Folha de Dados do Interruptor Óptico LTH-301-07 - Tipo Fenda - Dimensões 4.0x3.2x2.5mm - Tensão Direta 1.2V - Dissipação de Potência 80mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTH-301-07 é um módulo interruptor óptico compacto do tipo fenda, projetado para aplicações de comutação sem contato. Ele integra um diodo emissor de luz (LED) infravermelho e um fototransistor dentro de um único invólucro, separados por um espaço físico. O princípio de operação fundamental envolve a interrupção do feixe de luz infravermelha que passa do emissor para o detector. Quando um objeto opaco entra na fenda, ele bloqueia o caminho da luz, causando uma mudança no estado de saída do fototransistor. Isto proporciona um mecanismo de detecção confiável e sem desgaste, em comparação com interruptores mecânicos.

As suas principais vantagens incluem alta confiabilidade devido à ausência de partes móveis, velocidades de comutação rápidas adequadas para detecção de movimento rápido e sensoriamento de posição preciso. O dispositivo é projetado para montagem direta em PCB ou uso com um soquete dual-in-line, oferecendo flexibilidade na montagem. Os mercados e aplicações típicas abrangem equipamentos de automação de escritório, como máquinas de fax, copiadoras, impressoras e scanners, onde é utilizado para detecção de papel, sensoriamento de borda e codificação de posição.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação nestas condições não é garantida.

• LED de Entrada:A corrente direta contínua máxima é de 50 mA. A corrente direta de pico pode atingir 1 A em condições pulsadas (300 pps, largura de pulso de 10 μs). A dissipação de potência máxima é de 80 mW, e a tensão reversa suportada é limitada a 5 V.
• Fototransistor de Saída:A tensão coletor-emissor nominal é de 30 V, enquanto a tensão emissor-coletor é de 5 V. A corrente de coletor máxima é de 20 mA, com um limite de dissipação de potência de 100 mW.
• Limites Térmicos:A faixa de temperatura de operação é especificada de -25°C a +85°C, com uma faixa de armazenamento mais ampla de -40°C a +100°C. A temperatura de soldagem dos terminais não deve exceder 260°C por 5 segundos quando medida a 1,6mm do invólucro.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação a uma temperatura ambiente (TA) de 25°C.

• Tensão Direta do LED de Entrada (V_F):Tipicamente 1,2 V com um máximo de 1,6 V quando acionado com uma corrente direta (I_F) de 20 mA. Esta baixa tensão é adequada para circuitos lógicos de baixa potência.
• Corrente de Escuro do Fototransistor de Saída (I_CEO):A corrente de fuga quando nenhuma luz incide é garantida como inferior a 100 nA em V_CE=10V, assegurando um bom estado de \"desligado\".
• Desempenho do Acoplador:O parâmetro chave é a Corrente de Coletor em Estado Ligado (I_C(ON)), que é garantida como sendo pelo menos 0,6 mA quando o LED é acionado com I_F=20mA e V_CE=5V. A Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(SAT)) é no máximo 0,4 V nestas condições, indicando um bom estado de \"ligado\" de baixa resistência.
• Velocidade de Comutação:O tempo de resposta é caracterizado pelo Tempo de Subida (T_r) e Tempo de Descida (T_f). Os valores típicos são 3 μs e 4 μs, respectivamente, com máximos de 15 μs e 20 μs. Esta velocidade é suficiente para muitas aplicações de sensoriamento e contagem de média velocidade.

3. Informações Mecânicas e de Embalagem

O dispositivo possui um encapsulamento padrão de orifício passante. As dimensões de contorno são fornecidas na folha de dados com todas as medidas em milímetros. As dimensões principais do corpo são aproximadamente 4,0mm de comprimento, 3,2mm de largura e 2,5mm de altura, excluindo os terminais. A largura da fenda é uma dimensão crítica para determinar o tamanho do objeto que pode ser detectado. Os terminais são espaçados para montagem dual-in-line padrão. A polaridade é indicada pela forma física do invólucro e/ou marcação; o terminal mais longo tipicamente corresponde ao ânodo do LED. É crucial consultar o desenho dimensional para o posicionamento preciso da fenda em relação à borda da PCB e outros componentes.

4. Diretrizes de Soldagem e Montagem

4.1 Processo de Soldagem

A soldagem adequada é crítica para evitar danos ao invólucro de plástico e aos componentes internos. O invólucro não deve ser mergulhado na solda. Nenhum estresse externo deve ser aplicado aos terminais durante a soldagem enquanto o dispositivo estiver quente.

• Soldagem Manual (Ferro):A temperatura máxima recomendada é de 350°C, com um tempo de soldagem não superior a 3 segundos por terminal. A ponta do ferro não deve ser aplicada a menos de 2mm da base do invólucro.
• Soldagem por Onda:Um perfil específico é recomendado. A temperatura de pré-aquecimento não deve exceder 100°C por até 60 segundos. A temperatura da onda de solda deve ser no máximo 260°C, com um tempo de contato de 5 segundos ou menos. A posição de imersão deve garantir que a solda não suba a menos de 2mm da base do invólucro.

4.2 Condições de Armazenamento e Vida de Prateleira

Para manter a soldabilidade e a integridade do dispositivo, condições rigorosas de armazenamento são exigidas. O ambiente de armazenamento ideal é abaixo de 30°C de temperatura e abaixo de 70% de umidade relativa. Os componentes devem ser montados dentro de 3 meses a partir da data de entrega. Para armazenamento mais longo na embalagem original, devem ser mantidos em um recipiente selado com dessecante ou em um dessecador com ambiente de nitrogênio, mas não por mais de um ano. Uma vez que a bolsa de barreira de umidade é aberta, os componentes devem ser utilizados dentro de 3 meses em um ambiente controlado de <25°C e <60% UR. Mudanças rápidas de temperatura em alta umidade devem ser evitadas para prevenir condensação, que pode levar à oxidação dos pinos. Se as condições de armazenamento não forem atendidas, uma avaliação de soldabilidade é necessária antes do uso.

5. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

5.1 Circuitos de Aplicação Típicos

A configuração mais comum é usar o interruptor óptico como um interruptor digital. Um resistor limitador de corrente é colocado em série com o LED de entrada, calculado com base na tensão de alimentação (V_CC), na corrente direta desejada (I_F, por exemplo, 20mA) e na tensão direta do LED (V_F~1.2V): R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. O fototransistor de saída é tipicamente conectado com um resistor de pull-up (R_L) do coletor para V_CC. O emissor é conectado ao terra. Quando o caminho da luz está desobstruído, o fototransistor conduz, puxando a tensão de saída do coletor para baixo (próxima de V_CE(SAT)). Quando interrompido, o fototransistor desliga, e a saída é puxada para alto por R_L. O valor de R_Lafeta tanto a excursão da tensão de saída quanto a velocidade de comutação; um valor menor proporciona velocidade mais rápida, mas maior consumo de corrente.

5.2 Considerações de Projeto

• Imunidade à Luz Ambiente:Como o dispositivo utiliza luz infravermelha modulada (implícito pela sua comutação rápida), oferece boa rejeição à luz ambiente constante. No entanto, para aplicações críticas, blindagem adicional ou projeto do invólucro podem ser necessários para bloquear luz solar direta ou outras fontes fortes de IR.
• Características do Objeto:A confiabilidade da detecção depende da opacidade do objeto ao comprimento de onda infravermelho. Materiais transparentes ou altamente reflexivos podem não interromper o feixe de forma confiável.
• Alinhamento:O alinhamento mecânico preciso do caminho do objeto com a fenda é necessário para uma operação consistente. A largura da fenda define o tamanho mínimo do objeto para um acionamento confiável.
• Debouncing:A saída elétrica pode requerer debouncing por software ou hardware, especialmente se usada com partes mecânicas que possam trepidar ou vibrar.

6. Curvas de Desempenho e Dados Gráficos

A folha de dados referencia curvas características típicas que são essenciais para análise detalhada de projeto. Embora os gráficos específicos não sejam reproduzidos no texto, eles tipicamente incluem:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (I_F-V_F):Mostra a relação para o LED de entrada, útil para calcular a queda de tensão exata em diferentes correntes de acionamento.
• Corrente de Coletor vs. Tensão Coletor-Emissor (I_C-V_CE):Família de curvas para o fototransistor de saída com a intensidade da luz incidente (ou corrente de acionamento do LED) como parâmetro. Este gráfico é crucial para determinar o ponto de operação e o valor do resistor de carga.
• Taxa de Transferência de Corrente (CTR) vs. Corrente Direta:CTR é a razão entre a corrente de coletor de saída e a corrente do LED de entrada (I_C/I_F). Esta curva mostra como a eficiência varia com a corrente de acionamento, ajudando a otimizar o projeto para consumo de energia e força do sinal de saída.
• Dependência da Temperatura:Curvas mostrando como parâmetros como tensão direta, corrente de coletor ou CTR variam ao longo da faixa de temperatura de operação. Isto é vital para garantir operação confiável em ambientes não controlados.

7. Perguntas Frequentes (FAQ)

7.1 Qual é a diferença entre um interruptor óptico e um sensor refletivo?

Um interruptor óptico (ou sensor transmissivo) tem o emissor e o detector frente a frente através de uma fenda. Um objeto é detectado quando bloqueia o feixe de luz. Um sensor refletivo tem o emissor e o detector lado a lado, voltados para a mesma direção. Um objeto é detectado quando reflete a luz emitida de volta para o detector. O LTH-301-07 é um interruptor óptico do tipo fenda.

7.2 Posso acionar o LED diretamente com uma tensão sem um resistor limitador de corrente?

Não. Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Conectá-lo diretamente a uma fonte de tensão que exceda sua tensão direta fará com que uma corrente excessiva flua, potencialmente destruindo-o. Um resistor em série é obrigatório para definir a corrente de operação.

7.3 Por que a condição de umidade no armazenamento é tão importante?

A embalagem plástica dos componentes eletrônicos pode absorver umidade do ar. Durante o processo de soldagem em alta temperatura, esta umidade absorvida pode se expandir rapidamente, causando delaminação interna, rachaduras ou \"efeito pipoca\", que danifica o dispositivo. As condições de armazenamento especificadas e os requisitos de pré-aquecimento (se exposto) são projetados para prevenir isto.

7.4 Como escolho o valor do resistor de pull-up (R_L) no fototransistor?

A escolha envolve um compromisso. Um R_Lmenor proporciona um tempo de subida mais rápido (pois carrega a capacitância do circuito mais rapidamente) e um sinal \"baixo\" mais forte, mas consome mais energia quando o transistor está ligado. Um R_Lmaior economiza energia, mas desacelera a velocidade de comutação e resulta em um pull-up mais fraco. Um ponto de partida comum é entre 1kΩ e 10kΩ, mas a condição de teste da folha de dados de R_L=100Ω para medição de velocidade indica que ele pode acionar impedâncias relativamente baixas.