LTH-306-09S Foto Kesici (Fotointerruptör) Veri Sayfası - Mekanik Anahtar Yerine Kullanım - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTH-306-09S, bir ışık hüzmesinin kesilmesini algılamak için tasarlanmış bir tür optoelektronik cihaz olan bir foto kesicidir (fotointerruptör). Çeşitli algılama uygulamalarında geleneksel mekanik anahtarların doğrudan, katı halde bir yedeği olarak hizmet eder. Temel avantajı, temas gerektirmeyen çalışma prensibinde yatar; bu da mekanik aşınma, kontak sıçraması ve zamanla fiziksel bozulma ile ilgili sorunları ortadan kaldırır. Bu özellik, sık tetikleme gerektiren veya toz, nem veya titreşimin mekanik kontakları tehlikeye atabileceği ortamlarda çalışan uygulamalar için son derece güvenilir olmasını sağlar. Cihaz, endüstriyel otomasyon (konum algılama, limit anahtarları), tüketici elektroniği (yazıcı kağıt algılama, disk tepsi algılama) ve güvenlik sistemleri (kapı kilidi algılama) dahil olmak üzere geniş bir pazar için uygundur.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Bu koşullar altında çalışma garantisi verilmez.

• Giriş LED'i:
  • Güç Dağılımı:75 mW. Bu, LED'in belirtilen ortam sıcaklığında kaldırabileceği maksimum sürekli güçtür.
  • Tepe İleri Akımı:1 A (darbe koşullarında: 300 pps, 10 μs darbe genişliği). Bu değer, LED'i kısa, yüksek yoğunluklu darbelerle sürmek için çok önemlidir.
  • Sürekli İleri Akım:50 mA. Güvenilir uzun vadeli çalışma için maksimum DC akım.
  • Ters Gerilim:5 V. Bu değerin aşılması LED jonksiyonuna zarar verebilir.
• Çıkış Foto Transistörü:
  • Güç Dağılımı:100 mW.
  • Kolektör-Emitör Gerilimi (V_CE):30 V. Kolektör ve emitör arasına uygulanabilecek maksimum gerilim.
  • Emitör-Kolektör Gerilimi:5 V.
  • Kolektör Akımı:20 mA. Foto transistör çıkışının çekebileceği maksimum akım.
• Çevresel:
  • Çalışma Sıcaklığı Aralığı:-25°C ila +85°C. Cihazın normal işlev gösterdiği ortam sıcaklığı aralığı.
  • Depolama Sıcaklığı Aralığı:-40°C ila +100°C.
  • Bacak Lehimleme Sıcaklığı:5 saniye için 260°C (gövdeden 1.6mm uzaklıktaki bacaklar için). Bu, yeniden akış lehimleme profil kısıtlamasını tanımlar.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

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

• Giriş LED Özellikleri:
  • İleri Gerilim (V_F):20 mA ileri akımda (I_F) tipik olarak 1.2V ila 1.6V. Bu, gerekli akım sınırlama direnci değerini hesaplamak için kullanılır: R_limit= (V_besleme- V_F) / I_F.
  • Ters Akım (I_R):5V ters gerilimde maksimum 100 μA.
• Çıkış Foto Transistör Özellikleri:
  • Kolektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO):V_CE=10V'da maksimum 100 nA. Bu, LED kapalıyken (ışık yokken) sızan akımdır. İyi bir sinyal-gürültü oranı için düşük bir değer arzu edilir.
  • Kolektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(SAT)):I_C=0.25mA ve I_F=20mA'da tipik olarak 0.4V. Bu, foto transistör tamamen "açık" olduğunda üzerindeki gerilim düşümüdür.
  • Açık Durum Kolektör Akımı (I_C(ON)):V_CE=5V ve I_F=20mA'da minimum 0.5 mA. Bu, ışık yolu engellenmediğinde minimum çıkış akımını belirtir.
• Kuplaj Karakteristiği:
  • Hareket Açısı:8° ila 14°. Bu, çıkış durumunu güvenilir bir şekilde değiştirmek için gereken kesici nesnenin (örneğin, bir kol) açısal yer değiştirmesini tanımlayan kritik bir parametredir. Daha küçük bir açı, harekete karşı daha yüksek hassasiyeti gösterir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası tipik elektriksel/optik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Metinde spesifik grafikler sağlanmamış olsa da, standart amaçları aşağıda analiz edilmiştir.

• İleri Akım - İleri Gerilim (I_F-V_FEğrisi):Bu grafik, LED'in akımı ve gerilimi arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi gösterir. Tasarımcıların LED'in dinamik direncini anlamasına ve kararlı akım sürücüsü sağlamasına yardımcı olur.
• Kolektör Akımı - Kolektör-Emitör Gerilimi (I_C-V_CEEğrileri):Farklı LED sürücü akımları (I_F) için çizilen bu eğriler, foto transistörün çıkış karakteristiklerini gösterir. Doyma bölgesini (I_C'nin nispeten sabit olduğu) ve analog algılama uygulamaları için önemli olan doğrusal/aktif bölgeyi gösterirler.
• Akım Transfer Oranı (CTR) - İleri Akım:CTR, foto transistör kolektör akımının (I_C) LED ileri akımına (I_F) oranıdır, tipik olarak yüzde olarak ifade edilir. Bu eğri, verimliliğin sürücü akımıyla nasıl değiştiğini gösterir ve istenen çıkış salınımı için sürücü devresini optimize etmede anahtardır.
• Sıcaklık Bağımlılık Eğrileri:V_F, I_C(ON) ve karanlık akım gibi parametrelerin ortam sıcaklığıyla nasıl değiştiğini gösteren grafikler, belirtilen sıcaklık aralığında çalışan sağlam sistemler tasarlamak için gereklidir.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

Veri sayfası bir paket boyut çizimini içerir (burada yeniden üretilmemiştir). Ana mekanik hususlar şunlardır:

• Yuva Boyutları:Kesici nesnenin geçtiği kritik boşluk. Genişliği ve derinliği, hedef nesneyle uyumluluğunu belirler.
• Bacak Aralığı ve Şekli:Bacak düzeni (muhtemelen standart 4 bacak konfigürasyonu: LED için anot, katot; foto transistör için kolektör, emitör) ve aralıkları PCB ayak izi tasarımı için hayati öneme sahiptir.
• Genel Paket Boyutu:Harici uzunluk, genişlik ve yükseklik, cihazın bir montaj içindeki yerleşimini kısıtlar.
• Polarite Tanımlama:Paketin, Pin 1'i tanımlamak için işaretleri (nokta veya pahlı kenar gibi) olacaktır ve bu işaretler PCB ayak iziyle doğru şekilde hizalanmalıdır.
• Özel Kollar:Belirtilen bir özellik, kesici nesneye takılan özelleştirilmiş kollar tasarlama yeteneğidir; bu, sensörün belirli mekanik hareketlere uyarlanmasına ve uygulama esnekliğinin artırılmasına olanak tanır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Doğru işleme, güvenilirlik için çok önemlidir.

• Yeniden Akış Lehimleme:Belirtilen limit, paket gövdesinden 1.6mm ölçülen 5 saniye için 260°C'dir. Bu, tipik kurşunsuz yeniden akış profilleriyle uyumludur. Tasarımcılar, yeniden akış fırınlarının termal profilinin bu limiti aşmadığından emin olmalıdır; aksi takdirde iç epoksi veya yarı iletken jonksiyonlara zarar verebilir.
• El Lehimleme:El lehimlemesi gerekliyse, sıcaklık kontrollü bir havya kullanılmalı ve her bacak için lehimleme süresi en aza indirilmelidir (tipik olarak < 3 saniye).
• Temizlik:Cihazın plastik paketiyle uyumlu, uygun, aşındırıcı olmayan temizlik maddeleri kullanın.
• Depolama Koşulları:Nem emilimini (yeniden akış sırasında "patlamış mısır" etkisine neden olabilir) ve elektrostatik deşarj (ESD) hasarını önlemek için, belirtilen -40°C ila +100°C aralığında kuru, antistatik bir ortamda saklayın.

6. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulama Devreleri

En yaygın konfigürasyon dijital bir anahtardır. LED sabit bir akımla sürülür (örneğin, seri bir direnç üzerinden 20mA). Foto transistör kolektörü, mantık besleme gerilimine (örneğin, 5V) bir çekme direnci (R_çekme) ile bağlanır ve emitör topraklanır. Çıkış sinyali kolektör düğümünden alınır.

• Kesilmemiş Işın (Nesne Yok):Işık foto transistörün tabanına düşer ve iletken olmasına neden olur. Kolektör gerilimi düşük seviyeye çekilir (V_CE(SAT)'a yakın).
• Kesilmiş Işın (Nesne Var):Foto transistör kapanır. Çekme direnci, kolektör gerilimini yüksek seviyeye çeker (besleme gerilimine).

R_çekme değeri bir dengedir: daha düşük bir değer daha hızlı yükselme süreleri ve daha iyi gürültü bağışıklığı sağlar ancak çıkış düşükken daha fazla akım çeker. Gerekli anahtarlama hızına ve sonraki mantık aşamasının giriş karakteristiklerine göre seçilmelidir.

6.2 Tasarım Hususları

• LED Akım Seçimi:Tipik 20mA'de çalışmak iyi bir çıkış akımı sağlar. Daha düşük akımlar güç tasarrufu sağlar ancak I_C(ON) ve gürültü marjını azaltır. Sürekli ileri akım değerini aşmayın.
• Ortam Işığına Karşı Bağışıklık:Cihaz, kendi iç LED'inin spesifik dalga boyuna duyarlıdır. Ancak, güçlü ortam ışığına sahip ortamlarda (özellikle IR içeren güneş ışığı), alıcı devrede senkron tespit ile modüle edilmiş (darbeli) bir LED sürücü sinyali, bağışıklığı büyük ölçüde artırabilir.
• Tepki Süresi:Anahtarlama hızı (yükselme/düşme süresi), foto transistörün kapasitansı ve çekme direncinin değeri ile sınırlıdır. Yüksek hızlı uygulamalar için, mevcutsa spesifik dinamik karakteristik grafiklerine danışın.
• Nesne Özellikleri:Kesici nesnenin opaklığı, kalınlığı ve rengi, engellenen ışık miktarını etkiler. Güvenilir çalışma için, nesne, foto transistör akımını "kapalı" durum için eşiğinin altına düşürecek kadar opak olmalıdır.
• Hizalama:Tutarlı çalışma için, nesnenin sensörün yuvası içinde mekanik olarak hassas bir şekilde hizalanması gerekir, özellikle de tanımlanmış hareket açısı göz önüne alındığında.

7. Teknik Karşılaştırma ve Avantajlar

Mekanik mikro anahtarlarla karşılaştırıldığında, LTH-306-09S foto kesici birkaç önemli avantaj sunar:

• Uzun Ömür ve Güvenilirlik:Aşınacak, ark oluşturacak veya oksitlenecek hareketli kontaklar yoktur. Ömür tipik olarak kat kat daha uzundur.
• Yüksek Hızlı Çalışma:Kontak sıçraması ve mekanik ataletle sınırlı olan mekanik anahtarlardan çok daha hızlı anahtarlama yapabilir.
• Tutarlı Performans:Kontak direnci bir faktör değildir. Çıkış karakteristikleri zamanla stabil kalır.
• Çevresel Sızdırmazlık:Plastik paket, harici bir aktüatöre sahip mekanik bir anahtara kıyasla toza ve neme karşı daha kolay sızdırmaz hale getirilebilir.
• Sessiz Çalışma:Mekanik bir anahtarın duyulabilir tıklamasının aksine tamamen sessizdir.

Denge, destekleyici elektroniklere (LED için bir akım kaynağı ve bir çekme direnci) ihtiyaç duyulması ve aşırı ortam ışığına veya optik yolun kirlenmesine karşı potansiyel hassasiyettir.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

• S: LED'i doğrudan bir 5V mikrodenetleyici pininden sürebilir miyim?C: Hayır. Bir akım sınırlama direnci kullanmalısınız. Örneğin, V_CC=5V, V_F~1.4V ve istenen I_F=20mA için: R = (5V - 1.4V) / 0.02A = 180Ω. 180Ω veya 220Ω'luk bir direnç tipiktir.
• S: Tasarımım için 8-14 derecelik "Hareket Açısı" ne anlama geliyor?C: Bu, ışını kesen fiziksel kol veya flamanın, yuvadan geçerken çıkış durumunu "açık"tan "kapalı"ya güvenilir bir şekilde değiştirmeyi garanti etmek için en az 8 derece (ve tipik olarak 14 dereceye kadar) dönmesi veya hareket etmesi gerektiği anlamına gelir. Mekanik tasarımınız bu açısal hareketi sağlamalıdır.
• S: Çıkış kolektör akımı (I_C(ON)) sadece 0.5mA min. Bu bir mantık girişini sürmek için yeterli mi?C: Evet, çok yüksek giriş empedansına (sadece mikroamper gerektiren) sahip standart CMOS veya TTL mantık girişleri için, 0.5mA çekme kapasitesi fazlasıyla yeterlidir. Gerilim seviyesi (düşük = ~0.4V) kritik parametredir.
• S: Cihazı besleme hatlarındaki gerilim dalgalanmalarından nasıl korurum?C: Cihaza yakın standart kart seviyesinde ayrıştırma kapasitörleri (örneğin, 100nF seramik) kullanın. Zorlu ortamlar için, besleme rayına ek geçici gerilim bastırma (TVS) diyotları düşünülebilir.

9. Pratik Uygulama Örnekleri

• Yazıcı Kağıt Algılama:Kağıt tepsi koluna bağlı bir flama, foto kesicinin yuvasından döner. Kağıt olduğunda, flama bir konumdadır (ışın kesilmez); boş olduğunda diğer konuma hareket eder (ışın kesilir) ve kontrol sistemine sinyal verir.
• Endüstriyel Konveyör Bant Nesne Sayımı:Konveyör üzerindeki nesneler, bir foto kesici ile donatılmış bir kapıdan geçer. Her nesne ışını keser ve bir PLC veya mikrodenetleyici tarafından sayılan bir darbe üretir.
• Güvenlik Kapı Kilidi:Foto kesici bir kapı kasasına monte edilir ve bir çıkıntı kapıya monte edilir. Kapı düzgün şekilde kapandığında, çıkıntı yuvaya girer, ışının geçmesine izin verir ve "güvenli" durum sinyali verir. Kapı açıksa, ışın engellenir ve makineyi devre dışı bırakabilecek "güvensiz" bir durum sinyali verir.
• Döner Kodlayıcı Disk Algılama:Bir motor miline bağlı yarıklı bir disk, verici ve dedektör arasında döner. Yarıklar geçerken üretilen bir dizi ışık darbesi, hız ve konumu belirlemek için kullanılır.

10. Çalışma Prensibi

Bir foto kesici, vericisi ve dedektörü arasında fiziksel bir boşluk bulunan bir optokuplördür. Bir tarafta bir kızılötesi Işık Yayan Diyot (LED) ve karşı tarafta, açık bir yuva boyunca hizalanmış bir silikon Foto Transistörden oluşur. LED'e bir elektrik akımı uygulandığında, kızılötesi ışık yayar. Bu ışık boşluk boyunca ilerler ve foto transistörün taban bölgesine çarpar. Fotonlar tabanda elektron-delik çiftleri oluşturarak etkin bir şekilde bir taban akımı görevi görür. Bu fotogenerasyon akımı daha sonra transistörün kazancı ile yükseltilir ve çok daha büyük bir kolektör akımının akmasına izin verir. Opak bir nesne yuvaya girdiğinde, ışık yolunu engeller. Fotogenerasyon taban akımı durur, foto transistörü kapatır ve kolektör akımını durdurur. Böylece, yuvadaki bir nesnenin varlığı veya yokluğu, çıkış foto transistörünün iletkenliğini dijital olarak kontrol eder.

11. Teknoloji Trendleri

Foto kesicilerin temel teknolojisi olgundur. Mevcut trendler entegrasyon ve küçültme üzerine odaklanmaktadır. Cihazlar performansı korurken veya iyileştirirken paket boyutunda daha küçük hale gelmektedir (SMD tipleri). Ayrıca, ek devreleri çip üzerinde entegre etme eğilimi vardır; örneğin histerezis için Schmitt tetikleyicileri (harici bileşenler olmadan temiz dijital anahtarlama sağlamak için), analog çıkış için yükselteçler veya hatta tam dijital arayüzler (I2C). Bu, harici bileşen sayısını azaltır ve tasarımı basitleştirir. Ayrıca, daha yüksek hassasiyete sahip cihazlar, daha düşük LED akımlarıyla çalışmaya izin vererek genel sistem güç tüketimini azaltır; bu da pil ile çalışan uygulamalar için kritiktir. Optik yol için malzemelerin (lensler, filtreler) geliştirilmesi de ortam ışığı reddini ve algılama doğruluğunu iyileştirmeye devam etmektedir.