LTH-309-08 Foto Kesici Sensör Veri Sayfası - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTH-309-08, yansımalı bir foto kesicidir; tek, kompakt bir paket içinde bir kızılötesi ışık yayan diyot (LED) ve bir fototransistörü birleştiren bir tür optoelektronik sensördür. Temel işlevi, bir yüzeyden yansıyan kızılötesi ışık demetinin kesilmesini algılayarak, fiziksel temas olmadan bir nesnenin varlığını veya yokluğunu tespit etmektir. Bu cihaz, doğrudan PCB (Baskılı Devre Kartı) montajı veya standart bir çift sıralı sokete takılma için tasarlanmıştır, bu da otomatik montaj süreçleri için oldukça çok yönlü olmasını sağlar.

Bu sensörün temel avantajı, mekanik aşınma ve yıpranmayı ortadan kaldırarak yüksek güvenilirlik ve uzun çalışma ömrü sağlayan temassız anahtarlama yeteneğinde yatar. Sınırlı alanlarda hızlı tepki süreleri ve hassas nesne tespiti gerektiren uygulamalar için özellikle uygundur. Tipik hedef pazarlar arasında ofis otomasyon ekipmanları (yazıcılar, fotokopi makineleri), endüstriyel otomasyon (konveyör bant sayaçları, konum algılama), tüketici elektroniği ve güvenilir nesne tespitinin kritik olduğu çeşitli ölçüm cihazları yer alır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu koşullar altında çalışma garanti edilmez.

• Giriş LED'i:Sürekli ileri akım 50 mA'yı aşmamalıdır; darbe koşullarında (300 pps, 10 µs darbe genişliği) 1 A'lık bir tepe ileri akıma izin verilir. LED için maksimum güç dağılımı 75 mW'dır. 5 V'tan büyük bir ters voltajdan kaçınılmalıdır.
• Çıkış Fototransistörü:Kolektör akımı 20 mA ile sınırlıdır. Kolektör-emitör voltajı 30 V'a kadar dayanabilirken, emitör-kolektör voltajı 5 V ile sınırlıdır. Fototransistörün güç dağılımı 100 mW'ı aşmamalıdır.
• Çevresel Sınırlar:Cihaz, -25°C ila +85°C arasındaki ortam sıcaklığı aralığında çalışmak üzere derecelendirilmiştir. Depolama -55°C ila +100°C arasında olabilir. Lehimleme için, uçlar paket gövdesinden 1.6mm ölçüldüğünde 260°C'de 5 saniye dayanabilir.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Bu parametreler, 25°C ortam sıcaklığında (T_A) belirtilmiştir ve normal çalışma koşulları altındaki beklenen performansı tanımlar.

• Giriş LED İleri Voltajı (V_F):İleri akım (I_F) 20 mA ile sürüldüğünde tipik olarak 1.2V ila 1.6V. Bu parametre, sürücü devresindeki akım sınırlayıcı direncin tasarımı için çok önemlidir.
• Çıkış Fototransistör Karanlık Akımı (I_CEO):Sensöre ışık düşmediğindeki sızıntı akımı, V_CE=10V'da maksimum 100 nA olarak belirtilmiştir. Düşük karanlık akım, özellikle düşük ışık veya yüksek kazanç uygulamalarında iyi bir sinyal-gürültü oranı için gereklidir.
• Açık Durum Kolektör Akımı (I_C(ON)):LED, I_F=20mA ve V_CE=5V ile sürüldüğünde minimum kolektör akımı 0.5 mA'dır. Bu parametre, fototransistörün hassasiyetini gösterir.
• Kolektör-Emitör Doyma Voltajı (V_CE(SAT)):Fototransistör tamamen "açık" olduğunda üzerindeki voltaj düşüşü, I_C=0.25mA ve I_F=20mA'da tipik olarak 0.4V'dır. Düşük voltajlı mantık devreleriyle arayüz oluşturmak için düşük bir doyma voltajı tercih edilir.
• Tepki Süresi:Sensörün anahtarlama hızı, yükselme süresi (T_R) ve düşme süresi (T_F) ile karakterize edilir. V_CE=5V, I_C=2mA ve R_L=100Ω test koşullarında tipik değerler yükselme süresi için 3-15 µs ve düşme süresi için 4-20 µs'dir. Bu hızlı anahtarlama, hızla hareket eden nesnelerin tespit edilmesini sağlar.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası tipik elektriksel/optik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Metinde belirli grafikler sağlanmamış olsa da, genel amaçları ve sundukları içgörüler açıklanabilir.

Bu eğriler tipik olarak, sıcaklık veya sürücü akımı gibi değişkenlere karşı anahtar parametreleri çizer. Örneğin, I_C(ON)'un I_F(LED ileri akımı) karşısındaki bir eğrisi, bir tasarımcının giriş gücü ile çıkış sinyal gücü arasındaki ilişkiyi anlamasına yardımcı olur ve istenen hassasiyet ve güç tüketimi için LED sürücüsünün optimize edilmesine olanak tanır. Bir diğer yaygın eğri, sensörün performansının sıcaklık uçlarında nasıl bozulduğunu veya değiştiğini anlamak için kritik olan ve belirtilen -25°C ila +85°C aralığında güvenilir çalışmayı sağlayan, I_C(ON)'un ortam sıcaklığına karşı olanıdır. Bu grafikler, nominal 25°C noktası özelliklerinin ötesinde sağlam sistem tasarımı için gereklidir.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

LTH-309-08 kompakt entegrasyon için tasarlanmıştır. Paket boyutları veri sayfasında milimetre (ve parantez içinde inç) cinsinden tüm ölçümlerle birlikte sağlanır. Ana mekanik notlar şunları içerir:

• Aksi belirtilmedikçe ±0.25mm (±0.010") genel toleransı uygulanır.
• Uç aralığı, uçların plastik paket gövdesinden çıktığı noktada ölçülür; bu, PCB ayak izi tasarımı için kritiktir.
• Paket, hem manuel hem de dalga lehimleme işlemlerini kolaylaştıran standart bir delikli tipdir.

Uygun polarite tanımlaması, bu tür cihazlar için standart pin düzeni ile ima edilir: LED anodu ve katodu bir tarafta, fototransistör kolektörü ve emitörü diğer taraftadır. Tasarımcılar, doğru PCB düzeni için tam pin düzenini ve yönünü doğrulamak üzere boyut çizimine başvurmalıdır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Veri sayfası, paket gövdesinden 1.6mm (0.063 inç) ölçüldüğünde, uç lehimleme sıcaklık sınırını 260°C'de 5 saniye olarak belirtir. Bu, dalga lehimleme veya el lehimleme sırasında süreç kontrolü için kritik bir parametredir.

• Reflö Lehimleme:Esas olarak bir delikli cihaz olsa da, karma teknolojili bir kartta kullanılıyorsa, reflö sırasında aşırı dikkat gösterilmelidir. Plastik paketin, yüzey montaj bileşenlerinden daha düşük bir termal toleransı vardır. Özellikle nitelendirilmedikçe, standart kızılötesi veya konveksiyon reflö profilleri için genellikle önerilmez.
• El Lehimleme:Sıcaklık kontrollü bir havya kullanın. Paketin içindeki hassas yarı iletken die'ye ısı transferini en aza indirmek için uç/pad bağlantısına hızlı ve verimli bir şekilde ısı uygulayın. Bileşen ucunda havya ucuna uzun süre doğrudan lehim uygulamayın.
• Temizlik:Paket plastiği ile uyumlu temizleme çözücüleri kullanın; çatlama veya bozulmayı önlemek için.
• Depolama Koşulları:Nem emilimini (lehimleme sırasında "patlamış mısır" etkisine neden olabilir) ve elektrostatik deşarj hasarını önlemek için, belirtilen -55°C ila +100°C sıcaklık aralığında kuru, anti-statik bir ortamda depolayın.

6. Uygulama Önerileri

6.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Yazıcı/Fotokopi Makinelerinde Kağıt Tespiti:Kağıt sıkışmalarını, tepsi boş durumlarını veya kağıt yolundaki belirli noktalarda kağıt varlığını tespit etme.
• Konveyörlerde Nesne Sayımı:Sabit bir noktadan geçerken ürünleri, şişeleri veya bileşenleri sayma.
• Konum Algılama:Hareketli bir arabasının (tarayıcı veya çizici gibi) başlangıç konumunu veya bir kapı veya kapağın açık/kapalı durumunu tespit etme.
• Döner Kodlayıcı Disk Algılama:Hız veya konum geri bildirimi için düşük çözünürlüklü bir optik kodlayıcı oluşturmak üzere yarıklı bir tekerlek ile birlikte kullanılır.

6.2 Tasarım Hususları

• LED Akım Sürücüsü:Tutarlı bir çıkış için, test koşullarına göre tipik olarak 20 mA civarında sabit bir I_F sağlamak üzere LED ile seri olarak bir sabit akım kaynağı veya akım sınırlayıcı direnç kullanın. LED'i daha yüksek bir akımda darbeli sürmek, algılama mesafesini artırabilir ancak mutlak maksimum değerler dahilinde kalmalıdır.
• Fototransistör Öngerilimi:Bir çekme direnci (R_L), kolektör ile besleme voltajı (V_CC) arasına bağlanır. R_L değeri hem çıkış voltaj salınımını hem de tepki süresini etkiler. Daha küçük bir R_L daha hızlı tepki verir ancak daha küçük bir çıkış voltajı değişimi sağlar. Emitör tipik olarak toprağa bağlanır.
• Çıkış Arayüzü:Fototransistör çıkışı, dijital algılama için doğrudan bir mikrodenetleyicinin Schmitt tetikleyici girişine veya yansıyan ışık yoğunluğunu ölçmek için bir analog girişe beslenebilir. Gürültülü ortamlar için, fototransistörün kolektörü ve emitörü arasına küçük bir kapasitör eklemek yüksek frekanslı gürültüyü filtrelemeye yardımcı olabilir.
• Hedef Yüzey:Yansımalı algılama performansı, hedefin yansıtıcılığına, rengine ve mesafesine büyük ölçüde bağlıdır. Tutarlı çalışma için, algılama eşiğini belirli hedef malzemeye göre kalibre edin. En iyi sinyal gücü için algılama aralığı en aza indirilmelidir.
• Ortam Işığına Karşı Bağışıklık:Sensör kızılötesi ışık kullandığından, görünür ortam ışığına bir ölçüde bağışıktır. Ancak, güçlü kızılötesi ışık kaynakları (güneş ışığı veya akkor ampuller gibi) yanlış tetiklemeye neden olabilir. Modüle edilmiş bir LED sinyali ve alıcı devrede senkron tespit kullanmak, ortam ışığına karşı bağışıklığı büyük ölçüde artırabilir.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılıklar

Mekanik limit anahtarlarıyla karşılaştırıldığında, LTH-309-08 açık avantajlar sunar: hareketli parça yok, daha yüksek güvenilirlik, daha hızlı tepki ve sessiz çalışma. Foto kesici kategorisi içinde, temel farklılaştırıcıları belirtilen parametrelerinden türetilir. Hızlı anahtarlama hızı (3-15 µs yükselme süresi), onu daha yavaş fototransistörlerden daha yüksek hızlı uygulamalar için uygun kılar. Nispeten düşük doyma voltajı (0.4V), daha yüksek V_CE(SAT) olan cihazlara kıyasla modern 3.3V mantık sistemleriyle daha iyi uyum sağlar. Standart delikli DIP paketi, sağlamlık ve prototipleme kolaylığı sunar, ancak yüzey montaj alternatiflerinden daha fazla kart alanı kaplar. Tasarımcılar, standart paket formatında hız, hassasiyet ve kanıtlanmış güvenilirlik dengesi gerektiren uygulamalar için bu parçayı seçerler.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

• S: LED'i 3.3V mantık ile sürebilir miyim?C: Evet, ancak seri direnci dikkatlice hesaplamalısınız. 20mA'de tipik V_F 1.6V ile, direnç değeri (3.3V - 1.6V) / 0.02A = 85Ω olacaktır. Güvenli bir tasarım için veri sayfasındaki maksimum V_F değerini kullanın.
• S: Maksimum algılama mesafesi nedir?C: Veri sayfası bir mesafe belirtmez. Bu, LED sürücü akımına, hedef yansıtıcılığına ve gerekli I_C(ON) değerine bağlıdır. Belirli hedefiniz için deneysel olarak belirlenmesi en iyisidir. Genel olarak, yansımalı sensörler kısa mesafelerde (birkaç milimetre) en iyi şekilde çalışır.
• S: Fototransistörü voltaj dalgalanmalarından nasıl korurum?A: 30V V_(BR)CEO değerine sahip olsa da, endüktif ortamlarda güvenilirlik için, kolektör-emitör arasına ters öngerilimli küçük bir geçici voltaj bastırıcı (TVS) diyot veya normal bir diyot eklenebilir.
• S: Bunu tozlu bir ortamda kullanabilir miyim?A: Lensin üzerinde toz birikmesi, ışık demetini zayıflatır, hassasiyeti azaltır ve potansiyel olarak arızalara neden olabilir. Cihaz sızdırmaz değildir. Zorlu ortamlar için, sızdırmaz yarıklı bir cihaz düşünün veya harici koruma sağlayın.

9. Pratik Uygulama Vaka Çalışması

Senaryo: Masaüstü Yazıcıda Kağıt Bitti Sensörü.LTH-309-08, kağıt besleme tepsisinin yakınındaki ana PCB'ye monte edilmiştir. Kağıt yığını tükendiğinde, kağıt tepsi mekanizmasına bağlı beyaz bir plastik bayrak, sensörün algılama aralığına girer. "Kağıt var" durumunda, bayrak aralığın dışındadır, LED'den gelen kızılötesi ışığın yazıcının içindeki sabit bir yüzeyden fototransistöre yansımasına izin verir, yüksek bir I_C(ON) ve kolektörde (bir çekme direnci ile) bir mantık DÜŞÜK çıkış üretir. Kağıt bittiğinde, bayrak aralığa girer ve ışık yolunu bloke eder. Fototransistör kapanır, kolektör voltajının direnç tarafından YÜKSEK çekilmesine neden olur. Yazıcının mikrodenetleyicisi bu YÜKSEK sinyali algılar ve ekranda bir "Kağıt Bitti" uyarısı tetikler. Hızlı tepki süresi anında tespiti sağlarken, temassız doğası, sensörün yazıcının ömrü boyunca aşınmayacağını garanti eder.

10. Çalışma Prensibi Tanıtımı

Bir foto kesici, modüle edilmiş ışık tespiti prensibiyle çalışır. Dahili kızılötesi LED, ileri öngerilimli olduğunda ışık yayar. LED'in karşısında bir fototransistör bulunur. LTH-309-08 gibi yansımalı bir tipte, her iki eleman da aynı yöne bakar. Yayılan ışık paketten çıkar, bir hedef yüzeye çarpar ve bir kısmı pakete geri yansıyarak fototransistörün üzerine düşer. Fototransistör, ışık kontrollü bir anahtar gibi davranır. Fotonlar taban bölgesine çarptığında, elektron-boşluk çiftleri oluşturarak etkin bir şekilde taban akımı sağlar. Bu, transistörün "açılmasına" neden olur ve alınan ışığın yoğunluğuyla orantılı bir kolektör akımının (I_C) akmasına izin verir. Işık yolu bloke edildiğinde (örneğin, bir nesne tarafından), fototransistör "kapanır" ve yalnızca küçük bir karanlık akım akar. Kolektör akımındaki bu açık/kapalı değişikliği, ışık yolunu kesen nesnenin varlığını veya yokluğunu gösteren bir dijital sinyal üretmek için kullanılır.

11. Teknoloji Trendleri

Foto kesiciler gibi optoelektronik sensörlerdeki trend, küçülme, daha yüksek entegrasyon ve gelişmiş işlevsellik yönündedir. PCB alanından tasarruf etmek ve otomatik al-yerleştir montajını etkinleştirmek için yüzey montaj cihazı (SMD) paketleri norm haline gelmektedir. Ayrıca, sensörü sinyal koşullandırma devreleriyle (yükselteçler, Schmitt tetikleyiciler, mantık çıkışları) tek bir çip üzerinde entegre etme yönünde bir hareket vardır; bu da mikrodenetleyicilerle doğrudan arayüz oluşturmayı kolaylaştıran dijital çıkışlı sensörler yaratır. Dahası, optik filtreleme ve daha akıllı modülasyon teknikleriyle ortam ışığı reddini iyileştirmede ilerlemeler kaydedilmektedir. Temel prensip değişmeden kalırken, bu trendler sensörleri daha küçük, daha akıllı, daha güvenilir ve modern elektronik tasarımlarda uygulanması daha kolay hale getirmeye odaklanmaktadır.