目录
1. 产品概述
LTH-301-19是一款紧凑型非接触式开关器件，专为需要可靠物体检测或位置感测的应用而设计。其工作原理基于一个红外发光二极管（IR LED）与一个光电晶体管配对。当物体阻断发射器与检测器之间的红外光束时，光电晶体管的输出状态发生变化，从而提供一个开关信号。该器件适用于直接PCB安装或与双列直插式插座配合使用，为各种工业和消费电子应用提供快速可靠的解决方案。
2. 技术参数深度客观解读
2.1 绝对最大额定值
这些额定值定义了超出可能导致器件永久损坏的极限。红外二极管可承受60 mA的连续正向电流和5 V的反向电压。光电晶体管的集电极电流限制为20 mA，功耗为100 mW。对于红外二极管，在脉冲条件下（10 μs脉冲宽度，300 pps）允许1 A的峰值正向电流。器件的工作温度范围为-25°C至+85°C，存储范围为-40°C至+100°C。在距离器件本体1.6mm处测量时，引脚焊接温度不得超过260°C，持续时间不超过5秒。
2.2 电气与光学特性
本节详细说明了器件在25°C环境温度下典型工作条件下的性能。
2.2.1 输入LED特性
红外LED在正向电流（IF）为20mA时，正向电压（VF）典型值为1.6V，最大值为1.6V。在反向电压（VR）为5V时，反向电流（IR）最大为100 μA。
2.2.2 输出光电晶体管特性
集电极-发射极击穿电压（V(BR)CEO）最小为30V。发射极-集电极击穿电压（V(BR)ECO）最小为5V。集电极-发射极暗电流（ICEO）在VCE=10V时最大为100 nA，表示LED关闭时的漏电流。
2.2.3 耦合器特性
当光电晶体管被驱动至饱和状态时（IC=70μA，IF=1.4mA），集电极-发射极饱和电压（VCE(SAT)）最大为0.4V。导通状态集电极电流（IC(ON)）在VCE=3.3V和IF=1.4mA时典型值为70 μA，在VCE=5V和IF=20mA时可达到10 mA，这显示了器件在不同驱动条件下的灵敏度和输出能力。
2.2.4 响应时间
开关速度由上升时间（tr）和下降时间（tf）表征。在特定测试条件下（VCE=5V，Ic=2mA，RL=100Ω）测量，典型上升时间为3 μs（最大15 μs），典型下降时间为4 μs（最大20 μs）。这定义了器件进行高速检测的能力。
3. 机械与封装信息
3.1 封装尺寸
该器件采用标准通孔封装。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，默认公差为±0.25mm。数据手册中提供了精确的尺寸图，详细说明了本体尺寸、引脚间距以及PCB布局的整体占位面积。
3.2 极性识别
正确的方向至关重要。数据手册中包含一个图表，明确标明了红外LED的阳极和阴极，以及光电晶体管的集电极和发射极。错误安装器件可能导致故障或损坏。
4. 性能曲线分析
数据手册包含典型的电气和光学特性曲线，除非另有规定，均在25°C环境温度下绘制。这些图表对于理解器件在表格所列最小值、典型值和最大值之外的行为至关重要。
4.1 传输特性
曲线可能显示了在不同集电极-发射极电压（VCE）下，输入LED正向电流（IF）与输出光电晶体管集电极电流（IC）之间的关系。这说明了电流传输比（CTR），这是增益的一个关键参数。
4.2 输出饱和特性
描绘不同IF水平下VCE(SAT)与IC关系的图表有助于设计人员理解光电晶体管完全导通时的输出电压水平，这对于与逻辑电路的接口设计非常重要。
4.3 温度依赖性
虽然主要数据是在25°C下给出的，但特性曲线可能显示了暗电流（ICEO）和输出电流等参数如何随温度变化，这对于在指定工作范围内设计稳定系统至关重要。
5. 焊接与组装指南
5.1 焊接参数
绝对最大额定值规定，引脚可在260°C下焊接，最长5秒，温度测量点距离塑料外壳1.6mm（0.063英寸）。这对于防止内部元件和塑料封装受到热损伤至关重要。
5.2 操作与存储
器件应在-40°C至+100°C的规定温度范围内存储。在操作和组装过程中应遵守标准的ESD（静电放电）预防措施，以防止半导体结损坏。
6. 应用建议
6.1 典型应用场景
LTH-301-19非常适用于打印机（卡纸检测、墨粉量检测）、复印机、自动售货机（硬币/物体检测）、工业自动化（位置感测、限位开关）和消费电子产品中的非接触式感测。其快速开关速度使其适用于计数或速度测量应用。
6.2 设计考量
限流电阻：必须使用一个外部电阻与红外LED串联，以将其正向电流（IF）限制在安全值，通常在1.4mA的测试条件和60mA的绝对最大值之间，以平衡亮度和寿命。
负载电阻：连接到光电晶体管集电极的负载电阻（RL）的值会影响输出电压摆幅和响应时间。较小的RL提供更快的开关速度，但输出电压摆幅较小。
环境光：作为红外器件，它不易受可见环境光干扰。然而，对于关键应用，可以采用机械屏蔽或调制/解调技术来增强抗噪能力。
对准：发射器和检测器槽之间的精确机械对准对于获得最佳性能和最大感测距离是必要的。
7. 技术对比与差异化
与机械开关相比，LTH-301-19具有非接触式操作的关键优势，从而实现无磨损、更长寿命、静音操作以及更高的潜在开关速度。与其他光学传感器相比，其集成的槽型封装提供了内置光路，简化了机械设计，并提高了与分离的发射器和检测器组件相比的对准可靠性。规定的饱和电压（VCE(SAT)<0.4V）确保了与低压逻辑电路的良好兼容性。
8. 常见问题解答（基于技术参数）
问：暗电流（ICEO）参数的作用是什么？
答：暗电流是指当没有来自红外LED的光照射时（即光束被阻挡或LED关闭），流过光电晶体管的小漏电流。较低的暗电流（最大100 nA）是可取的，因为它可以最小化“关断状态”电流，从而使开关的导通和关断状态之间有更清晰的区分。
问：如何选择LED限流电阻的值？
答：使用欧姆定律：R = (Vcc - VF) / IF。Vcc是您的电源电压，VF是LED正向电压（设计裕量建议使用1.6V），IF是您期望的工作电流（例如，20mA以获得全输出）。确保电阻中计算出的功耗在其额定值范围内。
问：这个传感器可以在户外使用吗？
答：工作温度范围为-25°C至+85°C，覆盖了许多环境。然而，直射阳光含有强烈的红外辐射，可能会使传感器饱和。防尘防潮的环境密封不属于封装规格的一部分，需要单独考虑。
问：什么会影响感测距离或间隙？
答：感测间隙受LED驱动电流（IF）、光电晶体管的灵敏度、对准情况以及阻断光束物体的不透明度影响。数据手册没有规定最大间隙；必须针对特定物体和所需的信号裕度通过实验确定。
9. 实际应用案例
案例：桌面打印机中的纸张检测。LTH-301-19可以安装成使纸张路径穿过其槽口。一个配置了上拉电阻的微控制器GPIO引脚监控光电晶体管的集电极。当没有纸张时，红外光束到达检测器，使光电晶体管导通，并将集电极电压拉低（接近VCE(SAT)）。当纸张进入槽口时，它阻挡光束，使光电晶体管关断，允许上拉电阻将集电极电压拉高至Vcc。微控制器检测此电压转换以确认纸张存在或触发缺纸警报。快速的响应时间确保即使对于快速移动的纸张也能进行检测。
10. 工作原理介绍
LTH-301-19是一款透射式光学传感器，封装在U形塑料外壳中。在一侧，一个红外发光二极管（IR LED）发射波长通常约为940nm的光。在槽口的另一侧正对面，一个硅NPN光电晶体管作为接收器。光电晶体管的设计使得入射到其基极区域的光产生电子-空穴对，这些电子-空穴对充当基极电流，从而控制更大的集电极-发射极电流。当槽口中没有物体时，来自红外LED的光照射到光电晶体管上，使其导通（ON状态）。当物体进入槽口时，它会阻挡光路，大幅减少照射到光电晶体管上的光，使其停止导通（OFF状态）。这种输出电流/电压的变化被用作开关信号。
11. 技术发展趋势
像LTH-301-19这样的光电断续器代表了一种成熟可靠的技术。该领域的当前趋势包括：封装小型化以实现更高密度的PCB安装；开发表面贴装器件（SMD）版本以促进自动化组装；以及在封装内集成施密特触发器或放大器等附加电路，以提供干净的数字输出信号并提高抗噪能力。同时，也专注于通过优化LED效率和光电晶体管灵敏度来降低功耗，特别是对于电池供电的应用。此外，一些高级变体在单个封装中集成多个发射器或检测器，用于编码位置感测或提供冗余。
LED规格术语详解
LED技术术语完整解释
一、光电性能核心指标
| 术语 | 单位/表示 | 通俗解释 | 为什么重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦电能发出的光通量，越高越节能。 | 直接决定灯具的能效等级与电费成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源发出的总光量，俗称"亮度"。 | 决定灯具够不够亮。 |
| 发光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。 | 影响光照范围与均匀度。 |
| 色温（CCT） | K（开尔文），如2700K/6500K | 光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。 | 决定照明氛围与适用场景。 |
| 显色指数（CRI / Ra） | 无单位，0–100 | 光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。 | 影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。 |
| 色容差（SDCM） | 麦克亚当椭圆步数，如"5-step" | 颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。 | 保证同一批灯具颜色无差异。 |
| 主波长（Dominant Wavelength） | nm（纳米），如620nm（红） | 彩色LED颜色对应的波长值。 | 决定红、黄、绿等单色LED的色相。 |
| 光谱分布（Spectral Distribution） | 波长 vs. 强度曲线 | 显示LED发出的光在各波长的强度分布。 | 影响显色性与颜色品质。 |
二、电气参数
| 术语 | 符号 | 通俗解释 | 设计注意事项 |
|---|---|---|---|
| 正向电压（Forward Voltage） | Vf | LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。 | 驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。 |
| 正向电流（Forward Current） | If | 使LED正常发光的电流值。 | 常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。 |
| 最大脉冲电流（Pulse Current） | Ifp | 短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。 | 脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。 |
| 反向电压（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。 | 电路中需防止反接或电压冲击。 |
| 热阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。 | 高热阻需更强散热设计，否则结温升高。 |
| 静电放电耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。 | 生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。 |
三、热管理与可靠性
| 术语 | 关键指标 | 通俗解释 | 影响 |
|---|---|---|---|
| 结温（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED芯片内部的实际工作温度。 | 每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小时） | 亮度降至初始值70%或80%所需时间。 | 直接定义LED的"使用寿命"。 |
| 流明维持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段时间后剩余亮度的百分比。 | 表征长期使用后的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麦克亚当椭圆 | 使用过程中颜色的变化程度。 | 影响照明场景的颜色一致性。 |
| 热老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因长期高温导致的封装材料劣化。 | 可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。 |
四、封装与材料
| 术语 | 常见类型 | 通俗解释 | 特点与应用 |
|---|---|---|---|
| 封装类型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。 | EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。 |
| 芯片结构 | 正装、倒装（Flip Chip） | 芯片电极布置方式。 | 倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。 |
| 荧光粉涂层 | YAG、硅酸盐、氮化物 | 覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。 | 不同荧光粉影响光效、色温与显色性。 |
| 透镜/光学设计 | 平面、微透镜、全反射 | 封装表面的光学结构，控制光线分布。 | 决定发光角度与配光曲线。 |
五、质量控制与分档
| 术语 | 分档内容 | 通俗解释 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分档 | 代码如 2G、2H | 按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。 | 确保同一批产品亮度一致。 |
| 电压分档 | 代码如 6W、6X | 按正向电压范围分组。 | 便于驱动电源匹配，提高系统效率。 |
| 色区分档 | 5-step MacAdam椭圆 | 按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。 | 保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。 |
| 色温分档 | 2700K、3000K等 | 按色温分组，每组有对应的坐标范围。 | 满足不同场景的色温需求。 |
六、测试与认证
| 术语 | 标准/测试 | 通俗解释 | 意义 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明维持测试 | 在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。 | 用于推算LED寿命（结合TM-21）。 |
| TM-21 | 寿命推演标准 | 基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。 | 提供科学的寿命预测。 |
| IESNA标准 | 照明工程学会标准 | 涵盖光学、电气、热学测试方法。 | 行业公认的测试依据。 |
| RoHS / REACH | 环保认证 | 确保产品不含有害物质（如铅、汞）。 | 进入国际市场的准入条件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效认证 | 针对照明产品的能效与性能认证。 | 常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。 |