Ficha Técnica do Fotointerruptor LTH-872-N55T1 - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O LTH-872-N55T1 é um fotointerruptor reflexivo, um tipo de componente optoeletrônico que combina um diodo emissor de luz (LED) infravermelho e um fototransistor em um único encapsulamento compacto. Sua função principal é detectar a presença ou ausência de um objeto sem contato físico, percebendo a interrupção do feixe de luz refletido do objeto de volta para o sensor. Este dispositivo é projetado para aplicações que exigem detecção de objeto ou sensoriamento de posição confiável, rápido e não invasivo.

1.1 Vantagens Principais

As principais vantagens deste fotointerruptor decorrem de seu princípio de funcionamento e design fundamentais.Comutação sem contatoelimina o desgaste mecânico, aumentando significativamente a vida útil operacional e a confiabilidade em comparação com interruptores mecânicos. Isto é crucial em aplicações de alto ciclo. Além disso, oferecevelocidade de comutação rápida, com tempos de subida e descida típicos na faixa de microssegundos, permitindo detectar objetos em movimento rápido ou eventos de alta frequência. O encapsulamento integrado garante o alinhamento preciso entre o emissor e o detector, simplificando a montagem e melhorando a consistência.

1.2 Mercado-Alvo e Aplicação

Os mercados-alvo primários para este componente são automação de escritório e instrumentação de precisão. Sua principal aplicação documentada está emscanners e impressoras. Nestes dispositivos, os fotointerruptores são comumente usados para funções como detecção de presença de papel (por exemplo, sensoriamento da borda dianteira de uma folha), detecção de engarrafamento de papel, sensoriamento de posição do carro ou cabeça de impressão e detecção da posição inicial de mecanismos em movimento. O tempo de resposta rápido é essencial para manter a alta produtividade dos equipamentos modernos de digitalização e impressão.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Compreender as características elétricas e ópticas é fundamental para o projeto adequado do circuito e para garantir a operação confiável dentro dos limites especificados do dispositivo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Elas não se destinam à operação normal.

• LED de Entrada:
  • Dissipação de Potência (P_D): Máximo de 75 mW.
  • Corrente Direta Contínua (I_F): Máximo de 50 mA. Esta é a corrente máxima absoluta que pode fluir através do LED.
  • Tensão Reversa (V_R): Máximo de 5 V. Exceder este valor pode quebrar a junção do LED.
• Fototransistor de Saída:
  • Dissipação de Potência (P_C): Máximo de 100 mW.
  • Tensão Coletor-Emissor (V_CEO): Máximo de 30 V. Esta é a tensão máxima que pode ser aplicada entre o coletor e o emissor do fototransistor quando a base está aberta (condição de escuridão).
  • Tensão Emissor-Coletor (V_ECO): Máximo de 5 V (especificação de tensão reversa).
  • Corrente do Coletor (I_C): Máximo de 20 mA.
• Ambiental:
  • Temperatura de Operação (T_opr): -25°C a +85°C.
  • Temperatura de Armazenamento (T_stg): -55°C a +100°C.
  • Temperatura de Soldagem dos Terminais (T_sol): 260°C por no máximo 5 segundos (para terminais a 1,6mm do encapsulamento).

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.

• Características do LED de Entrada:
  • Tensão Direta (V_F): Tipicamente 1,2V a 1,6V a uma corrente direta (I_F) de 20 mA. Esta é a queda de tensão no LED quando iluminado.
  • Corrente Reversa (I_R): Máximo de 100 µA a uma tensão reversa (V_R) de 5V. Esta é a pequena corrente de fuga quando o LED está polarizado reversamente.
• Características do Fototransistor 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 fototransistor está em completa escuridão (sem luz do LED). Um valor baixo é desejável para uma boa relação sinal-ruído.
  • Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(SAT)): Máximo de 0,4V a I_C=0,25mA e I_F=20mA. Esta é a tensão no transistor quando ele está totalmente "ligado" (saturado). Uma baixa tensão de saturação minimiza a perda de potência no elemento de comutação.
  • Corrente do Coletor no Estado Ligado (I_C(ON)): Mínimo de 0,5 mA a V_CE=5V e I_F=20mA. Isto especifica a corrente de saída mínima quando o LED é acionado e um objeto não está interrompendo o feixe (modo reflexivo assumido).
• Tempo de Resposta do Acoplador (Sistema):
  • Tempo de Subida (T_R): 3 µs (típico) a 15 µs (máximo). Este é o tempo para a saída do fototransistor subir de 10% para 90% de seu valor final quando o LED é ligado.
  • Tempo de Descida (T_F): 4 µs (típico) a 20 µs (máximo). Este é o tempo para a saída cair de 90% para 10% quando o LED é desligado. Estes tempos rápidos são críticos para a característica declarada de "velocidade de comutação rápida".
  • Condições de Teste: V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100 Ω.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica faz referência a curvas típicas de características elétricas/ópticas. Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, seu propósito é ilustrar a relação entre os principais parâmetros em condições variadas, o que é essencial para um projeto robusto.

3.1 Informações Inferidas das Curvas

Com base na prática padrão para tais componentes, as curvas típicas provavelmente incluiriam:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (I_F-V_F):Esta curva mostra a relação não linear entre a corrente através do LED e a tensão através dele. Ela ajuda a determinar o valor do resistor em série necessário para alcançar uma corrente de acionamento desejada a partir de uma tensão de alimentação dada.
• Corrente do Coletor vs. Tensão Coletor-Emissor (I_C-V_CE):Para o fototransistor, esta família de curvas seria traçada para diferentes níveis de luz incidente (ou diferentes correntes de acionamento do LED, I_F). Ela define as regiões de operação do transistor (corte, ativa, saturação) sob condições iluminadas.
• Taxa de Transferência de Corrente (CTR) vs. Corrente Direta:CTR é a razão entre a corrente de coletor de saída do fototransistor (I_C) e a corrente direta de entrada do LED (I_F), tipicamente expressa como uma porcentagem. Esta curva mostra como a eficiência muda com a corrente de acionamento e é crucial para projetar o circuito de interface a fim de garantir uma excursão de sinal de saída suficiente.
• Dependência da Temperatura:Curvas mostrando como parâmetros como tensão direta (V_F), corrente de escuridão (I_CEO) e CTR variam com a temperatura ambiente. Isto é vital para garantir operação estável em toda a faixa de temperatura especificada (-25°C a +85°C).

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

As dimensões do encapsulamento são referenciadas, mas não detalhadas no texto fornecido. As notas especificam que todas as dimensões estão em milímetros (com polegadas entre parênteses) e a tolerância geral é de ±0,25mm, salvo indicação em contrário. O número de peça LTH-872-N55T1 sugere um estilo de encapsulamento específico comum aos fotointerruptores reflexivos, que normalmente apresenta um corpo de plástico moldado com uma fenda. O emissor e o detector ficam voltados para a mesma direção através desta fenda, permitindo que detectem um objeto que reflita a luz emitida de volta.

4.1 Identificação de Polaridade e Pinagem

Embora a pinagem exata não esteja listada, os encapsulamentos padrão de fotointerruptores têm 4 pinos: dois para o ânodo e cátodo do LED infravermelho, e dois para o coletor e emissor do fototransistor NPN. A ficha técnica normalmente incluiria um diagrama mostrando a vista superior e a numeração dos pinos (por exemplo, 1: Ânodo, 2: Cátodo, 3: Coletor, 4: Emissor). A conexão correta da polaridade para o LED é obrigatória para evitar danos.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A ficha técnica fornece um parâmetro crítico para montagem: a temperatura máxima de soldagem dos terminais. Para terminais posicionados a 1,6mm (0,063 polegadas) do encapsulamento plástico, a temperatura não deve exceder260°C por 5 segundos. Esta é uma especificação padrão para soldagem por onda ou manual. Para soldagem por refluxo, o componente deve ser compatível com o perfil de refluxo específico utilizado, que normalmente tem uma temperatura de pico em torno de 240-250°C. Exceder esses limites térmicos pode causar danos internos às junções semicondutoras ou deformar o encapsulamento plástico, afetando o alinhamento óptico e o desempenho.

6. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

6.1 Circuito de Aplicação Típico

Um circuito de interface básico envolve duas partes principais:

1. Acionador do LED:Um resistor limitador de corrente é conectado em série com o LED. O valor do resistor (R_série) é calculado como: R_série= (V_CC- V_F) / I_F. Usando o V_Ftípico de 1,4V e uma I_Fdesejada de 20mA com uma alimentação de 5V, temos R_série= (5 - 1,4) / 0,02 = 180 Ω. Um resistor padrão de 180Ω ou 220Ω seria adequado. Acionar o LED com uma corrente constante, em vez de uma tensão constante, fornece uma saída de luz mais estável.
2. Saída do Fototransistor:O fototransistor é tipicamente usado em uma configuração de emissor comum. Um resistor de carga (R_L) é conectado entre o coletor e a alimentação positiva (V_CC). O emissor é conectado ao terra. Quando a luz incide sobre o transistor, ele liga, puxando a tensão do coletor para baixo (em direção a V_CE(SAT)). No escuro, o transistor desliga, e a tensão do coletor é puxada para cima até V_CCpor R_L. O valor de R_Ldetermina a excursão da tensão de saída e a velocidade; um R_Lmenor dá resposta mais rápida, mas uma excursão menor. A ficha técnica testa com R_L=100Ω.

6.2 Considerações de Projeto

• Imunidade à Luz Ambiente:Como um sensor reflexivo, ele pode ser suscetível à luz ambiente (especialmente luz solar ou iluminação interna brilhante contendo infravermelho). Usar um sinal de acionamento do LED modulado e detecção síncrona no circuito receptor pode melhorar muito a imunidade a tais interferências.
• Refletividade do Objeto:A distância de sensoriamento efetiva e a força do sinal dependem muito da refletividade do objeto alvo. Superfícies altamente reflexivas (como papel branco) funcionam melhor, enquanto superfícies escuras ou foscas podem não refletir luz suficiente.
• Alinhamento e Espaço:A distância de sensoriamento ideal (espaço entre o sensor e o objeto refletivo) geralmente é especificada na ficha técnica completa. O projeto mecânico deve garantir que este espaço seja mantido consistentemente.
• Ruído Elétrico:Para cabos longos ou ambientes ruidosos, pode ser necessário um blindagem e filtragem adequadas do sinal de saída, pois a saída do fototransistor é um nó de alta impedância quando desligado e pode ser sensível a captação de ruído.

7. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a outras tecnologias de sensoriamento, este fotointerruptor oferece vantagens específicas:

• vs. Interruptores Mecânicos:Sem bounce de contato, vida útil muito mais longa (milhões vs. milhares de ciclos), resposta mais rápida e operação silenciosa.
• vs. Fotointerruptores Transmissivos (Optoacopladores com Fenda):Tipos reflexivos como o LTH-872-N55T1 não exigem que um objeto passe por uma fenda; eles podem detectar objetos a uma distância. Isto simplifica o projeto mecânico para aplicações como detecção de papel, onde o papel corre ao longo de uma superfície.
• vs. Sensores Modernos (por exemplo, Efeito Hall, Ultrassônico):Fotointerruptores são geralmente mais simples e de menor custo para detecção básica de presença/ausência. Eles não requerem ímãs (como sensores Hall) e são menos complexos do que sensores ultrassônicos, embora possam ser menos eficazes em alvos não reflexivos.

8. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Qual é o propósito da especificação de corrente de escuridão (I_CEO)?

R: A corrente de escuridão é a pequena corrente de fuga que flui através do fototransistor quando ele está completamente escuro (sem luz do LED e sem luz ambiente). No estado "desligado", esta corrente fluindo através do resistor de carga (R_L) cria uma pequena queda de tensão. Uma corrente de escuridão alta poderia resultar em uma tensão de saída que não está totalmente no nível lógico "alto", potencialmente causando má interpretação pelo circuito seguinte. O máximo especificado de 100 nA é muito baixo, garantindo um sinal limpo no estado desligado.

P: Como escolho a corrente de acionamento do LED correta (I_F)?

R: A corrente de acionamento afeta a saída de luz, o que afeta diretamente a corrente de saída do fototransistor (I_C(ON)) e a sensibilidade do dispositivo. Operar na condição de teste típica de 20mA é um bom ponto de partida. Você pode reduzir a corrente para economizar energia se a aplicação tiver alta refletividade e curta distância. Aumentar a corrente pode melhorar a força do sinal para alvos difíceis, mas aumentará a dissipação de potência e deve permanecer abaixo do máximo absoluto de 50mA. Consulte a curva típica de CTR vs. I_Fpara orientação.

P: Posso usar este sensor ao ar livre?

R: A faixa de temperatura de operação (-25°C a +85°C) permite o uso em muitos ambientes. No entanto, a luz solar direta contém forte radiação infravermelha que pode saturar o fototransistor, causando detecção constante de "ligado". Para uso externo, filtragem óptica (um filtro passa-infravermelho que bloqueia a luz visível, mas passa o comprimento de onda do LED) e/ou técnicas de modulação de sinal são fortemente recomendadas para rejeitar a luz infravermelha ambiente.

9. Princípio de Funcionamento

O LTH-872-N55T1 opera no princípio da modulação de reflexão interna. Um LED infravermelho emite luz. Na ausência de um alvo refletivo dentro do campo de sensoriamento, a maior parte desta luz se dissipa. Quando um objeto adequadamente refletivo entra no campo, uma porção da luz emitida é refletida de volta para o dispositivo. O fototransistor integrado, que é sensível ao mesmo comprimento de onda infravermelho, detecta esta luz refletida. Os fótons incidentes geram pares elétron-lacuna na região da base do fototransistor, fornecendo efetivamente corrente de base. Isto faz com que o transistor ligue, permitindo que uma corrente de coletor (I_C) flua, proporcional à intensidade da luz refletida. Esta mudança na corrente/tensão de saída é então usada pelo circuito externo para sinalizar a presença do objeto.

10. Tendências da Indústria

Embora a tecnologia fundamental do fotointerruptor seja madura, as tendências se concentram em miniaturização, integração e funcionalidade aprimorada. Dispositivos mais novos podem apresentar:

- Encapsulamentos de Montagem em Superfície (SMD):Pegadas menores para montagem de PCB de alta densidade.

- Circuitos Integrados Incorporados:Alguns fotointerruptores modernos incluem amplificação, gatilhos Schmitt para histerese e até saída digital (por exemplo, I2C) no chip, simplificando o projeto da interface.

- Maior Velocidade:O desenvolvimento continua para tempos de resposta ainda mais rápidos para acompanhar o aumento das velocidades das máquinas.

- Rejeição Aprimorada à Luz Ambiente:Projetos ópticos avançados e esquemas de modulação estão sendo empregados para tornar os sensores mais robustos em ambientes de iluminação desafiadores. O princípio central de sensoriamento reflexivo, conforme incorporado em componentes como o LTH-872-N55T1, permanece uma solução confiável e econômica para uma ampla gama de tarefas de detecção sem contato.