LTH-306-01 光电断续器规格书 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTH-306-01是一款紧凑型非接触式光电开关，专为可靠的物体检测和位置传感而设计。其核心功能基于一个红外发光二极管与一个光电晶体管的配对，并封装于单一外壳内。当物体穿过发射器与检测器之间的缝隙时，会中断红外光束，从而导致光电晶体管的输出状态发生变化。这一原理实现了无需物理接触的精确、无磨损开关。

该器件设计用于直接安装在印刷电路板上或标准双列直插式插座中，提供了显著的设计灵活性。其主要优势包括：对高速计数和定时应用至关重要的快速开关速度，以及非接触特性，这消除了机械磨损并确保了长期可靠性。典型目标市场包括工业自动化、消费电子（如打印机、复印机）、安防系统以及需要物体检测、卡纸检测或槽口检测的自动售货机。

2. 深入技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。不保证在此条件下运行。关键极限包括：

• 红外二极管连续正向电流_F)：60 mA。这是可以持续施加到LED上的最大直流电流。
• 红外二极管峰值正向电流：在每秒300个脉冲、脉宽10 μs的条件下为1 A。这允许使用短暂的高强度脉冲以增强信号检测。
• 光电晶体管集电极-发射极电压_CEO)：30 V。可以施加在集电极和发射极引脚之间的最大电压。
• 工作温度范围：-25°C 至 +85°C。规定了可靠运行的环境温度范围。
• 引脚焊接温度：距离外壳1.6mm处，260°C持续5秒。这对于PCB组装工艺至关重要。

2.2 电气与光学特性

这些参数在环境温度为25°C时规定，定义了器件在正常工作条件下的典型性能。_A2.2.1 输入（红外LED）特性

正向电压

• ：在正向电流为20 mA时，典型值为1.2V至1.6V。用于计算LED驱动电路中的限流电阻值。_F)反向电流_F：在反向电压为5V时，最大100 μA。这表示LED反向偏置时的漏电流。
• 2.2.2 输出（光电晶体管）特性_R)集电极-发射极击穿电压_R：最小30V。确保晶体管能够承受规定的集电极-发射极电压。

集电极-发射极暗电流

• ：在V_CE=10V时，最大100 nA。这是LED关闭（无光）时的漏电流，会影响“关断状态”的信号电平。_{2.2.3 耦合器（组合）特性})导通状态集电极电流
• ：在V_CE=5V且I_F=20mA时，最小5.0 mA。这是LED完全点亮且无遮挡时光电晶体管的输出电流，表明其灵敏度。_CEO)集电极-发射极饱和电压_CE：在I_C=2.5mA且I_F=20mA时，最大0.4V。当光电晶体管用作饱和模式开关时，较低的饱和电压是可取的，可以最小化压降。

响应时间

• ：在规定的测试条件下（V_CE=5V，I_C=2mA，R_L=100Ω），上升时间典型值为3-15 μs，下降时间典型值为4-20 μs。这些参数定义了器件的开关速度和带宽，对于检测快速移动的物体至关重要。_{3. 性能曲线分析})规格书引用了典型的电气/光学特性曲线。虽然文本中未提供具体图表，但此类器件的标准曲线通常包括：_CE红外LED的正向电流与正向电压关系曲线_F：显示非线性关系，有助于确定工作点。
• 光电晶体管的集电极电流与集电极-发射极电压关系曲线_{：在不同辐照度（LED电流）水平下，显示输出晶体管的行为，类似于双极型晶体管的输出特性。})电流传输比与正向电流关系曲线_C：CTR是光电晶体管集电极电流与LED正向电流的比值。该曲线显示了效率如何随驱动电流变化。_F暗电流和导通状态电流的温度依赖性曲线
• ：说明了性能如何随环境温度变化而退化或变化，这对于在整个规定工作范围内设计稳定系统至关重要。这些曲线对于设计人员优化工作点、确保信号在温度变化下的完整性以及理解器件的局限性至关重要。_r4. 机械与封装信息_fLTH-306-01设计用于PCB或插座安装。规格书中提供了封装尺寸，所有尺寸均以毫米（和英寸）为单位。关键的机械说明包括：_CE除非尺寸图上另有规定，否则适用±0.25mm的标准公差。_C封装采用模塑主体，在红外发射器和光电晶体管之间具有精确的缝隙。该缝隙的确切尺寸、整体高度、宽度和长度以及引脚间距对于将器件机械集成到最终产品中至关重要。_L引脚通常由可焊接材料制成，并成型为通孔安装形式。

极性识别至关重要。器件上会有标记（如圆点、凹口或不同的引脚长度）来标识红外LED的阳极和阴极以及光电晶体管的集电极和发射极。错误的极性连接可能会损坏元件。

5. 焊接与组装指南

• 绝对最大额定值规定引脚焊接温度为260°C，最长持续时间为5秒，测量点距离塑料外壳1.6mm。这是波峰焊或手工焊接工艺的关键参数。_F建议：_F回流焊：如果使用，必须仔细控制温度曲线，确保本体温度不超过最高存储温度，并且引脚不会长时间承受过高热量。规定的260°C/5秒限制是制定回流焊温度曲线的关键参考点。
• 手工焊接_C：使用温控烙铁。快速有效地对引脚/焊盘连接处加热，以尽量减少热量传递到元件本体。每个引脚的加热时间不得超过5秒。_CE清洗：使用与封装材料兼容的清洗溶剂，以避免损坏。
• 存储条件：在规定的存储温度范围（-40°C至+100°C）内，存放在干燥、防静电的环境中，以防止吸湿（可能导致回流焊时“爆米花”效应）和其他性能退化。_C6. 应用建议_F6.1 典型应用电路
• 基本的应用电路包括：_CEOLED驱动电路_{：一个与红外LED串联的限流电阻。电阻值计算公式为：（电源电压 - V_F）/ I_F。对于5V电源，I_F=20mA，V_F约1.4V，则限流电阻R_limit ≈ (5-1.4)/0.02 = 180Ω。})光电晶体管输出电路

：光电晶体管可以用于两种常见配置：

开关模式（饱和）

：在集电极和正电源（如5V）之间连接一个上拉电阻。发射极接地。当光线照射到晶体管时，它完全导通（饱和），将集电极电压拉低（接近V_CE(SAT)）。当光线被遮挡时，晶体管关闭，集电极电压被电阻拉高。输出为数字信号。

• 线性模式
• ：将光电晶体管用于共发射极放大器配置，并带有集电极电阻。输出电压随接收光强度线性变化，适用于模拟传感。
• 6.2 设计考量

抗环境光干扰

：该器件使用调制的红外光，但强烈的环境红外光源（阳光、白炽灯）可能导致误触发。使用脉冲LED驱动和同步检测，或添加光学滤光片，可以提高抗干扰能力。

物体特性

：检测可靠性取决于物体对红外波长的阻光性。非常薄或半透明的材料可能无法完全中断光束。

其在光电断续器类别中的关键差异化因素包括其特定的封装尺寸（支持紧凑设计）、电气特性（由I_C(ON)定义的灵敏度，由t_r/t_f定义的速度）以及其关于焊接和工作温度的稳健规格。

8. 常见问题解答

问：该器件的典型寿命是多少？

1. 答：作为一种无运动部件的固态器件，其寿命主要取决于LED的逐渐光衰。在规格范围内运行时，其寿命通常远超机械开关，通常额定为数十万至数百万次操作。问：我可以用电压源直接驱动LED吗？_{答：不可以。LED必须由限流源驱动。将其直接连接到超过其正向电压的电压源会导致过大电流，可能损坏器件。务必使用串联限流电阻或恒流驱动器。}问：如何理解“导通状态集电极电流”的最小值？_F答：这是在规定的测试条件下保证的最小输出电流。在您的设计中，应确保您的电路能够可靠地利用此最小电流工作，以便在光束未遮挡时产生有效的逻辑低电平电压。_F问：响应时间是微秒级的。这对我的应用来说足够快吗？_F答：对于大多数物体计数、位置传感和纸张检测应用，微秒级响应绰绰有余。例如，检测一个以1 m/s速度穿过1mm缝隙的物体，中断时间为1ms，这远长于器件的开关时间。对于极高速应用，请验证所需的时序。_F9. 实际应用案例_{场景：打印机中的卡纸检测}LTH-306-01可以放置在纸张路径上。纸张穿过缝隙时允许红外光束到达光电晶体管，使其输出保持一种状态（例如低电平）。如果发生卡纸，纸张停在缝隙中，阻挡光束并改变输出状态（例如高电平）。该信号被发送到打印机的微控制器，然后微控制器可以停止操作并提醒用户。非接触式传感确保纸张或传感器无磨损，快速的响应时间即使在纸张快速移动时也能进行检测。
2. 10. 工作原理LTH-306-01是一种透射式光学传感器。它在一个U形封装的对立臂中包含两个主要组件：一个红外发光二极管和一个硅NPN光电晶体管。当红外LED被适当的电流正向偏置时，会发射不可见的红外光。光电晶体管设计为对该特定红外波长敏感。当它们之间的缝隙中没有物体时，红外光直接照射到光电晶体管的基区。该入射光产生电子-空穴对，作为基极电流，使晶体管导通，并允许显著的集电极电流流动。当不透明物体进入缝隙时，它会阻挡光路。光电晶体管接收不到（或大大减少）光线，有效基极电流降至接近零，晶体管关闭，将集电极电流降至非常低的漏电流水平。外部电路检测到这种输出电流/电压的变化，从而记录“物体存在”事件。
   • 11. 技术趋势光电断续器等光电器件领域持续发展。行业中可观察到的总体趋势包括：_小型化：开发更小的封装尺寸和更低的剖面高度，以适应日益紧凑的消费和工业设备。
   • 增强集成度：在芯片上集成更多电路，例如用于迟滞的施密特触发器、内置限流电阻，甚至数字接口，从而简化外部设计。

性能提升

• ：更高的灵敏度（允许更低的LED驱动电流以节省功耗）、更快的响应时间以适应高速自动化，以及更好的温度稳定性。关注能效
• ：支持极低占空比脉冲操作的设计，以最小化平均功耗，这对于电池供电应用至关重要。鲁棒性
• ：提高对灰尘、湿度和机械冲击等环境因素的抵抗力。这些趋势旨在使光学传感解决方案更可靠、更易于实现，并适用于更广泛的应用领域。
• Speed: Ensure the object's speed and the system's required response time are compatible with the device's rise/fall times (microseconds range).
• Electrical Noise: In noisy environments, keep signal traces short, use bypass capacitors near the device, and consider shielding.

. Technical Comparison & Differentiation

Compared to mechanical micro-switches, the LTH-306-01 offers clear advantages: no contact bounce, no mechanical wear, faster switching speed, and higher reliability over millions of cycles. Compared to other optical sensors like reflective sensors, transmissive photointerrupters (slotted couplers) are generally more immune to variations in object surface reflectivity and color, providing a more consistent on/off signal based purely on beam interruption.

Its key differentiators within the photointerrupter category would be its specific package size (enabling compact designs), its electrical characteristics (sensitivity defined by I_C(ON), speed defined by t_r/t_f), and its robust specifications for soldering and operating temperature.

. Frequently Asked Questions (FAQs)

Q: What is the typical lifetime of this device?

A: As a solid-state device with no moving parts, its lifetime is primarily determined by the LED's gradual output degradation. When operated within specifications, it typically far exceeds the lifespan of mechanical switches, often rated for hundreds of thousands to millions of operations.

Q: Can I drive the LED with a voltage source directly?

A: No. An LED must be driven with a current-limited source. Connecting it directly to a voltage source exceeding its forward voltage will cause excessive current flow, potentially destroying it. Always use a series current-limiting resistor or a constant current driver.

Q: How do I interpret the "On-State Collector Current" (I_C(ON)) minimum value?

A: This is a guaranteed minimum output current under the specified test conditions (V_CE=5V, I_F=20mA). In your design, you should ensure that your circuit (e.g., the value of your pull-up resistor) can work reliably with this minimum current to produce a valid logic low voltage when the beam is unblocked.

Q: The response time is in microseconds. Is this fast enough for my application?

A: For most object counting, position sensing, and paper detection applications, microsecond response is more than adequate. For example, to detect an object moving at 1 m/s through a 1mm gap, the interruption time is 1ms (1000 μs), which is much longer than the device's switching time. For extremely high-speed applications, verify the required timing.

. Practical Use Case

Scenario: Paper Jam Detection in a Printer

The LTH-306-01 can be placed along the paper path. A paper sheet passing through the gap allows the IR beam to reach the phototransistor, keeping its output in one state (e.g., low). If a jam occurs, the paper stops in the gap, blocking the beam and changing the output state (e.g., high). This signal is fed to the printer's microcontroller, which can then halt operation and alert the user. The non-contact sensing ensures no wear on the paper or sensor, and the fast response time allows detection even if paper is moving quickly.

. Operating Principle

The LTH-306-01 is a transmissive optical sensor. It contains two main components in opposing arms of a U-shaped package: an infrared light-emitting diode (IR LED) and a silicon NPN phototransistor. The IR LED emits invisible infrared light when forward-biased with an appropriate current. The phototransistor is designed to be sensitive to this specific IR wavelength. When no object is present in the gap between them, the IR light shines directly onto the base region of the phototransistor. This incident light generates electron-hole pairs, which act as base current, turning the transistor on and allowing a significant collector current (I_C) to flow. When an opaque object enters the gap, it blocks the light path. The phototransistor receives no (or greatly reduced) light, the effective base current drops to nearly zero, and the transistor turns off, reducing the collector current to a very low leakage level (I_CEO). This change in output current/voltage is detected by external circuitry to register an "object present" event.

. Technology Trends

The field of optoelectronic components like photointerrupters continues to evolve. General trends observable in the industry include:

• Miniaturization: Development of even smaller package footprints and lower profiles to fit into increasingly compact consumer and industrial devices.
• Enhanced Integration: Incorporating additional circuitry on-chip, such as Schmitt triggers for hysteresis, built-in current-limiting resistors, or even digital interfaces (I2C), simplifying external design.
• Improved Performance: Higher sensitivity (allowing lower LED drive currents for power savings), faster response times for high-speed automation, and better temperature stability.
• Focus on Power Efficiency: Designs that enable pulsed operation with very low duty cycles to minimize average power consumption, crucial for battery-powered applications.
• Robustness: Improved resistance to environmental factors like dust, humidity, and mechanical shock.

These trends aim to make optical sensing solutions more reliable, easier to implement, and suitable for a broader range of applications.