LTH-301-05 光电断续器规格书 - 非接触式开关

1. 产品概述
2. 深入技术参数分析
2.1 绝对最大额定值
2.2 电气与光学特性
2.2.1 输入（红外LED）特性
2.2.2 输出（光电晶体管）特性
2.2.3 耦合器（组合）特性
3. 机械与封装信息
3.1 封装尺寸
3.2 极性识别
4. 焊接与组装指南
5. 应用建议
5.1 典型应用场景
5.2 设计注意事项
6. 工作原理
7. 性能曲线分析
8. 基于技术参数的常见问题
9. 实际设计与使用案例
10. 发展趋势

1. 产品概述

LTH-301-05是一款反射式光电断续器，属于一种将红外发光二极管（IR LED）和光电晶体管集成在一个紧凑封装内的光电器件。其主要功能是在无需物理接触的情况下检测物体的存在与否，实现非接触式开关。该器件的核心优势在于其可靠性和长寿命，因为它消除了传统开关相关的机械磨损。它设计用于直接安装在印刷电路板上或使用双列直插式插座，在组装上提供了灵活性。其快速的开关速度使其适用于需要快速检测的应用，例如打印机、复印机、自动售货机以及需要位置传感、物体计数或边缘检测的工业自动化设备。

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极限条件，不适用于连续工作。关键参数包括：

红外二极管连续正向电流（I_F)）：60 mA。这是可以流过LED的最大稳态电流。
红外二极管峰值正向电流：1 A（适用于脉宽10 μs、每秒300个脉冲的情况）。这允许短暂的高强度脉冲，以增强信号检测能力。
光电晶体管集电极电流（I_C)）：20 mA。输出晶体管可以处理的最大电流。
光电晶体管集电极-发射极电压（V_CEO)）：30 V。可以施加在光电晶体管集电极和发射极之间的最大电压。
工作温度范围：-25°C 至 +85°C。这定义了器件可靠工作的环境温度范围。
引脚焊接温度：距离外壳1.6mm处，260°C下持续5秒。这对于组装至关重要，以防止热损伤。

2.2 电气与光学特性

这些参数在环境温度（T_A）为25°C下测量，定义了器件的典型性能。

2.2.1 输入（红外LED）特性

正向电压（V_F)）：在正向电流（I_F）为20 mA时，典型值为1.2V至1.6V。这是LED点亮时两端的电压降。
反向电流（I_R)）：在反向电压（V_R）为5V时，最大100 μA。这表示LED反向偏置时的小漏电流。

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30V。这是基极开路时晶体管发生击穿的电压。
集电极-发射极暗电流（I_CEO)）：在V_CE=10V时，最大100 nA。这是没有光线照射时（即“关断”状态）光电晶体管的漏电流。较低的暗电流值有助于获得良好的开关状态对比度。

2.2.3 耦合器（组合）特性

这些参数描述了LED和光电晶体管协同工作的行为。

集电极-发射极饱和电压（V_CE(SAT))）：当光电晶体管完全导通时（I_C=0.25mA，I_F=20mA），最大0.4V。较低的饱和电压有利于数字逻辑接口。
导通状态集电极电流（I_C(ON))）：当LED被驱动（I_F=20mA）且V_CE=5V时，最小0.5 mA。这是产生的光电流，决定了输出信号的强度。
响应时间：这定义了输出对输入光线变化的反应速度。
- 上升时间（t_r)）：典型值3 μs，最大值15 μs。当LED开启时，输出电流从其最终值的10%上升到90%所需的时间。
- 下降时间（t_f)）：典型值4 μs，最大值20 μs。当LED关闭时，输出电流从其初始值的90%下降到10%所需的时间。

3. 机械与封装信息

3.1 封装尺寸

该器件采用标准的四引脚通孔封装。具体尺寸在规格书图纸中提供。关键说明包括：

所有尺寸单位均为毫米，括号内为英寸。
除非另有特殊说明，标准公差为±0.25mm（±0.010"）。
该封装设计用于在波峰焊或手工焊接过程中保持稳定。

3.2 极性识别

正确的方向至关重要。规格书图表明确标明了红外LED的阳极和阴极引脚，以及光电晶体管的集电极和发射极引脚。错误安装器件可能导致不工作或永久损坏。

4. 焊接与组装指南

正确的操作确保器件的可靠性和长寿命。

焊接：引脚可在最高260°C的温度下焊接，但此高温的施加时间不得超过5秒。必须保持与塑料外壳的指定距离（1.6mm / 0.063"），以防止封装熔化或变形。
清洗：使用与器件塑料材料兼容的适当溶剂。避免使用可能导致内部应力或开裂的特定频率进行超声波清洗。
储存条件：为保持性能，应将器件储存在温度范围为-40°C至+100°C、低湿度的环境中，最好使用防静电包装以防止静电放电损坏。

5. 应用建议

5.1 典型应用场景

打印机/复印机中的纸张检测：检测卡纸、纸张用尽或多张进纸情况。
物体计数：对传送带或滑槽上的物品进行计数。
位置/速度传感：检测编码盘上的狭缝，以确定电机的旋转位置或速度。
自动售货机：验证硬币通过或产品分发。
安防系统：作为用于入侵检测的光束阻断传感器的一部分。

5.2 设计注意事项

LED限流：务必使用与红外LED串联的电阻来限制正向电流（I_F）至安全值，通常在10mA至20mA之间，以平衡输出信号强度和器件寿命。电阻值可使用公式 R = (V_CC- V_F) / I_F.
计算。光电晶体管偏置_CC：通常需要在光电晶体管的集电极和正电源电压（V
）之间连接一个上拉电阻。发射极接地。该电阻的值（通常在1kΩ至10kΩ之间）和电源电压决定了输出电压摆幅和响应速度。较小的电阻提供更快的响应，但输出电压摆幅较低（且导通时功耗较高）。抗环境光干扰
：由于该器件使用红外光，它对可见环境光有一定的免疫力。然而，强烈的红外辐射源（如阳光或白炽灯泡）可能导致误触发。使用调制的红外信号和解调电路可以极大地提高抗噪能力。间隙与反射率

：感应距离和信号强度取决于目标物体的反射率以及传感器与物体之间间隙的宽度。深色、非反射性物体会产生较弱的信号。

6. 工作原理

LTH-301-05基于简单的光学原理工作。内部红外LED发射一束红外光。与LED相对的是一个光电晶体管。在“无遮挡”状态下，这束光穿过一个小间隙照射到光电晶体管上，使其导通（开启）。当有物体插入此间隙时，它会阻挡红外光。没有光线照射到光电晶体管上时，它停止导通（关闭）。外部电路检测到光电晶体管这种电气状态的变化（从导通到非导通，或反之亦然），从而记录物体的存在。光电晶体管本质上是一个由光强控制的电流源。

7. 性能曲线分析

规格书包含典型的特性曲线，对于详细的设计分析非常宝贵。虽然具体图表未在文本中重现，但它们通常说明了以下关系：_FLED的正向电流与正向电压关系（I_F-V）
：显示非线性关系，有助于确定不同工作电流下的确切电压降。_C光电晶体管的集电极电流与集电极-发射极电压关系（I_CE-V）
：在不同入射光水平（或不同LED驱动电流）下，这些曲线显示了晶体管的输出特性，类似于双极型晶体管的输出曲线。_C集电极电流与正向电流关系（I_F)-I_C）_F：此传输特性曲线至关重要。它显示了输出光电流（I
）如何随输入LED电流（I）变化。它定义了电流传输比，这是耦合器的一个关键效率参数。_F温度依赖性_CEO：曲线通常显示正向电压（V_{）、暗电流（I}）和导通电流（I

C(ON)

）等参数如何随环境温度变化。这对于设计在宽温度范围内工作的系统至关重要。8. 基于技术参数的常见问题_F问：典型的感应距离是多少？_{答：感应距离在规格书中并非单一固定值。它取决于狭槽的具体机械设计、LED的驱动电流（I}）、接收电路的灵敏度以及遮挡物体的反射率。设计者必须根据I
C(ON)参数和应用设置来确定。_F问：我能否直接从微控制器引脚驱动LED？
答：可能可以，但必须检查两点：a) 微控制器引脚的最大电流输出能力必须大于您期望的I（例如，20mA）。b) 您必须按照设计注意事项所述，串联一个限流电阻。切勿将LED直接连接到电压源。_{问：如何将输出与数字输入接口连接？}答：最简单的方法是在集电极使用一个上拉电阻。当光路畅通时，光电晶体管导通，将集电极电压拉低（接近V_CCCE(SAT)
）。当光线被阻挡时，晶体管截止，上拉电阻将集电极电压拉高（至V）。这提供了一个清晰的逻辑电平信号。
问：为什么响应时间很重要？答：快速的响应时间（微秒级）使传感器能够检测非常快速移动的物体或快速连续的事件而不会漏计数。这在高速机械、编码器应用或使用脉冲光的通信系统中至关重要。

问：如果我超过了绝对最大额定值会怎样？

答：超过这些限制，即使是短暂的，也可能立即或潜在地损坏器件。这可能包括LED光输出衰减、光电晶体管暗电流增加或完全失效（开路或短路）。设计时务必留有余量。

9. 实际设计与使用案例

案例：小型直流电机转速测量

一位设计者需要测量电机轴的转速。他们在轴上安装了一个带狭缝的小圆盘。将LTH-301-05安装好，使圆盘在其感应间隙中旋转。每当一个狭缝通过间隙时，光线到达光电晶体管，在输出端产生一个脉冲。LED通过一个电阻以恒定的15mA电流驱动。光电晶体管的集电极通过一个4.7kΩ的上拉电阻连接到5V电源，同时也连接到微控制器的具有中断功能的输入引脚。

微控制器固件被编程为在固定时间窗口（例如，一秒）内计算接收到的脉冲数（上升沿或下降沿）。由于圆盘有，例如，20个狭缝，每秒脉冲数除以20即得到每秒转数，可以轻松转换为每分钟转数。传感器快速的上升和下降时间确保了即使在电机高速运行时，脉冲也能清晰、准确地计数，不会因传感器响应慢而漏掉边沿。

10. 发展趋势像LTH-301-05这样的光电断续器代表了一项成熟可靠的技术。当前，更广泛的光电传感器领域的发展趋势集中在：
小型化:
- ：开发更小的表面贴装器件封装，以节省现代电子产品中的电路板空间。
- 集成化
- ：内部集成LED的限流电阻。
在封装内集成施密特触发器或比较器，直接提供干净的数字输出，简化接口电路。在芯片上增加环境光抑制电路或调制/解调逻辑，以获得卓越的抗噪能力。
性能增强：提高电流传输比以降低功耗或延长感应距离，并进一步减少响应时间以满足超高速应用需求。

专业化

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。

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