LTH-301-05 Foto Kesici Veri Sayfası - Temassız Anahtarlama - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTH-301-05, tek bir kompakt paket içinde bir kızılötesi ışık yayan diyot (IR LED) ve bir fototransistörü birleştiren, yansımalı bir foto kesici türü olan optoelektronik bir bileşendir. Temel işlevi, fiziksel temas olmadan bir nesnenin varlığını veya yokluğunu algılamaktır, bu da onu temassız bir anahtar yapar. Bu cihazın temel avantajı, geleneksel anahtarlarla ilişkili mekanik aşınma ve yıpranmayı ortadan kaldırdığı için güvenilirliği ve uzun ömrüdür. Doğrudan PCB (Baskılı Devre Kartı) montajı veya çift sıralı soket ile kullanım için tasarlanmıştır ve montajda esneklik sunar. Hızlı anahtarlama hızı, yazıcılar, fotokopi makineleri, otomatlar ve konum algılama, nesne sayma veya kenar tespiti gerektiren endüstriyel otomasyon ekipmanları gibi hızlı algılama gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek sınırları tanımlar. Sürekli çalışma için değildir. Temel parametreler şunları içerir:

• IR Diyot Sürekli İleri Akımı (I_F): 60 mA. LED üzerinden akabilecek maksimum kararlı durum akımıdır.
• IR Diyot Tepe İleri Akımı: 1 A (saniyede 300 darbe, 10 μs genişlikte darbeler için). Gelişmiş sinyal tespiti için kısa, yüksek yoğunluklu darbelere izin verir.
• Fototransistör Kollektör Akımı (I_C): 20 mA. Çıkış transistörünün kaldırabileceği maksimum akım.
• Fototransistör Kollektör-Emitör Gerilimi (V_CEO): 30 V. Fototransistörün kollektör ve emitörü arasına uygulanabilecek maksimum gerilim.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı: -25°C ila +85°C. Güvenilir çalışma için ortam sıcaklığı aralığını tanımlar.
• Bacak Lehimleme Sıcaklığı: Kasadan 1.6mm mesafede, 5 saniye süreyle maksimum 260°C. Termal hasarı önlemek için montajda kritik öneme sahiptir.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Bu parametreler, ortam sıcaklığı (T_A) 25°C'de ölçülür ve cihazın tipik performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş (IR LED) Özellikleri

• İleri Gerilim (V_F): İleri akım (I_F) 20 mA'de tipik olarak 1.2V ila 1.6V. LED aydınlatıldığında üzerindeki gerilim düşümüdür.
• Ters Akım (I_R): Ters gerilim (V_R) 5V'de maksimum 100 μA. LED ters kutuplandığında oluşan küçük sızıntı akımını gösterir.

2.2.2 Çıkış (Fototransistör) Özellikleri

• Kollektör-Emitör Delinme Gerilimi (V_(BR)CEO): Minimum 30V. Beyz açıkken transistörün delindiği gerilim.
• Kollektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO): V_CE=10V'de maksimum 100 nA. Bu, fototransistörün üzerine ışık düşmediğindeki (yani "kapalı" durum akımı) sızıntı akımıdır. Açık ve kapalı durumlar arasında iyi bir kontrast için düşük bir değer arzu edilir.

2.2.3 Kuplaj (Birleşik) Özellikleri

Bu parametreler, LED ve fototransistörün birlikte çalışma davranışını tanımlar.

• Kollektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(SAT)): Fototransistör tamamen açıldığında (I_C=0.25mA, I_F=20mA) maksimum 0.4V. Düşük bir doyum gerilimi, dijital mantık arayüzü için iyidir.
• Açık Durum Kollektör Akımı (I_C(ON)): LED sürüldüğünde (I_F=20mA) ve V_CE=5V'de minimum 0.5 mA. Bu, üretilen fotoakımdır ve çıkış sinyal gücünü belirler.
• Tepki Süresi: Bu, çıkışın giriş ışığındaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini tanımlar.
  • Yükselme Süresi (t_r): Tipik 3 μs, maksimum 15 μs. LED açıldığında çıkış akımının son değerinin %10'undan %90'ına yükselme süresi.
  • Düşme Süresi (t_f): Tipik 4 μs, maksimum 20 μs. LED kapatıldığında çıkış akımının başlangıç değerinin %90'ından %10'una düşme süresi.

3. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

3.1 Paket Boyutları

Cihaz, dört bacaklı standart bir delikli pakete sahiptir. Kesin boyutlar veri sayfası çizimlerinde sağlanmıştır. Temel notlar şunları içerir:

• Tüm boyutlar milimetre cinsindendir, parantez içinde inç değerleri verilmiştir.
• Aksi belirtilmedikçe standart tolerans ±0.25mm (±0.010")'dir.
• Paket, dalga lehimleme veya manuel lehimleme işlemleri sırasında stabilite için tasarlanmıştır.

3.2 Polarite Tanımlama

Doğru yönlendirme çok önemlidir. Veri sayfası şeması, IR LED için anot ve katot bacaklarını ve fototransistör için kollektör ve emitör bacaklarını açıkça gösterir. Cihazı yanlış monte etmek, çalışmamaya veya kalıcı hasara yol açabilir.

4. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Doğru kullanım, cihaz güvenilirliğini ve ömrünü sağlar.

• Lehimleme: Bacaklar maksimum 260°C sıcaklıkta lehimlenebilir, ancak bu ısı maksimum 5 saniye süreyle uygulanmalıdır. Paketin erimesini veya deformasyonunu önlemek için plastik kasa gövdesinden belirtilen mesafenin (1.6mm / 0.063") korunması kritik öneme sahiptir.
• Temizleme: Cihazın plastik malzemesiyle uyumlu uygun çözücüler kullanın. İç gerilime veya çatlamaya neden olabilecek belirli frekanslarla ultrasonik temizlemeden kaçının.
• Depolama Koşulları: Performansı korumak için, cihazları -40°C ila +100°C sıcaklık aralığında ve düşük nemli bir ortamda, tercihen elektrostatik deşarj (ESD) hasarını önlemek için anti-statik paketleme içinde saklayın.

5. Uygulama Önerileri

5.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Yazıcı/Fotokopi Makinelerinde Kağıt Algılama: Kağıt sıkışması, kağıt bitimi veya çoklu besleme durumlarını tespit etme.
• Nesne Sayma: Konveyör bandındaki veya bir oluktan geçen öğeleri sayma.
• Konum/Hız Algılama: Bir kodlayıcı diski üzerindeki yuvaları tespit ederek bir motorun dönüş konumunu veya hızını belirleme.
• Otomatlar: Para geçişini veya ürün dağıtımını doğrulama.
• Güvenlik Sistemleri: İzinsiz giriş tespiti için bir ışın kesme sensörünün parçası olarak.

5.2 Tasarım Hususları

• LED Akım Sınırlama: IR LED ile her zaman seri bir direnç kullanarak ileri akımı (I_F) güvenli bir değerle, tipik olarak çıkış sinyal gücü ve cihaz ömrü arasında bir denge için 10mA ile 20mA arasında sınırlayın. Direnç değeri R = (V_CC- V_F) / I_F.
• Fototransistör Polarizasyonu: Fototransistörün kollektörü ile pozitif besleme gerilimi (V_CC) arasına tipik olarak bir çekme direnci bağlanır. Emitör toprağa bağlanır. Bu direncin değeri (genellikle 1kΩ ile 10kΩ arasında) ve besleme gerilimi, çıkış gerilim salınımını ve tepki hızını belirler. Daha küçük bir direnç daha hızlı tepki verir ancak daha düşük çıkış gerilim salınımı (ve açıkken daha yüksek güç tüketimi) sağlar.
• Ortam Işığı Bağışıklığı: Cihaz kızılötesi ışık kullandığından, görünür ortam ışığına bir dereceye kadar bağışıktır. Ancak, güçlü IR radyasyon kaynakları (güneş ışığı veya akkor ampuller gibi) yanlış tetiklemeye neden olabilir. Modüle edilmiş bir IR sinyali ve bir demodülasyon devresi kullanmak, gürültü bağışıklığını büyük ölçüde artırabilir.
• Aralık ve Yansıtıcılık: Algılama mesafesi ve sinyal gücü, hedef nesnenin yansıtıcılığına ve sensör ile nesne arasındaki aralığın genişliğine bağlıdır. Koyu, yansıtıcı olmayan nesneler daha zayıf bir sinyal üretecektir.

6. Çalışma Prensibi

LTH-301-05 basit bir optik prensiple çalışır. Dahili IR LED bir kızılötesi ışık demeti yayar. LED'in karşısında bir fototransistör bulunur. "Kesintisiz" durumda, bu ışık demeti küçük bir aralıktan geçer ve fototransistöre çarparak iletken olmasına (açılmasına) neden olur. Bu aralığa bir nesne yerleştirildiğinde, kızılötesi ışığı bloke eder. Fototransistöre ışık düşmediğinde, iletkenliği durur (kapanır). Fototransistörün bu elektriksel durum değişikliği (iletkenden iletken olmayana veya tam tersi), harici devre tarafından algılanır ve nesnenin varlığı kaydedilir. Fototransistör esasen ışık yoğunluğu tarafından kontrol edilen bir akım kaynağı gibi davranır.

7. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, detaylı tasarım analizi için paha biçilmez olan tipik karakteristik eğrileri içerir. Belirli grafikler metin içinde yeniden üretilmese de, tipik olarak aşağıdaki ilişkileri gösterirler:

• LED için İleri Akım vs. İleri Gerilim (I_F-V_F): Doğrusal olmayan ilişkiyi gösterir, farklı çalışma akımlarındaki kesin gerilim düşümünü belirlemeye yardımcı olur.
• Fototransistör için Kollektör Akımı vs. Kollektör-Emitör Gerilimi (I_C-V_CE): Farklı gelen ışık seviyelerinde (veya farklı LED sürme akımlarında), bu eğriler transistörün çıkış karakteristiklerini gösterir, bir bipolar transistörün çıkış eğrilerine benzer şekilde.
• Kollektör Akımı vs. İleri Akım (I_C-I_F))_C: Bu transfer karakteristik eğrisi çok önemlidir. Çıkış fotoakımının (I_F) giriş LED akımına (I
• ) göre nasıl değiştiğini gösterir. Kuplaj için temel bir verimlilik parametresi olan akım transfer oranını (CTR) tanımlar.Sıcaklık Bağımlılığı_F: Eğriler genellikle ileri gerilim (V_CEO), karanlık akım (I_{) ve açık durum akımı (I}C(ON)

) gibi parametrelerin ortam sıcaklığına göre nasıl değiştiğini gösterir. Bu, geniş bir sıcaklık aralığında çalışan sistemler tasarlamak için kritik öneme sahiptir.

1. 8. Teknik Parametrelere Dayalı Sık Sorulan SorularS: Tipik algılama mesafesi nedir?_FC: Algılama mesafesi, veri sayfasında tek bir sabit değer değildir. Yuvanın spesifik mekanik tasarımına, LED'e uygulanan sürme akımına (I_{), alıcı devrenin hassasiyetine ve kesinti yapan nesnenin yansıtıcılığına bağlıdır. Tasarımcı bunu I}C(ON)
2. parametresine ve uygulama kurulumuna dayanarak belirlemelidir.S: LED'i doğrudan bir mikrodenetleyici pininden sürebilir miyim?_FC: Mümkündür, ancak iki şeyi kontrol etmelisiniz: a) Mikrodenetleyici pininin maksimum akım sağlama kapasitesi, istediğiniz I
3. 'den (örneğin, 20mA) büyük olmalıdır. b) Tasarım hususlarında açıklandığı gibi seri olarak bir akım sınırlama direnci EKLEMELİSİNİZ. Bir LED'i asla doğrudan bir gerilim kaynağına bağlamayın.S: Çıkışı dijital bir girişle nasıl arayüzlerim?_{C: En basit yöntem, kollektörde bir çekme direnci kullanmaktır. Işık yolu açık olduğunda, fototransistör açıktır ve kollektör gerilimini düşük seviyeye (V}CE(SAT)_CC'e yakın) çeker. Işık bloke edildiğinde, transistör kapalıdır ve çekme direnci kollektör gerilimini yüksek seviyeye (V
4. 'e) çeker. Bu temiz bir mantık seviyesi sinyali sağlar.S: Tepki süresi neden önemlidir?
5. C: Hızlı tepki süreleri (mikrosaniyeler), sensörün çok hızlı hareket eden nesneleri veya hızlı ardışık olayları sayı kaçırmadan algılamasına olanak tanır. Bu, yüksek hızlı makinelerde, kodlayıcı uygulamalarında veya darbeli ışık kullanan iletişim sistemlerinde çok önemlidir.S: Mutlak maksimum değerleri aşarsam ne olur?

C: Bu limitleri aşmak, kısa süreli bile olsa, cihaza anında veya gecikmeli hasara neden olabilir. Bu, LED'in ışık çıkışının bozulmasını, fototransistördeki karanlık akımın artmasını veya tamamen arızalanmayı (açık veya kısa devre) içerebilir. Her zaman bir güvenlik payı ile tasarım yapın.

9. Pratik Tasarım ve Kullanım Örneği

Örnek: Küçük Bir DC Motorun RPM Ölçümü

Bir tasarımcı, bir motor milinin dönüş hızını ölçmek ister. Mile küçük bir yarıklı disk takarlar. LTH-301-05, diskin algılama aralığından dönecek şekilde monte edilir. Bir yarık aralıktan her geçtiğinde, ışık fototransistöre ulaşır ve çıkışta bir darbe oluşturur. LED, bir direnç üzerinden sabit 15mA akımla sürülür. Fototransistör kollektörü, 4.7kΩ'luk bir çekme direnci üzerinden 5V beslemeye ve ayrıca bir mikrodenetleyicinin kesme yeteneğine sahip giriş pinine bağlanır.

Mikrodenetleyici yazılımı, sabit bir zaman penceresi içinde (örneğin, bir saniye) alınan darbe sayısını (yükselen veya düşen kenarları) sayacak şekilde programlanır. Disk örneğin 20 yarığa sahip olduğundan, saniyedeki darbe sayısı 20'ye bölünerek saniyedeki devir sayısı elde edilir ve bu kolayca RPM'ye dönüştürülür. Sensörün hızlı yükselme ve düşme süreleri, motorun yüksek hızlarında bile, darbelerin temiz ve doğru bir şekilde sayılmasını, yavaş sensör tepkisi nedeniyle kenarların kaçırılmamasını sağlar.

10. Gelişim Trendleri

• LTH-301-05 gibi foto kesiciler, olgun ve güvenilir bir teknolojiyi temsil eder. Optoelektronik sensörlerin daha geniş alanındaki mevcut trendler şunlara odaklanmaktadır:Küçültme
• : Modern elektroniklerde kart alanından tasarruf etmek için daha da küçük yüzey montaj cihazı (SMD) paketlerinin geliştirilmesi.:
  • Entegrasyon
  • LED için akım sınırlama direncinin dahili olarak entegre edilmesi.
  • Pakete bir Schmitt tetikleyici veya karşılaştırıcı eklenerek doğrudan temiz bir dijital çıkış sağlanması, arayüz devresini basitleştirir.
• Üstün gürültü bağışıklığı için ortam ışığı reddetme devrelerinin veya modülasyon/demodülasyon mantığının çip üzerine eklenmesi.Gelişmiş Performans
• : Daha düşük güç tüketimi veya daha uzun algılama mesafeleri için akım transfer oranının (CTR) iyileştirilmesi ve ultra yüksek hızlı uygulamalar için tepki sürelerinin daha da azaltılması.Özelleşme

: Hassas kenar tespiti için çok dar aralıklı varyantlar veya spesifik malzeme tespiti için farklı dalga boylarına sahip varyantlar (örneğin, şeffaf filmleri algılama) oluşturulması.