Lembaran Data Photointerrupter LTH-872-N55T1 - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTH-872-N55T1 ialah pemutus foto pantulan, sejenis komponen optoelektronik yang menggabungkan diod pemancar cahaya (LED) inframerah dan transistor foto dalam satu pakej padat. Fungsi utamanya adalah untuk mengesan kehadiran atau ketiadaan objek tanpa sentuhan fizikal dengan merasakan gangguan pancaran cahaya yang dipantulkan dari objek kembali ke sensor. Peranti ini direka untuk aplikasi yang memerlukan pengesanan objek atau penderiaan kedudukan yang boleh dipercayai, pantas dan tidak invasif.

1.1 Kelebihan Teras

Kelebihan utama pemutus foto ini berpunca daripada prinsip operasi dan reka bentuk asasnya.Pensuisan tanpa sentuhmenghapuskan haus dan lusuh mekanikal, meningkatkan jangka hayat operasi dan kebolehpercayaan dengan ketara berbanding suis mekanikal. Ini adalah penting dalam aplikasi kitaran tinggi. Tambahan pula, ia menawarkankelajuan pensuisan pantas, dengan masa naik dan turun tipikal dalam julat mikrosaat, membolehkannya mengesan objek yang bergerak pantas atau peristiwa frekuensi tinggi. Pakej bersepadu memastikan penjajaran tepat antara pemancar dan pengesan, memudahkan pemasangan dan meningkatkan konsistensi.

1.2 Pasaran Sasaran dan Aplikasi

Pasaran sasaran utama untuk komponen ini adalah automasi pejabat dan instrumentasi ketepatan. Aplikasi utamanya yang didokumenkan adalah dalampengimbas dan pencetak. Dalam peranti ini, pemutus foto biasa digunakan untuk fungsi seperti pengesanan kehadiran kertas (cth., mengesan hujung depan helaian), pengesanan ketakselarasan kertas, penderiaan kedudukan kereta atau kepala cetak, dan mengesan kedudukan asal mekanisme bergerak. Masa tindak balas pantas adalah penting untuk mengekalkan kadar pengeluaran tinggi peralatan pengimbasan dan percetakan moden.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Memahami ciri-ciri elektrik dan optik adalah kritikal untuk reka bentuk litar yang betul dan memastikan operasi yang boleh dipercayai dalam had yang ditetapkan peranti.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ia tidak bertujuan untuk operasi biasa.

• Input LED:
  • Pelesapan Kuasa (P_D): 75 mW maksimum.
  • Arus Hadapan Berterusan (I_F): 50 mA maksimum. Ini adalah arus maksimum mutlak yang boleh mengalir melalui LED.
  • Voltan Songsang (V_R): 5 V maksimum. Melebihi ini boleh merosakkan simpang LED.
• Output Transistor Foto:
  • Pelesapan Kuasa (P_C): 100 mW maksimum.
  • Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CEO): 30 V maksimum. Ini adalah voltan maksimum yang boleh dikenakan merentasi pengumpul dan pemancar transistor foto apabila tapak terbuka (keadaan gelap).
  • Voltan Pemancar-Pengumpul (V_ECO): 5 V maksimum (penarafan voltan songsang).
  • Arus Pengumpul (I_C): 20 mA maksimum.
• Persekitaran:
  • Suhu Operasi (T_opr): -25°C hingga +85°C.
  • Suhu Penyimpanan (T_stg): -55°C hingga +100°C.
  • Suhu Pateri Wayar (T_sol): 260°C selama 5 saat maksimum (untuk wayar 1.6mm dari kes).

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Parameter ini ditetapkan pada suhu ambien (T_A) 25°C dan mentakrifkan prestasi peranti dalam keadaan operasi biasa.

• Ciri-ciri Input LED:
  • Voltan Hadapan (V_F): Biasanya 1.2V hingga 1.6V pada arus hadapan (I_F) 20 mA. Ini adalah susut voltan merentasi LED apabila menyala.
  • Arus Songsang (I_R): Maksimum 100 µA pada voltan songsang (V_R) 5V. Ini adalah arus bocor kecil apabila LED terpincang songsang.
• Ciri-ciri Output Transistor Foto:
  • Arus Gelap Pengumpul-Pemancar (I_CEO): Maksimum 100 nA pada V_CE=10V. Ini adalah arus bocor apabila transistor foto dalam kegelapan sepenuhnya (tiada cahaya dari LED). Nilai rendah adalah diingini untuk nisbah isyarat-ke-hingar yang baik.
  • Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(SAT)): Maksimum 0.4V pada I_C=0.25mA dan I_F=20mA. Ini adalah voltan merentasi transistor apabila ia "hidup" sepenuhnya (tepu). Voltan ketepuan rendah meminimumkan kehilangan kuasa dalam elemen pensuisan.
  • 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 LED didorong dan objek tidak mengganggu pancaran (mod pantulan diandaikan).
• Masa Tindak Balas Pengganding (Sistem):
  • Masa Naik (T_R): 3 µs (tipikal) hingga 15 µs (maksimum). Ini adalah masa untuk output transistor foto naik dari 10% hingga 90% nilai akhir apabila LED dihidupkan.
  • Masa Turun (T_F): 4 µs (tipikal) hingga 20 µs (maksimum). Ini adalah masa untuk output turun dari 90% hingga 10% apabila LED dimatikan. Masa pantas ini adalah kritikal untuk ciri "kelajuan pensuisan pantas" yang dinyatakan.
  • Keadaan Ujian: V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100 Ω.

3. Analisis Keluk Prestasi

Lembaran data merujuk kepada keluk ciri elektrik/optik tipikal. Walaupun graf khusus tidak disediakan dalam teks, tujuannya adalah untuk menggambarkan hubungan antara parameter utama dalam keadaan berbeza, yang penting untuk reka bentuk yang teguh.

3.1 Maklumat Keluk Teranda

Berdasarkan amalan standard untuk komponen sedemikian, keluk tipikal mungkin termasuk:

• Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (I_F-V_F):Keluk ini menunjukkan hubungan tak linear antara arus melalui LED dan voltan merentasinya. Ia membantu menentukan nilai perintang siri yang diperlukan untuk mencapai arus pacuan yang dikehendaki dari voltan bekalan yang diberikan.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (I_C-V_CE):Untuk transistor foto, keluarga keluk ini akan diplot untuk tahap cahaya tuju yang berbeza (atau arus pacuan LED yang berbeza, I_F). Ia mentakrifkan kawasan operasi transistor (potong, aktif, tepu) dalam keadaan bercahaya.
• Nisbah Pemindahan Arus (CTR) vs. Arus Hadapan:CTR ialah nisbah arus pengumpul output transistor foto (I_C) kepada arus hadapan input LED (I_F), biasanya dinyatakan sebagai peratusan. Keluk ini menunjukkan bagaimana kecekapan berubah dengan arus pacuan dan adalah penting untuk mereka bentuk litar antara muka untuk memastikan ayunan isyarat output yang mencukupi.
• Kebergantungan Suhu:Keluk menunjukkan bagaimana parameter seperti voltan hadapan (V_F), arus gelap (I_CEO), dan CTR berubah dengan suhu ambien. Ini adalah penting untuk memastikan operasi stabil merentasi julat suhu penuh yang ditetapkan (-25°C hingga +85°C).

4. Maklumat Mekanikal & Pakej

Dimensi pakej dirujuk tetapi tidak terperinci dalam teks yang disediakan. Nota menyatakan bahawa semua dimensi adalah dalam milimeter (dengan inci dalam kurungan) dan toleransi umum ialah ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Nombor bahagian LTH-872-N55T1 mencadangkan gaya pakej khusus biasa untuk pemutus foto pantulan, yang biasanya menampilkan badan plastik acuan dengan slot. Pemancar dan pengesan menghadap arah yang sama merentasi slot ini, membolehkan mereka mengesan objek yang memantulkan cahaya yang dipancarkan kembali.

4.1 Pengenalpastian Pola dan Susunan Pin

Walaupun susunan pin tepat tidak disenaraikan, pakej pemutus foto standard mempunyai 4 pin: dua untuk anod dan katod LED inframerah, dan dua untuk pengumpul dan pemancar transistor foto NPN. Lembaran data biasanya akan termasuk rajah yang menunjukkan pandangan atas dan penomboran pin (cth., 1: Anod, 2: Katod, 3: Pengumpul, 4: Pemancar). Sambungan pola yang betul untuk LED adalah wajib untuk mengelakkan kerosakan.

5. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

Lembaran data menyediakan parameter kritikal untuk pemasangan: suhu pateri wayar maksimum. Untuk wayar yang diletakkan 1.6mm (0.063 inci) dari kes plastik, suhu tidak boleh melebihi260°C selama 5 saat. Ini adalah penarafan standard untuk pateri gelombang atau tangan. Untuk pateri alir semula, komponen mesti serasi dengan profil alir semula khusus yang digunakan, yang biasanya mempunyai suhu puncak sekitar 240-250°C. Melebihi had haba ini boleh menyebabkan kerosakan dalaman pada simpang semikonduktor atau mengubah bentuk pakej plastik, menjejaskan penjajaran optik dan prestasi.

6. Cadangan Aplikasi & Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Litar Aplikasi Biasa

Litar antara muka asas melibatkan dua bahagian utama:

1. Pemacu LED:Perintang pembatas arus disambung secara bersiri dengan LED. Nilai perintang (R_siri) dikira sebagai: R_siri= (V_CC- V_F) / I_F. Menggunakan V_Ftipikal 1.4V dan I_Fyang dikehendaki 20mA dengan bekalan 5V memberikan R_siri= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ω. Perintang standard 180Ω atau 220Ω adalah sesuai. Memandu LED dengan arus malar, bukannya voltan malar, memberikan output cahaya yang lebih stabil.
2. Output Transistor Foto:Transistor foto biasanya digunakan dalam konfigurasi pemancar biasa. Perintang beban (R_L) disambungkan antara pengumpul dan bekalan positif (V_CC). Pemancar disambungkan ke bumi. Apabila cahaya jatuh pada transistor, ia hidup, menarik voltan pengumpul rendah (ke arah V_CE(SAT)). Apabila gelap, transistor mati, dan voltan pengumpul ditarik tinggi ke V_CColeh R_L. Nilai R_Lmenentukan ayunan voltan output dan kelajuan; R_Lyang lebih kecil memberikan tindak balas lebih pantas tetapi ayunan lebih kecil. Lembaran data menguji dengan R_L=100Ω.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Kekebalan Cahaya Ambien:Sebagai sensor pantulan, ia boleh terdedah kepada cahaya ambien (terutama cahaya matahari atau pencahayaan dalaman terang yang mengandungi inframerah). Menggunakan isyarat pacuan LED termodulat dan pengesanan segerak dalam litar penerima boleh meningkatkan kekebalan terhadap gangguan sedemikian dengan ketara.
• Reflektiviti Objek:Jarak penderiaan berkesan dan kekuatan isyarat sangat bergantung pada reflektiviti objek sasaran. Permukaan yang sangat reflektif (seperti kertas putih) berfungsi paling baik, manakala permukaan gelap atau matte mungkin tidak memantulkan cahaya yang mencukupi.
• Penjajaran dan Jurang:Jarak penderiaan optimum (jurang antara sensor dan objek pantulan) biasanya ditentukan dalam lembaran data penuh. Reka bentuk mekanikal mesti memastikan jurang ini dikekalkan secara konsisten.
• Hingar Elektrik:Untuk kabel panjang atau persekitaran bising, perisai dan penapisan isyarat output yang betul mungkin diperlukan, kerana output transistor foto adalah nod impedans tinggi apabila mati dan boleh sensitif kepada pengambilan.

7. Perbandingan & Pembezaan Teknikal

Berbanding teknologi penderiaan lain, pemutus foto ini menawarkan kelebihan khusus:

• vs. Suis Mekanikal:Tiada lantunan sentuh, jangka hayat lebih panjang (jutaan vs. ribuan kitaran), tindak balas lebih pantas, dan operasi senyap.
• vs. Pemutus Foto Transmisif (Pengganding Optik Berslot):Jenis pantulan seperti LTH-872-N55T1 tidak memerlukan objek melalui slot; mereka boleh mengesan objek pada jarak. Ini memudahkan reka bentuk mekanikal untuk aplikasi seperti pengesanan kertas di mana kertas berjalan di sepanjang permukaan.
• vs. Sensor Moden (cth., Kesan Hall, Ultrasonik):Pemutus foto umumnya lebih mudah dan kos lebih rendah untuk pengesanan kehadiran/ketiadaan asas. Ia tidak memerlukan magnet (seperti sensor Hall) dan kurang kompleks berbanding sensor ultrasonik, walaupun mungkin kurang berkesan pada sasaran tidak reflektif.

8. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Apakah tujuan spesifikasi arus gelap (I_CEO)?

J: Arus gelap ialah arus bocor kecil yang mengalir melalui transistor foto apabila ia gelap sepenuhnya (tiada cahaya dari LED dan tiada cahaya ambien). Dalam keadaan "mati", arus ini mengalir melalui perintang beban (R_L) mencipta susut voltan kecil. Arus gelap tinggi boleh mengakibatkan voltan output yang tidak sepenuhnya pada tahap logik "tinggi", berpotensi menyebabkan salah tafsir oleh litar berikutnya. Maksimum yang ditetapkan 100 nA adalah sangat rendah, memastikan isyarat keadaan mati yang bersih.

S: Bagaimana saya memilih arus pacuan LED (I_F) yang betul?

J: Arus pacuan mempengaruhi output cahaya, yang secara langsung mempengaruhi arus output transistor foto (I_C(ON)) dan kepekaan peranti. Beroperasi pada keadaan ujian tipikal 20mA adalah titik permulaan yang baik. Anda boleh mengurangkan arus untuk menjimatkan kuasa jika aplikasi mempunyai reflektiviti tinggi dan jarak pendek. Meningkatkan arus mungkin meningkatkan kekuatan isyarat untuk sasaran sukar tetapi akan meningkatkan pelesapan kuasa dan mesti kekal di bawah maksimum mutlak 50mA. Rujuk keluk CTR vs. I_Ftipikal untuk panduan.

S: Bolehkah saya menggunakan sensor ini di luar rumah?

J: Julat suhu operasi (-25°C hingga +85°C) membolehkan penggunaan dalam banyak persekitaran. Walau bagaimanapun, cahaya matahari langsung mengandungi radiasi inframerah kuat yang boleh menepu transistor foto, menyebabkan pengesanan "hidup" berterusan. Untuk penggunaan luar rumah, penapisan optik (penapis lulus IR yang menyekat cahaya nampak tetapi meluluskan panjang gelombang LED) dan/atau teknik modulasi isyarat sangat disyorkan untuk menolak cahaya IR ambien.

9. Prinsip Operasi

LTH-872-N55T1 beroperasi berdasarkan prinsip modulasi pantulan dalaman. LED inframerah memancarkan cahaya. Dalam ketiadaan sasaran pantulan dalam medan penderiaan, kebanyakan cahaya ini hilang. Apabila objek reflektif yang sesuai memasuki medan, sebahagian cahaya yang dipancarkan dipantulkan kembali ke arah peranti. Transistor foto bersepadu, yang sensitif kepada panjang gelombang inframerah yang sama, mengesan cahaya pantulan ini. Foton tuju menjana pasangan elektron-lubang dalam kawasan tapak transistor foto, secara efektif menyediakan arus tapak. Ini menyebabkan transistor hidup, membenarkan arus pengumpul (I_C) mengalir yang berkadar dengan keamatan cahaya pantulan. Perubahan dalam arus/voltan output ini kemudian digunakan oleh litar luaran untuk memberi isyarat kehadiran objek.

10. Trend Industri

Walaupun teknologi pemutus foto asas matang, trend memberi tumpuan kepada pengecilan, integrasi dan fungsi dipertingkatkan. Peranti lebih baharu mungkin menampilkan:

- Pakej Permukaan-Pasang (SMD):Tapak kaki lebih kecil untuk pemasangan PCB berketumpatan tinggi.

- IC Bersepadu:Sesetengah pemutus foto moden termasuk penguatan, pencetus Schmitt untuk histeresis, dan juga output digital (cth., I2C) pada cip, memudahkan reka bentuk antara muka.

- Kelajuan Lebih Tinggi:Pembangunan diteruskan untuk masa tindak balas lebih pantas untuk mengikuti peningkatan kelajuan mesin.

- Penolakan Cahaya Ambien Dipertingkatkan:Reka bentuk optik termaju dan skim modulasi digunakan untuk menjadikan sensor lebih teguh dalam persekitaran pencahayaan mencabar. Prinsip penderiaan pantulan teras, seperti yang dijelmakan dalam komponen seperti LTH-872-N55T1, kekal sebagai penyelesaian yang boleh dipercayai dan kos efektif untuk pelbagai tugas pengesanan tanpa sentuh.