Folha de Dados Técnicos do Fotointerruptor LTH-872-N55H - Tipo Ranhura - Dimensões 4.0mm - Tensão 5V

1. Visão Geral do Produto

O LTH-872-N55H é um fotointerruptor do tipo ranhura, um componente optoeletrônico fundamental utilizado para aplicações de deteção e comutação sem contacto. Integra um díodo emissor de luz infravermelha (LED) e um fototransístor numa única carcaça, separados por uma fenda ou ranhura física. O princípio de funcionamento central é simples: quando um objeto passa por esta ranhura, interrompe o feixe de luz infravermelha que viaja do emissor para o detetor, causando uma alteração correspondente no estado de saída do fototransístor. Este mecanismo simples mas fiável torna-o uma solução ideal para detetar a presença, ausência, posição ou velocidade de objetos sem contacto físico.

O dispositivo foi concebido para montagem direta em PCB (Placa de Circuito Impresso) ou inserção numa tomada padrão de dupla linha, oferecendo flexibilidade na montagem e prototipagem. As suas principais vantagens incluem alta fiabilidade, velocidade de comutação rápida e longa vida operacional devido à ausência de contactos mecânicos que podem desgastar-se. As aplicações típicas abrangem uma vasta gama de equipamentos de automação de escritório e industrial, incluindo, mas não se limitando a, impressoras, fotocopiadoras, scanners, máquinas de fax e vários sistemas automatizados onde é necessária deteção precisa de objetos.

1.1 Características Principais

• Comutação Sem Contacto:Elimina o desgaste mecânico, garantindo alta fiabilidade e uma longa vida útil operacional.
• Montagem Versátil:Compatível com soldadura direta em PCB ou tomadas padrão de dupla linha, facilitando a integração fácil em vários designs de circuito.
• Tempo de Resposta Rápido:Permite a deteção de eventos de alta velocidade, adequado para aplicações que requerem sensibilidade rápida, como deteção de alimentação de papel em impressoras ou sistemas de codificador rotativo.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva em Profundidade

A folha de dados fornece parâmetros críticos que definem os limites operacionais e o desempenho do dispositivo em condições padrão. Compreender estes parâmetros é essencial para um design de circuito adequado e para garantir fiabilidade a longo prazo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress que, se excedidos, podem causar danos permanentes ao dispositivo. Não são condições para operação normal.

• LED de Entrada:
  • Dissipação de Potência (P_D):Máximo de 75 mW. Esta é a potência total que o LED pode dissipar em segurança sob a forma de calor.
  • Corrente Direta Contínua (I_F):Máximo de 50 mA. O LED não deve ser alimentado com uma corrente contínua que exceda este valor.
  • Tensão Reversa (V_R):Máximo de 5 V. Aplicar uma tensão reversa superior a esta pode danificar a junção do LED.
• Fototransístor de Saída:
  • Dissipação de Potência (P_D):Máximo de 100 mW para o fototransístor.
  • Tensão Coletor-Emissor (V_CEO):Máximo de 30 V. Esta é a tensão máxima que pode ser aplicada entre o coletor e o emissor quando a base (entrada de luz) está aberta.
  • Tensão Emissor-Coletor (V_ECO):Máximo de 5 V, que é a especificação de tensão reversa para a junção coletor-emissor.
  • Corrente do Coletor (I_C):Máximo de 20 mA. A corrente de carga através do fototransístor deve permanecer abaixo deste limite.
• Ambiental:
  • Gama de Temperatura de Operação (T_A):-25°C a +85°C. O dispositivo tem garantia de operar dentro das especificações ao longo desta gama de temperatura ambiente.
  • Gama de Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40°C a +100°C.
  • Temperatura de Soldadura dos Terminais:260°C durante no máximo 5 segundos, especificado para um caso de forma de terminal de 1.6mm (0.063 polegadas). Isto é crítico para processos de soldadura por refluxo ou por onda.

2.2 Características Elétricas e Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições operacionais típicas a uma temperatura ambiente (T_A) de 25°C.

• Características do LED de Entrada:
  • Tensão Direta (V_F):Tipicamente 1.2V, com um máximo de 1.6V a uma corrente direta (I_F) de 20 mA. Este parâmetro é usado para calcular o valor da resistência limitadora de corrente para o circuito de acionamento do LED: R = (V_CC- V_F) / I_F.
  • Corrente Reversa (I_R):Máximo de 100 µA a uma tensão reversa (V_R) de 5V, indicando a corrente de fuga do LED quando polarizado inversamente.
• Características do Fototransístor de Saída:
  • Corrente de Escuridão Coletor-Emissor (I_CEO):Máximo de 100 nA a V_CE= 10V. Esta é a corrente de fuga quando o LED está desligado (sem luz incidente no fototransístor). Uma baixa corrente de escuridão é desejável para uma boa relação sinal-ruído, especialmente em aplicações de baixa luz ou alto ganho.
• Características do Acoplador (Sistema):
  • Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(SAT)):Máximo de 0.4V quando o fototransístor está totalmente ligado (I_C= 0.25 mA, I_F= 20 mA). Uma baixa tensão de saturação é crucial quando a saída é usada para acionar entradas lógicas ou outros circuitos de baixa tensão, pois define o nível lógico \"BAIXO\".
  • Corrente do Coletor em Estado Ligado (I_C(ON)):Mínimo de 2.0 mA a V_CE= 5V e I_F= 20 mA. Esta é a corrente de saída mínima garantida quando o LED é acionado na sua corrente típica e o feixe está desobstruído. Este parâmetro, frequentemente chamado de \"taxa de transferência de corrente\" (CTR) quando expresso como uma razão I_C/I_F, define a sensibilidade do acoplador. Aqui, o CTR mínimo é (2.0 mA / 20 mA) = 0.1 ou 10%.
  • Tempo de Resposta:
    • Tempo de Subida (T_r):Tipicamente 3 µs, máximo 15 µs. Este é o tempo para a saída transitar de 10% para 90% do seu valor final quando o LED de entrada é ligado.
    • Tempo de Descida (T_f):Tipicamente 4 µs, máximo 20 µs. Este é o tempo para a saída transitar de 90% para 10% do seu valor final quando o LED de entrada é desligado. Estas velocidades de comutação rápidas permitem a deteção de objetos em movimento rápido.

3. Informação Mecânica e de Embalagem

O LTH-872-N55H apresenta um pacote padrão de orifício passante concebido para fácil integração em PCB.

3.1 Dimensões de Contorno

A folha de dados fornece um desenho mecânico detalhado. As dimensões-chave incluem a largura total da ranhura, que define o tamanho do objeto que pode ser detetado, e o espaçamento dos terminais para o layout da PCB. Todas as dimensões são especificadas em milímetros (mm) com uma tolerância padrão de ±0.25 mm, salvo indicação em contrário. O desenho mostra tipicamente a vista superior, vista lateral e identificação dos terminais (ânodo do emissor, cátodo do emissor, coletor, emissor).

3.2 Identificação de Polaridade e Pinagem

A polaridade correta é essencial para o funcionamento do dispositivo. A embalagem tem uma marcação ou uma forma específica do terminal (frequentemente um lado plano ou um entalhe) para identificar o Terminal 1. A pinagem padrão para um fotointerruptor de 4 terminais é: Terminal 1 - Ânodo do LED IR, Terminal 2 - Cátodo do LED IR, Terminal 3 - Emissor do Fototransístor, Terminal 4 - Coletor do Fototransístor. Consulte sempre o diagrama da folha de dados para confirmar a atribuição exata dos terminais para o LTH-872-N55H antes de projetar a pegada da PCB.

4. Diretrizes de Soldadura e Montagem

4.1 Processo de Soldadura

O dispositivo está classificado para uma temperatura máxima de soldadura dos terminais de 260°C durante 5 segundos. Esta especificação é crítica para processos de soldadura por onda ou refluxo. Exceder esta temperatura ou tempo pode danificar as junções semicondutoras internas ou a carcaça de plástico. Recomenda-se seguir as diretrizes padrão IPC para soldadura de componentes de orifício passante.

4.2 Manuseamento e Armazenamento

Embora não detalhado explicitamente no excerto fornecido, aplicam-se as melhores práticas gerais: armazenar componentes num ambiente seco e antiestático dentro da gama de temperatura de armazenamento especificada (-40°C a +100°C). Evite expor o dispositivo a humidade excessiva antes da soldadura para prevenir \"popcorning\" durante o refluxo, embora isto seja mais crítico para dispositivos de montagem em superfície.

5. Sugestões de Aplicação e Considerações de Design

5.1 Circuitos de Aplicação Típicos

A configuração mais comum é usar o fotointerruptor como um interruptor digital. Um circuito simples envolve:
1. Acionamento do LED:Ligue uma resistência limitadora de corrente em série com o LED infravermelho a uma fonte de tensão (ex., 5V). Defina o valor da resistência para alcançar a I_Fdesejada (ex., 20 mA). Exemplo: R_limit= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω (use uma resistência padrão de 200Ω).
2. Saída do Fototransístor:Ligue uma resistência de pull-up (R_L) do coletor do fototransístor a uma fonte de tensão (ex., 5V). O emissor é ligado ao terra. Quando o caminho da luz está livre, o fototransístor conduz, puxando a tensão do coletor (saída) para baixo. Quando o feixe é bloqueado, o fototransístor desliga-se, e a resistência de pull-up puxa a saída para cima. O valor de R_Lafeta a velocidade de comutação e o consumo de corrente; um valor mais baixo dá maior velocidade mas maior dissipação de potência. A condição de teste na folha de dados usa R_L= 100Ω.

5.2 Considerações de Design

• Imunidade à Luz Ambiente:Como o dispositivo usa luz infravermelha, é relativamente imune à luz ambiente visível. No entanto, fontes fortes de infravermelhos (luz solar, algumas lâmpadas) podem causar interferência. Usar um sinal de LED modulado e um circuito de demodulação correspondente pode melhorar muito a imunidade ao ruído.
• Alinhamento:O emissor e o detetor devem estar precisamente alinhados através da ranhura. A carcaça mecânica garante este alinhamento, mas o design da PCB deve colocar o componente corretamente.
• Características do Objeto:O objeto que interrompe o feixe deve ser opaco à luz infravermelha. Materiais transparentes ou altamente reflexivos podem não ser detetados de forma fiável.
• Debouncing:Em sistemas mecânicos (ex., detetando uma roda interruptora), o sinal de saída pode oscilar quando um objeto entra ou sai da ranhura. Técnicas de debouncing por software ou hardware devem ser empregues para sinais digitais limpos.

6. Análise de Curvas de Desempenho

A folha de dados menciona \"Curvas Típicas de Características Elétricas/Ópticas.\" Embora as curvas específicas não sejam fornecidas no excerto, os gráficos típicos para tais dispositivos incluem:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (I_F-V_F):Mostra a relação não linear para o LED IR, importante para o design do acionador.
• Corrente do Coletor vs. Tensão Coletor-Emissor (I_C-V_CE):Família de curvas com a intensidade da luz incidente (ou I_F) como parâmetro, semelhante às características de saída de um transístor.
• Taxa de Transferência de Corrente (CTR) vs. Corrente Direta (I_F):Mostra como a sensibilidade muda com a corrente de acionamento do LED.
• Taxa de Transferência de Corrente (CTR) vs. Temperatura Ambiente:Uma curva crucial que mostra que o CTR tipicamente diminui à medida que a temperatura aumenta. Os designers devem garantir margem suficiente na temperatura operacional mais alta para garantir a I_C(ON).
• mínima necessária._LTempo de Resposta vs. Resistência de Carga (R):

Ilustra o compromisso entre velocidade de comutação e consumo de energia.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com micro-interruptores mecânicos, o LTH-872-N55H oferece uma esperança de vida e fiabilidade superiores devido à operação sem contacto. É imune ao bounce de contacto. Comparado com sensores reflexivos, os fotointerruptores do tipo ranhura fornecem deteção mais precisa e consistente, pois são menos sensíveis à cor, textura ou refletividade do objeto alvo; simplesmente detetam a interrupção física de um feixe. O diferenciador-chave entre os fotointerruptores em si é frequentemente as dimensões da ranhura, sensibilidade (CTR), velocidade de resposta e tipo de embalagem (orifício passante vs. montagem em superfície).

8. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)
P: O que acontece se eu acionar o LED com mais de 50 mA?

R: Exceder a Especificação Máxima Absoluta para corrente direta contínua pode causar aquecimento excessivo, levando à degradação acelerada da saída de luz do LED ou falha catastrófica. Use sempre uma resistência limitadora de corrente.
P: O meu sinal de saída está ruidoso. Qual poderia ser a causa?

R: Causas potenciais incluem ruído elétrico nas linhas de alimentação, interferência da luz ambiente (especialmente lâmpadas fluorescentes operando a 50/60 Hz), ou um valor de resistência de carga demasiado alto, tornando o nó de alta impedância e suscetível ao ruído. Garanta alimentação estável, considere blindagem, use uma resistência de pull-up mais baixa ou implemente modulação/demodulação de sinal.
P: O dispositivo funciona à temperatura ambiente mas falha quando o meu sistema aquece. Porquê?_{R: A sensibilidade do fototransístor (CTR) diminui com o aumento da temperatura. Pode estar a operar com margem mínima a 25°C. Reavalie o seu design usando a especificação mínima de I}C(ON)

e considere a curva típica de CTR vs. Temperatura. Pode precisar de aumentar a corrente de acionamento do LED (dentro dos limites) ou usar um fototransístor com CTR garantido mais elevado a temperaturas elevadas.
P: Posso usar isto para detetar um objeto transparente?

R: Geralmente, não. Os fotointerruptores infravermelhos padrão requerem que o objeto seja opaco ao comprimento de onda infravermelho emitido (tipicamente cerca de 940 nm). Plásticos ou vidro transparentes podem permitir que luz IR suficiente passe, impedindo a deteção fiável. São necessários sensores especiais com diferentes comprimentos de onda ou princípios de deteção para materiais transparentes.

9. Exemplo de Caso de Uso PráticoAplicação:
Deteção de Encaixe de Papel numa Impressora de Secretária.Implementação:

O LTH-872-N55H é montado ao longo do caminho do papel, com o papel a alimentar através da sua ranhura. Um pino GPIO de um microcontrolador aciona o LED através de uma resistência limitadora de corrente. Outro pino GPIO, configurado com uma resistência de pull-up interna, lê o estado do coletor do fototransístor. Durante a operação normal, o papel interrompe o feixe, e a saída está num estado lógico (ex., ALTO). Se ocorrer um encaixe de papel, o papel fica preso (mantendo o feixe interrompido) ou não chega ao sensor (deixando o feixe intacto), fazendo com que a saída fique num estado inesperado por demasiado tempo. O firmware do microcontrolador monitoriza este sinal e aciona uma mensagem de erro \"Encaixe de Papel\" se a sequência de temporização esperada for violada. O tempo de resposta rápido do sensor garante que mesmo pequenos espaços entre folhas de papel possam ser detetados para uma monitorização precisa da alimentação de papel.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um fotointerruptor opera no princípio da conversão e interrupção optoeletrônica. Internamente, aloja dois componentes discretos em alinhamento: um díodo emissor de luz infravermelha (LED IR) e um fototransístor de silício. O LED IR atua como fonte de luz. Quando polarizado diretamente por uma corrente externa, emite fotões infravermelhos invisíveis. O fototransístor atua como detetor de luz. A sua região base é sensível à luz. Quando os fotões do LED atingem a base, geram pares eletrão-lacuna, que atuam como corrente de base, ligando o transístor e permitindo que uma corrente de coletor muito maior flua. Esta corrente de coletor é proporcional à intensidade da luz incidente. A ranhura separa fisicamente estes dois elementos. Um objeto colocado na ranhura bloqueia o caminho da luz, reduzindo drasticamente a luz incidente no fototransístor, que por sua vez o desliga (ou reduz a sua corrente). Esta mudança na corrente/tensão de saída é detetada pelo circuito externo para registar uma \"interrupção\".

11. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria