LTH-209-01 Yansıtıcı Tip Foto Kesici (Fotokesici) Veri Sayfası - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTH-209-01, temas gerektirmeyen anahtarlama uygulamaları için tasarlanmış yansıtıcı tip bir fotokesici modülüdür. Bu optoelektronik cihaz, tek bir kompakt paket içinde bir kızılötesi (IR) yayan diyot ve bir fototransistörü entegre eder. Temel işlevi, algılama boşluğuna yerleştirilen yansıtıcı bir nesnenin varlığını veya yokluğunu tespit etmektir. Modül, baskılı devre kartlarına (PCB) doğrudan montaj veya çift sıralı soketlerle kullanım için tasarlanmış olup sistem entegrasyonunda esneklik sunar. Temel avantajları arasında, mekanik aşınmayı ortadan kaldıran ve uzun vadeli güvenilirliği sağlayan temas gerektirmeyen çalışma ve çeşitli algılama ve sayma görevleri için uygun hızlı anahtarlama hızları yer alır. Hedef pazar, hassas ve güvenilir nesne algılamanın gerekli olduğu otomasyon ekipmanları, tüketici elektroniği, güvenlik sistemleri ve endüstriyel kontrolleri içerir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihazı bu limitlerin ötesinde çalıştırmak kalıcı hasara neden olabilir. Temel parametreler şunlardır:

• IR Diyot Sürekli İleri Akımı (I_F):Maksimum 50 mA. Bu, IR LED üzerinden sürekli olarak geçirilebilecek DC akımın üst limitini tanımlar.
• IR Diyot Ters Gerilimi (V_R):Maksimum 5 V. Bu ters öngerilim gerilimini aşmak LED jonksiyonuna zarar verebilir.
• Fototransistör Kollektör Akımı (I_C):Maksimum 20 mA. Bu, çıkış transistörünün çekebileceği maksimum sürekli akımdır.
• Fototransistör Kollektör-Emitör Gerilimi (V_CEO):Maksimum 30 V. Bu, fototransistörün kollektör ve emitör bacaklarına uygulanabilecek maksimum gerilimdir.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı:-35°C ila +65°C. Cihazın bu ortam sıcaklığı aralığında spesifikasyonlar dahilinde çalışması garanti edilir.
• Bacak Lehimleme Sıcaklığı:Kasadan 1.6mm mesafede 5 saniye için 260°C. Bu, dalga veya reflow lehimleme işlemleri için kritiktir.

Güç Azaltma Notu:Hem IR diyot (75 mW) hem de fototransistör (100 mW) için maksimum güç dağılımı, ortam sıcaklığı 25°C'nin üzerinde olduğunda 1.33 mW/°C oranında doğrusal olarak azaltılmalıdır. Bu, termal yönetim ve uzun vadeli güvenilirlik için esastır.

2.2 Elektriksel ve Optik Karakteristikler

Bu parametreler 25°C ortam sıcaklığında (T_A) belirtilmiştir ve cihazın tipik performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş IR Diyot Karakteristikleri

• İleri Gerilimi (V_F):20 mA ileri akımda (I_F) tipik olarak 1.2V ila 1.6V. Bu parametre, LED için akım sınırlayıcı sürücü devresi tasarlamada çok önemlidir.
• Ters Akım (I_R):5V ters gerilimde (V_R) maksimum 100 µA. Düşük bir ters akım, iyi jonksiyon kalitesini gösterir.

2.2.2 Çıkış Fototransistör Karakteristikleri

• Kollektör-Emitör Delinme Gerilimi (V_(BR)CEO):I_C=1mA'da minimum 30V. Bu yüksek delinme gerilimi, çıkış devresinde daha yüksek çekme gerilimlerinin kullanılmasına olanak tanır.
• Kollektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO):V_CE=10V'da maksimum 100 nA. Bu, IR diyot kapalıyken (aydınlatma yok) oluşan sızıntı akımıdır. Düşük bir karanlık akım, özellikle düşük ışık veya yüksek kazanç uygulamalarında iyi bir sinyal-gürültü oranı için esastır.

2.2.3 Kuplaj (Sistem) Karakteristikleri

Bu parametreler, tam sensör sisteminin (IR LED + fototransistör) performansını tanımlar.

• Kollektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(SAT)):I_C=0.08mA ve I_F=20mA'da maksimum 0.4V. Bu düşük doyma gerilimi, fototransistörün etkin bir anahtar gibi davranabileceğini, aktif olduğunda çıkışı toprağa yakın seviyeye çekebileceğini gösterir.
• Açık Durum Kollektör Akımı (I_C(ON)):V_CE=5V ve I_F=20mA'da minimum 0.16 mA.Test Koşulu:Bu kritik parametre, sensör yüzeyinden 3.81 mm (0.15 inç) uzaklığa yerleştirilmiş standart bir yansıtıcı yüzey (%90 dağınık yansıtıcılık beyaz kağıt) ile ölçülür. Bu standartlaştırılmış mesafe ve yüzey, cihazın belirtilen performansı için "algılama boşluğu" ve "minimum tespit edilebilir yansıtıcılık"ı tanımlar.

3. Mekanik ve Paket Bilgileri

3.1 Paket Boyutları

LTH-209-01, standart 4 bacaklı DIP (Çift Sıralı Paket) tarzı bir gövdede gelir. Boyut çiziminde aksi belirtilmedikçe tüm boyutlar milimetre cinsinden ve ±0.25mm varsayılan toleransla verilmiştir. Paket, delikli PCB montajı için tasarlanmıştır. Gövde uzunluğu, genişliği, yüksekliği, bacak aralığı ve bacak çapını içeren kesin boyut çizimi, PCB ayak izi tasarımı ve nihai ürün kutusuna mekanik entegrasyon için esastır.

3.2 Bacak Bağlantısı ve Polarite Tanımlama

Cihazın dört bacağı vardır. Tipik olarak, iki bacak IR yayan diyotun anot ve katodu içindir, diğer ikisi ise NPN fototransistörün kollektörü ve emitörü içindir. Hasarı önlemek için doğru tanımlama hayati önem taşır. Veri sayfasının bacak bağlantı şemasına başvurulmalıdır. Paket genellikle 1 numaralı bacağı belirtmek için bir çentik, nokta veya pahlı kenar içerir. IR diyot polariteye duyarlıdır ve fototransistör kollektörü ve emitörü doğru anahtarlama işlemi için doğru şekilde bağlanmalıdır.

4. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

El Lehimleme:Sıcaklık kontrollü bir lehim havya kullanın. Mutlak maksimum değer, plastik kasadan 1.6mm ölçüldüğünde bacakların 5 saniye boyunca 260°C'ye maruz kalabileceğini belirtir. İç bileşenler ve plastik gövde üzerindeki termal stresi en aza indirmek için güvenilir bir lehim bağlantısı yapmak için mümkün olan en düşük sıcaklık ve en kısa sürenin kullanılması önerilir.

Dalga Lehimleme:Mümkündür, ancak aynı sıcaklık/zaman profiline (kasadan 1.6mm'de 5 saniye için 260°C) kesinlikle uyulmalıdır. Termal şoku azaltmak için ön ısıtma önerilir.

Temizleme:Lehimlemeden sonra temizlik gerekliyse, cihazın plastik malzemesiyle uyumlu yöntemler ve çözücüler kullanarak optik pencerenin çatlamasını veya bulanıklaşmasını önleyin.

Depolama Koşulları:-40°C ila +100°C belirtilen depolama sıcaklığı aralığı içinde bir ortamda saklayın. Optik yüzeylerin kirlenmesini önlemek için cihazların kullanılana kadar orijinal nem bariyerli torbalarında tutulması tavsiye edilir.

5. Uygulama Önerileri

5.1 Tipik Uygulama Devreleri

En yaygın devre konfigürasyonu, LTH-209-01'i dijital bir anahtar olarak kullanır. IR diyot, bir voltaj kaynağından (örn. 5V) sabit bir akım kaynağı veya akım sınırlayıcı bir direnç ile sürülür. Test koşullarına göre tipik olarak 20mA I_Fkullanılır. Fototransistör, ortak emitör konfigürasyonunda bağlanır: kollektör, bir çekme direnci (R_CC) üzerinden besleme gerilimine (V_L, 30V'a kadar) bağlanır ve emitör toprağa bağlanır. Çıkış sinyali kollektör düğümünden alınır. Yansıtıcı bir nesne olmadığında, fototransistör kapalıdır (yüksek çıkış). Yansıtıcı bir nesne algılama boşluğuna girdiğinde, IR ışık fototransistör üzerine yansır, onu açar ve çıkışı düşük seviyeye çeker.

5.2 Tasarım Hususları ve En İyi Uygulamalar

• Çekme Direnci Seçimi (R_L):R_Ldeğeri, çıkış akımını ve gerilim salınımını belirler. Gereken I_C(ON)ve yükün giriş karakteristiklerine (örn. bir mikrodenetleyici GPIO) göre seçilmelidir. Daha küçük bir R_Ldaha hızlı anahtarlama ve daha iyi gürültü bağışıklığı sağlar ancak daha fazla güç tüketir. I_C20mA'yi aşmadığından emin olun: R_L> (V_CC- V_CE(SAT)) / 20mA.
• Elektriksel Gürültüyü En Aza İndirme:Cihazın güç bacaklarına yakın bir bypass kondansatörü (örn. 0.1µF) yerleştirin. Sinyal izlerini, özellikle fototransistör çıkış hattını kısa tutarak elektromanyetik girişime (EMI) duyarlılığı azaltın.
• Optik Hususlar:Algılama performansı, hedef nesnenin yansıtıcılığına, rengine ve mesafesine bağlıdır. Belirtilen I_C(ON)3.81mm'de %90 yansıtıcı beyaz bir yüzey içindir. Daha koyu veya daha uzak nesneler daha küçük bir çıkış sinyali üretecektir. Tutarlı çalışma için, sistemin algılama eşiğini (örn. karşılaştırıcı referans gerilimi) buna göre tasarlayın. Ortam ışık kaynaklarının (özellikle IR açısından zengin güneş ışığı veya akkor ampuller) doğrudan sensörün açıklığına girmesinden kaçının, çünkü bu yanlış tetiklemeye neden olabilir. Yüksek ortam ışığı ortamlarında modüle edilmiş bir IR sinyali ve senkron tespit kullanılabilir.
• Mekanik Hizalama:Güvenilir algılama için hedef nesnenin yolunun tutarlı olduğundan ve optimal algılama boşluğu (belirtilen 3.81mm civarında) içinden geçtiğinden emin olun.

6. Teknik Karşılaştırma ve Farklılıklar

LTH-209-01, yansıtıcı bir fotokesici olarak, diğer optosensör tiplerinden farklıdır:

• Geçirgen Fotokesicilere (Yarıklı Optokuplörler) Karşı:Geçirgen tipler, yayıcı ve dedektör arasında fiziksel bir boşluğa sahiptir; bir nesne ışık yolunu engellediğinde tespit edilir. LTH-209-01 gibi yansıtıcı tipler, bir nesne ışığı geri yansıttığında onu tespit eder. Yansıtıcı sensörler genellikle sadece bir taraftan erişim gerektirdikleri için montajı daha basittir, ancak performansları nesnenin yüzey özelliklerine daha bağımlıdır.
• Fotolojik Sensörlere Karşı:Bazı fotokesiciler, temiz bir dijital çıkış sağlamak için yerleşik mantık devrelerini (schmitt tetikleyici, yükselteç) içerir. LTH-209-01 basit bir analog fototransistör çıkışı sağlar, daha fazla esneklik sunar ancak gürültülü ortamlarda sağlam bir dijital sinyal oluşturmak için harici devreler (karşılaştırıcı gibi) gerektirir.
• Bu Modelin Temel Avantajları:Nispeten yüksek kollektör-emitör delinme gerilimi (30V), düşük doyma gerilimi ve hassasiyet için standartlaştırılmış bir test koşulunun kombinasyonu, genel amaçlı yansıtıcı algılama uygulamaları için iyi bir denge sağlar.

7. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S1: Bir nesneyi algılamak için optimal mesafe nedir?

C1: Veri sayfası, hedef 3.81mm (0.15") uzaklıkta iken Açık Durum Akımını (I_C(ON)) belirtir. Bu standartlaştırılmış test mesafesidir. Gerçek optimal mesafe hedefin yansıtıcılığına bağlıdır. Yüksek yansıtıcılığa sahip bir hedef için, algılama biraz daha büyük mesafelerde çalışabilir. Güvenilir tasarım için, nominal çalışma noktası olarak 3.81mm kullanın.

S2: IR LED'i doğrudan bir voltaj kaynağı ile sürebilir miyim?

C2: Hayır. Bir IR LED, tüm diyotlar gibi akım ile sürülmelidir. Doğrudan bir voltaj kaynağına bağlamak aşırı akıma neden olarak cihazı potansiyel olarak tahrip eder. Her zaman seri bir akım sınırlayıcı direnç kullanın. Direnç değerini R = (V_besleme- V_F) / I_Folarak hesaplayın. 5V besleme için, V_F=1.4V ve I_F=20mA: R = (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ohm.

S3: Çıkış sinyalim neden kararsız veya gürültülü?

C3: Yaygın nedenler şunlardır: 1) Yetersiz çekme direnci değeri nedeniyle yavaş yükselme süresi, 2) Uzun çıkış izlerinde elektriksel gürültü alımı (bypass kondansatörü ve daha kısa yönlendirme kullanın), 3) Ortam IR ışık girişimi (sensörü koruyun veya modülasyon kullanın), 4) Hedef nesnenin değişken yansıtıcılığı veya tutarsız mesafesi.

S4: "Doğrusal Olarak 1.33 mW/°C Azalt" notu ne anlama geliyor?

C4: Bu bir termal güç azaltma kuralıdır. İzin verilen maksimum güç dağılımı (diyot için 75 mW, transistör için 100 mW) 25°C'de belirtilmiştir. Ortam sıcaklığı 25°C'nin üzerinde her bir santigrat derece arttığında, izin verilen maksimum gücü 1.33 mW azaltmalısınız. Örneğin, 65°C'de (25°C'nin 40°C üzerinde), transistör için azaltılmış maksimum güç 100 mW - (40 * 1.33 mW) = 100 - 53.2 = 46.8 mW'dir.

8. Pratik Uygulama Vaka Çalışması

Senaryo: Bir Yazıcıda Kağıt Algılama.

LTH-209-01, bir yazıcı mekanizmasından beslenirken kağıdın ön kenarını algılamak için kullanılabilir. Sensör, algılama yüzeyi kağıt yoluna bakacak şekilde ana karta monte edilir. Yansıtıcı bir şerit veya kağıdın kendisi (yeterince yansıtıcıysa) hedef olarak işlev görür. Kağıt olmadığında çıkış yüksektir. Kağıt kenarı sensörün altından geçtiğinde, yansıyan IR ışık fototransistörü aktif eder ve çıkışı düşük seviyeye çeker. Bu dijital sinyal, yazıcının mikrodenetleyicisine kağıdın konumunu bildirerek baskı zamanlamasını doğru bir şekilde kontrol etmesini sağlar. Buradaki temel tasarım noktaları, MCU'nun 3.3V veya 5V mantığıyla temiz bir arayüz için bir çekme direnci seçmeyi, kağıt yolunun mekanik olarak stabil olduğundan ve doğru algılama boşluğunu koruduğundan emin olmayı ve kağıt dokusundan kaynaklanan sinyali debounce etmek için çıkışa basit bir RC filtresi eklemeyi içerir.

9. Çalışma Prensibi

LTH-209-01, modüle edilmiş ışık yansıması ve fotoelektrik dönüşüm prensibiyle çalışır. Dahili olarak, bir kızılötesi ışık yayan diyot (IRED), tipik olarak insan gözüyle görülemeyen yaklaşık 940nm dalga boyunda ışık yayar. Bu ışık cihazın önünden dışarı yansıtılır. Uygun şekilde yansıtıcı bir nesne görüş alanına girdiğinde ve etkili menzil içinde olduğunda, yayılan IR radyasyonunun bir kısmı nesnenin yüzeyinden yansır ve cihaza geri döner. Aynı paket içinde IRED'e bitişik konumlandırılmış bir silikon NPN fototransistör, bu yansıyan ışığı alır. Fototransistörün taban bölgesine çarpan fotonlar elektron-boşluk çiftleri oluşturarak etkin bir şekilde bir taban akımı yaratır. Bu fotogenerasyon taban akımı, transistörün kazancı ile yükseltilir ve harici olarak ölçülebilen çok daha büyük bir kollektör akımı ile sonuçlanır. Kollektör akımındaki bu değişim (çok düşük bir karanlık akımdan belirtilen I_C(ON)'a) temel algılama mekanizmasıdır. Böylece cihaz, optik bir olayı (yansıtıcı bir nesnenin varlığı) elektriksel bir sinyale dönüştürür.

10. Sektör Trendleri ve Bağlam

LTH-209-01 gibi yansıtıcı fotokesiciler, daha geniş optoelektronik sensör pazarında olgun ve güvenilir bir teknolojiyi temsil eder. Bu alandaki genel eğilim, küçültme, artan entegrasyon ve gelişmiş işlevsellik yönündedir. Daha yeni cihazlar, otomatik montaj için yüzey montaj (SMD) paketleri, daha düşük güç tüketimi ve dijital çıkışlar (I2C, PWM) veya gelişmiş doğrusallık ile analog çıkışlar sağlayan yerleşik sinyal koşullandırma IC'leri içerebilir. Ayrıca, ortam ışığına karşı bağışıklığı artırmak için belirli dalga boylarının kullanılması veya optik filtrelerin dahil edilmesi yönünde bir hareket vardır. Dahası, malzeme ve paketleme tekniklerinin gelişimi, bu bileşenlerin sıcaklık aralığını, neme dayanıklılığını ve uzun vadeli stabilitesini iyileştirmeye devam etmektedir. Gelişmiş alternatifler mevcut olsa da, delikli, ayrık fototransistör çıkışlı yansıtıcı sensör, basitlik, sağlamlık ve kanıtlanmış performansın en önemli olduğu sayısız temas gerektirmeyen algılama uygulaması için uygun maliyetli ve oldukça çok yönlü bir çözüm olmaya devam etmektedir.