LTH-872-T55T1 Yarıklı Optik Kesici (Foto Kesici) Veri Sayfası - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTH-872-T55T1, temassız algılama uygulamaları için tasarlanmış temel bir optoelektronik bileşen olan yarıklı tip bir foto kesicidir. Tek bir gövde içinde, fiziksel bir boşluk veya yarıkla ayrılmış bir kızılötesi ışık yayan diyot (LED) ve bir fototransistör entegre eder. Temel çalışma prensibi, vericiden dedektöre giden kızılötesi ışık demetinin kesilmesini içerir. Opak bir nesne bu yarıktan geçtiğinde, ışığı bloke ederek fototransistörün çıkış akımında önemli bir değişikliğe neden olur. Bu değişiklik elektronik olarak algılanır ve güvenilir bir dijital anahtarlama sinyali sağlar. Foto kesiciler, mekanik anahtarlara kıyasla yüksek güvenilirlik, doğruluk ve toz veya yüzey kirliliği gibi çevresel faktörlere karşı bağışıklık sağlamaları nedeniyle tercih edilir.

Temel Avantajlar:Bu cihazın birincil avantajları, mekanik aşınmayı ortadan kaldıran ve uzun bir çalışma ömrü sağlayan gerçek temassız anahtarlamayı içerir. Hızlı tepki süreleri sunar ve yüksek hızlı olayların tespitini sağlar. Tasarım, doğrudan PCB montajı veya çift sıralı soket ile kullanıma uygundur ve montajda esneklik sağlar. Yapısı, ortam ışığı girişimine karşı doğal koruma sağlar.

Hedef Pazar ve Uygulamalar:Bu bileşen, çeşitli ofis otomasyonu ve tüketici elektroniği ekipmanlarında yaygın olarak kullanılır. Tipik uygulama senaryoları, faks makineleri, yazıcılar ve fotokopi makinelerinde kağıt varlığını veya yokluğunu, kağıt sıkışmalarını veya yazıcı kafaları ve arabalarının konumunu algılayan kağıt algılama işlemlerini içerir. Ayrıca tarayıcılarda, otomatlarda, konum algılama için endüstriyel otomasyonda ve fiziksel temas olmadan hassas, güvenilir nesne tespiti gerektiren herhangi bir cihazda bulunur.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu sınırlar altında veya bu sınırlarda çalışma garanti edilmez.

• Giriş LED'i:
  • Güç Dağılımı (P_D):75 mW. Bu, LED çipinin 25°C ortam sıcaklığında (T_A) ısı olarak dağıtabileceği maksimum güçtür. Bunu aşmak, termal kaçak ve arızaya yol açabilir.
  • Sürekli İleri Akım (I_F):50 mA. LED üzerinden sürekli olarak geçirilebilecek maksimum DC akım.
  • Tepe İleri Akımı:1 A (darbe genişliği = 10 µs, 300 pps). Bu değer, ortalama güç değerini aşmadan LED'i daha yüksek anlık optik çıkışla sürmek için kullanışlı olan kısa, yüksek akımlı darbelere izin verir.
  • Ters Gerilim (V_R):5 V. LED üzerine uygulanabilecek maksimum ters öngerilim voltajı. Bunu aşmak, jonksiyon bozulmasına neden olabilir.
• Çıkış Fototransistörü:
  • Güç Dağılımı (P_D):100 mW.
  • Kolektör-Emitör Gerilimi (V_CEO):30 V. Beyz (ışık girişi) açıkken kolektör ve emitör arasına uygulanabilecek maksimum gerilim.
  • Kolektör Akımı (I_C):20 mA. Kolektör-emitör yolu üzerinden akabilecek maksimum akım.
• Termal Sınırlar:
  • Çalışma Sıcaklığı Aralığı:-25°C ila +85°C. Cihazın doğru çalışması için belirtilen ortam sıcaklığı aralığı.
  • Depolama Sıcaklığı Aralığı:-55°C ila +100°C.
  • Bacak Lehimleme Sıcaklığı:260°C, 5 saniye (gövdeden 1.6mm uzaklıkta). Bu, plastik paketin ve iç tel bağlantılarının hasar görmesini önlemek için yeniden akış lehimleme profil kısıtlamasını tanımlar.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Bu parametreler standart test koşullarında (T_A=25°C) ölçülür ve cihazın tipik performansını tanımlar.

• Giriş LED Özellikleri:
  • İleri Gerilim (V_F):Tipik olarak 1.2V, I_F= 20 mA'de maksimum 1.6V. Bu parametre, LED sürücü devresi için akım sınırlayıcı direnç tasarlamak için çok önemlidir. Tipik bir tasarım, I_F=20mA, V_F~1.2V kullanarak hesaplama yapmayı amaçlar.
  • Ters Akım (I_R):V_R= 5V'da maksimum 100 µA. Bu, ters öngerilim altında LED'in PN jonksiyonunun kalitesini gösterir.
• Çıkış Fototransistör Özellikleri:
  • Kolektör-Emitör Delinme Gerilimi (V_(BR)CEO):I_C=1mA'de minimum 30V. Bu, tipik 5V veya 12V mantık devreleri için iyi bir güvenlik payı sağlar.
  • Kolektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO):V_CE=10V'da maksimum 100 nA. Bu, LED kapalıyken (ışık yokken) sızıntı akımıdır. Düşük bir değer, özellikle yüksek kazançlı devrelerde, iyi tanımlanmış bir "KAPALI" durum için esastır.
• Kuplaj (Sistem) Özellikleri:
  • Açık Durum Kolektör Akımı (I_C(ON)):V_CE= 5V ve I_F= 20 mA iken minimum 0.5 mA. Bu, temel hassasiyet parametresidir. Yarık engellenmediğinde minimum çıkış akımını tanımlar. Tasarımcılar, yük direncinin (R_L) bu akımın kullanılabilir bir gerilim salınımı üretmesini sağlayacak şekilde seçilmesini sağlamalıdır.
  • Kolektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(SAT)):I_C= 0.25mA ve I_F= 20mA'de maksimum 0.4V. Bu düşük doyum gerilimi, fototransistör doyuma (tamamen AÇIK) sürüldüğünde iyi performans gösterdiğini ve bir hattı toprağa çok yakın çekmesine izin verdiğini gösterir.
  • Tepki Süresi:
    • Yükselme Süresi (T_r):Tipik 3 µs, maksimum 15 µs.
    • Düşme Süresi (T_f):Tipik 4 µs, maksimum 20 µs.
    V_CC=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω altında ölçülmüştür. Bu süreler maksimum anahtarlama frekansını sınırlar. Asimetrik süreler fototransistörlerde yaygındır. Muhafazakar bir tasarım için, maksimum frekansı 1/(T_r+T_f) ~ 1/40µs = 25 kHz olarak varsayın.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası tipik performans eğrilerine atıfta bulunur. Metinde spesifik grafikler sağlanmamış olsa da, standart yorumlamaları aşağıdaki gibidir:

• İleri Akım - İleri Gerilim (I_F-V_F):Bu eğri, bir diyot için tipik olan üstel ilişkiyi gösterir. V_F'nin sıcaklık ve akımla değişimini anlamaya yardımcı olur.
• Kolektör Akımı - Kolektör-Emitör Gerilimi (I_C-V_CE):Belirli bir LED akımı (I_F) için, bu grafik, bipolar bir transistörün çıkış eğrilerine benzer şekilde, fototransistörün çıkış özelliklerini gösterir. Aktif bölgeden doyuma geçişi gösterir.
• Akım Transfer Oranı (CTR) - İleri Akım:CTR, I_C/ I_F oranıdır (genellikle yüzde olarak ifade edilir). Bu, kuplaj için kritik bir verimlilik parametresidir. Eğri tipik olarak CTR'nin belirli bir I_F'de zirve yaptığını ve daha yüksek akımlarda ısınma veya diğer etkiler nedeniyle azaldığını gösterir.
• Sıcaklık Özellikleri:I_C(ON), V_F ve CTR gibi parametrelerin çalışma sıcaklığı aralığı (-25°C ila +85°C) boyunca nasıl değiştiğini gösteren eğriler. Fototransistör kazancı genellikle sıcaklık arttıkça azalır; bu, sıcaklık boyunca kararlı performans gerektiren tasarımlarda dikkate alınmalıdır.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Dış Ölçüler

Cihaz, yarığı içeren kalıplanmış plastik gövdeye sahip standart delikli bir pakete sahiptir. Veri sayfasından temel boyutsal notlar:

• Tüm ölçüler milimetre (mm) cinsinden verilmiştir.
• Belirtilmeyen ölçüler için varsayılan tolerans ±0.25 mm'dir.
• Spesifik yarık genişliği, gövde yüksekliği ve bacak aralığı boyut çiziminde tanımlanmıştır (metinde tam olarak detaylandırılmamıştır). Bu bilgi, algılanacak nesnenin yarıktan geçebilmesini ve PCB ayak izi tasarımını sağlamak için mekanik entegrasyon için kritiktir.

4.2 Polarite Tanımlama ve Bacak Bağlantısı

Doğru çalışma için doğru bacak tanımlaması esastır. Paket, yarıklı foto kesiciler için standart bir bacak düzeni kullanır: kızılötesi LED için bir çift bacak (anot ve katot) ve fototransistör için başka bir çift bacak (kolektör ve emitör). Veri sayfası çizimi bacak numaralarını belirtir. Tipik olarak, cihaza üstten (yarık tarafından) bakıldığında, bacaklar saat yönünün tersine numaralandırılır. Tasarımcı, anot, katot, kolektör ve emitörü doğru bağlamak için çizime danışmalıdır.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Üretim sürecinde hasarı önlemek için bu kılavuzlara uyulması gereklidir.

• Yeniden Akış Lehimleme:Mutlak maksimum değer, gövdeden 1.6mm ölçülen 260°C'de 5 saniye bacak lehimlemesini belirtir. Bu, standart bacaklı yeniden akış profiline karşılık gelir. Plastik paketin sınırlı bir termal kütlesi vardır, bu nedenle çatlama veya iç hasarı önlemek için yüksek sıcaklıklara uzun süre maruz kalmaktan kaçınılmalıdır.
• El Lehimleme:El lehimlemesi gerekliyse, sıcaklık kontrollü bir havya kullanın. Isıyı plastik gövdeye değil, bacak/pine uygulayın ve her bacak için 3-5 saniye içinde bağlantıyı tamamlayın.
• Temizleme:Cihazın plastik malzemesiyle uyumlu temizleme çözücüleri kullanarak stres çatlaması veya bozulmayı önleyin.
• Depolama Koşulları:Belirtilen depolama sıcaklığı aralığı (-55°C ila +100°C) içinde ve düşük nemde bir ortamda saklayın. Nem hassas cihazlar, kullanılana kadar kapalı, kuru paketlemede tutulmalıdır.

6. Uygulama Tasarımı Hususları

6.1 Tipik Uygulama Devresi

Standart bir arayüz devresi iki ana bölümden oluşur:

1. LED Sürücü:Bir akım sınırlayıcı direnç (R_LIMIT) LED ile seri olarak bağlanır. Değeri R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F olarak hesaplanır. 5V besleme için, V_F=1.2V ve I_F=20mA ise, R_LIMIT= (5 - 1.2) / 0.02 = 190Ω'dur. 180Ω veya 200Ω'luk bir direnç uygun olacaktır.
2. Fototransistör Çıkışı:Fototransistör tipik olarak ortak emitörlü bir anahtar olarak bağlanır. Bir çekme direnci (R_L) kolektör ile pozitif besleme (V_CC) arasına bağlanır. Emitör toprağa bağlanır. Işık transistöre düştüğünde (engellenmemiş yarık), AÇIK konuma geçer ve kolektör gerilimini düşük (V_CE(SAT) yakınına) çeker. Işık bloke edildiğinde, transistör KAPALI konuma geçer ve kolektör gerilimi R_L tarafından yüksek çekilir. R_L'nin değeri çıkış gerilim salınımını ve hızını belirler. Daha küçük bir R_L daha hızlı tepki sağlar ancak daha fazla akım çeker. R_L=100Ω test koşulunu başlangıç noktası olarak kullanmak yaygındır.

6.2 Tasarım Zorlukları ve Çözümleri

• Ortam Işığı Bağışıklığı:Yarıklı tasarım bir miktar koruma sağlasa da, güçlü ortam ışığı (özellikle kızılötesi) fototransistörü etkileyebilir. Modüle edilmiş bir LED sürücü sinyali ve alıcı devrede senkron tespit kullanmak bağışıklığı büyük ölçüde artırabilir. Alternatif olarak, yarığın korunaklı olduğundan emin olmak yardımcı olabilir.
• Sıcaklık Kompanzasyonu:Fototransistör kazancı sıcaklıkla azaldıkça, I_C(ON) düşecektir. Kritik uygulamalar için, devreyi en yüksek çalışma sıcaklığında yeterli marja sahip olacak şekilde tasarlayın veya basit bir çekme direnci arayüzü yerine ayarlanabilir eşikli bir karşılaştırıcı kullanın.
• Nesne Özellikleri:Işın demetini kesen nesne, yayılan kızılötesi dalga boyuna (~940nm) opak olmalıdır. İnce veya yarı saydam malzemeler güvenilir şekilde algılanmayabilir. Nesnenin boyutu, ışın demetini yarık içinde tamamen bloke etmek için yeterli olmalıdır.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Diğer algılama teknolojileriyle karşılaştırıldığında:

• Mekanik Mikro-Anahtarlara Karşı:Foto kesiciler üstün güvenilirlik (aşınacak hareketli parça yok), daha hızlı tepki ve sessiz çalışma sunar. Kontak sıçramasına karşı bağışıktırlar.
• Yansımalı Optik Sensörlere Karşı:Yarıklı tipler, genellikle kenar algılama veya hassas konum algılama için daha güvenilirdir çünkü hedef nesnenin yansıtıcılığı veya rengindeki değişikliklere daha az duyarlıdırlar. Işın demeti ya tamamen bloke edilir ya da edilmez.
• Hall Etkisi Sensörlerine Karşı:Hall sensörleri manyetik alanları algılar, ışık kesilmesini değil. Farklı fiziksel olaylar için (örneğin, bir mıknatıs algılama) kullanılırlar. Foto kesiciler herhangi bir opak nesneyi algılamak içindir.
• Foto Kesiciler İçinde:LTH-872-T55T1'nin spesifik farklılaşması, elektriksel değerlerinin (ör. V_CEO=30V, I_C(ON) min=0.5mA), paket boyutlarının ve yüksek hacimli ofis otomasyonu uygulamaları için maliyet etkinliğinin kombinasyonunda yatar.

8. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

• S: LED için tipik çalışma akımı nedir?A: Standart test koşulu ve yaygın bir çalışma noktası I_F= 20 mA'dir. Bu, optik çıkış, güç tüketimi ve uzun ömür arasında iyi bir denge sağlar.
• S: LED'i doğrudan bir mikrodenetleyici pininden sürebilir miyim?A: Çoğu mikrodenetleyici GPIO pini sürekli olarak 20mA kaynak veya çekme yapamaz. Gerekli akımı sağlamak için basit bir transistör veya MOSFET sürücü devresi veya özel bir LED sürücü IC kullanılması önerilir.
• S: Çıkışı dijital bir girişe nasıl bağlarım?A: Fototransistör kolektörü (çekme direnci ile) doğrudan standart bir CMOS veya TTL mantık girişine bağlanabilir. Yarık açıkken, giriş DÜŞÜK okunur. Bloke edildiğinde, YÜKSEK okunur. Çekme geriliminin mantık ailesiyle uyumlu olduğundan emin olun (örneğin, 5V mantık için 5V, 3.3V mantık için 3.3V).
• S: Neden çıkışım bloke edildiğinde besleme rayına tamamen geçmiyor?A: Bu büyük olasılıkla çekme direncinden akan karanlık akım (I_CEO) nedeniyle olur. Çok büyük bir çekme direnci (ör. 100kΩ) ile, 100nA'lık bir sızıntı bile önemli bir gerilim düşüşü yaratabilir. Sağlam bir YÜKSEK seviye sağlamak için daha küçük bir çekme direnci (ör. 1kΩ ila 10kΩ) kullanın, akım çekimi ve hızı dengeleyin.
• S: Önerilen PCB düzeni uygulaması nedir?A: LED sürücü izlerini ve fototransistör çıkış izlerini gürültü kuplajını en aza indirmek için ayrı tutun. Akım sınırlayıcı ve çekme dirençlerini cihaza yakın yerleştirin. PCB üzerindeki yarık alanının, kızılötesi ışın yolunu engelleyebilecek lehim maskesi veya bileşenlerden arındırıldığından emin olun.

9. Çalışma Prensibi

Foto kesici, fiziksel bir nesne tarafından kesilen doğrudan optik kuplaj prensibiyle çalışır. Bir kızılötesi LED, tipik olarak yaklaşık 940 nm dalga boyunda, insan gözüyle görülemeyen bir ışık yayar. Tam karşısında, bu dalga boyuna duyarlı bir silikon fototransistör bulunur. Engellenmemiş durumda, kızılötesi ışık fototransistörün beyz bölgesine çarparak elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Bu fotok akım, beyz akımı olarak hareket ederek transistörün açılmasına ve çok daha büyük bir kolektör akımı (I_C(ON)) iletmesine neden olur. Opak bir nesne yarığa girdiğinde, ışık yolunu tamamen bloke eder. Fotok akım durur, etkin beyz akımı sıfıra düşer ve fototransistör kapanır, yalnızca küçük bir sızıntı akımına (I_CEO) izin verir. AÇIK ve KAPALI durumlar arasındaki bu belirgin kontrast, nesnenin varlığını veya yokluğunu gösteren temiz, güvenilir bir dijital sinyal sağlar.

10. Sektör Trendleri

Foto kesici, basitliği, sağlamlığı ve düşük maliyeti nedeniyle olgun ve yaygın olarak kullanılan bir teknoloji olmaya devam etmektedir. Sektördeki mevcut trendler birkaç alana odaklanmaktadır:

• Küçültme:Giderek daha kompakt tüketici elektroniği ve mobil cihazlara sığdırmak için daha küçük paket boyutlarının (ör. çok dar yarıklı yüzey montaj cihazları) geliştirilmesi.
• Gelişmiş Performans:Daha hızlı makineler için daha yüksek hız, pil ile çalışan cihazlar için daha düşük güç tüketimi ve daha iyi sıcaklık kararlılığı gibi parametrelerin iyileştirilmesi.
• Entegrasyon:Paket içine ek devrelerin dahil edilmesi, örneğin histerezis için Schmitt tetikleyiciler, zayıf sinyaller için yükselteçler veya hatta dijital arayüzler (I2C), sistem tasarımını basitleştiren "akıllı sensörler" oluşturur.
• Malzeme Gelişmeleri:Işık kollimasyonunu iyileştirmek, kuplaj verimliliğini artırmak ve yüksek sıcaklık ve nem gibi çevresel faktörlere karşı direnci artırmak için gelişmiş plastikler ve lens tasarımları kullanımı.

Zaman-uçuşu (ToF) sensörleri veya görüntü sistemleri gibi daha yeni teknolojilerin ortaya çıkmasına rağmen, temel yarıklı foto kesici, sayısız basit, güvenilir ve maliyet duyarlı varlık algılama uygulamaları için optimal çözüm olmaya devam etmektedir.