Folha de Dados do Fotointerruptor LTH-301-23P1 - Dimensões 7.62mm - Tensão 1.6V - Potência 60mW - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTH-301-23P1 é um módulo fotointerruptor compacto para montagem em furo passante. Funciona como uma chave óptica sem contato, utilizando um diodo emissor de luz infravermelha (LED IR) emparelhado com um fototransistor. O princípio central envolve o LED IR emitindo luz, que é detectada pelo fototransistor. Quando um objeto interrompe o caminho da luz entre o emissor e o detector, o estado de saída do fototransistor muda, permitindo detecção precisa de posição, detecção de objetos ou comutação de limite sem contato físico. Suas principais vantagens incluem velocidade de comutação rápida, operação confiável sem contato e um projeto adequado para montagem direta em PCB ou soquete DIL, tornando-o ideal para aplicações em impressoras, copiadoras, máquinas de venda automática e automação industrial onde durabilidade e precisão são necessárias.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Não é recomendado operar o dispositivo continuamente nestes ou próximos a estes limites.

• Corrente Contínua Direta do Diodo IR (I_F):50 mA. Esta é a máxima corrente em regime permanente que pode passar pelo LED infravermelho.
• Tensão Reversa do Diodo IR (V_R):5 V. Exceder esta tensão de polarização reversa no LED pode causar ruptura.
• Corrente do Coletor do Transistor (I_C):20 mA. A máxima corrente contínua que o coletor do fototransistor pode suportar.
• Dissipação de Potência do Transistor (P_D):75 mW a 25°C, reduzindo linearmente a 1,33 mW/°C acima de 25°C. Isto limita o calor gerado no fototransistor.
• Corrente de Pico Direta do Diodo IR:1 A (largura de pulso = 10 µs, 300 pps). Permite pulsos breves de alta corrente para aplicações que requerem alta saída óptica instantânea.
• Dissipação de Potência do Diodo (P_D):60 mW a 25°C, também reduzida a 1,33 mW/°C. Isto governa os limites térmicos do LED IR.
• Tensão Coletor-Emissor do Fototransistor (V_CEO):30 V. A máxima tensão que pode ser aplicada entre o coletor e o emissor quando o transistor está desligado.
• Tensão Emissor-Coletor do Fototransistor (V_ECO):5 V. A máxima tensão reversa através da junção coletor-emissor.
• Faixa de Temperatura de Operação:-25°C a +85°C. A faixa de temperatura ambiente para operação confiável do dispositivo.
• Faixa de Temperatura de Armazenamento:-55°C a +100°C. A faixa de temperatura para armazenamento não operacional.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais:260°C por 5 segundos a 1,6mm do encapsulamento. Define o perfil de soldagem por refluxo ou manual para evitar danos ao pacote.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros são medidos sob condições padrão de teste (T_A= 25°C) e definem o desempenho típico do dispositivo.

2.2.1 Características do LED de Entrada

• Tensão Direta (V_F):Tipicamente 1,2V a 1,6V em I_F= 20 mA. Esta é a queda de tensão no LED IR quando acionado com a corrente de teste padrão. Um resistor limitador de corrente deve ser calculado com base neste valor e na tensão de alimentação.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo 100 µA em V_R= 5V. Esta é a pequena corrente de fuga quando o LED está em polarização reversa.

2.2.2 Características do Fototransistor de Saída

• Tensão de Ruptura Coletor-Emissor (V_(BR)CEO):Mínimo 30V em I_C= 1mA. Esta alta tensão de ruptura permite o uso de tensões de alimentação mais altas no circuito do coletor.
• Tensão de Ruptura Emissor-Coletor (V_(BR)ECO):Mínimo 5V em I_E= 100µA.
• Corrente de Escuridão Coletor-Emissor (I_CEO):Máximo 100 nA em V_CE= 10V. Esta é a corrente de fuga quando o fototransistor está em completa escuridão (sem luz IR). Um valor baixo é crítico para uma boa relação sinal-ruído em aplicações de sensoriamento.

2.2.3 Características do Acoplador (Dispositivo Completo)

• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(SAT)):Máximo 0,4V em I_C= 0,2mA e I_F= 20mA. Esta é a tensão através do fototransistor quando ele está totalmente "ligado" (saturado). Um valor mais baixo é melhor, pois minimiza a perda de potência.
• Corrente do Coletor em Estado Ligado (I_C(ON)):Mínimo 0,4 mA em V_CE= 5V e I_F= 20mA. Isto especifica a mínima fotocorrente gerada quando o LED IR é acionado e o caminho da luz está desobstruído. Este parâmetro está diretamente relacionado à sensibilidade do dispositivo.
• Tempo de Subida (T_r):Típico 25 µs sob condições de teste (I_C=2mA, R_L=1kΩ, V_CE=5V). Este é o tempo para a saída do fototransistor transitar de 10% para 90% do seu valor final quando o LED IR é ligado.
• Tempo de Descida (T_f):Típico 26 µs sob as mesmas condições. Este é o tempo de transição quando o LED IR é desligado. Estes tempos de comutação definem a frequência máxima na qual o dispositivo pode operar de forma confiável.

3. Informações Mecânicas e de Embalagem

3.1 Dimensões da Embalagem

O dispositivo é acondicionado em um pacote DIL de 4 pinos padrão. Notas dimensionais importantes da folha de dados incluem:

• Todas as dimensões são fornecidas em milímetros, com polegadas entre parênteses.
• A tolerância padrão é ±0,25mm (±0,010") a menos que uma nota de característica específica indique o contrário.
• A largura do corpo é de aproximadamente 7,62mm, e o espaçamento dos pinos segue um padrão de grade padrão de 0,1 polegada (2,54mm) para montagem em PCB com furo passante.

A embalagem é projetada para processos de soldagem por onda ou soldagem manual. O desenho dimensional na folha de dados fornece medidas críticas para o projeto da área de montagem na PCB, incluindo diâmetro dos terminais, espaçamento dos pinos (entre linhas e colunas), comprimento e largura do corpo e a largura da fenda que define a abertura de sensoriamento.

3.2 Pinagem e Identificação de Polaridade

O dispositivo possui quatro pinos. Tipicamente, dois pinos são para o ânodo e cátodo do LED IR, e os outros dois são para o coletor e emissor do fototransistor. O desenho da folha de dados indica o pino 1, o que é crucial para a orientação correta. O LED IR é um dispositivo de ânodo ativo, e o fototransistor é do tipo NPN onde o coletor deve ser conectado a uma fonte positiva através de um resistor de carga, e o emissor ao terra. A conexão incorreta da polaridade no LED impedirá que ele emita luz, e a conexão incorreta no fototransistor resultará em nenhum sinal de saída.

4. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A folha de dados especifica um parâmetro crítico de soldagem: os terminais podem ser submetidos a uma temperatura de 260°C por no máximo 5 segundos, medidos a uma distância de 1,6mm (0,063") do encapsulamento plástico. Esta diretriz é essencial para evitar danos térmicos ao chip semicondutor interno e ao material do encapsulamento plástico durante operações de soldagem por onda ou manual. Para soldagem por refluxo, deve ser usado um perfil padrão com temperatura de pico não excedendo 260°C e tempo acima do líquido (TAL) controlado. É aconselhável seguir os padrões JEDEC ou IPC para soldagem de componentes de furo passante.

5. Sugestões de Aplicação

5.1 Circuitos de Aplicação Típicos

A configuração de circuito mais comum envolve acionar o LED IR com uma fonte de corrente constante ou, mais simplesmente, uma fonte de tensão em série com um resistor limitador de corrente (R_limit). R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. Para uma alimentação de 5V e um I_Fdesejado de 20mA, com V_F= 1,4V, R_limit= (5 - 1,4) / 0,02 = 180 Ω. A saída do fototransistor é tipicamente conectada como uma chave: o coletor é conectado a V_CCatravés de um resistor de pull-up (R_load), e o emissor é conectado ao terra. O sinal de saída é obtido do nó do coletor. Quando a luz incide sobre o transistor, ele liga, puxando a tensão do coletor para baixo (próxima de V_CE(SAT)). Quando o caminho da luz é bloqueado, o transistor desliga, e a tensão do coletor é puxada para alta até V_CCpor R_load. O valor de R_loadafeta a velocidade de comutação e o consumo de corrente; um resistor menor proporciona comutação mais rápida, mas maior dissipação de potência no estado 'ligado'.

5.2 Considerações de Projeto

• Imunidade à Luz Ambiente:Como o dispositivo usa luz infravermelha, ele é um tanto imune à luz ambiente visível. No entanto, fontes fortes de radiação IR (ex.: luz solar, lâmpadas incandescentes) podem causar acionamento falso. Usar um sinal IR modulado e detecção síncrona pode melhorar muito a imunidade.
• Alinhamento:O alinhamento mecânico preciso entre as fendas do emissor e do detector é crucial para a máxima força do sinal. A área de montagem na PCB e a fixação devem garantir este alinhamento.
• Características do Objeto:O objeto que interrompe o feixe deve ser opaco ao comprimento de onda IR utilizado. Materiais reflexivos ou translúcidos podem não acionar o sensor de forma confiável.
• Requisitos de Velocidade:Os tempos de subida e descida (~25 µs) limitam a frequência máxima de comutação para aproximadamente 1/(Tr+Tf) ≈ 20 kHz para uma onda quadrada, embora os limites práticos sejam menores para garantir transição completa.

6. Análise de Curvas de Desempenho

A folha de dados referencia uma seção para "Curvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas." Estes gráficos, tipicamente incluídos em tais documentos, fornecem representações visuais de como os parâmetros-chave variam com as condições. Curvas esperadas incluem:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (I_F-V_F):Mostra a relação exponencial para o LED IR, ajudando a determinar V_Fem correntes diferentes da condição de teste.
• Corrente do Coletor vs. Tensão Coletor-Emissor (I_C-V_CE):Família de curvas para o fototransistor com a intensidade da luz incidente (ou corrente de acionamento do LED) como parâmetro, mostrando as regiões de saturação e ativa.
• Taxa de Transferência de Corrente (CTR) vs. Corrente Direta:CTR = (I_C/ I_F) * 100%. Este gráfico mostra a eficiência do acoplamento óptico, que tipicamente diminui em I_F.
• muito altas._{Corrente do Coletor em Estado Ligado vs. Temperatura (I}C(ON)_A-T):
• Ilustra como a sensibilidade do fototransistor muda com a temperatura ambiente, geralmente mostrando uma diminuição em temperaturas mais altas._CEOCorrente de Escuridão vs. Temperatura (I_A-T):

Mostra o aumento exponencial da corrente de fuga com a temperatura, o que é crítico para operação em alta temperatura.

Analisar estas curvas permite aos projetistas otimizar pontos de operação, entender compensações de desempenho ao longo da temperatura e prever o comportamento em condições não padrão.

7. Comparação e Diferenciação Técnica_CEOComparado a microchaves mecânicas, o LTH-301-23P1 oferece vantagens distintas: sem bounce de contato, vida operacional muito mais longa (milhões vs. milhares de ciclos), imunidade a contaminação por poeira ou óleos (por ser um pacote selado) e velocidade de comutação mais rápida. Comparado a sensores ópticos reflexivos, fotointerruptores transmissivos como este fornecem detecção mais consistente e confiável, pois são menos sensíveis à cor ou refletividade do objeto alvo; eles simplesmente detectam a presença ou ausência de um objeto na fenda. O diferencial chave para esta peça específica é seu equilíbrio entre embalagem padrão de furo passante, especificações elétricas robustas (30V V_F, 50mA I

) e velocidade de comutação especificada, tornando-o uma escolha versátil de propósito geral.

8. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a distância de sensoriamento típica ou largura da fenda?

R: A "distância" de sensoriamento é efetivamente a largura da fenda no encapsulamento. Objetos devem passar por este vão físico para interromper o feixe. O desenho dimensional da folha de dados fornece a largura exata da fenda.

P: Posso acionar o LED IR diretamente de um pino de um microcontrolador?

R: Possivelmente, mas você deve verificar a capacidade de fornecimento de corrente do pino. Um pino típico de MCU pode fornecer 20-25mA, o que corresponde à condição de teste. No entanto, você DEVE incluir um resistor limitador de corrente em série, conforme calculado nas notas de aplicação. Acionar o LED sem um resistor provavelmente destruirá tanto o LED quanto o pino do MCU.

P: Como conecto a saída do fototransistor a um microcontrolador?_CCR: O método mais simples é usar o fototransistor como uma entrada digital. Conecte o coletor ao pino de I/O digital do MCU (que tipicamente tem um resistor de pull-up interno que pode ser habilitado) e também a V_CC used.

através de um resistor de pull-up externo (ex.: 10kΩ). O emissor conecta-se ao terra. Quando o feixe está intacto, o transistor está ligado, puxando o pino para BAIXO. Quando interrompido, o pino é puxado para ALTO. Certifique-se de que os níveis de tensão de entrada do MCU são compatíveis com a V

P: O que afeta a velocidade de comutação?_LR: Os tempos intrínsecos de subida/descida do fototransistor (~25µs) são o limite primário. No entanto, fatores do circuito podem desacelerá-lo ainda mais. Um resistor de carga grande (R_F) aumenta a constante de tempo RC para carregar/descarregar qualquer capacitância parasita, desacelerando o tempo de subida. Similarmente, acionar o LED IR com corrente excessiva pode causar desligamento mais lento devido a efeitos de armazenamento de portadores. Para velocidade máxima, use a I_L.

recomendada e um R

moderadamente pequeno.

9. Princípio de Funcionamento

Um fotointerruptor é um dispositivo optoeletrônico transmissivo. Ele contém dois componentes separados em um único pacote: uma fonte de luz infravermelha (um LED IR) e um detector de luz (um fototransistor), posicionados frente a frente através de um pequeno vão de ar ou fenda. O LED IR é polarizado diretamente com uma corrente adequada, fazendo-o emitir fótons infravermelhos. Estes fótons viajam através do vão e atingem a região da base do fototransistor NPN. A energia do fóton gera pares elétron-lacuna na base, efetivamente criando uma corrente de base. Esta corrente de base fotogerada é amplificada pelo ganho do transistor, resultando em uma corrente de coletor muito maior que pode fluir do coletor para o emissor, ligando o transistor. Quando um objeto opaco é inserido na fenda, ele bloqueia o caminho da luz. A fotogeração da corrente de base para, o transistor deixa de ser polarizado para ligar, e a corrente do coletor cai para um valor muito baixo (a corrente de escuridão), desligando o transistor. Esta ação liga/desliga fornece um sinal digital limpo correspondente à presença ou ausência de um objeto.