Karatasi ya Data ya Photointerrupter LTH-872-N55T1 - Hati ya Kiufundi ya Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

LTH-872-N55T1 ni kichunguzi cha mwanga cha kutafakari, aina ya kijenzi cha optoelectronics kinachounganisha diode inayotoa mwanga wa infrared (LED) na fototransista katika kifurushi kimoja, kidogo. Kazi yake kuu ni kugundua uwepo au kutokuwepo kwa kitu bila kugusa kimwili kwa kuhisi kukatizwa kwa boriti ya mwanga inayotafakariwa kutoka kwenye kitu kurudi kwenye kigunduzi. Kifaa hiki kimeundwa kwa matumizi yanayohitaji kugundua kitu kwa uaminifu, haraka, na bila kuingilia.

1.1 Faida Kuu

Faida kuu za kichunguzi hiki cha mwanga zinatokana na kanuni yake ya msingi ya uendeshaji na muundo.Kubadilisha bila kugusakunaondoa uchakavu wa mitambo, na kuongeza kwa kiasi kikubwa uhai wa uendeshaji na uaminifu ikilinganishwa na vibadilishaji vya mitambo. Hii ni muhimu katika matumizi yenye mzunguko wa juu. Zaidi ya hayo, inatoakasi ya kubadilisha haraka, na nyakati za kupanda na kushuka kwa kawaida katika safu ya mikrosekunde, na kuwezesha kugundua vitu vinavyosogea haraka au matukio ya mzunguko wa juu. Kifurushi kilichounganishwa kinahakikisha usawa sahihi kati ya kitoa na kigunduzi, na kurahisisha usanikishaji na kuboresha uthabiti.

1.2 Soko Lengwa na Matumizi

Masoko kuu yanayolengwa kwa kijenzi hiki ni otomatiki ya ofisi na vyombo vya usahihi vya kipimo. Matumizi yake makuu yaliyorekodiwa ni ndani yaskana na printa. Katika vifaa hivi, vichunguzi vya mwanga hutumiwa kwa kawaida kwa kazi kama vile kugundua uwepo wa karatasi (mfano, kuhisi ukingo wa mwanzo wa karatasi), kugundua kukwama kwa karatasi, kuhisi nafasi ya gari au kichwa cha kuchapisha, na kugundua nafasi ya nyumbani ya taratibu zinazosogea. Muda wa kukabiliana haraka ni muhimu kwa kudumisha utoaji wa juu wa vifaa vya kisasa vya kuskani na kuchapisha.

2. Uchambuzi wa Kina wa Vigezo vya Kiufundi

Kuelewa tabia za umeme na mwanga ni muhimu kwa ubunifu sahihi wa saketi na kuhakikisha uendeshaji wa kuaminika ndani ya mipaka maalum ya kifaa.

2.1 Viwango Vya Juu Kabisa

Viwango hivi hufafanua mipaka ya msongo ambayo uharibifu wa kudumu kwa kifaa unaweza kutokea. Hazikusudiwi kwa uendeshaji wa kawaida.

• Ingizo la LED:
  • Mtawanyiko wa Nguvu (P_D): 75 mW kiwango cha juu.
  • Mkondo wa Mbele Unaendelea (I_F): 50 mA kiwango cha juu. Hii ndiyo mkondo wa juu kabisa unaoweza kupita kwenye LED.
  • Voltage ya Nyuma (V_R): 5 V kiwango cha juu. Kuzidi hii kunaweza kuvunja kiunganishi cha LED.
• Pato la Fototransista:
  • Mtawanyiko wa Nguvu (P_C): 100 mW kiwango cha juu.
  • Voltage ya Mkusanyiko-Mtoa (V_CEO): 30 V kiwango cha juu. Hii ndiyo voltage ya juu kabisa inayoweza kutumiwa kwenye mkusanyiko na mtoa wa fototransista wakati msingi uko wazi (hali ya giza).
  • Voltage ya Mtoa-Mkusanyiko (V_ECO): 5 V kiwango cha juu (kiwango cha voltage ya nyuma).
  • Mkondo wa Mkusaniko (I_C): 20 mA kiwango cha juu.
• Mazingira:
  • Joto la Uendeshaji (T_opr): -25°C hadi +85°C.
  • Joto la Hifadhi (T_stg): -55°C hadi +100°C.
  • Joto la Kuuza Mshipa (T_sol): 260°C kwa sekunde 5 kiwango cha juu (kwa mshipa 1.6mm kutoka kwenye kifurushi).

2.2 Tabia za Umeme na Mwanga

Vigezo hivi vimebainishwa kwa joto la mazingira (T_A) la 25°C na hufafanua utendaji wa kifaa chini ya hali za kawaida za uendeshaji.

• Tabia za Ingizo la LED:
  • Voltage ya Mbele (V_F): Kwa kawaida 1.2V hadi 1.6V kwa mkondo wa mbele (I_F) wa 20 mA. Hii ndiyo kushuka kwa voltage kwenye LED inapowaka.
  • Mkondo wa Nyuma (I_R): Kiwango cha juu 100 µA kwa voltage ya nyuma (V_R) ya 5V. Hii ndiyo mkondo mdogo wa uvujaji wakati LED iko kwenye upendeleo wa nyuma.
• Tabia za Pato la Fototransista:
  • Mkondo wa Giza wa Mkusaniko-Mtoa (I_CEO): Kiwango cha juu 100 nA kwa V_CE=10V. Hii ndiyo mkondo wa uvujaji wakati fototransista iko katika giza kamili (hakuna mwanga kutoka kwa LED). Thamani ndogo inafaa kwa uwiano mzuri wa ishara kwa kelele.
  • Voltage ya Ujazo ya Mkusaniko-Mtoa (V_CE(SAT)): Kiwango cha juu 0.4V kwa I_C=0.25mA na I_F=20mA. Hii ndiyo voltage kwenye transistor wakati iko "wazi" kabisa (imejaa). Voltage ya chini ya ujazo hupunguza upotezaji wa nguvu kwenye kijenzi cha kubadilisha.
  • Mkondo wa Mkusaniko Katika Hali ya Wazi (I_C(ON)): Kiwango cha chini 0.5 mA kwa V_CE=5V na I_F=20mA. Hii inabainisha mkondo wa pato la chini wakati LED inaendeshwa na kitu hakikinzii boriti (hali ya kutafakari inadhaniwa).
• Muda wa Kukabiliana wa Kuunganisha (Mfumo):
  • Muda wa Kupanda (T_R): 3 µs (kawaida) hadi 15 µs (kiwango cha juu). Hii ndiyo muda wa pato la fototransista kupanda kutoka 10% hadi 90% ya thamani yake ya mwisho wakati LED imewashwa.
  • Muda wa Kushuka (T_F): 4 µs (kawaida) hadi 20 µs (kiwango cha juu). Hii ndiyo muda wa pato kushuka kutoka 90% hadi 10% wakati LED imezimwa. Nyakati hizi za haraka ni muhimu kwa kipengele kilichotajwa cha "kasi ya kubadilisha haraka".
  • Hali ya Kujaribu: V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100 Ω.

3. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendaji

Karatasi ya data inarejelea miviringo ya kawaida ya tabia za umeme/mwanga. Ingawa michoro maalum haijatolewa kwenye maandishi, kusudi lake ni kuonyesha uhusiano kati ya vigezo muhimu chini ya hali tofauti, ambayo ni muhimu kwa ubunifu thabiti.

3.1 Taarifa ya Mviringo Iliyokisiwa

Kulingana na desturi ya kawaida kwa vijenzi kama hivi, miviringo ya kawaida ingeweza kujumuisha:

• Mkondo wa Mbele dhidi ya Voltage ya Mbele (I_F-V_F):Mviringo huu unaonyesha uhusiano usio wa mstari kati ya mkondo unaopita kwenye LED na voltage kwenye hiyo. Inasaidia kubainisha thamani ya resistor ya mfululizo inayohitajika kufikia mkondo wa kuendesha unaotaka kutoka kwa voltage maalum ya usambazaji.
• Mkondo wa Mkusaniko dhidi ya Voltage ya Mkusaniko-Mtoa (I_C-V_CE):Kwa fototransista, familia hii ya miviringo ingechorwa kwa viwango tofauti vya mwanga unaoanguka (au mikondo tofauti ya kuendesha LED, I_F). Inafafanua maeneo ya uendeshaji ya transistor (kukatwa, kazi, ujazo) chini ya hali zenye mwanga.
• Uwiano wa Uhamishaji wa Mkondo (CTR) dhidi ya Mkondo wa Mbele:CTR ni uwiano wa mkondo wa pato wa mkusaniko wa fototransista (I_C) kwa mkondo wa ingizo wa mbele wa LED (I_F), kwa kawaida huonyeshwa kama asilimia. Mviringo huu unaonyesha jinsi ufanisi hubadilika na mkondo wa kuendesha na ni muhimu kwa kubuni saketi ya kiolesura ili kuhakikisha mabadiliko ya kutosha ya ishara ya pato.
• Utegemezi wa Joto:Miviringo inayoonyesha jinsi vigezo kama voltage ya mbele (V_F), mkondo wa giza (I_CEO), na CTR hubadilika na joto la mazingira. Hii ni muhimu kwa kuhakikisha uendeshaji thabiti katika safu nzima maalum ya joto (-25°C hadi +85°C).

4. Taarifa ya Mitambo na Kifurushi

Vipimo vya kifurushi vinarejelewa lakini havijaelezewa kwa kina kwenye maandishi yaliyotolewa. Vidokezo vinabainisha kuwa vipimo vyote viko kwenye milimita (na inchi kwenye mabano) na uvumilivu wa jumla ni ±0.25mm isipokuwa imebainishwa vinginevyo. Nambari ya sehemu LTH-872-N55T1 inapendekeza mtindo maalum wa kifurushi unaojulikana kwa vichunguzi vya mwanga vya kutafakari, ambavyo kwa kawaida vina mwili wa plastiki uliotengenezwa na mfereji. Kitoa na kigunduzi vinakabiliwa na mwelekeo sawa kwenye mfereji huu, na kuwaruhusu kugundua kitu kinachotafakari mwanga uliotolewa kurudi.

4.1 Utambulisho wa Ubaguzi wa Umeme na Mpangilio wa Pini

Ingawa mpangilio halisi wa pini haujatajwa, vifurushi vya kawaida vya vichunguzi vya mwanga vina pini 4: mbili kwa anodi na katodi ya LED ya infrared, na mbili kwa mkusaniko na mtoa wa fototransista ya NPN. Karatasi ya data kwa kawaida ingejumuisha mchoro unaoonyesha mtazamo wa juu na nambari za pini (mfano, 1: Anodi, 2: Katodi, 3: Mkusaniko, 4: Mtoa). Muunganisho sahihi wa ubaguzi wa umeme kwa LED ni lazima ili kuzuia uharibifu.

5. Mwongozo wa Kuuza na Usanikishaji

Karatasi ya data inatoa kigezo muhimu cha usanikishaji: joto la juu la kuuza mshipa. Kwa mshipa uliowekwa 1.6mm (0.063 inchi) kutoka kwenye kifurushi cha plastiki, joto halipaswi kuzidi260°C kwa sekunde 5. Hiki ni kiwango cha kawaida cha kuuza kwa wimbi au kwa mkono. Kwa kuuza kwa kurudia, kijenzi lazima kiwe kinapatana na muundo maalum wa kurudia unaotumiwa, ambao kwa kawaida una joto la kilele karibu 240-250°C. Kuzidi mipaka hii ya joto kunaweza kusababisha uharibifu wa ndani kwa viunganishi vya semiconductor au kupotosha kifurushi cha plastiki, na kuathiri usawa wa mwanga na utendaji.

6. Mapendekezo ya Matumizi na Mazingatio ya Ubunifu

6.1 Saketi ya Kawaida ya Matumizi

Saketi ya kiolesura ya msingi inajumuisha sehemu kuu mbili:

1. Kiendeshi cha LED:Resistor ya kuzuia mkondo imeunganishwa kwa mfululizo na LED. Thamani ya resistor (R_mfululizo) huhesabiwa kama: R_mfululizo= (V_CC- V_F) / I_F. Kwa kutumia V ya kawaida_Fya 1.4V na I inayotaka_Fya 20mA na usambazaji wa 5V inatoa R_mfululizo= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ω. Resistor ya kawaida ya 180Ω au 220Ω ingefaa. Kuendesha LED na mkondo wa mara kwa mara, badala ya voltage ya mara kwa mara, inatoa pato la mwanga thabiti zaidi.
2. Pato la Fototransista:Fototransista hutumiwa kwa kawaida katika usanidi wa mtoa wa kawaida. Resistor ya mzigo (R_L) imeunganishwa kati ya mkusaniko na usambazaji chanya (V_CC). Mtoa umeunganishwa kwenye ardhi. Wakati mwanga unapoanguka kwenye transistor, inawasha, na kuvuta voltage ya mkusaniko chini (kuelekea V_CE(SAT)). Wakati wa giza, transistor imezimwa, na voltage ya mkusaniko inavutwa juu hadi V_CCna R_L. Thamani ya R_Lhuamua mabadiliko ya voltage ya pato na kasi; R ndogo_Linatoa kukabiliana haraka lakini mabadiliko madogo. Karatasi ya data inajaribu na R_L=100Ω.

6.2 Mazingatio ya Ubunifu

• Kinga dhidi ya Mwanga wa Mazingira:Kama kigunduzi cha kutafakari, kinaweza kuathiriwa na mwanga wa mazingira (hasa mwanga wa jua au taa nyepesi ya ndani yenye infrared). Kutumia ishara ya kuendesha ya LED iliyobadilishwa na kugundua kwa sinkroni katika saketi ya mpokeaji kunaweza kuboresha sana kinga dhidi ya usumbufu kama huo.
• Utafakari wa Kitu:Umbali wa kugundua unaofaa na nguvu ya ishara hutegemea sana utafakari wa kitu lengwa. Nyuso zenye utafakari mkubwa (kama karatasi nyeupe) hufanya kazi bora, wakati nyuso nyeusi au zenye matone zinaweza kutotafakari mwanga wa kutosha.
• Usawa na Pengo:Umbali bora wa kugundua (pengo kati ya kigunduzi na kitu kinachotafakari) kwa kawaida hubainishwa kwenye karatasi kamili ya data. Ubunifu wa mitambo lazima uhakikishe pengo hili linadumishwa kwa uthabiti.
• Kelele ya Umeme:Kwa nyaya ndefu au mazingira yenye kelele, kinga sahihi na kuchuja kwa ishara ya pato kunaweza kuwa muhimu, kwani pato la fototransista ni nodi yenye upinzani wa juu inapozimwa na inaweza kuwa nyeti kwa kuchukua kelele.

7. Ulinganisho wa Kiufundi na Tofauti

Ikilinganishwa na teknolojia nyingine za kugundua, kichunguzi hiki cha mwanga kinatoa faida maalum:

• dhidi ya Vibadilishaji vya Mitambo:Hakuna kuruka kwa mguso, uhai mrefu zaidi (mamilioni dhidi ya maelfu ya mizunguko), kukabiliana haraka, na uendeshaji wa kimya.
• dhidi ya Vichunguzi vya Mwanga vya Kupitisha (Vichunguzi vya Mwanga vilivyo na Mfereji):Aina za kutafakari kama LTH-872-N55T1 hazihitaji kitu kupita kwenye mfereji; zinaweza kugundua vitu kwa umbali. Hii hurahisisha ubunifu wa mitambo kwa matumizi kama vile kugundua karatasi ambapo karatasi inakimbia kwenye uso.
• dhidi ya Vigunduzi vya Kisasa (mfano, Athari ya Hall, Ultrasonic):Vichunguzi vya mwanga kwa ujumla ni rahisi na bei nafuu kwa kugundua uwepo/kutokuwepo kwa msingi. Hazihitaji sumaku (kama vigunduzi vya Hall) na hazina utata kama vigunduzi vya ultrasonic, ingawa vinaweza kuwa na ufanisi mdogo kwenye malengo yasiyo na utafakari.

8. Maswali Yanayoulizwa Mara Kwa Mara (Kulingana na Vigezo vya Kiufundi)

S: Kusudi la kigezo cha mkondo wa giza (I_CEO) ni nini?

J: Mkondo wa giza ndiyo mkondo mdogo wa uvujaji unaopita kwenye fototransista wakati iko katika giza kamili (hakuna mwanga kutoka kwa LED na hakuna mwanga wa mazingira). Katika hali ya "kuzima", mkondo huu unaopita kwenye resistor ya mzigo (R_L) huunda kushuka kwa voltage ndogo. Mkondo wa juu wa giza unaweza kusababisha voltage ya pato isiwe kwenye kiwango kamili cha mantiki ya "juu", na kusababisha kufasiri vibaya na saketi inayofuata. Kima cha juu kilichobainishwa cha 100 nA ni cha chini sana, na kuhakikisha ishara safi ya hali ya kuzima.

S: Ninawezaje kuchagua mkondo sahihi wa kuendesha LED (I_F)?

J: Mkondo wa kuendesha huathiri pato la mwanga, ambalo huathiri moja kwa moja mkondo wa pato wa fototransista (I_C(ON)) na usikivu wa kifaa. Kuendesha kwa hali ya kawaida ya kujaribu ya 20mA ni mwanzo mzuri. Unaweza kupunguza mkondo ili kuokoa nguvu ikiwa matumizi yana utafakari wa juu na umbali mfupi. Kuongeza mkondo kunaweza kuboresha nguvu ya ishara kwa malengo magumu lakini itaongeza mtawanyiko wa nguvu na lazima ubaki chini ya kiwango cha juu kabisa cha 50mA. Rejelea mvingo wa kawaida wa CTR dhidi ya I_Fkwa mwongozo.

S: Ninaweza kutumia kigunduzi hiki nje?

A: Safu ya joto la uendeshaji (-25°C hadi +85°C) inaruhusu matumizi katika mazingira mengi. Hata hivyo, mwanga wa moja kwa moja wa jua una mionzi yenye nguvu ya infrared ambayo inaweza kujaza fototransista, na kusababisha kugundua "wazi" mara kwa mara. Kwa matumizi ya nje, kuchuja kwa mwanga (kichujio cha IR kinachopitisha kinachozuia mwanga unaoonekana lakini kinapita wavelength ya LED) na/au mbinu za kubadilisha ishara zinapendekezwa sana ili kukataa mwanga wa IR wa mazingira.

9. Kanuni ya Uendeshaji

LTH-872-N55T1 inafanya kazi kwa kanuni ya ubadilishaji wa ndani wa kutafakari. LED ya infrared hutoa mwanga. Kwa kutokuwepo kwa lengo la kutafakari ndani ya uwanja wa kugundua, mwanga huu mwingi hutawanyika. Wakati kitu kinachotafakari kikifaa kingeingia kwenye uwanja, sehemu ya mwanga uliotolewa hutafakariwa kurudi kwenye kifaa. Fototransista iliyounganishwa, ambayo ni nyeti kwa wavelength sawa ya infrared, hugundua mwanga huu uliotafakariwa. Fotoni zinazoanguka huzalisha jozi za elektroni-na-shimo katika eneo la msingi la fototransista, na kutoa kwa ufanisi mkondo wa msingi. Hii husababisha transistor kuwasha, na kuruhusu mkondo wa mkusaniko (I_C) kupita ambao ni sawia na ukali wa mwanga uliotafakariwa. Mabadiliko haya ya mkondo/voltage ya pato hutumiwa na saketi za nje kuashiria uwepo wa kitu.

10. Mienendo ya Sekta

Ingawa teknolojia ya msingi ya vichunguzi vya mwanga imekomaa, mienendo inalenga upunguzaji wa ukubwa, ushirikiano, na utendaji ulioboreshwa. Vifaa vipya vinaweza kuwa na:

- Vifurushi vya Kufunga kwenye Uso (SMD):Ukubwa mdogo wa nyayo kwa usanikishaji wa PCB yenye msongamano wa juu.

- IC Zilizounganishwa:Baadhi ya vichunguzi vya mwanga vya kisasa vinajumuisha kukuza, vichocheo vya Schmitt kwa hysteresis, na hata pato la dijiti (mfano, I2C) kwenye chip, na kurahisisha ubunifu wa kiolesura.

- Kasi ya Juu Zaidi:Maendeleo yanaendelea kwa nyakati za kukabiliana haraka zaidi ili kuendana na kasi ya kuongezeka ya mashine.

- Uboreshaji wa Kukataa Mwanga wa Mazingira:Miundo ya hali ya juu ya mwanga na mipango ya kubadilisha inatumika kufanya vigunduzi kuwa thabiti zaidi katika mazingira magumu ya taa. Kanuni ya msingi ya kugundua kwa kutafakari, kama inavyoonyeshwa katika vijenzi kama LTH-872-N55T1, inabaki suluhisho la kuaminika na la gharama nafuu kwa anuwai ya kazi za kugundua bila kugusa.