Ficha Técnica do Fotointerruptor LTH-1650-01 - Distância Focal 3mm - Tipo com Filtro Infravermelho - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTH-1650-01 é um módulo fotointerruptor do tipo transmissivo e compacto. A sua função principal é detetar a interrupção de um feixe de luz infravermelha entre o seu díodo emissor de luz (LED) infravermelho integrado e um fototransístor de silício. A principal vantagem do seu design é a distância focal integrada de 3mm, que otimiza a sensibilidade para a deteção de objetos nesse intervalo específico. Sendo um dispositivo do tipo com corte de infravermelhos, foi concebido para minimizar a interferência da luz visível ambiente, aumentando a fiabilidade em várias aplicações de sensoriamento. O mercado-alvo inclui principalmente equipamentos de automação de escritório, sistemas de controlo industrial e eletrónica de consumo que necessitem de deteção de posição ou objetos sem contacto.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estes parâmetros definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não se destinam à operação normal.

• Dissipação de Potência do LED de Entrada (P_D):Máximo de 75 mW. Isto limita a carga térmica combinada da corrente direta e da queda de tensão.
• Corrente Direta de Pico do LED (I_CP):1 A em condições pulsadas (300 pps, largura de pulso de 10 µs). Isto permite pulsos breves de alta intensidade para uma deteção de sinal melhorada.
• Corrente Direta Contínua do LED (I_F):Máximo de 60 mA DC. Este é o limite seguro para operação constante.
• Tensão Reversa do LED (V_R):5 V. Exceder este valor pode danificar a junção do LED.
• Dissipação de Potência do Fototransístor (P_C):Máximo de 100 mW, determinado pela corrente do coletor e pela tensão coletor-emissor.
• Tensão Coletor-Emissor (V_CEO):Máximo de 30 V para o fototransístor.
• Corrente do Coletor (I_C):Máximo de 20 mA para o transístor de saída.
• Temperatura de Operação (T_opr):-25°C a +85°C. O dispositivo é adequado para uma ampla gama de ambientes industriais e comerciais.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais (T_S):260°C durante no máximo 5 segundos, especificado para terminais a 1,6mm da carcaça. Isto é crítico para processos de soldagem por onda ou por refluxo.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

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

• Tensão Direta do LED (V_F):Tipicamente 1,2V a 1,6V com I_F= 20 mA. Isto é usado para calcular o valor necessário do resistor limitador de corrente.
• Corrente Reversa do LED (I_R):Máximo de 100 µA com V_R=5V, indicando a corrente de fuga quando o LED está polarizado inversamente.
• Corrente de Escuridão Coletor-Emissor (I_CEO):Máximo de 100 nA com V_CE=10V sem entrada de luz. Esta é a corrente de fuga do fototransístor, que afeta o nível do sinal no estado "desligado".
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(SAT)):Tipicamente 0,4V com I_C=0,05mA e I_F=20mA. Esta é a tensão através do transístor quando ele está completamente "ligado", importante para a interface com níveis lógicos.

3. Explicação do Sistema de Classificação (Binning)

O dispositivo possui um sistema de classificação de desempenho baseado na Corrente do Coletor no Estado Ligado (I_C(ON)), que é medida em condições padronizadas (V_CE=5V, I_F=20mA, intervalo d=3,0mm). Esta corrente está diretamente correlacionada com a sensibilidade do acoplador óptico.

• CLASSE A: I_C(ON)varia de 100 µA a 300 µA. Esta é a classe de sensibilidade padrão.
• CLASSE B: I_C(ON)varia de 260 µA a 650 µA. Esta classe oferece sensibilidade mais elevada.
• CLASSE C: I_C(ON)varia de 400 µA a 1200 µA. Esta é a classe de sensibilidade mais alta disponível.

Esta classificação permite aos projetistas selecionar um dispositivo com sensibilidade consistente para a sua aplicação, garantindo limiares de ativação fiáveis entre lotes de produção.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas características típicas que fornecem uma visão gráfica do comportamento do dispositivo em condições variáveis. Embora gráficos específicos não sejam detalhados no texto, as curvas padrão para tal dispositivo normalmente incluiriam:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (I_F-V_F):Mostra a relação não linear para o LED infravermelho, crucial para o projeto do circuito de acionamento.
• Corrente do Coletor vs. Tensão Coletor-Emissor (I_C-V_CE):Família de curvas com a corrente direta do LED (I_F) como parâmetro, ilustrando as características de saída do fototransístor.
• Corrente do Coletor no Estado Ligado vs. Corrente Direta (I_C(ON)-I_F):Demonstra a característica de transferência e a linearidade do acoplamento óptico.
• Corrente do Coletor no Estado Ligado vs. Temperatura Ambiente (I_C(ON)-T_A):Mostra como a sensibilidade degrada com o aumento da temperatura, um fator crítico para a gestão térmica nos projetos.
• Características do Tempo de Resposta:A ficha técnica especifica um Tempo de Subida (T_R) de 3-15 µs e um Tempo de Descida (T_F) de 4-20 µs em condições de teste (V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Estes valores definem a capacidade máxima de velocidade de comutação do sensor.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

A embalagem é do tipo "through-hole" (furo passante) padrão. Notas dimensionais importantes da ficha técnica incluem:

• Todas as dimensões são fornecidas em milímetros, com polegadas entre parênteses.
• A tolerância padrão é de ±0,25mm (±0,010") a menos que uma característica específica tenha uma indicação diferente.
• A distância focal (o intervalo ótimo entre as janelas do emissor e do detetor para sensibilidade máxima) é especificada como 3 mm.
• A embalagem inclui ranhuras moldadas ou características que auxiliam na montagem e alinhamento precisos na PCB.
• A polaridade está claramente marcada no corpo da embalagem, tipicamente com um ponto ou um canto chanfrado perto do pino do ânodo do LED (ou do coletor do fototransístor). A orientação correta é essencial para a função do circuito.

6. Diretrizes de Soldagem e Montagem

É necessário um manuseamento adequado para manter a integridade do dispositivo.

• Soldagem:A especificação máxima absoluta para a temperatura de soldagem dos terminais é de 260°C durante 5 segundos, medida a 1,6mm (0,063") da carcaça de plástico. Esta diretriz ajuda a prevenir danos térmicos nas ligações internas do "die" e na encapsulação de plástico durante a soldagem por onda ou manual.
• Limpeza:Utilize solventes de limpeza de PCB padrão compatíveis com o material plástico do dispositivo. Evite a limpeza ultrassónica com potência excessiva ou exposição prolongada.
• Armazenamento:Os dispositivos devem ser armazenados em condições dentro da Faixa de Temperatura de Armazenamento (T_stg) de -40°C a +100°C e num ambiente de baixa humidade e antiestático para prevenir a absorção de humidade e danos por descarga eletrostática (ESD).

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

Como indicado na ficha técnica, as aplicações primárias incluem:

• Impressoras e Faxes:Para deteção de falta de papel, sensoriamento de engarrafamento de papel, deteção de tampa aberta e sensoriamento da posição do carro.
• Interruptores Optoeletrónicos:Usados em máquinas de venda automática, automação industrial para contagem, comutação de limite e sensoriamento de disco de codificador rotativo.
• Eletrónica de Consumo:Sensores de ranhura em unidades de disco, leitores de cassete ou outros sistemas de manuseamento de mídia.

7.2 Considerações de Projeto

• Resistor Limitador de Corrente (para o LED):Deve ser calculado com base na tensão de alimentação (V_CC), na tensão direta do LED (V_F~1,4V tip.) e na corrente direta desejada (I_F). Não exceda a classificação de I_F contínua de 60 mA. Um ponto de operação típico é 20 mA.
• Resistor de Carga (para o Fototransístor):O valor do resistor de "pull-up" (R_L) conectado ao coletor determina a excursão da tensão de saída e afeta a velocidade de comutação. Um R_L menor proporciona um tempo de descida mais rápido, mas reduz a amplitude da tensão de saída. A condição de teste utiliza R_L=100Ω.
• Imunidade a Ruído Elétrico:Para cablagens longas ou ambientes ruidosos, considere adicionar um pequeno capacitor de desacoplamento (ex.: 0,1µF) através dos pinos de alimentação perto do dispositivo e usar cabos blindados.
• Considerações Ópticas:Mantenha o percurso óptico (o intervalo de 3mm) livre de poeira, sujidade ou condensação. O filtro de corte de infravermelhos ajuda, mas fontes fortes de infravermelhos ambiente (como luz solar ou lâmpadas incandescentes) próximas ao sensor podem causar ativações falsas.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com fototransístores ou fotodíodos básicos, este fotointerruptor integrado oferece vantagens-chave:

• Ótica Alinhada:O emissor e o detetor estão pré-alinhados numa embalagem fixa e rígida, eliminando a necessidade de alinhamento mecânico preciso durante a montagem, o que é uma vantagem significativa face a componentes discretos.
• Intervalo Otimizado:A distância focal de 3mm é definida de fábrica para sensibilidade máxima nesse intervalo de ar específico.
• Rejeição de Luz Ambiente:O filtro de corte de infravermelhos sobre o fototransístor reduz significativamente a sensibilidade à luz visível, melhorando a relação sinal-ruído em condições típicas de iluminação interior.
• Formato Compacto:Fornece uma solução completa de interruptor óptico num único pacote pequeno.

9. Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Qual é o propósito das diferentes classes (A, B, C)?

R: As classes categorizam os dispositivos pela sua sensibilidade (I_C(ON)). Escolha uma classe superior (B ou C) para aplicações que necessitem de deteção de objetos com menor contraste, vida útil mais longa (à medida que a saída do LED degrada ao longo do tempo) ou operação com níveis mais elevados de poeira. A Classe A é suficiente para aplicações padrão.

P: Posso acionar o LED diretamente com uma fonte de tensão?

R: Não. Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Deve usar um resistor limitador de corrente em série para definir a corrente direta (I_F) para um valor seguro e consistente, como mostrado em todos os circuitos de aplicação.

P: Como faço a interface da saída com um microcontrolador?

R: O fototransístor atua como um interruptor. Ligue o seu emissor ao terra e o seu coletor a um pino de entrada digital através de um resistor de "pull-up" (ex.: 10kΩ). Quando o feixe não está interrompido, o transístor está ligado, puxando o pino para nível baixo. Quando interrompido, o transístor está desligado e o resistor de "pull-up" puxa o pino para nível alto. Certifique-se de que os níveis lógicos de entrada do microcontrolador são compatíveis com a excursão da tensão de saída (próximo de 0V para "ligado", próximo de V_CC para "desligado").

P: O que afeta o tempo de resposta?

R: A velocidade intrínseca do fototransístor, o valor do resistor de carga (R_L) e a capacitância dos traços do circuito. Para comutação mais rápida, use um R_L menor, conforme permitido pelos níveis desejados de corrente e tensão de saída.

10. Exemplo Prático de Caso de Uso

Cenário: Sensor de Falta de Papel numa Impressora de Secretária.

O fotointerruptor é montado na estrutura da impressora de modo que a pilha de papel na bandeja fique dentro do intervalo óptico de 3mm, bloqueando o feixe infravermelho. Pode ser usada uma alavanca ou uma bandeira ligada ao seguidor da bandeja de papel. Quando há papel, o feixe é bloqueado, o fototransístor está desligado e a sua saída está em nível alto. Quando a última folha de papel é alimentada, o seguidor move-se, desbloqueando o feixe. O fototransístor liga-se, puxando a saída para nível baixo. Esta transição lógica é detetada pelo controlador principal da impressora, que então ativa o aviso "Sem Papel" na interface do utilizador. O filtro de corte de infravermelhos evita ativações falsas provenientes da iluminação interna da impressora ou das luzes da sala.

11. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base no princípio do acoplamento óptico modulado. Um LED infravermelho interno emite luz quando polarizado diretamente com uma corrente apropriada. Diretamente oposto, dentro da mesma embalagem, está um fototransístor NPN de silício. A região da base do fototransístor é exposta à luz. Quando fotões infravermelhos do LED atingem a junção base-coletor, geram pares eletrão-lacuna. Esta corrente fotogerada atua como corrente de base, fazendo com que o transístor conduza uma corrente de coletor muito maior (I_C), proporcional à intensidade da luz. Um objeto que passe pela ranhura de 3mm entre eles interrompe este feixe de luz, fazendo com que o fototransístor desligue. Isto fornece um sinal de comutação limpo e eletricamente isolado com base num evento físico.

12. Tendências Tecnológicas

Os fotointerruptores permanecem componentes fundamentais no sensoriamento de posição. As tendências atuais no campo incluem:

• Miniaturização:Desenvolvimento de embalagens de dispositivos de montagem em superfície (SMD) ainda mais pequenas para economizar espaço na PCB em eletrónica de consumo compacta.
• Integração:Incorporação de circuitos adicionais no "chip", como disparadores de Schmitt para histerese, amplificadores para sinais mais fracos ou até interfaces digitais (I2C) para fornecer uma saída digital processada e limpa, simplificando a interface com microcontroladores.
• Desempenho Aprimorado:Melhorias na eficiência do LED e na sensibilidade do fotodetector permitem operação a correntes mais baixas, reduzindo o consumo de energia e a geração de calor.
• Variantes Especializadas:Dispositivos com rodas ranhuradas para codificação rotativa, ou tipos reflexivos onde o emissor e o detetor estão voltados para a mesma direção para detetar marcas reflexivas.

O princípio central da interrupção óptica permanece robusto devido à sua natureza sem contacto, fiabilidade e simplicidade, garantindo a sua relevância contínua no projeto de sistemas mecatrónicos.