LTH-1650-01 Foto Kesici Veri Sayfası - 3mm Odak Uzaklığı - Kızılötesi Kesme Filtreli - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTH-1650-01, kompakt, geçiş tipi bir foto kesici modülüdür. Temel işlevi, entegre kızılötesi ışık yayan diyot (LED) ile bir silikon fototransistör arasındaki kızılötesi ışık demetinin kesilmesini algılamaktır. Birincil tasarım avantajı, 3mm'lik entegre odak uzaklığıdır; bu, belirli bir boşlukta nesne algılama için hassasiyeti optimize eder. Kızılötesi kesme filtreli bir cihaz olarak, ortam görünür ışığından gelen paraziti en aza indirmek üzere tasarlanmıştır ve çeşitli algılama uygulamalarında güvenilirliği artırır. Hedef pazar, temel olarak temas gerektirmeyen konum veya nesne algılama gerektiren ofis otomasyon ekipmanlarını, endüstriyel kontrol sistemlerini ve tüketici elektroniğini içerir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu parametreler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Normal çalışma için tasarlanmamıştır.

• Giriş LED Güç Dağılımı (P_D):Maksimum 75 mW. Bu, ileri akım ve voltaj düşüşünden kaynaklanan toplam termal yükü sınırlar.
• LED Tepe İleri Akımı (I_CP):Darbe koşullarında 1 A (300 pps, 10 µs darbe genişliği). Bu, gelişmiş sinyal algılama için kısa süreli yüksek yoğunluklu darbelere izin verir.
• LED Sürekli İleri Akımı (I_F):Maksimum 60 mA DC. Bu, sürekli çalışma için güvenli limittir.
• LED Ters Voltajı (V_R):5 V. Bunun aşılması LED bağlantısına zarar verebilir.
• Fototransistör Güç Dağılımı (P_C):Maksimum 100 mW, kollektör akımı ve kollektör-emitör voltajı tarafından belirlenir.
• Kollektör-Emitör Voltajı (V_CEO):Fototransistör için maksimum 30 V.
• Kollektör Akımı (I_C):Çıkış transistörü için maksimum 20 mA.
• Çalışma Sıcaklığı (T_opr):-25°C ila +85°C. Cihaz, geniş bir endüstriyel ve ticari ortam yelpazesi için uygundur.
• Bacak Lehimleme Sıcaklığı (T_S):Maksimum 5 saniye için 260°C, kasadan 1.6mm uzaklıktaki bacaklar için belirtilmiştir. Bu, dalga veya reflow lehimleme işlemleri için kritiktir.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Bu parametreler, ortam sıcaklığı (T_A) 25°C'de belirtilmiştir ve cihazın normal çalışma koşulları altındaki performansını tanımlar.

• LED İleri Voltajı (V_F):I_F= 20 mA'de tipik olarak 1.2V ila 1.6V. Bu, gerekli akım sınırlayıcı direnç değerini hesaplamak için kullanılır.
• LED Ters Akımı (I_R):V_R=5V'da maksimum 100 µA, LED ters öngerilimliyken sızıntı akımını gösterir.
• Kollektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO):Işık girişi olmadan V_CE=10V'da maksimum 100 nA. Bu, fototransistörün sızıntı akımıdır ve "kapalı durum" sinyal seviyesini etkiler.
• Kollektör-Emitör Doyma Voltajı (V_CE(SAT)):I_C=0.05mA ve I_F=20mA'de tipik olarak 0.4V. Bu, transistör tamamen "açık" olduğunda üzerindeki voltajdır ve mantık seviyesi arayüzü için önemlidir.

3. Sınıflandırma (Binning) Sistemi Açıklaması

Cihaz, standartlaştırılmış koşullar altında (V_C(ON)=5V, I_CE=20mA, boşluk d=3.0mm) ölçülen Açık Durum Kollektör Akımı (I_FC(ON)

• ) temelinde bir performans sınıflandırma sistemine sahiptir. Bu akım, kuplajörün hassasiyeti ile doğrudan ilişkilidir. BIN A: I_C(ON) aralığı 100 µA ila 300 µA'dır. Bu standart hassasiyet sınıfıdır. BIN B:
• C(ON) I _{aralığı 260 µA ila 650 µA'dır. Bu sınıf daha yüksek hassasiyet sunar. BIN C:}C(ON)
• aralığı 400 µA ila 1200 µA'dır. Bu mevcut en yüksek hassasiyet sınıfıdır. Bu sınıflandırma, tasarımcıların uygulamaları için tutarlı hassasiyete sahip bir cihaz seçmelerine ve üretim partileri boyunca güvenilir tetikleme eşikleri sağlamalarına olanak tanır. I_{4. Performans Eğrisi Analizi}Veri sayfası, cihaz davranışını değişen koşullar altında grafiksel olarak gösteren tipik karakteristik eğrilere atıfta bulunur. Metinde belirli grafikler detaylandırılmamış olsa da, böyle bir cihaz için standart eğriler tipik olarak şunları içerir: İleri Akım - İleri Voltaj (I

-V

): Kızılötesi LED için doğrusal olmayan ilişkiyi gösterir, sürücü devre tasarımı için çok önemlidir. Kollektör Akımı - Kollektör-Emitör Voltajı (I

-V

• ): LED ileri akımı (I_F) parametre olarak kullanılan eğri ailesi, fototransistörün çıkış karakteristiklerini gösterir. Açık Durum Kollektör Akımı - İleri Akım (I_FC(ON)-I
• ): Optik kuplajın transfer karakteristiğini ve doğrusallığını gösterir. Açık Durum Kollektör Akımı - Ortam Sıcaklığı (I_CC(ON)_CE-T): Hassasiyetin artan sıcaklıkla nasıl azaldığını gösterir, tasarımlarda termal yönetim için kritik bir faktördür. Tepki Süresi Karakteristikleri: Veri sayfası, test koşulları altında (V_F=5V, I
• =2mA, R_{=100Ω) Yükselme Süresi (T}) 3-15 µs ve Düşme Süresi (T_F) 4-20 µs olarak belirtir. Bu değerler sensörün maksimum anahtarlama hızı kapasitesini tanımlar.5. Mekanik ve Paket Bilgileri
• Paket, standart bir delikli tipdir. Veri sayfasından ana boyutsal notlar şunları içerir: Tüm boyutlar milimetre cinsinden verilmiştir, parantez içinde inç değerleri bulunur. Belirli bir özellik farklı bir işaretleme içermedikçe, varsayılan tolerans ±0.25mm (±0.010")'dir. Odak uzaklığı (verici ve dedektör pencereleri arasında maksimum hassasiyet için optimal boşluk) 3 mm olarak belirtilmiştir. Paket, hassas PCB montajı ve hizalamasına yardımcı olan kalıplanmış yuvalar veya özellikler içerir. Kutup işareti, paket gövdesinde açıkça işaretlenmiştir, tipik olarak LED anodu (veya fototransistör kollektörü) bacağının yakınında bir nokta veya pahlı köşe ile. Doğru yönlendirme, devre fonksiyonu için esastır._{6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları}Cihaz bütünlüğünü korumak için uygun işleme gereklidir. Lehimleme: Bacak lehimleme sıcaklığı için mutlak maksimum değer, plastik kasadan 1.6mm (0.063") ölçülen noktada 5 saniye için 260°C'dir. Bu kılavuz, dalga veya el lehimleme sırasında iç die bağlantılarına ve plastik kapsüllemeye termal hasarı önlemeye yardımcı olur. Temizlik: Cihazın plastik malzemesiyle uyumlu standart PCB temizleme çözücüleri kullanın. Aşırı güçlü veya uzun süreli maruziyetle ultrasonik temizlikten kaçının. Depolama: Cihazlar, Depolama Sıcaklığı Aralığı (T_Astg) -40°C ila +100°C içindeki koşullarda ve nem emilimini ve elektrostatik deşarj (ESD) hasarını önlemek için düşük nemli, antistatik bir ortamda saklanmalıdır.
• 7. Uygulama Önerileri7.1 Tipik Uygulama Senaryoları_RVeri sayfasında belirtildiği gibi, birincil uygulamalar şunları içerir: Yazıcılar ve Faks Makineleri: Kağıt bitti algılama, kağıt sıkışması algılama, kapak açık algılama ve taşıyıcı konum algılama için. Optoelektronik Anahtarlar: Satış makinelerinde, endüstriyel otomasyonda sayma, limit anahtarlama ve döner kodlayıcı disk algılama için kullanılır. Tüketici Elektroniği: Disk sürücüleri, teyp okuyucular veya diğer medya işleme sistemlerindeki yuva sensörleri._F7.2 Tasarım Hususları_CEAkım Sınırlayıcı Direnç (LED için): Besleme voltajı (V_C), LED ileri voltajı (V_L~1.4V tip.) ve istenen ileri akım (I

) temelinde hesaplanmalıdır. Sürekli I

değeri olan 60 mA'yı aşmayın. Tipik bir çalışma noktası 20 mA'dır. Yük Direnci (Fototransistör için): Kollektöre bağlı çekme direncinin (R

• ) değeri, çıkış voltaj salınımını belirler ve anahtarlama hızını etkiler. Daha küçük bir R
• daha hızlı düşme süresi sağlar ancak çıkış voltaj genliğini azaltır. Test koşulu R
• =100Ω kullanır. Elektriksel Gürültü Bağışıklığı: Uzun kablo mesafeleri veya gürültülü ortamlar için, cihaz yakınındaki güç kaynağı bacakları arasına küçük bir bypass kapasitörü (örn., 0.1µF) eklemeyi ve korumalı kablolar kullanmayı düşünün. Optik Hususlar: Optik yolu (3mm boşluk) toz, kir veya yoğuşmadan uzak tutun. Kızılötesi kesme filtresi yardımcı olur, ancak sensöre yakın güçlü ortam kızılötesi kaynakları (güneş ışığı veya akkor ampuller gibi) yanlış tetiklemeye neden olabilir.
• 8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma
• Temel fototransistörlere veya fotodiyotlara kıyasla, bu entegre foto kesici önemli avantajlar sunar: Hizalanmış Optik: Verici ve dedektör, sabit, rijit bir pakette önceden hizalanmıştır, montaj sırasında hassas mekanik hizalama ihtiyacını ortadan kaldırır; bu, ayrık bileşenlere göre önemli bir avantajdır. Optimize Edilmiş Boşluk: 3mm odak uzaklığı, o spesifik hava boşluğunda tepe hassasiyeti için fabrikada ayarlanmıştır. Ortam Işığı Reddi: Fototransistör üzerindeki kızılötesi kesme filtresi, görünür ışığa olan hassasiyeti önemli ölçüde azaltarak tipik iç mekan aydınlatma koşullarında sinyal-gürültü oranını iyileştirir. Kompakt Form Faktörü: Tek, küçük bir pakette eksiksiz bir optik anahtar çözümü sağlar.

9. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Farklı sınıfların (A, B, C) amacı nedir? C: Sınıflar, cihazları hassasiyetlerine (I

• C(ON)) göre kategorize eder. Daha düşük kontrastlı nesnelerin algılanmasını gerektiren, daha uzun ömürlü (LED çıkışı zamanla azaldığı için) veya daha yüksek toz seviyelerinde çalışan uygulamalar için daha yüksek bir sınıf (B veya C) seçin. Sınıf A standart uygulamalar için yeterlidir. S: LED'i doğrudan bir voltaj kaynağı ile sürebilir miyim? C: Hayır. LED akım kontrollü bir cihazdır. Tüm uygulama devrelerinde gösterildiği gibi, ileri akımı (I
• ) güvenli ve tutarlı bir değere ayarlamak için seri bir akım sınırlayıcı direnç kullanmalısınız. S: Çıkışı bir mikrodenetleyici ile nasıl arayüzlerim? C: Fototransistör bir anahtar gibi davranır. Emitörünü toprağa, kollektörünü bir çekme direnci (örn., 10kΩ) üzerinden bir dijital giriş pinine bağlayın. Işın kesilmediğinde, transistör açıktır ve pini düşük seviyeye çeker. Kesildiğinde, transistör kapalıdır ve çekme direnci pini yüksek seviyeye çeker. Mikrodenetleyicinin giriş mantık seviyelerinin çıkış voltaj salınımı ("açık" için yaklaşık 0V, "kapalı" için yaklaşık V) ile uyumlu olduğundan emin olun. S: Tepki süresini ne etkiler? C: Fototransistörün içsel hızı, yük direncinin (R
• ) değeri ve devre izlerinin kapasitansı. Daha hızlı anahtarlama için, istenen çıkış akımı ve voltaj seviyelerinin izin verdiği ölçüde daha küçük bir R kullanın._{10. Pratik Kullanım Örneği}Senaryo: Masaüstü Yazıcıda Kağıt Bitti Sensörü. Foto kesici, yazıcı kasasına, tepsideki kağıt yığınının 3mm'lik optik boşluk içinde olacak ve kızılötesi ışını engelleyecek şekilde monte edilir. Kağıt tepsisi takipçisine bağlı bir kol veya bayrak kullanılabilir. Kağıt olduğunda, ışın engellenir, fototransistör kapalıdır ve çıkışı yüksektir. Son kağıt yüklendiğinde, takipçi hareket eder ve ışının engelini kaldırır. Fototransistör açılır ve çıkışı düşük seviyeye çeker. Bu mantık geçişi, yazıcının ana kontrolörü tarafından algılanır ve ardından kullanıcı arayüzünde "Kağıt Bitti" uyarısı etkinleştirilir. Kızılötesi kesme filtresi, yazıcının iç aydınlatmasından veya oda ışıklarından kaynaklanan yanlış tetiklemeleri önler.

11. Çalışma Prensibi

Cihaz, modüle edilmiş optik kuplaj prensibi ile çalışır. Dahili bir kızılötesi LED, uygun bir akımla ileri öngerilimli olduğunda ışık yayar. Aynı paket içinde tam karşısında bir silikon NPN fototransistör bulunur. Fototransistörün baz bölgesi ışığa maruz kalır. LED'den gelen kızılötesi fotonlar baz-kollektör bağlantısına çarptığında, elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Bu fotogenerasyon akımı, baz akımı olarak hareket eder ve transistörün ışık yoğunluğuyla orantılı olarak çok daha büyük bir kollektör akımı (I

) iletmesine neden olur. Aralarındaki 3mm'lik yarıktan geçen bir nesne bu ışık demetini keser ve fototransistörün kapanmasına neden olur. Bu, fiziksel bir olaya dayalı temiz, elektriksel olarak izole edilmiş bir anahtarlama sinyali sağlar.

• 12. Teknoloji TrendleriFoto kesiciler, konum algılamada temel bileşenler olmaya devam etmektedir. Bu alandaki güncel trendler şunları içerir: Küçültme: Kompakt tüketici elektroniğinde PCB alanından tasarruf etmek için daha da küçük yüzey montaj (SMD) paketlerinin geliştirilmesi. Entegrasyon: Ek devrelerin çip üzerine entegre edilmesi; örneğin histerezis için Schmitt tetikleyiciler, zayıf sinyaller için yükselteçler veya hatta temiz, işlenmiş bir dijital çıkış sağlamak için dijital arayüzler (I2C), mikrodenetleyici arayüzlemesini basitleştirir. Gelişmiş Performans: LED verimliliğindeki ve fotodedektör hassasiyetindeki iyileştirmeler, daha düşük akımlarda çalışmaya izin vererek güç tüketimini ve ısı üretimini azaltır. Özelleştirilmiş Varyantlar: Döner kodlama için yarıklı tekerlekli cihazlar veya verici ve dedektörün aynı yöne baktığı ve yansıtıcı işaretleri algılayan yansımalı tipler. Optik kesme prensibi, temas gerektirmeyen doğası, güvenilirliği ve basitliği nedeniyle sağlam kalmakta ve mekatronik sistem tasarımındaki sürekli geçerliliğini sağlamaktadır.
• Optoelectronic Switches:Used in vending machines, industrial automation for counting, limit switching, and rotary encoder disk sensing.
• Consumer Electronics:Slot sensors in disk drives, tape decks, or other media handling systems.

.2 Design Considerations

• Current Limiting Resistor (for LED):Must be calculated based on the supply voltage (V_CC), the LED forward voltage (V_F~1.4V typ.), and the desired forward current (I_F). Do not exceed the continuous I_Frating of 60 mA. A typical operating point is 20 mA.
• Load Resistor (for Phototransistor):The value of the pull-up resistor (R_L) connected to the collector determines the output voltage swing and affects the switching speed. A smaller R_Lgives faster fall time but reduces output voltage amplitude. The test condition uses R_L=100Ω.
• Electrical Noise Immunity:For long wire runs or noisy environments, consider adding a small bypass capacitor (e.g., 0.1µF) across the power supply pins near the device and using shielded cables.
• Optical Considerations:Keep the optical path (the 3mm gap) free of dust, dirt, or condensation. The infrared cut-off filter helps, but strong ambient infrared sources (like sunlight or incandescent bulbs) close to the sensor can cause false triggering.

. Technical Comparison & Differentiation

Compared to basic phototransistors or photodiodes, this integrated photointerrupter offers key advantages:

• Aligned Optics:The emitter and detector are pre-aligned in a fixed, rigid package, eliminating the need for precise mechanical alignment during assembly, which is a significant advantage over discrete components.
• Optimized Gap:The 3mm focal distance is factory-set for peak sensitivity at that specific air gap.
• Ambient Light Rejection:The infrared cut-off filter over the phototransistor significantly reduces sensitivity to visible light, improving signal-to-noise ratio in typical indoor lighting conditions.
• Compact Form Factor:Provides a complete optical switch solution in a single, small package.

. Frequently Asked Questions (FAQs)

Q: What is the purpose of the different bins (A, B, C)?

A: Bins categorize devices by their sensitivity (I_C(ON)). Choose a higher bin (B or C) for applications requiring detection of lower-contrast objects, longer life (as LED output degrades over time), or operation with higher dust levels. Bin A is sufficient for standard applications.

Q: Can I drive the LED with a voltage source directly?

A: No. An LED is a current-driven device. You must use a series current-limiting resistor to set the forward current (I_F) to a safe and consistent value, as shown in all application circuits.

Q: How do I interface the output with a microcontroller?

A: The phototransistor acts as a switch. Connect its emitter to ground, its collector to a digital input pin via a pull-up resistor (e.g., 10kΩ). When the beam is uninterrupted, the transistor is on, pulling the pin low. When interrupted, the transistor is off, and the pull-up resistor pulls the pin high. Ensure the microcontroller's input logic levels are compatible with the output voltage swing (near 0V for "on", near V_CCfor "off").

Q: What affects the response time?

A> The intrinsic speed of the phototransistor, the value of the load resistor (R_L), and the capacitance of the circuit traces. For faster switching, use a smaller R_Las allowed by the desired output current and voltage levels.

. Practical Use Case Example

Scenario: Paper-Out Sensor in a Desktop Printer.

The photointerrupter is mounted on the printer frame so that the paper stack in the tray sits within the 3mm optical gap, blocking the infrared beam. A lever or flag attached to the paper tray follower may be used. When paper is present, the beam is blocked, the phototransistor is off, and its output is high. When the last sheet of paper is fed, the follower moves, unblocking the beam. The phototransistor turns on, pulling the output low. This logic transition is detected by the printer's main controller, which then activates the "Paper Out" warning on the user interface. The infrared cut-off filter prevents false triggers from the printer's internal lighting or room lights.

. Operating Principle

The device operates on the principle of modulated optical coupling. An internal infrared LED emits light when forward-biased with an appropriate current. Directly opposite, within the same package, is a silicon NPN phototransistor. The phototransistor's base region is exposed to light. When infrared photons from the LED strike the base-collector junction, they generate electron-hole pairs. This photogenerated current acts as base current, causing the transistor to conduct a much larger collector current (I_C), proportional to the light intensity. An object passing through the 3mm slot between them interrupts this light beam, causing the phototransistor to turn off. This provides a clean, electrically isolated switching signal based on a physical event.

. Technology Trends

Photointerrupters remain fundamental components in position sensing. Current trends in the field include:

• Miniaturization:Development of even smaller surface-mount device (SMD) packages to save PCB space in compact consumer electronics.
• Integration:Incorporating additional circuitry on-chip, such as Schmitt triggers for hysteresis, amplifiers for weaker signals, or even digital interfaces (I2C) to provide a clean, processed digital output, simplifying microcontroller interfacing.
• Enhanced Performance:Improvements in LED efficiency and photodetector sensitivity allow operation at lower currents, reducing power consumption and heat generation.
• Specialized Variants:Devices with slotted wheels for rotary encoding, or reflective types where the emitter and detector face the same direction to sense reflective marks.

The core principle of optical interruption remains robust due to its non-contact nature, reliability, and simplicity, ensuring its continued relevance in mechatronic system design.