LTH-301-23P1 Foto Kesici Veri Sayfası - Boyutlar 7.62mm - Gerilim 1.6V - Güç 60mW - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTH-301-23P1, kompakt, delikten montajlı bir foto kesici modülüdür. Temasız bir optik anahtar olarak işlev görür ve bir kızılötesi ışık yayan diyot (IR LED) ile eşleştirilmiş bir fototransistör kullanır. Temel prensip, IR LED'in yaydığı ışığın fototransistör tarafından algılanmasıdır. Bir nesne, verici ve dedektör arasındaki ışık yolunu kestiğinde, fototransistörün çıkış durumu değişir; bu da fiziksel temas olmadan hassas konum algılama, nesne tespiti veya limit anahtarlamaya olanak tanır. Başlıca avantajları arasında hızlı anahtarlama hızı, güvenilir temasız çalışma ve doğrudan PCB veya çift sıralı soket montajına uygun tasarım bulunur. Bu özellikler, dayanıklılık ve hassasiyet gerektiren yazıcılar, fotokopi makineleri, otomatlar ve endüstriyel otomasyon uygulamaları için ideal kılar.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek sınırları tanımlar. Cihazın bu sınırlarda veya yakınında sürekli çalıştırılması önerilmez.

• IR Diyot Sürekli İleri Akımı (I_F):50 mA. Bu, kızılötesi LED üzerinden geçirilebilecek maksimum kararlı durum akımıdır.
• IR Diyot Ters Gerilimi (V_R):5 V. LED üzerindeki bu ters öngerilim voltajının aşılması bozulmaya neden olabilir.
• Transistör Kollektör Akımı (I_C):20 mA. Fototransistörün kollektörünün kaldırabileceği maksimum sürekli akım.
• Transistör Güç Dağılımı (P_D):25°C'de 75 mW, 25°C üzerinde lineer olarak 1.33 mW/°C azalır. Bu, fototransistörde üretilen ısıyı sınırlar.
• IR Diyot Tepe İleri Akımı:1 A (darbe genişliği = 10 µs, 300 pps). Yüksek anlık optik çıkış gerektiren uygulamalar için kısa süreli, yüksek akım darbelerine izin verir.
• Diyot Güç Dağılımı (P_D):25°C'de 60 mW, ayrıca 1.33 mW/°C azalır. Bu, IR LED'in termal sınırlarını belirler.
• Fototransistör Kollektör-Emitör Gerilimi (V_CEO):30 V. Transistör kapalıyken kollektör ve emitör arasına uygulanabilecek maksimum gerilim.
• Fototransistör Emitör-Kollektör Gerilimi (V_ECO):5 V. Kollektör-emitör bağlantısı üzerindeki maksimum ters gerilim.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı:-25°C ila +85°C. Cihazın güvenilir çalışması için ortam sıcaklığı aralığı.
• Depolama Sıcaklığı Aralığı:-55°C ila +100°C. Çalışmayan durumda depolama için sıcaklık aralığı.
• Bacak Lehimleme Sıcaklığı:Kasadan 1.6mm mesafede, 5 saniye için 260°C. Paket hasarını önlemek için reflow veya el lehimleme profili tanımlar.

2.2 Elektriksel ve Optik Karakteristikler

Bu parametreler standart test koşullarında (T_A= 25°C) ölçülür ve cihazın tipik performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş LED Karakteristikleri

• İleri Gerilim (V_F):I_F= 20 mA'de tipik olarak 1.2V ila 1.6V. Bu, standart test akımı ile sürüldüğünde IR LED üzerindeki gerilim düşümüdür. Akım sınırlayıcı direnç, bu değer ve besleme gerilimine göre hesaplanmalıdır.
• Ters Akım (I_R):V_R= 5V'de maksimum 100 µA. Bu, LED ters öngerilimliyken oluşan küçük kaçak akımdır.

2.2.2 Çıkış Fototransistör Karakteristikleri

• Kollektör-Emitör Delinme Gerilimi (V_(BR)CEO):I_C= 1mA'de minimum 30V. Bu yüksek delinme gerilimi, kollektör devresinde daha yüksek besleme gerilimlerinin kullanılmasına olanak tanır.
• Emitör-Kollektör Delinme Gerilimi (V_(BR)ECO):= 100µA'de minimum 5V._E= 100µA.
• Kollektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO):V_CE= 10V'de maksimum 100 nA. Bu, fototransistör tamamen karanlıkta (IR ışık yok) olduğundaki kaçak akımdır. Algılama uygulamalarında iyi bir sinyal-gürültü oranı için düşük bir değer kritiktir.

2.2.3 Kuplaj (Tam Cihaz) Karakteristikleri

• Kollektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(SAT)):I_C= 0.2mA ve I_F= 20mA'de maksimum 0.4V. Bu, fototransistör tamamen "açık" (doymuş) olduğunda üzerindeki gerilimdir. Daha düşük bir değer, güç kaybını en aza indirdiği için daha iyidir.
• Açık Durum Kollektör Akımı (I_C(ON)):V_CE= 5V ve I_F= 20mA'de minimum 0.4 mA. Bu, IR LED sürüldüğünde ve ışık yolu engellenmediğinde üretilen minimum fotoakımı belirtir. Bu parametre, cihazın hassasiyeti ile doğrudan ilişkilidir.
• Yükselme Süresi (T_r):Test koşullarında tipik 25 µs (I_C=2mA, R_L=1kΩ, V_CE=5V). Bu, IR LED açıldığında fototransistör çıkışının nihai değerinin %10'undan %90'ına geçiş süresidir.
• Düşme Süresi (T_f):Aynı koşullarda tipik 26 µs. Bu, IR LED kapatıldığındaki geçiş süresidir. Bu anahtarlama süreleri, cihazın güvenilir bir şekilde çalışabileceği maksimum frekansı tanımlar.

3. Mekanik ve Paket Bilgisi

3.1 Paket Boyutları

Cihaz, standart 4 bacaklı çift sıralı bir pakette bulunur. Veri sayfasından temel boyutsal notlar şunları içerir:

• Tüm boyutlar milimetre cinsinden verilmiştir, parantez içinde inç değerleri bulunur.
• Belirli bir özellik notu aksini belirtmedikçe, standart tolerans ±0.25mm (±0.010")'dir.
• Gövde genişliği yaklaşık 7.62mm'dir ve bacak aralıkları, delikten PCB montajı için standart 0.1 inç (2.54mm) ızgara desenini takip eder.

Paket, dalga lehimleme veya manuel lehimleme işlemleri için tasarlanmıştır. Veri sayfasındaki boyutsal çizim, PCB ayak izi tasarımı için kritik ölçümleri sağlar; bunlar arasında bacak çapı, bacak aralığı (satırlar ve sütunlar arası), gövde uzunluğu ve genişliği ve algılama açıklığını tanımlayan yuva genişliği bulunur.

3.2 Pin Yapısı ve Polarite Tanımlama

Cihazın dört bacağı vardır. Tipik olarak, iki bacak IR LED'in anot ve katodu içindir, diğer ikisi ise fototransistörün kollektörü ve emitörü içindir. Veri sayfası çizimi, doğru yönlendirme için kritik olan 1 numaralı pini gösterir. IR LED, anot sürümlü bir cihazdır ve fototransistör, kollektörün bir yük direnci üzerinden pozitif beslemeye ve emitörün toprağa bağlanması gereken bir NPN tipidir. LED'e yanlış polarite bağlantısı, ışık yaymasını engeller ve fototransistöre yanlış bağlantı, çıkış sinyali olmamasına neden olur.

4. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Veri sayfası, kritik bir lehimleme parametresi belirtir: bacaklar, plastik kasadan 1.6mm (0.063") mesafede ölçüldüğünde, maksimum 5 saniye boyunca 260°C sıcaklığa maruz bırakılabilir. Bu kılavuz, dalga lehimleme veya el lehimleme işlemleri sırasında iç yarıiletken çip ve plastik paket malzemesine termal hasar gelmesini önlemek için esastır. Reflow lehimleme için, tepe sıcaklığı 260°C'yi aşmayan ve sıvı üstü süresi (TAL) kontrol edilen standart bir profil kullanılmalıdır. Delikli bileşen lehimlemesi için JEDEC veya IPC standartlarını takip etmek tavsiye edilir.

5. Uygulama Önerileri

5.1 Tipik Uygulama Devreleri

En yaygın devre konfigürasyonu, IR LED'i sabit bir akım kaynağı veya daha basit bir şekilde, bir gerilim kaynağı ile seri bağlı bir akım sınırlayıcı direnç (R_limit) ile sürmeyi içerir. R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. 5V besleme ve istenen I_F= 20mA, V_F= 1.4V için, R_limit= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ω. Fototransistör çıkışı tipik olarak bir anahtar olarak bağlanır: kollektör, bir çekme direnci (R_CCyük_{) üzerinden V}'ye bağlanır ve emitör toprağa bağlanır. Çıkış sinyali kollektör düğümünden alınır. Işık transistöre düştüğünde, transistör açılır ve kollektör gerilimini düşük seviyeye (V_CE(SAT) yakınına) çeker. Işık yolu engellendiğinde, transistör kapanır ve kollektör gerilimi R_CCyük _{tarafından V}'ye yüksek seviyeye çekilir. R_yük değeri, anahtarlama hızını ve akım tüketimini etkiler; daha küçük bir direnç daha hızlı anahtarlama sağlar ancak 'açık' durumda daha yüksek güç dağılımına neden olur.

5.2 Tasarım Hususları

• Ortam Işığına Karşı Bağışıklık:Cihaz kızılötesi ışık kullandığından, görünür ortam ışığına bir dereceye kadar bağışıktır. Ancak, güçlü IR radyasyon kaynakları (örn. güneş ışığı, akkor ampuller) yanlış tetiklemeye neden olabilir. Modüle edilmiş bir IR sinyali ve senkron dedeksiyon kullanmak, bağışıklığı büyük ölçüde artırabilir.
• Hizalama:Verici ve dedektör yuvaları arasındaki hassas mekanik hizalama, maksimum sinyal gücü için çok önemlidir. PCB ayak izi ve montajı bu hizalamayı sağlamalıdır.
• Nesne Özellikleri:Işınını kesen nesne, kullanılan IR dalga boyuna opak olmalıdır. Yansıtıcı veya yarı saydam malzemeler sensörü güvenilir bir şekilde tetiklemeyebilir.
• Hız Gereksinimleri:Yükselme ve düşme süreleri (~25 µs), maksimum anahtarlama frekansını kare dalga için kabaca 1/(Tr+Tf) ≈ 20 kHz ile sınırlar, ancak pratik sınırlar tam geçişi sağlamak için daha düşüktür.

6. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, "Tipik Elektriksel / Optik Karakteristik Eğrileri" bölümüne atıfta bulunur. Bu tür belgelerde tipik olarak bulunan bu grafikler, temel parametrelerin koşullara göre nasıl değiştiğini görsel olarak gösterir. Beklenen eğriler şunları içerir:

• İleri Akım - İleri Gerilim (I_F-V_F):IR LED için üstel ilişkiyi gösterir, test koşulu dışındaki akımlarda V_F değerini belirlemeye yardımcı olur.
• Kollektör Akımı - Kollektör-Emitör Gerilimi (I_C-V_CE):Gelen ışık şiddetinin (veya LED sürme akımının) bir parametre olduğu fototransistör için eğri ailesi, doyma ve aktif bölgeleri gösterir.
• Akım Transfer Oranı (CTR) - İleri Akım:CTR = (I_C/ I_F) * 100%. Bu grafik, optik kuplajın verimliliğini gösterir ve tipik olarak çok yüksek I_F.
• değerlerinde azalır._{Açık Durum Kollektör Akımı - Sıcaklık (I}C(ON)_A-T):
• Fototransistörün hassasiyetinin ortam sıcaklığı ile nasıl değiştiğini gösterir, genellikle daha yüksek sıcaklıklarda bir azalma gösterir._CEOKaranlık Akım - Sıcaklık (I_A-T):

Kaçak akımın sıcaklıkla üstel artışını gösterir, bu yüksek sıcaklıkta çalışma için kritiktir.

Bu eğrileri analiz etmek, tasarımcıların çalışma noktalarını optimize etmelerine, sıcaklık genelinde performans değiş tokuşlarını anlamalarına ve standart olmayan koşullar altındaki davranışı tahmin etmelerine olanak tanır.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılıklar_CEOMekanik mikro anahtarlarla karşılaştırıldığında, LTH-301-23P1 belirgin avantajlar sunar: kontak sıçraması yok, çok daha uzun çalışma ömrü (milyonlarca vs. binlerce çevrim), toz veya yağdan kaynaklanan kirlenmeye karşı bağışıklık (kapalı bir paket olduğu için) ve daha hızlı anahtarlama hızı. Yansımalı optik sensörlerle karşılaştırıldığında, bu gibi geçirgen foto kesiciler, hedef nesnenin rengine veya yansıtıcılığına daha az duyarlı oldukları için daha tutarlı ve güvenilir tespit sağlar; basitçe yuvadaki bir nesnenin varlığını veya yokluğunu algılarlar. Bu spesifik parçanın temel farklılaştırıcısı, standart delikli paketleme, sağlam elektriksel değerler (30V V_F, 50mA I

) ve belirtilen anahtarlama hızı arasındaki dengedir, bu da onu çok yönlü genel amaçlı bir seçim haline getirir.

8. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Tipik algılama mesafesi veya yuva genişliği nedir?

C: Algılama "mesafesi" aslında paketteki yuvanın genişliğidir. Nesneler, ışını kesmek için bu fiziksel boşluktan geçmelidir. Veri sayfasındaki boyutsal çizim, tam yuva genişliğini sağlar.

S: IR LED'i doğrudan bir mikrodenetleyici pininden sürebilir miyim?

C: Mümkündür, ancak pinin akım sağlama kapasitesini kontrol etmelisiniz. Tipik bir MCU pini 20-25mA sağlayabilir, bu test koşulu ile eşleşir. Ancak, uygulama notlarında hesaplandığı gibi seri bir akım sınırlayıcı direnç EKLEMELİSİNİZ. LED'i direnç olmadan sürmek, hem LED'i hem de MCU pinini muhtemelen yok eder.

S: Fototransistör çıkışını bir mikrodenetleyiciye nasıl bağlarım?_CCC: En basit yöntem, fototransistörü dijital bir giriş olarak kullanmaktır. Kollektörü MCU'nun dijital G/Ç pinine (genellikle etkinleştirilebilen dahili bir çekme direnci vardır) ve ayrıca harici bir çekme direnci (örn. 10kΩ) üzerinden V_CC used.

'ye bağlayın. Emitör toprağa bağlanır. Işın kesilmediğinde, transistör açıktır ve pini DÜŞÜK seviyeye çeker. Kesildiğinde, pin YÜKSEK seviyeye çekilir. MCU'nun giriş gerilim seviyelerinin V

ile uyumlu olduğundan emin olun._LS: Anahtarlama hızını ne etkiler?_FC: Fototransistörün içsel yükselme/düşme süreleri (~25µs) birincil sınırdır. Ancak, devre faktörleri onu daha da yavaşlatabilir. Büyük bir yük direnci (R_L.

), herhangi bir parazitik kapasiteyi şarj/boşaltmak için RC zaman sabitini artırarak yükselme süresini yavaşlatır. Benzer şekilde, IR LED'i aşırı akımla sürmek, taşıyıcı depolama etkileri nedeniyle daha yavaş kapanmaya neden olabilir. Maksimum hız için, önerilen I

ve orta derecede küçük bir R

kullanın.

9. Çalışma Prensibi