan pemancar). Lukisan dokumen data menentukan nombor pin. Biasanya, apabila melihat peranti dari atas (sisi slot), pin dinomborkan lawan arah jam. Pereka bentuk mesti merujuk lukisan untuk menyambungkan anod, katod, pengumpul, dan pemancar dengan betul.

5. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Pematuhan kepada garis panduan ini adalah perlu untuk mengelakkan kerosakan semasa proses pembuatan.

• Pateri Refluks:Penarafan maksimum mutlak menentukan pateri lead pada 260°C selama 5 saat, diukur 1.6mm dari badan kes. Ini diterjemahkan kepada profil refluks berlead piawai. Pakej plastik mempunyai jisim terma yang terhad, jadi pendedahan berpanjangan kepada suhu tinggi mesti dielakkan untuk mengelakkan retakan atau kerosakan dalaman.
• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, gunakan besi terkawal suhu. Kenakan haba pada lead/pin, bukan badan plastik, dan sambungkan sendi dalam masa 3-5 saat setiap lead.
• Pembersihan:Gunakan pelarut pembersih yang serasi dengan bahan plastik peranti untuk mengelakkan retakan tekanan atau degradasi.
• Keadaan Penyimpanan:Simpan dalam persekitaran dalam julat suhu penyimpanan yang ditentukan (-55°C hingga +100°C) dan pada kelembapan rendah. Peranti sensitif kelembapan harus disimpan dalam pembungkusan kering yang tertutup sehingga digunakan.

6. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

6.1 Litar Aplikasi Tipikal

Litar antara muka piawai melibatkan dua bahagian utama:

1. Pemacu LED:Perintang had arus (R_LIMIT) disambung secara bersiri dengan LED. Nilainya dikira sebagai R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F. Untuk bekalan 5V, V_F=1.2V, dan I_F=20mA, R_LIMIT= (5 - 1.2) / 0.02 = 190Ω. Perintang 180Ω atau 200Ω akan sesuai.
2. Output Fototransistor:Fototransistor biasanya disambungkan sebagai suis pemancar sepunya. Perintang tarik-naik (R_L) disambungkan antara pengumpul dan bekalan positif (V_CC). Pemancar disambungkan ke bumi. Apabila cahaya jatuh pada transistor (slot tidak terhalang), ia hidup, menarik voltan pengumpul rendah (hampir V_CE(SAT)). Apabila cahaya disekat, transistor dimatikan, dan voltan pengumpul ditarik tinggi oleh R_L. Nilai R_Lmenentukan ayunan voltan keluaran dan kelajuan. R_Lyang lebih kecil memberikan tindak balas lebih pantas tetapi menarik lebih banyak arus. Menggunakan keadaan ujian R_L=100Ω sebagai titik permulaan adalah biasa.

6.2 Cabaran & Penyelesaian Reka Bentuk

• Ketahanan Cahaya Ambien:Walaupun reka bentuk berslot menawarkan beberapa perlindungan, cahaya ambien yang kuat (terutamanya inframerah) boleh menjejaskan fototransistor. Menggunakan isyarat pemacu LED termodulat dan pengesanan segerak dalam litar penerima boleh meningkatkan ketahanan dengan ketara. Sebagai alternatif, memastikan slot terlindung boleh membantu.
• Pampasan Suhu:Oleh kerana gandaan fototransistor berkurangan dengan suhu, I_C(ON)akan turun. Untuk aplikasi kritikal, mereka bentuk litar untuk mempunyai margin yang mencukupi pada suhu operasi tertinggi, atau gunakan pembanding dengan ambang boleh laras dan bukannya antara muka perintang tarik-naik mudah.
• Ciri-ciri Objek:Objek yang mengganggu pancaran mesti legap kepada panjang gelombang inframerah yang dipancarkan (~940nm). Bahan nipis atau lutsinar mungkin tidak dikesan dengan boleh dipercayai. Saiz objek mesti mencukupi untuk menyekat pancaran sepenuhnya dalam slot.

7. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan teknologi penderiaan lain:

• vs. Suis Mikro Mekanikal:Photointerrupter menawarkan kebolehpercayaan yang lebih baik (tiada bahagian bergerak untuk haus), tindak balas lebih pantas, dan operasi senyap. Ia kebal terhadap lantunan sentuhan.
• vs. Penderia Optik Reflektif:Jenis berslot umumnya lebih boleh dipercayai untuk pengesanan tepi atau penderiaan kedudukan tepat kerana kurang terdedah kepada variasi kerefleksian atau warna objek sasaran. Pancaran sama ada disekat sepenuhnya atau tidak disekat.
• vs. Penderia Kesan Hall:Penderia Hall mengesan medan magnet, bukan gangguan cahaya. Ia digunakan untuk fenomena fizikal yang berbeza (contohnya, mengesan magnet). Photointerrupter adalah untuk mengesan mana-mana objek legap.
• Dalam Photointerrupter:Pembezaan khusus LTH-872-T55T1 terletak pada gabungan penarafan elektriknya (contohnya, V_CEO=30V, I_C(ON)min=0.5mA), dimensi pakej, dan keberkesanan kos untuk aplikasi automasi pejabat volum tinggi.

8. Soalan Lazim (FAQ)

• S: Apakah arus operasi tipikal untuk LED?J: Keadaan ujian piawai dan titik operasi biasa ialah I_F= 20 mA. Ini memberikan keseimbangan yang baik antara keluaran optik, penggunaan kuasa, dan jangka hayat.
• S: Bolehkah saya memandu LED terus dari pin mikropengawal?J: Kebanyakan pin GPIO mikropengawal tidak boleh membekal atau menyerap 20mA secara berterusan. Adalah disyorkan untuk menggunakan litar pemacu transistor atau MOSFET mudah, atau IC pemacu LED khusus, untuk menyediakan arus yang diperlukan.
• S: Bagaimana saya menyambung output ke input digital?J: Pengumpul fototransistor (dengan perintang tarik-naik) boleh disambung terus ke input logik CMOS atau TTL piawai. Apabila slot jelas, input akan membaca RENDAH. Apabila disekat, ia akan membaca TINGGI. Pastikan voltan tarik-naik serasi dengan keluarga logik (contohnya, 5V untuk logik 5V, 3.3V untuk logik 3.3V).
• S: Mengapa output saya tidak beralih sepenuhnya ke rel bekalan apabila disekat?J: Ini mungkin disebabkan oleh arus gelap (I_CEO) yang mengalir melalui perintang tarik-naik. Dengan perintang tarik-naik yang sangat besar (contohnya, 100kΩ), walaupun 100nA kebocoran boleh mencipta penurunan voltan yang ketara. Gunakan perintang tarik-naik yang lebih kecil (contohnya, 1kΩ hingga 10kΩ) untuk memastikan tahap TINGGI yang kukuh, mengimbangi tarikan arus dan kelajuan.
• S: Apakah amalan susun atur PCB yang disyorkan?J: Pastikan kesan pemacu LED dan kesan keluaran fototransistor dipisahkan untuk mengurangkan gandingan bunyi. Letakkan perintang had arus dan tarik-naik dekat dengan peranti. Pastikan kawasan slot pada PCB bebas daripada topeng pateri atau komponen yang boleh menghalang laluan pancaran inframerah.

9. Prinsip Operasi

Photointerrupter beroperasi berdasarkan prinsip gandingan optik langsung yang diganggu oleh objek fizikal. LED inframerah memancarkan cahaya pada panjang gelombang biasanya sekitar 940 nm, yang tidak kelihatan oleh mata manusia. Bertentangan secara langsung, fototransistor silikon sensitif kepada panjang gelombang ini. Dalam keadaan tidak terhalang, cahaya inframerah mengenai kawasan tapak fototransistor, menghasilkan pasangan elektron-lubang. Arus foto ini bertindak sebagai arus tapak, menyebabkan transistor hidup dan mengalirkan arus pengumpul yang lebih besar (I_C(ON)). Apabila objek legap memasuki slot, ia menyekat laluan cahaya sepenuhnya. Arus foto berhenti, arus tapak berkesan jatuh ke sifar, dan fototransistor dimatikan, membenarkan hanya arus bocor kecil (I_CEO) mengalir. Kontras ketara antara keadaan HIDUP dan MATI ini memberikan isyarat digital yang bersih dan boleh dipercayai yang menunjukkan kehadiran atau ketiadaan objek.

10. Trend Industri

Photointerrupter kekal sebagai teknologi matang dan digunakan secara meluas kerana kesederhanaan, ketahanan, dan kos rendahnya. Trend semasa dalam industri memberi tumpuan kepada beberapa bidang:

• Pengecilan:Pembangunan saiz pakej yang lebih kecil (contohnya, peranti pemasangan permukaan dengan slot yang sangat sempit) untuk muat ke dalam elektronik pengguna dan peranti mudah alih yang semakin padat.
• Prestasi Dipertingkatkan:Meningkatkan parameter seperti kelajuan lebih tinggi untuk mesin lebih pantas, penggunaan kuasa lebih rendah untuk peranti beroperasi bateri, dan kestabilan suhu yang lebih baik.
• Integrasi:Menggabungkan litar tambahan dalam pakej, seperti pencetus Schmitt untuk histeresis, penguat untuk isyarat lebih lemah, atau antara muka digital (I2C), mencipta "penderia pintar" yang memudahkan reka bentuk sistem.
• Kemajuan Bahan:Menggunakan plastik dan reka bentuk kanta maju untuk meningkatkan kesejajaran cahaya, meningkatkan kecekapan gandingan, dan meningkatkan ketahanan terhadap faktor persekitaran seperti suhu tinggi dan kelembapan.

Walaupun kemunculan teknologi baru seperti penderia masa penerbangan (ToF) atau sistem penglihatan, photointerrupter berslot asas terus menjadi penyelesaian optimum untuk aplikasi pengesanan kehadiran yang mudah, boleh dipercayai, dan sensitif kos yang tidak terkira banyaknya.