LTH-872-N55T1 Foto Kesici Veri Sayfası - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

LTH-872-N55T1, tek bir kompakt paket içinde bir kızılötesi ışık yayan diyot (LED) ve bir fototransistörü birleştiren bir tür optoelektronik bileşen olan yansımalı bir foto kesicidir. Temel işlevi, bir nesneden sensöre yansıyan ışık demetinin kesilmesini algılayarak fiziksel temas olmadan bir nesnenin varlığını veya yokluğunu tespit etmektir. Bu cihaz, güvenilir, hızlı ve invaziv olmayan nesne algılama veya konum algılama gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır.

1.1 Temel Avantajlar

Bu foto kesicinin temel avantajları, temel çalışma prensibi ve tasarımından kaynaklanmaktadır.Temasız anahtarlama, mekanik aşınma ve yıpranmayı ortadan kaldırarak, mekanik anahtarlara kıyasla operasyonel ömrü ve güvenilirliği önemli ölçüde artırır. Bu, yüksek döngülü uygulamalarda çok önemlidir. Ayrıca,hızlı anahtarlama hızı sunar; tipik yükselme ve düşme süreleri mikrosaniye aralığındadır, bu da hızla hareket eden nesneleri veya yüksek frekanslı olayları algılamasını sağlar. Entegre paket, verici ve dedektör arasında hassas hizalama sağlayarak montajı basitleştirir ve tutarlılığı artırır.

1.2 Hedef Pazar ve Uygulama

Bu bileşen için birincil hedef pazarlar ofis otomasyonu ve hassas enstrümantasyondur. Belgelenmiş ana uygulamasıtarayıcılar ve yazıcılar içindedir. Bu cihazlarda, foto kesiciler genellikle kağıt varlığı algılama (örneğin, bir sayfanın ön kenarını algılama), kağıt sıkışması algılama, taşıyıcı veya yazıcı kafası konum algılama ve hareketli mekanizmaların başlangıç konumunu algılama gibi işlevler için kullanılır. Hızlı tepki süresi, modern tarama ve yazdırma ekipmanlarının yüksek verimini korumak için gereklidir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Elektriksel ve optik karakteristikleri anlamak, doğru devre tasarımı ve cihazın belirtilen sınırlar içinde güvenilir çalışmasını sağlamak için kritik öneme sahiptir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Normal çalışma için tasarlanmamıştır.

• Giriş LED'i:
  • Güç Dağılımı (P_D): Maksimum 75 mW.
  • Sürekli İleri Akım (I_F): Maksimum 50 mA. Bu, LED üzerinden akabilecek mutlak maksimum akımdır.
  • Ters Gerilim (V_R): Maksimum 5 V. Bunun aşılması LED bağlantısını bozabilir.
• Çıkış Fototransistörü:
  • Güç Dağılımı (P_C): Maksimum 100 mW.
  • Kolektör-Emitör Gerilimi (V_CEO): Maksimum 30 V. Bu, baz açıkken (karanlık durum) fototransistörün kolektör ve emitörüne uygulanabilecek maksimum gerilimdir.
  • Emitör-Kolektör Gerilimi (V_ECO): Maksimum 5 V (ters gerilim değeri).
  • Kolektör Akımı (I_C): Maksimum 20 mA.
• Çevresel:
  • Çalışma Sıcaklığı (T_opr): -25°C ila +85°C.
  • Depolama Sıcaklığı (T_stg): -55°C ila +100°C.
  • Bacak Lehimleme Sıcaklığı (T_sol): Maksimum 5 saniye için 260°C (gövdeden 1.6mm uzaklıktaki bacaklar için).

2.2 Elektriksel ve Optik Karakteristikler

Bu parametreler, ortam sıcaklığı (T_A) 25°C'de belirtilmiştir ve cihazın normal çalışma koşulları altındaki performansını tanımlar.

• Giriş LED Karakteristikleri:
  • İleri Gerilim (V_F): İleri akım (I_F) 20 mA'de tipik olarak 1.2V ila 1.6V. Bu, LED aydınlatıldığında üzerindeki gerilim düşümüdür.
  • Ters Akım (I_R): Ters gerilim (V_R) 5V'de maksimum 100 µA. Bu, LED ters kutuplandığında oluşan küçük sızıntı akımıdır.
• Çıkış Fototransistör Karakteristikleri:
  • Kolektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO): V_CE=10V'de maksimum 100 nA. Bu, fototransistör tamamen karanlıkta olduğunda (LED'den ışık gelmediğinde) oluşan sızıntı akımıdır. 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'de maksimum 0.4V. Bu, transistör tamamen "açık" (doymuş) olduğunda üzerindeki gerilimdir. Düşük bir doyma gerilimi, anahtarlama elemanındaki güç kaybını en aza indirir.
  • Açık Durum Kolektör Akımı (I_C(ON)): V_CE=5V ve I_F=20mA'de minimum 0.5 mA. Bu, LED sürüldüğünde ve bir nesne ışık demetini kesmediğinde (yansımalı mod varsayılarak) minimum çıkış akımını belirtir.
• Kuplaj (Sistem) Tepki Süresi:
  • Yükselme Süresi (T_R): 3 µs (tipik) ila 15 µs (maksimum). Bu, LED açıldığında fototransistör çıkışının son değerinin %10'undan %90'ına yükselmesi için gereken süredir.
  • Düşme Süresi (T_F): 4 µs (tipik) ila 20 µs (maksimum). Bu, LED kapatıldığında çıkışın %90'dan %10'a düşmesi için gereken süredir. Bu hızlı süreler, belirtilen "hızlı anahtarlama hızı" özelliği için kritiktir.
  • Test Koşulları: V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100 Ω.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası tipik elektriksel/optik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Spesifik grafikler metinde sağlanmamış olsa da, amacı, sağlam tasarım için gerekli olan, değişen koşullar altında anahtar parametreler arasındaki ilişkiyi göstermektir.

3.1 Çıkarılan Eğri Bilgileri

Bu tür bileşenler için standart uygulamaya dayanarak, tipik eğriler muhtemelen şunları içerir:

• İleri Akım - İleri Gerilim (I_F-V_F):Bu eğri, LED üzerinden geçen akım ile üzerindeki gerilim arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi gösterir. Belirli bir besleme geriliminden istenen bir sürücü akımı elde etmek için gerekli seri direnç değerini belirlemeye yardımcı olur.
• Kolektör Akımı - Kolektör-Emitör Gerilimi (I_C-V_CE):Fototransistör için, bu eğri ailesi farklı seviyelerdeki gelen ışık (veya farklı LED sürücü akımları, I_F) için çizilir. Bu, transistörün aydınlatılmış koşullar altındaki çalışma bölgelerini (kesim, aktif, doyum) tanımlar.
• Akım Transfer Oranı (CTR) - İleri Akım:CTR, fototransistörün çıkış kolektör akımının (I_C) LED'in giriş ileri akımına (I_F) oranıdır, tipik olarak yüzde olarak ifade edilir. Bu eğri, verimliliğin sürücü akımıyla nasıl değiştiğini gösterir ve yeterli çıkış sinyal salınımı sağlamak için arayüz devresi tasarlamada çok önemlidir.
• Sıcaklık Bağımlılığı:İleri gerilim (V_F), karanlık akım (I_CEO) ve CTR gibi parametrelerin ortam sıcaklığıyla nasıl değiştiğini gösteren eğriler. Bu, belirtilen tam sıcaklık aralığı (-25°C ila +85°C) boyunca kararlı çalışmayı sağlamak için hayati öneme sahiptir.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

Paket boyutlarına atıfta bulunulmuştur ancak sağlanan metinde detaylandırılmamıştır. Notlar, aksi belirtilmedikçe tüm boyutların milimetre (parantez içinde inç) cinsinden olduğunu ve genel toleransın ±0.25mm olduğunu belirtir. Parça numarası LTH-872-N55T1, tipik olarak bir yarık içeren kalıplanmış plastik gövdeye sahip, verici ve dedektörün bu yarığın karşısında aynı yöne baktığı, yayılan ışığı yansıtan bir nesneyi algılamalarına izin veren yansımalı foto kesicilere özgü belirli bir paket stilini işaret eder.

4.1 Polarite Tanımlama ve Bacak Bağlantısı

Tam bacak bağlantısı listelenmemiş olsa da, standart foto kesici paketlerinin 4 bacağı vardır: kızılötesi LED'in anodu ve katodu için iki, NPN fototransistörün kolektörü ve emitörü için iki. Veri sayfası tipik olarak üstten görünüm ve bacak numaralandırmasını (örn., 1: Anot, 2: Katot, 3: Kolektör, 4: Emitör) gösteren bir diyagram içerir. LED için doğru polarite bağlantısı hasarı önlemek için zorunludur.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Veri sayfası, montaj için kritik bir parametre sağlar: maksimum bacak lehimleme sıcaklığı. Plastik gövdeden 1.6mm (0.063 inç) uzaklıkta konumlandırılan bacaklar için sıcaklık5 saniye için 260°C'yi aşmamalıdır. Bu, dalga veya el lehimlemesi için standart bir değerdir. Reflow lehimleme için, bileşen kullanılan spesifik reflow profili ile uyumlu olmalıdır; bu profilin tipik olarak yaklaşık 240-250°C civarında bir tepe sıcaklığı vardır. Bu termal limitlerin aşılması, yarı iletken bağlantılarında iç hasara veya plastik paketin deforme olmasına neden olarak optik hizalamayı ve performansı etkileyebilir.

6. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulama Devresi

Temel bir arayüz devresi iki ana bölümden oluşur:

1. LED Sürücüsü:Bir akım sınırlama direnci LED ile seri olarak bağlanır. Direnç değeri (R_seri) şu şekilde hesaplanır: R_seri= (V_CC- V_F) / I_F. Tipik V_F=1.4V ve istenen I_F=20mA ile 5V besleme kullanıldığında R_seri= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ω elde edilir. Standart 180Ω veya 220Ω direnç uygun olacaktır. LED'i sabit gerilim yerine sabit akımla sürmek daha kararlı bir ışık çıkışı sağlar.
2. Fototransistör Çıkışı:Fototransistör tipik olarak ortak emitör konfigürasyonunda kullanılır. Bir yük direnci (R_L) kolektör ile pozitif besleme (V_CC) arasına bağlanır. Emitör toprağa bağlanır. Işık transistöre düştüğünde, transistör açılır ve kolektör gerilimini düşük seviyeye (V_CE(SAT)'a doğru) çeker. Karanlıkta, transistör kapalıdır ve kolektör gerilimi R_CC tarafından V_L'ye yüksek seviyeye çekilir. R_L'nin değeri çıkış gerilim salınımını ve hızını belirler; daha küçük bir R_L daha hızlı tepki verir ancak daha küçük bir salınım sağlar. Veri sayfası R_L=100Ω ile test eder.

6.2 Tasarım Hususları

• Ortam Işığına Karşı Bağışıklık:Yansımalı bir sensör olarak, ortam ışığına (özellikle kızılötesi içeren güneş ışığı veya parlak iç mekan aydınlatması) duyarlı olabilir. Modüle edilmiş bir LED sürücü sinyali ve alıcı devresinde senkron tespit kullanmak, bu tür girişimlere karşı bağışıklığı büyük ölçüde artırabilir.
• Nesne Yansıtıcılığı:Etkin algılama mesafesi ve sinyal gücü, hedef nesnenin yansıtıcılığına büyük ölçüde bağlıdır. Yüksek yansıtıcı yüzeyler (beyaz kağıt gibi) en iyi sonucu verirken, koyu veya mat yüzeyler yeterli ışığı yansıtmayabilir.
• Hizalama ve Boşluk:Optimal algılama mesafesi (sensör ile yansıtıcı nesne arasındaki boşluk) genellikle tam veri sayfasında belirtilir. Mekanik tasarım, bu boşluğun tutarlı bir şekilde korunmasını sağlamalıdır.
• Elektriksel Gürültü:Uzun kablo mesafeleri veya gürültülü ortamlar için, fototransistör çıkışı kapalıyken yüksek empedanslı bir düğüm olduğundan ve alıma duyarlı olabileceğinden, çıkış sinyalinin uygun şekilde korunması ve filtrelenmesi gerekebilir.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Diğer algılama teknolojileriyle karşılaştırıldığında, bu foto kesici belirli avantajlar sunar:

• Mekanik Anahtarlara Karşı:Temas sıçraması yok, çok daha uzun ömür (milyonlarca vs. binlerce döngü), daha hızlı tepki ve sessiz çalışma.
• Geçirgen Foto Kesicilere (Yarıklı Optokuplörler) Karşı:LTH-872-N55T1 gibi yansımalı tipler, bir nesnenin bir yarıktan geçmesini gerektirmez; uzaktaki nesneleri algılayabilirler. Bu, kağıt algılama gibi kağıdın bir yüzey boyunca ilerlediği uygulamalar için mekanik tasarımı basitleştirir.
• Modern Sensörlere (örn., Hall Etkisi, Ultrasonik) Karşı:Foto kesiciler, temel varlık/yokluk algılama için genellikle daha basit ve düşük maliyetlidir. Mıknatıs gerektirmezler (Hall sensörleri gibi) ve ultrasonik sensörlerden daha az karmaşıktırlar, ancak yansıtıcı olmayan hedeflerde daha az etkili olabilirler.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Karanlık akım (I_CEO) spesifikasyonunun amacı nedir?

C: Karanlık akım, fototransistör tamamen karanlıkta olduğunda (LED'den ve ortam ışığından ışık gelmediğinde) üzerinden geçen küçük sızıntı akımıdır. "Kapalı" durumda, bu akım yük direncinden (R_L) geçerek küçük bir gerilim düşümü oluşturur. Yüksek bir karanlık akım, çıkış geriliminin tamamen "yüksek" mantık seviyesinde olmamasına neden olabilir ve bu da takip eden devre tarafından yanlış yorumlanmaya yol açabilir. Belirtilen maksimum 100 nA değeri çok düşüktür, temiz bir kapalı durum sinyali sağlar.

S: Doğru LED sürücü akımını (I_F) nasıl seçerim?

C: Sürücü akımı, ışık çıkışını etkiler; bu da fototransistörün çıkış akımını (I_C(ON)) ve cihazın hassasiyetini doğrudan etkiler. Tipik test koşulu olan 20mA'de çalışmak iyi bir başlangıç noktasıdır. Uygulama yüksek yansıtıcılığa ve kısa mesafeye sahipse, güç tasarrufu için akımı azaltabilirsiniz. Akımı artırmak, zor hedefler için sinyal gücünü artırabilir ancak güç dağılımını artırır ve 50mA mutlak maksimumun altında kalmalıdır. Rehberlik için tipik CTR - I_F eğrisine bakınız.

S: Bu sensörü açık havada kullanabilir miyim?

C: Çalışma sıcaklığı aralığı (-25°C ila +85°C) birçok ortamda kullanıma izin verir. Ancak, doğrudan güneş ışığı fototransistörü doyurabilecek güçlü kızılötesi radyasyon içerir ve sürekli "açık" algılamaya neden olabilir. Açık hava kullanımı için, ortam IR ışığını reddetmek amacıyla optik filtreleme (görünür ışığı bloke eden ancak LED'in dalga boyunu geçiren bir IR-geçiren filtre) ve/veya sinyal modülasyon teknikleri şiddetle tavsiye edilir.

9. Çalışma Prensibi

LTH-872-N55T1, dahili yansıma modülasyonu prensibiyle çalışır. Bir kızılötesi LED ışık yayar. Algılama alanı içinde yansıtıcı bir hedef olmadığında, bu ışığın çoğu dağılır. Uygun yansıtıcılığa sahip bir nesne alana girdiğinde, yayılan ışığın bir kısmı cihaza doğru geri yansıtılır. Aynı kızılötesi dalga boyuna duyarlı olan entegre fototransistör, bu yansıyan ışığı algılar. Gelen fotonlar, fototransistörün baz bölgesinde elektron-delik çiftleri oluşturarak etkin bir şekilde baz akımı sağlar. Bu, transistörün açılmasına neden olur ve yansıyan ışığın yoğunluğuyla orantılı bir kolektör akımının (I_C) akmasını sağlar. Bu çıkış akımı/gerilimindeki değişiklik daha sonra harici devre tarafından nesnenin varlığını işaretlemek için kullanılır.

10. Endüstri Trendleri

Temel foto kesici teknolojisi olgun olsa da, trendler küçültme, entegrasyon ve gelişmiş işlevsellik üzerinde yoğunlaşmaktadır. Daha yeni cihazlar şunları içerebilir:

- Yüzey Montaj (SMD) Paketleri:Yüksek yoğunluklu PCB montajı için daha küçük ayak izi.

- Entegre IC'ler:Bazı modern foto kesiciler, amplifikasyon, histerezis için Schmitt tetikleyiciler ve hatta çip üzerinde dijital çıkış (örn., I2C) içerir; bu da arayüz tasarımını basitleştirir.

- Daha Yüksek Hız:Artmakta olan makine hızlarına ayak uydurmak için daha da hızlı tepki süreleri için geliştirme devam etmektedir.

- Geliştirilmiş Ortam Işığı Reddi:Sensörleri zorlu aydınlatma ortamlarında daha sağlam hale getirmek için gelişmiş optik tasarımlar ve modülasyon şemaları kullanılmaktadır. LTH-872-N55T1 gibi bileşenlerde somutlaşan temel yansımalı algılama prensibi, geniş bir temasız algılama görevi yelpazesi için güvenilir ve uygun maliyetli bir çözüm olmaya devam etmektedir.