LTH-301-27P1 光电断续器规格书 - 非接触式开关 - 简体中文技术文档

1. 产品概述

LTH-301-27P1是一款反射式光电断续器，属于光电传感器的一种。其核心功能是在无需物理接触的情况下检测物体的有无。它通过将红外发光二极管（IR LED）和光电晶体管集成在一个紧凑的外壳内来实现这一功能。当物体进入发射器和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。这使其成为需要可靠、非机械式感测的应用的理想选择，例如位置检测、限位开关和物体计数。

该器件设计用于直接安装在印刷电路板（PCB）上或标准的双列直插式插座中，便于集成到电子组件中。其主要优点包括：无触点弹跳、由于没有活动部件而具有较长的工作寿命，以及适用于高速计数或定时应用的快速开关速度。

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。

• 红外二极管连续正向电流（I_F）：50 mA。这是可以施加到红外LED上的最大稳态电流。
• 红外二极管反向电压（V_R）：5 V。超过LED两端的此反向偏置电压可能导致击穿。
• 光电晶体管集电极电流（I_C）：40 mA。光电晶体管集电极可承受的最大电流。
• 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：-35°C 至 +65°C。保证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。这对于波峰焊或回流焊工艺至关重要，以防止热损伤。

功率降额说明：当环境温度超过25°C时，晶体管功耗（100 mW）和二极管功耗（75 mW）必须以1.33 mW/°C的速率线性降额。这意味着允许的功率会随着温度升高而降低，以防止过热。

2.2 电气与光学特性

这些参数在25°C下测量，定义了器件在指定测试条件下的典型性能。

2.2.1 输入侧红外LED特性

• 正向电压（V_F）：在正向电流（I_F）为20 mA时，典型值为1.6V（最大1.6V）。这用于计算限流电阻值：R = (V_电源- V_F) / I_F.
• 反向电流（I_R）：在反向电压（V_R）为5V时，最大100 µA。这表示LED在反向偏置时的漏电流。

2.2.2 输出侧光电晶体管特性

• 集电极-发射极击穿电压（V_(BR)CEO）：最小30V。这是光电晶体管在基极开路时发生击穿的电压。
• 集电极-发射极暗电流（I_CEO）：在V_CE=10V时，最大100 nA。这是光电晶体管处于“关断”状态（无光照射）时的漏电流。较低的值有助于获得良好的信噪比。

2.2.3 耦合器（系统）特性

这些参数描述了LED-光电晶体管组合的性能。

• 集电极-发射极饱和电压（V_CE(SAT)）：当光电晶体管被驱动至饱和时（I_C=0.25mA，I_F=20mA），最大0.4V。低饱和电压是与逻辑电路接口的关键。
• 导通状态集电极电流（I_C(ON)）：当光电晶体管被照射时（V_CE=5V，I_F=20mA），最小1.5 mA。这是产生的光电流，定义了传感器的灵敏度。实际电流可能更高，具体取决于中断物体的反射率和对准情况。

3. 机械与封装信息

LTH-301-27P1采用标准的4引脚双列直插式封装。具体尺寸见规格书内的封装图纸。关键的机械说明包括：

• 所有尺寸单位均为毫米，除非另有说明，标准公差为±0.25mm。
• 封装在红外发射器和光电探测器之间设有缝隙或间隙。待检测物体穿过此间隙。
• 极性标识清晰。标明了IR 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。在PCB安装时确保方向正确至关重要。
• 该器件既适用于PCB安装，也适用于插座安装，为组装提供了灵活性，并便于现场更换。

4. 焊接与组装指南

正确的操作对于可靠性至关重要。

• 焊接：引脚可承受距离塑料外壳本体1.6mm处测量，最高260°C的温度，最长5秒。此指南对于波峰焊工艺至关重要。对于回流焊，建议采用峰值温度低于260°C的标准温度曲线。
• 清洗：使用与塑料外壳兼容的温和清洗剂。避免使用过大功率的超声波清洗，以免损坏内部元件。
• 存储：在规定的存储温度范围-40°C至+100°C内存储，最好在低湿度条件下以防止吸潮。
• ESD预防措施：尽管未明确说明为敏感器件，但在组装过程中应遵循半导体器件的标准ESD（静电放电）处理程序。

5. 应用建议

5.1 典型应用电路

最常见的配置是将IR LED与一个限流电阻串联后连接到电压源（例如5V）。光电晶体管通常连接成共发射极配置：集电极通过一个负载电阻（R_L）上拉到电源电压（例如5V），发射极接地。输出信号取自集电极节点。

• 当光束未被阻挡时，光线照射在光电晶体管上，使其导通并将集电极电压拉低（接近V_CE(SAT)）。
• 当物体阻挡光束时，光电晶体管关断，集电极电压被负载电阻拉高。
• 负载电阻（R_L）的值决定了开关速度和电流消耗。较小的R_L允许更快的开关速度，但在晶体管导通时会消耗更多电流。

5.2 设计考量

• 对准：物体路径与传感器缝隙的精确机械对准对于可靠运行至关重要。
• 环境光：由于传感器使用红外光，它可能容易受到强环境红外光源（如阳光、白炽灯泡）的干扰。使用调制的红外信号和同步的检测器电路可以大大提高抗干扰能力。
• 物体特性：传感器的有效性取决于物体反射或吸收红外光束的能力。深色、非反射性物体可能不如浅色物体那样被可靠地检测。建议使用实际目标材料进行测试。
• 虽然传感器本身没有触点弹跳，但电输出可能仍有噪声。为了获得干净的数字信号，可能需要进行软件或硬件去抖动（例如，简单的RC滤波器或施密特触发器输入）。6. 工作原理

光电断续器基于光束中断原理工作。内部，一个红外LED发射波长通常在940nm左右的光，该光对人眼不可见。正对面放置一个硅光电晶体管来接收此光。光电晶体管充当光控开关。当来自IR LED的光子撞击其基区时，会产生电子-空穴对，进而允许更大的集电极电流流动——这就是光电效应。该集电极电流的大小与入射光的强度成正比。当不透明物体进入LED和光电晶体管之间的缝隙时，光路被阻挡。光电晶体管上的光强度急剧下降，导致其集电极电流降至非常低的值（基本上是暗电流）。外部电路检测到这种电流的急剧变化（或负载电阻两端相应的电压变化），并将其解释为一个开关事件。

7. 性能曲线与分析

规格书包含典型的特性曲线，这些曲线提供了超出表格中最小/典型/最大值的有价值见解。

传输特性（I

• vs. I_C）：_F该曲线显示了在固定的集电极-发射极电压下，光电晶体管的输出电流（I）如何随LED的输入电流（I_C）变化。它展示了特定条件下输入驱动与输出响应之间的线性关系，有助于优化LED驱动电流以获得所需的灵敏度。_F输出特性（I
• vs. V_C）：_CE这些曲线针对不同水平的入射光（或不同的I）绘制，显示了光电晶体管如何表现得像一个电流源。集电极电流在一定的V_F范围内保持相对恒定，直到达到饱和。_CE温度依赖性：
• 显示诸如正向电压（V）或集电极暗电流（I_F）等参数随温度变化的曲线，对于设计在整个规定温度范围内运行的系统至关重要。例如，V_CEO通常随温度升高而降低，如果由恒压源驱动，可能会略微影响LED的光输出。_F8. 常见问题解答

问：该传感器的典型响应时间是多少？

答：虽然提供的数据中没有明确说明，但此类光电断续器的响应时间通常在微秒量级，使其适用于高速计数。实际速度受限于光电晶体管的上升/下降时间和外部电路的RC时间常数。

问：我可以在户外使用此传感器吗？

答：需谨慎。直射阳光含有强烈的红外成分，可能使光电晶体管饱和，导致误触发。可靠的户外使用需要物理屏蔽或外壳来阻挡环境光，同时结合光学滤波或信号调制技术。

问：如何选择LED限流电阻的值？

答：使用公式：R = (V

- V_CC) / I_F。例如，使用5V电源（V_F），典型的V_CC为1.6V，期望的I_F为20 mA：R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 Ω。一个标准的180 Ω电阻将是合适的，结果I_F≈ 18.9 mA。_F问：发射极-集电极击穿电压（V

(BR)ECO_{）额定值的目的是什么？}答：如果光电晶体管以反向配置连接（发射极电位高于集电极，这种情况不常见），此额定值（5V）就相关。它确保器件能够承受C-E结两端的小反向电压而不会损坏。

9. 实际应用案例

应用：打印机中的纸张检测

LTH-301-27P1可用于检测打印机或复印机中纸张的前缘。传感器安装时使纸张穿过其缝隙。一个反射片或纸张本身会中断光束。当光束未被阻挡（无纸）时，光电晶体管导通，输出低电压。当纸张进入缝隙时，光束被阻挡，光电晶体管关断，输出电压变高。此上升沿信号可以馈送到微控制器，以启动打印序列、确认纸张存在或计数页数。非接触特性确保不会磨损纸张或传感器，快速响应使其即使在高速进纸时也能检测。设计考量包括确保纸张路径与传感器缝隙精确对准，并选择一个能为微控制器输入引脚提供干净、快速电压摆动的负载电阻。

10. 技术发展趋势

光电断续器因其简单、可靠和低成本，仍然是一项基础的传感技术。当前趋势集中在小型化，催生了表面贴装器件（SMD）封装，以节省现代电子产品中的电路板空间。此外，还集成了额外的电路，例如内置施密特触发器以实现迟滞和干净的数字输出，甚至出现了完全集成的解决方案，将调制的IR驱动器和同步的检测器IC集成在单芯片上，以实现卓越的环境光抑制。此外，材料和封装的进步正在扩展工作温度范围，并提高了汽车和工业应用的长期可靠性。虽然飞行时间（ToF）传感器等新技术提供了距离测量功能，但基本的光电断续器在成本敏感型应用中用于简单、二进制存在检测的角色仍然稳固确立。

Photointerrupters remain a fundamental sensing technology due to their simplicity, reliability, and low cost. Current trends focus on miniaturization, leading to surface-mount device (SMD) packages that save board space in modern electronics. There is also integration of additional circuitry, such as built-in Schmitt triggers for hysteresis and clean digital output, or even fully integrated solutions with a modulated IR driver and a synchronized detector IC on a single chip for superior ambient light rejection. Furthermore, advancements in materials and packaging are extending the operating temperature ranges and improving long-term reliability for automotive and industrial applications. While newer technologies like time-of-flight (ToF) sensors offer distance measurement, the basic photointerrupter's role for simple, binary presence detection in cost-sensitive applications remains firmly established.