LTH-301-27P1 Kikomo cha Mwanga - Kiwango cha Ubadilishaji bila Mguso - Waraka wa Kiufundi wa Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

LTH-301-27P1 ni kikomo cha mwanga cha kuakisi, aina ya kisensa cha optoelektronski. Kazi yake kuu ni kugundua uwepo au kutokuwepo kwa kitu bila mguso wa kimwili. Hii inafikiwa kwa kuchanganya diode inayotoa mwanga wa infrared (IR LED) na transista ya mwanga ndani ya kifurushi kimoja, kidogo. Wakati kitu kinapoingia kwenye pengo kati ya kitoa na kigunduzi, kinazuia mwendo wa mwanga wa infrared, na kusababisha mabadiliko katika hali ya pato la transista ya mwanga. Hii inafanya iwe bora kwa matumizi yanayohitaji kugundua kwa uhakika, bila mitambo kama vile kugundua nafasi, kubadilisha kikomo, na kuhesabu vitu.

Kifaa hiki kimeundwa kwa kusanikishwa moja kwa moja kwenye bodi za saketi zilizochapishwa (PCB) au kwenye soketi za kawaida za mstari-mbili, na kuwezesha ujumuishaji rahisi katika vifaa vya elektroniki. Faida zake kuu ni pamoja na usugu dhidi ya kuruka kwa mguso, maisha marefu ya uendeshaji kutokana na kutokuwepo kwa sehemu zinazosonga, na kasi ya haraka ya kubadilisha inayofaa kwa matumizi ya kuhesabu au kupima muda kwa kasi.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Viwango vya Juu Kabisa

Viwango hivi vinabainisha mipaka ya mkazo ambayo inaweza kusababisha uharibifu wa kudumu kwa kifaa. Uendeshaji chini ya hali hizi hauhakikishiwi.

• Mkondo wa Mbele wa Diode ya IR (I_F):50 mA. Hii ndiyo mkondo wa juu kabisa wa hali thabiti unaoweza kutumiwa kwa LED ya infrared.
• Voltage ya Nyuma ya Diode ya IR (V_R):5 V. Kuzidi voltage hii ya upendeleo wa nyuma kwenye LED kunaweza kusababisha kuvunjika.
• Mkondo wa Mkusanyaji wa Transista ya Mwanga (I_C):40 mA. Mkondo wa juu kabisa ambao mkusanyaji wa transista ya mwanga unaweza kushughulikia.
• Voltage ya Mkondo-Mtoa wa Transista ya Mwanga (V_CEO):30 V. Voltage ya juu kabisa inayoweza kutumiwa kati ya mkusanyaji na mtoa wa transista ya mwanga.
• Safu ya Joto la Uendeshaji:-35°C hadi +65°C. Safu ya joto la mazingira kwa uendeshaji wa uhakika.
• Joto la Kuuza Risasi:260°C kwa sekunde 5 kwa umbali wa 1.6mm kutoka kwa kifurushi cha plastiki. Hii ni muhimu kwa michakato ya kuuza wimbi au reflow ili kuzuia uharibifu wa joto.

Kumbuka kuhusu Kupunguza Nguvu:Utoaji wa nguvu wa transista (100 mW) na diode (75 mW) lazima upunguzwe kwa mstari kwa kiwango cha 1.33 mW/°C kwa joto la mazingira lenye zaidi ya 25°C. Hii inamaanisha nguvu inayoruhusiwa hupungua kadiri joto linavyoongezeka ili kuzuia kupata joto kupita kiasi.

2.2 Tabia za Umeme na Mwanga

Vigezo hivi hupimwa kwa 25°C na vinabainisha utendaji wa kawaida wa kifaa chini ya hali maalum za majaribio.

2.2.1 Tabia za LED ya Infrared ya Ingizo

• Voltage ya Mbele (V_F):Kwa kawaida 1.6V (upeo 1.6V) kwa mkondo wa mbele (I_F) wa 20 mA. Hii hutumiwa kuhesabu thamani ya kipingamkondo: R = (V_usambazaji- V_F) / I_F.
• Mkondo wa Nyuma (I_R):Upeo wa 100 µA kwa voltage ya nyuma (V_R) ya 5V. Hii inaonyesha mkondo wa uvujaji wa LED wakati wa upendeleo wa nyuma.

2.2.2 Tabia za Transista ya Mwanga ya Pato

• Voltage ya Kuvunjika ya Mkondo-Mtoa (V_(BR)CEO):Chini kabisa 30V. Hii ndiyo voltage ambayo transista ya mwanga huvunjika wakati msingi umewazi.
• Mkondo wa Giza wa Mkondo-Mtoa (I_CEO):Upeo wa 100 nA kwa V_CE=10V. Hii ndiyo mkondo wa uvujaji wakati transista ya mwanga iko katika hali ya "zimu" (hakuna mwanga unaoanguka). Thamani ya chini inafaa kwa uwiano mzuri wa ishara-kwa-kelele.

2.2.3 Tabia za Kuunganisha (Mfumo)

Vigezo hivi vinabainisha utendaji wa jozi ya LED-transista ya mwanga iliyochanganywa.

• Voltage ya Ujazo wa Mkondo-Mtoa (V_CE(SAT)):Upeo wa 0.4V wakati transista ya mwanga inaendeshwa hadi kujaa (I_C=0.25mA, I_F=20mA). Voltage ya chini ya ujazo ni muhimu kwa kuunganisha na saketi za mantiki.
• Mkondo wa Mkondo katika Hali ya Wazi (I_C(ON)):Chini kabisa 1.5 mA wakati transista ya mwanga inaangaziwa (V_CE=5V, I_F=20mA). Hii ndiyo mkondo wa mwanga unaozalishwa na unabainisha usikivu wa kisensa. Mkondo halisi unaweza kuwa mkubwa zaidi kulingana na uakisi wa kitu kinachozuia na usawa.

3. Taarifa za Mitambo na Ufungaji

LTH-301-27P1 imefungwa katika kifurushi cha kawaida cha pini-4 cha mstari-mbili. Vipimo halisi vinatolewa kwenye mchoro wa kifurushi ndani ya waraka. Vidokezo muhimu vya mitambo ni pamoja na:

• Vipimo vyote viko kwenye milimita, na uvumilivu wa kawaida wa ±0.25mm isipokuwa imebainishwa vinginevyo.
• Kifurushi kina pengo kati ya kitoa cha IR na kigunduzi cha mwanga. Kitu kinachogunduliwa hupita kwenye pengo hili.
• Upeo wa umeme umeonyeshwa wazi. Pini za anode na cathode za LED ya IR zimetambuliwa, vile vile pini za mkusanyaji na mtoa za transista ya mwanga. Mwelekeo sahihi wakati wa kusanikishwa kwenye PCB ni muhimu.
• Kifaa hiki kinafaa kwa kusanikishwa kwenye PCB na soketi, na kutoa urahisi katika usanikishaji na uwezekano wa kubadilishwa uwanjani.

4. Mwongozo wa Kuuza na Usanikishaji

Ushughulikiaji sahihi ni muhimu kwa uhakika.

• Kuuza:Risasi zinaweza kustahimili joto la 260°C kwa upeo wa sekunde 5, zikipimwa 1.6mm kutoka kwa mwili wa kifurushi cha plastiki. Mwongozo huu ni muhimu kwa michakato ya kuuza wimbi. Kwa kuuza reflow, wasifu wa kawaida wenye joto la kilele chini ya 260°C unapendekezwa.
• Kusafisha:Tumia vifaa vya kusafisha vilivyo laini vinavyolingana na kifurushi cha plastiki. Epuka kusafisha kwa ultrasonic kwa nguvu nyingi, kwani inaweza kuharibu vipengele vya ndani.
• Uhifadhi:Hifadhi katika mazingira ndani ya safu maalum ya joto la uhifadhi la -40°C hadi +100°C, kwa upendeleo katika hali ya unyevunyevu wa chini ili kuzuia kunyonya unyevu.
• Utahadhari wa ESD:Ingawa haijaonyeshwa wazi kuwa nyeti, taratibu za kawaida za kushughulikia ESD (Utoaji wa Umeme wa Tuli) kwa vifaa vya semiconductor zinapaswa kufuatwa wakati wa usanikishaji.

5. Mapendekezo ya Matumizi

5.1 Saketi za Kawaida za Matumizi

Usanidi wa kawaida zaidi ni kuunganisha LED ya IR kwa mfululizo na kipingamkondo hadi chanzo cha voltage (mfano, 5V). Transista ya mwanga kwa kawaida huunganishwa katika usanidi wa mtoa wa kawaida: mkusanyaji huvutwa hadi voltage ya usambazaji (mfano, 5V) kupitia kipingamkondo cha mzigo (R_L), na mtoa huunganishwa na ardhi. Ishara ya pato inachukuliwa kutoka kwa nodi ya mkusanyaji.

• Wakati mwendo haujazuiliwa, mwanga huanguka kwenye transista ya mwanga, na kusababisha kuwa na umeme na kuvuta voltage ya mkusanyaji chini (karibu na V_CE(SAT)).
• Wakati kitu kinapozuia mwendo, transista ya mwanga huzima, na voltage ya mkusanyaji huvutwa juu na kipingamkondo cha mzigo.
• Thamani ya kipingamkondo cha mzigo (R_L) inabainisha kasi ya kubadilisha na matumizi ya mkondo. R_Lndogo inaruhusu kubadilisha kwa kasi lakini huvuta mkondo zaidi wakati transista iko wazi.

5.2 Mambo ya Kuzingatia katika Ubunifu

• Usawa:Usawa sahihi wa mitambo wa njia ya kitu na pengo la kisensa ni muhimu kwa uendeshaji wa uhakika.
• Mwanga wa Mazingira:Kwa kuwa kisensa hutumia mwanga wa infrared, kinaweza kuathiriwa na usumbufu kutoka kwa vyanzo vikali vya IR vya mazingira (mfano, mwanga wa jua, balbu za incandescent). Kutumia ishara ya IR iliyorekebishwa na saketi ya kigunduzi iliyolinganishwa wakati inaweza kuboresha sana usugu.
• Tabia za Kitu:Ufanisi wa kisensa unategemea uwezo wa kitu kuakisi au kunyonya mwendo wa IR. Vitu vyeusi, visivyoakisi vinaweza kusigunduliwa kwa uhakika kama vile vitu vyenye rangi nyepesi. Kupima na nyenzo halisi ya lengo kunapendekezwa.
• Kuzima Kuruka:Ingawa kisensa chenyewe hakina kuruka kwa mguso, pato la umeme bado linaweza kuwa na kelele. Kuzima kuruka kwa programu au vifaa (mfano, kichujio cha RC rahisi au ingizo la kichocheo cha Schmitt) kunaweza kuwa muhimu kwa ishara safi za dijiti.

6. Kanuni ya Uendeshaji

Kikomo cha mwanga hufanya kazi kwa kanuni ya kuzuia mwendo wa mwanga. Ndani, LED ya infrared hutoa mwanga kwenye urefu wa wimbi kwa kawaida karibu 940nm, ambao hauwezi kuonekana na jicho la mwanadamu. Kinyume chake, transista ya mwanga ya silicon imewekwa kupokea mwanga huu. Transista ya mwanga hufanya kazi kama kibadilishaji kinachoongozwa na mwanga. Wakati fotoni kutoka kwa LED ya IR zinapogonga eneo lake la msingi, zinazalisha jozi za elektroni-na-shimo, ambazo kwa upande huo huruhusu mkondo mkubwa zaidi wa mkusanyaji kutiririka—hii ndiyo athari ya fotoelektronski. Ukubwa wa mkondo huu wa mkusanyaji ni sawia na ukali wa mwanga unaoanguka. Wakati kitu kisicho na uwazi kinapoingia kwenye pengo kati ya LED na transista ya mwanga, njia ya mwanga huzuiwa. Ukali wa mwanga kwenye transista ya mwanga hupungua sana, na kusababisha mkondo wake wa mkusanyaji kupungua hadi thamani ya chini sana (kimsingi mkondo wa giza). Mabadiliko makali haya ya mkondo (au mabadiliko yanayolingana ya voltage kwenye kipingamkondo cha mzigo) hugunduliwa na saketi za nje na kutafsiriwa kama tukio la kubadilisha.

7. Mviringo wa Utendaji na Uchambuzi

Waraka unajumuisha mviringo wa tabia ya kawaida ambao hutoa maarifa ya thamani zaidi ya thamani za chini/kawaida/ya juu zilizoorodheshwa.

• Tabia za Uhamishaji (I_Cdhidi ya I_F):Mviringo huu unaonyesha jinsi mkondo wa pato wa transista ya mwanga (I_C) unavyobadilika na mkondo wa ingizo la LED (I_F) kwa voltage thabiti ya mkondo-mtoa. Inaonyesha uhusiano wa mstari kati ya kuendesha ingizo na majibu ya pato chini ya hali maalum, na kusaidia kuboresha mkondo wa kuendesha LED kwa usikivu unaotaka.
• Tabia za Pato (I_Cdhidi ya V_CE):Mviringo huu, uliopangwa kwa viwango tofauti vya mwanga unaoanguka (au I_Ftofauti), unaonyesha jinsi transista ya mwanga inavyofanya kazi kama chanzo cha mkondo. Mkondo wa mkusanyaji unabaki kwa kiasi kikubwa thabiti kwa safu ya V_CEhadi inapofikia ujazo.
• Utegemezi wa Joto:Mviringo unaonyesha mabadiliko ya vigezo kama vile voltage ya mbele (V_F) au mkondo wa giza wa mkusanyaji (I_CEO) na joto ni muhimu kwa kubuni mifumo inayofanya kazi kwa safu nzima maalum ya joto. Kwa mfano, V_Fkwa kawaida hupungua kadiri joto linavyoongezeka, ambalo kunaweza kuathiri kidogo pato la mwanga la LED ikiwa inaendeshwa na chanzo cha voltage thabiti.

8. Maswali ya Kawaida na Majibu

Sw: Je, ni wakati gani wa kawaida wa majibu ya kisensa hiki?

J: Ingawa haijaonyeshwa wazi katika data iliyotolewa, vikomo vya mwanga kama hivi kwa kawaida vina wakati wa majibu katika safu ya mikrosekunde, na kuvifanya vifae kwa kuhesabu kwa kasi. Kasi halisi inawekwa kikomo na wakati wa kupanda/kushuka wa transista ya mwanga na wakati wa RC wa saketi ya nje.

Sw: Je, naweza kutumia kisensa hiki nje?

J: Kwa tahadhari. Mwanga wa jua wa moja kwa moja una vipengele vikali vya infrared ambavyo vinaweza kujaza transista ya mwanga, na kusababisha kuanzishwa vibaya. Kifuniko cha kimwili au kifurushi cha kuzuia mwanga wa mazingira, pamoja na uchujaji wa macho au mbinu za kurekebisha ishara, ni muhimu kwa matumizi ya uhakika nje.

Sw: Je, ninachaguaje thamani ya kipingamkondo cha LED?

J: Tumia fomula: R = (V_CC- V_F) / I_F. Kwa mfano, kwa usambazaji wa 5V (V_CC), V_Fya kawaida ya 1.6V, na I_Finayotaka ya 20 mA: R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 Ω. Kipingamkondo cha kawaida cha 180 Ω kingefaa, na kusababisha I_F≈ 18.9 mA.

Sw: Je, kusudi la Voltage ya Kuvunjika ya Mtoa-Mkusanyaji (V_(BR)ECO) ni nini?

J> Kipimo hiki (5V) kinafaa ikiwa transista ya mwanga imeunganishwa katika usanidi uliogeuzwa (mtoa kwenye uwezo mkubwa kuliko mkusanyaji), ambayo ni isiyo ya kawaida. Inahakikisha kifaa kinaweza kustahimili voltage ndogo ya nyuma kwenye kiunganishi cha C-E bila uharibifu.

9. Mfano wa Matumizi ya Vitendo

Matumizi: Kugundua Karatasi kwenye Printa

LTH-301-27P1 inaweza kutumika kugundua ukingo wa mbele wa karatasi kwenye printa au kigandishi. Kisensa kimewekwa ili karatasi ipite kwenye pengo lake. Bendera ya kuakisi au karatasi yenyewe huzuia mwendo. Wakati mwendo haujazuiliwa (hakuna karatasi), transista ya mwanga iko wazi, na kutoa voltage ya chini. Wakati karatasi inapoingia kwenye pengo, mwendo huzuiwa, transista ya mwanga huzima, na voltage ya pato huenda juu. Ishara hii ya ukingo unaoinuka inaweza kufikishwa kwa kontrolla ya microcontroller ili kuanzisha mlolongo wa kuchapisha, kuthibitisha uwepo wa karatasi, au kuhesabu kurasa. Hali ya kutogusa inahakikisha hakuna kuchakaa kwenye karatasi au kisensa, na majibu ya haraka huruhusu kugundua hata kwa kasi ya juu ya kusambaza karatasi. Mambo ya kuzingatia katika ubunifu yangejumuisha kuhakikisha njia ya karatasi imelinganishwa kwa usahihi na pengo la kisensa na kuchagua kipingamkondo cha mzigo kinachotoa mabadiliko safi na ya haraka ya voltage kwa pini ya ingizo ya microcontroller.

10. Mienendo ya Teknolojia

Vikomo vya mwanga bado ni teknolojia ya msingi ya kugundua kutokana na unyenyekevu, uhakika, na gharama ya chini. Mienendo ya sasa inalenga kufanya vifaa vidogo, na kusababisha vifurushi vya kifaa cha kusanikishwa kwenye uso (SMD) ambavyo vinaokoa nafasi ya bodi katika vifaa vya kisasa vya elektroniki. Pia kuna ujumuishaji wa saketi za ziada, kama vile vichocheo vya Schmitt vilivyojengwa ndani kwa hysteresis na pato safi la dijiti, au hata suluhisho kamili zilizojumuishwa na kiendeshi cha IR kilichorekebishwa na IC ya kigunduzi iliyolinganishwa wakati kwenye chipi moja kwa kukataa bora mwanga wa mazingira. Zaidi ya hayo, maendeleo katika nyenzo na ufungaji yanaongeza safu za joto la uendeshaji na kuboresha uhakika wa muda mrefu kwa matumizi ya magari na viwanda. Ingawa teknolojia mpya kama vile visensa vya wakati wa safari (ToF) vinatoa kupima umbali, jukumu la msingi la kikomo cha mwanga kwa kugundua rahisi, ya uwepo wa binary katika matumizi yanayohitaji gharama nafuu bado imeimarishwa.