LTH-301-27P1 Foto Kesici Veri Sayfası - Temassız Anahtarlama - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTH-301-27P1, bir tür optoelektronik sensör olan yansımalı bir foto kesicidir. Temel işlevi, fiziksel temas olmadan bir nesnenin varlığını veya yokluğunu algılamaktır. Bunu, tek bir kompakt gövde içinde bir kızılötesi ışık yayan diyot (IR LED) ve bir fototransistörü birleştirerek başarır. Bir nesne, verici ve dedektör arasındaki boşluğa girdiğinde, kızılötesi ışık huzmesini keser ve fototransistörün çıkış durumunda bir değişikliğe neden olur. Bu özelliği, konum algılama, limit anahtarlama ve nesne sayma gibi güvenilir, mekanik olmayan algılama gerektiren uygulamalar için idealdir.

Cihaz, baskılı devre kartlarına (PCB) doğrudan montaj veya standart çift sıralı soketlere takılacak şekilde tasarlanmıştır, bu da elektronik montajlara kolay entegrasyon sağlar. Başlıca avantajları arasında kontak sıçramasına karşı bağışıklık, hareketli parça olmadığı için uzun çalışma ömrü ve yüksek hızlı sayma veya zamanlama uygulamalarına uygun hızlı anahtarlama hızları 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.

• IR Diyot Sürekli İleri Akımı (I_F):50 mA. Bu, kızılötesi LED'e uygulanabilecek maksimum kararlı durum akımıdır.
• IR Diyot Ters Gerilimi (V_R):5 V. LED üzerindeki bu ters öngerilim değerinin aşılması, bozulmaya neden olabilir.
• Fototransistör Kollektör Akımı (I_C):40 mA. Fototransistörün kollektörünün kaldırabileceği maksimum akım.
• Fototransistör Kollektör-Emitör Gerilimi (V_CEO):30 V. Fototransistörün kollektörü ve emitörü arasına uygulanabilecek maksimum gerilim.
• Çalışma Sıcaklığı Aralığı:-35°C ila +65°C. Güvenilir çalışma için ortam sıcaklığı aralığı.
• Bacak Lehimleme Sıcaklığı:Plastik gövdeden 1.6mm mesafede, 5 saniye boyunca 260°C. Bu, dalga veya reflow lehimleme işlemleri için termal hasarı önlemek açısından kritiktir.

Güç Azaltma Notu:Hem transistör güç dağılımı (100 mW) hem de diyot güç dağılımı (75 mW), ortam sıcaklığı 25°C'nin üzerinde olduğunda 1.33 mW/°C oranında doğrusal olarak azaltılmalıdır. Bu, aşırı ısınmayı önlemek için izin verilen gücün sıcaklık arttıkça azaldığı anlamına gelir.

2.2 Elektriksel ve Optik Karakteristikler

Bu parametreler 25°C'de ölçülür ve cihazın belirtilen test koşulları altındaki tipik performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş IR LED Karakteristikleri

• İleri Gerilimi (V_F):20 mA ileri akımda (I_F) tipik olarak 1.6V (maks. 1.6V). Bu, akım sınırlayıcı direnç değerini hesaplamak için kullanılır: R = (V_besleme- V_F) / I_F.
• Ters Akım (I_R):5V ters gerilimde (V_R) maksimum 100 µA. Bu, LED'in ters öngerilim altındaki kaçak akımını gösterir.

2.2.2 Çıkış Fototransistör Karakteristikleri

• Kollektör-Emitör Bozulma Gerilimi (V_(BR)CEO):Minimum 30V. Bu, beyz açıkken fototransistörün bozulduğu gerilimdir.
• Kollektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO):V_CE=10V'da maksimum 100 nA. Bu, fototransistör "kapalı" durumdayken (ışık gelmiyorken) oluşan kaçak akımdır. İyi bir sinyal-gürültü oranı için düşük bir değer tercih edilir.

2.2.3 Kuplaj (Sistem) Karakteristikleri

Bu parametreler, birleşik LED-fototransistör çiftinin performansını tanımlar.

• Kollektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(SAT)):Fototransistör doyuma sürüldüğünde (I_C=0.25mA, I_F=20mA) maksimum 0.4V. Düşük bir doyma gerilimi, lojik devrelerle arayüz oluşturmak için anahtardır.
• Açık Durum Kollektör Akımı (I_C(ON)):Fototransistör aydınlatıldığında (V_CE=5V, I_F=20mA) minimum 1.5 mA. Bu, üretilen fotoakımdır ve sensörün hassasiyetini tanımlar. Gerçek akım, kesen nesnenin yansıtıcılığına ve hizalamaya bağlı olarak daha yüksek olabilir.

3. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

LTH-301-27P1, standart 4 bacaklı çift sıralı bir pakette bulunur. Kesin boyutlar, veri sayfası içindeki paket çiziminde sağlanmıştır. Önemli mekanik notlar şunları içerir:

• Aksi belirtilmedikçe, tüm boyutlar milimetre cinsindendir ve standart tolerans ±0.25mm'dir.
• Paket, IR verici ve fotodedektör arasında bir yuva veya boşluk içerir. Algılanacak nesne bu boşluktan geçer.
• Kutuplama açıkça işaretlenmiştir. IR LED anot ve katot bacakları ile fototransistörün kollektör ve emitör bacakları tanımlanmıştır. PCB montajı sırasında doğru yönlendirme esastır.
• Cihaz hem PCB montajına hem de soket montajına uygundur, montajda esneklik ve sahada değiştirme potansiyeli sunar.

4. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Doğru kullanım, güvenilirlik için çok önemlidir.

• Lehimleme:Bacaklar, plastik gövde gövdesinden 1.6mm ölçülen mesafede, maksimum 5 saniye boyunca 260°C sıcaklığa dayanabilir. Bu kılavuz, dalga lehimleme işlemleri için kritiktir. Reflow lehimleme için, tepe sıcaklığı 260°C'nin altında olan standart bir profil önerilir.
• Temizlik:Plastik gövde ile uyumlu hafif temizleyiciler kullanın. İç bileşenlere zarar verebileceğinden, aşırı güçlü ultrasonik temizlikten kaçının.
• Depolama:-40°C ila +100°C arasında belirtilen depolama sıcaklığı aralığında, tercihen nem emilimini önlemek için düşük nem koşullarında bir ortamda saklayın.
• ESD Önlemleri:Açıkça hassas olarak belirtilmemiş olsa da, montaj sırasında yarı iletken cihazlar için standart ESD (Elektrostatik Deşarj) işleme prosedürleri izlenmelidir.

5. Uygulama Önerileri

5.1 Tipik Uygulama Devreleri

En yaygın konfigürasyon, IR LED'i bir akım sınırlayıcı direnç ile seri olarak bir gerilim kaynağına (örn. 5V) bağlamaktır. Fototransistör tipik olarak ortak emitör konfigürasyonunda bağlanır: kollektör, bir yük direnci (R_L) üzerinden bir besleme gerilimine (örn. 5V) çekilir ve emitör toprağa bağlanır. Çıkış sinyali kollektör düğümünden alınır.

• Huzme engellenmediğinde, ışık fototransistöre düşer, iletken olmasına neden olur ve kollektör gerilimini düşük (V_CE(SAT) yakınına) çeker.
• Bir nesne huzmeyi engellediğinde, fototransistör kapanır ve kollektör gerilimi yük direnci tarafından yüksek seviyeye çekilir.
• Yük direncinin (R_L) değeri, anahtarlama hızını ve akım tüketimini belirler. Daha küçük bir R_L daha hızlı anahtarlamaya izin verir ancak transistör açıkken daha fazla akım çeker.

5.2 Tasarım Hususları

• Hizalama:Nesne yolunun sensör boşluğu ile hassas mekanik hizalanması, güvenilir çalışma için kritiktir.
• Ortam Işığı:Sensör kızılötesi ışık kullandığından, güçlü ortam IR kaynaklarından (örn. güneş ışığı, akkor ampuller) girişime duyarlı olabilir. Modüle edilmiş bir IR sinyali ve senkronize bir dedektör devresi kullanmak, bağışıklığı büyük ölçüde artırabilir.
• Nesne Karakteristikleri:Sensörün etkinliği, nesnenin IR huzmesini yansıtma veya absorbe etme yeteneğine bağlıdır. Koyu, yansıtıcı olmayan nesneler, açık renkli olanlar kadar güvenilir şekilde algılanmayabilir. Gerçek hedef malzemeyle test yapılması önerilir.
• Sıçrama Giderme:Sensörün kendisinde kontak sıçraması olmasa da, elektriksel çıkışta hala gürültü olabilir. Temiz dijital sinyaller için yazılımsal veya donanımsal sıçrama giderme (örn. basit bir RC filtresi veya Schmitt tetikleyici girişi) gerekli olabilir.

6. Çalışma Prensibi

Foto kesici, optik huzme kesilmesi prensibiyle çalışır. Dahili olarak, bir kızılötesi LED tipik olarak insan gözüyle görülemeyen yaklaşık 940nm dalga boyunda ışık yayar. Tam karşısında, bu ışığı almak üzere bir silikon fototransistör konumlandırılmıştır. Fototransistör, ışık kontrollü bir anahtar gibi davranır. IR LED'den gelen fotonlar, beyz bölgesine çarptığında, elektron-boşluk çiftleri oluşturur ve bu da çok daha büyük bir kollektör akımının akmasına izin verir - bu fotoelektrik etkidir. Bu kollektör akımının büyüklüğü, gelen ışığın yoğunluğuyla orantılıdır. Opak bir nesne, LED ve fototransistör arasındaki boşluğa girdiğinde, ışık yolu engellenir. Fototransistör üzerindeki ışık yoğunluğu önemli ölçüde düşer, bu da kollektör akımının çok düşük bir değere (esasen karanlık akım) düşmesine neden olur. Bu keskin akım değişimi (veya bir yük direnci üzerindeki karşılık gelen gerilim değişimi), harici devreler tarafından algılanır ve bir anahtarlama olayı olarak yorumlanır.

7. Performans Eğrileri ve Analizi

Veri sayfası, tablolanmış min/tip/maks değerlerinin ötesinde değerli içgörüler sağlayan tipik karakteristik eğrileri içerir.

• Transfer Karakteristikleri (I_C vs. I_F):Bu eğri, sabit bir kollektör-emitör geriliminde, fototransistörün çıkış akımının (I_C) LED'in giriş akımına (I_F) göre nasıl değiştiğini gösterir. Belirli koşullar altında giriş sürücüsü ile çıkış tepkisi arasındaki doğrusal ilişkiyi gösterir ve istenen hassasiyet için LED sürücü akımını optimize etmeye yardımcı olur.
• Çıkış Karakteristikleri (I_C vs. V_CE):Farklı gelen ışık seviyeleri (veya farklı I_F) için çizilen bu eğriler, fototransistörün bir akım kaynağı gibi nasıl davrandığını gösterir. Kollektör akımı, doyuma ulaşana kadar bir V_CE aralığı boyunca nispeten sabit kalır.
• Sıcaklık Bağımlılığı:İleri gerilimi (V_F) veya kollektör karanlık akımı (I_CEO) gibi parametrelerin sıcaklıkla değişimini gösteren eğriler, belirtilen tam sıcaklık aralığında çalışan sistemler tasarlamak için çok önemlidir. Örneğin, V_F tipik olarak sıcaklık arttıkça azalır, bu da sabit bir gerilim kaynağı tarafından sürülüyorsa LED'in ışık çıkışını hafifçe etkileyebilir.

8. Sık Sorulan Sorular ve Cevaplar

S: Bu sensörün tipik tepki süresi nedir?

C: Sağlanan verilerde açıkça belirtilmemiş olsa da, bunun gibi foto kesiciler tipik olarak mikrosaniye aralığında tepki sürelerine sahiptir, bu da onları yüksek hızlı sayma için uygun kılar. Gerçek hız, fototransistörün yükselme/düşme süresi ve harici devrenin RC zaman sabiti ile sınırlıdır.

S: Bu sensörü açık havada kullanabilir miyim?

C: Dikkatli olun. Doğrudan güneş ışığı, fototransistörü doyurabilecek ve yanlış tetiklemeye neden olabilecek güçlü kızılötesi bileşenler içerir. Güvenilir açık hava kullanımı için, ortam ışığını engelleyen fiziksel bir koruyucu veya muhafaza ile birlikte optik filtreleme veya sinyal modülasyon teknikleri gereklidir.

S: LED akım sınırlayıcı direnç değerini nasıl seçerim?

C: Şu formülü kullanın: R = (V_CC- V_F) / I_F. Örneğin, 5V besleme (V_CC), tipik V_F 1.6V ve istenen I_F 20 mA ile: R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 Ω. Standart bir 180 Ω direnç uygun olacaktır, bu da I_F≈ 18.9 mA ile sonuçlanır.

S: Emitör-Kollektör Bozulma Gerilimi (V_(BR)ECO) değerinin amacı nedir?

C> Bu değer (5V), fototransistör ters bir konfigürasyonda bağlanırsa (emitör, kollektörden daha yüksek potansiyelde) ilgilidir, ki bu yaygın değildir. Cihazın, C-E bağlantısı üzerinde hasar vermeden küçük bir ters gerilime dayanabilmesini sağlar.

9. Pratik Kullanım Örneği

Uygulama: Bir Yazıcıda Kağıt Algılama

LTH-301-27P1, bir yazıcı veya fotokopi makinesinde kağıdın ön kenarını algılamak için kullanılabilir. Sensör, kağıdın boşluğundan geçeceği şekilde monte edilir. Yansıtıcı bir bayrak veya kağıdın kendisi huzmeyi keser. Huzme engellenmediğinde (kağıt yokken), fototransistör açıktır, düşük bir gerilim çıkarır. Kağıt boşluğa girdiğinde, huzme engellenir, fototransistör kapanır ve çıkış gerilimi yüksek seviyeye çıkar. Bu yükselen kenar sinyali, bir baskı dizisini başlatmak, kağıt varlığını onaylamak veya sayfa saymak için bir mikrokontrolöre beslenebilir. Temassız doğası, kağıt veya sensörde aşınma olmamasını sağlar ve hızlı tepki süresi, yüksek kağıt besleme hızlarında bile algılamaya izin verir. Tasarım hususları, kağıt yolunun sensör boşluğu ile doğru şekilde hizalandığından emin olmayı ve mikrokontrolörün giriş pini için temiz, hızlı bir gerilim salınımı sağlayan bir yük direnci seçmeyi içerir.

10. Teknoloji Trendleri

Foto kesiciler, basitlikleri, güvenilirlikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle temel bir algılama teknolojisi olarak kalmaya devam etmektedir. Mevcut trendler, modern elektroniklerde kart alanından tasarruf sağlayan yüzey montaj cihazı (SMD) paketlerine yol açan küçültmeye odaklanmaktadır. Ayrıca, histerezis ve temiz dijital çıkış için dahili Schmitt tetikleyiciler gibi ek devrelerin entegrasyonu veya hatta üstün ortam ışığı reddi için tek bir çip üzerinde modüle edilmiş bir IR sürücü ve senkronize bir dedektör IC içeren tam entegre çözümler bulunmaktadır. Ayrıca, malzeme ve paketlemedeki ilerlemeler, otomotiv ve endüstriyel uygulamalar için çalışma sıcaklığı aralıklarını genişletmekte ve uzun vadeli güvenilirliği artırmaktadır. Zaman-of-flight (ToF) sensörleri gibi daha yeni teknolojiler mesafe ölçümü sunarken, temel foto kesicinin, maliyet duyarlı uygulamalarda basit, ikili varlık algılama rolü sağlam bir şekilde yerleşmiştir.