光電遮斷器 LTH-306-01 規格書 - 英文技術文件

1. 產品概覽

LTH-306-01 係一款細小、非接觸式嘅光學開關，專為可靠嘅物件檢測同位置感測而設計。佢嘅核心功能基於一個紅外線發光二極管同一個光電晶體管，兩者封裝喺同一個殼體內。當有物件通過發射器同檢測器之間嘅空隙時，就會阻斷紅外線光束，導致光電晶體管嘅輸出狀態改變。呢個原理令到開關動作可以精確、無磨損，而且唔需要物理接觸。

呢款裝置專為直接安裝喺印刷電路板或者標準雙列直插式插座而設計，提供極大嘅設計靈活性。佢嘅主要優點包括快速嘅開關速度（對於高速計數同計時應用至關重要），以及非接觸式特性（消除咗機械磨損，確保長期可靠性）。典型嘅目標市場包括工業自動化、消費電子產品（例如打印機、影印機）、保安系統同自動販賣機，用於物件檢測、卡紙感測或者槽位感測。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能受到永久損壞嘅應力極限。喺呢啲條件下操作並唔保證正常。主要限制包括：

• 紅外線二極管連續正向電流（I_F)）：60 mA。呢個係可以持續施加喺發光二極管上嘅最大直流電流。
• 紅外線二極管峰值正向電流：喺每秒300個脈衝、脈衝寬度10微秒嘅情況下為1 A。呢個容許短暫、高強度嘅脈衝，以增強信號檢測。
• 光電晶體管集電極-發射極電壓（V_CEO)）：30 V。可以施加喺集電極同發射極引腳之間嘅最大電壓。
• 工作溫度範圍：-25°C 至 +85°C。指定咗可靠操作嘅環境溫度範圍。
• 引腳焊接溫度：距離外殼1.6mm處，260°C持續5秒。呢個對於PCB組裝過程至關重要。

2.2 電氣及光學特性

呢啲參數喺環境溫度（T_A）為25°C時指定，定義咗器件喺正常操作條件下嘅典型性能。

2.2.1 輸入端（紅外線發光二極管）特性

• 正向電壓（V_F)）：喺正向電流（I_F）為20 mA時，典型值為1.2V至1.6V。呢個用於計算發光二極管驅動電路嘅限流電阻值。
• 反向電流（I_R)）：喺反向電壓（V_R）為5V時，最大值為100 μA。呢個表示發光二極管反向偏置時嘅漏電流。

2.2.2 輸出端（光電晶體管）特性

• 集電極-發射極擊穿電壓（V_(BR)CEO)）：最小值30V。確保晶體管能夠承受指定嘅集電極-發射極電壓。
• 集電極-發射極暗電流（I_CEO)）：喺V_CE=10V時，最大值為100 nA。呢個係發光二極管關閉（無光）時嘅漏電流，會影響關斷狀態嘅信號電平。

2.2.3 耦合器（組合）特性

• 導通狀態集電極電流（I_C(ON))）：喺V_CE=5V同I_F=20mA時，最小值為5.0 mA。呢個係發光二極管完全照亮且無遮擋時，光電晶體管嘅輸出電流，表示其靈敏度。
• 集電極-發射極飽和電壓（V_CE(SAT))）：喺I_C=2.5mA同I_F=20mA時，最大值為0.4V。當光電晶體管用作飽和模式開關時，低飽和電壓係理想嘅，可以最小化電壓降。
• 響應時間：上升時間（t_r）典型值為3-15微秒，下降時間（t_f）典型值為4-20微秒，測試條件為（V_CE=5V，I_C=2mA，R_L=100Ω）。呢啲參數定義咗器件嘅開關速度同頻寬，對於檢測快速移動物件至關重要。

3. 性能曲線分析

規格書參考咗典型嘅電氣/光學特性曲線。雖然文本中冇提供具體圖表，但呢類器件嘅標準曲線通常包括：

• 紅外線發光二極管嘅正向電流 vs. 正向電壓（I_F-V_F）曲線：顯示非線性關係，有助於確定工作點。
• 光電晶體管嘅集電極電流 vs. 集電極-發射極電壓（I_C-V_CE）曲線：喺唔同輻照度（發光二極管電流）水平下，顯示輸出晶體管嘅行為，類似於雙極性晶體管嘅輸出特性。
• 電流傳輸比 vs. 正向電流曲線：電流傳輸比係光電晶體管集電極電流（I_C）同發光二極管正向電流（I_F）嘅比率。呢條曲線顯示效率點樣隨驅動電流變化。
• 暗電流（I_CEO）同導通狀態電流（I_C(ON))）嘅溫度依賴性

：說明性能點樣隨環境溫度變化而下降或變化，對於喺指定工作範圍內設計穩定系統至關重要。

4. 機械及封裝資料

LTH-306-01 專為PCB或插座安裝而設計。封裝尺寸喺規格書中以毫米（同英吋）提供。主要機械注意事項包括：

• 除非尺寸圖上另有說明，否則適用標準公差 ±0.25mm (±0.010")。
• 封裝採用模製主體，紅外線發射器同光電晶體管之間有精確空隙。呢個空隙嘅確切尺寸、整體高度、寬度、長度同引腳間距，對於機械整合到最終產品中至關重要。
• 引腳通常由可焊接材料製成，並為通孔安裝而彎曲成形。

極性識別至關重要。器件會有標記（例如圓點、凹口或唔同長度嘅引腳）來識別紅外線發光二極管嘅陽極同陰極，以及光電晶體管嘅集電極同發射極。錯誤嘅極性連接可能會損壞元件。

5. 焊接及組裝指引

絕對最大額定值指定引腳焊接溫度為260°C，最長持續時間為5秒，測量點距離塑膠外殼1.6mm (0.063")。呢個係波峰焊或手動焊接過程嘅關鍵參數。

建議：

6. 應用建議

6.1 典型應用電路

基本應用電路包括：

1. 發光二極管驅動電路：一個限流電阻同紅外線發光二極管串聯。電阻值（R_limit）計算為（電源電壓 - V_F）/ I_F。對於5V電源同I_F=20mA，V_F約為1.4V，R_limit≈ (5-1.4)/0.02 = 180Ω。
2. 光電晶體管輸出電路：光電晶體管可以用喺兩種常見配置：
   • 開關模式（飽和）：從集電極連接一個上拉電阻到正電源（例如5V）。發射極接地。當光照射到晶體管時，佢會完全導通（飽和），將集電極電壓拉低（接近V_CE(SAT)）。當光被阻擋時，晶體管關斷，集電極電壓被電阻拉高。輸出係一個數字信號。
   • 線性模式：將光電晶體管用於共發射極放大器配置，並有一個集電極電阻。輸出電壓隨接收到嘅光強度線性變化，適用於模擬感測。

6.2 設計考慮因素

• 環境光抗干擾能力：器件使用調製紅外線光，但強烈嘅環境紅外線光源（陽光、白熾燈泡）可能導致誤觸發。使用脈衝發光二極管驅動同同步檢測，或者添加光學濾波器，可以提高抗干擾能力。
• 物件特性：檢測可靠性取決於物件對紅外線波長嘅不透明度。非常薄或半透明嘅材料可能無法完全阻斷光束。
• 對準：物件路徑同感測器空隙嘅精確機械對準對於穩定操作係必要嘅。
• 速度：確保物件速度同系統所需嘅響應時間與器件嘅上升/下降時間（微秒範圍）兼容。
• 電氣噪聲：喺嘈雜環境中，保持信號走線短，喺器件附近使用旁路電容器，並考慮屏蔽。

7. 技術比較與差異

同機械微動開關相比，LTH-306-01 提供明顯優勢：無接觸彈跳、無機械磨損、更快嘅開關速度，以及喺數百萬次循環中更高嘅可靠性。同其他光學感測器（例如反射式感測器）相比，透射式光電遮斷器（槽式耦合器）通常更能抵抗物件表面反射率同顏色變化嘅影響，純粹基於光束阻斷提供更一致嘅開/關信號。

佢喺光電遮斷器類別中嘅主要區別在於其特定封裝尺寸（實現緊湊設計）、電氣特性（由I_C(ON)定義嘅靈敏度，由t_r/t_f定義嘅速度），以及其強健嘅焊接同工作溫度規格。

8. 常見問題解答

問：呢款器件嘅典型壽命係幾長？

答：作為一款無活動部件嘅固態器件，其壽命主要取決於發光二極管嘅逐漸輸出衰減。喺規格範圍內操作時，其壽命通常遠超機械開關，通常額定為數十萬至數百萬次操作。

問：我可以直接用電壓源驅動發光二極管嗎？

答：唔可以。發光二極管必須用限流源驅動。直接將佢連接到超過其正向電壓嘅電壓源會導致過大電流，可能損壞佢。務必使用串聯限流電阻或恆流驅動器。

問：我應該點樣理解導通狀態集電極電流（I_C(ON)）嘅最小值？

答：呢個係喺指定測試條件（V_CE=5V，I_F=20mA）下保證嘅最小輸出電流。喺你嘅設計中，你應該確保你嘅電路（例如你嘅上拉電阻值）能夠可靠地配合呢個最小電流工作，以喺光束未被阻擋時產生有效嘅邏輯低電壓。

問：響應時間係微秒級。呢個對我嘅應用嚟講夠快嗎？

答：對於大多數物件計數、位置感測同紙張檢測應用，微秒級響應已經綽綽有餘。例如，要檢測一個以1 m/s速度通過1mm空隙嘅物件，阻斷時間係1ms（1000微秒），遠長於器件嘅開關時間。對於極高速應用，請驗證所需嘅時序。

9. 實際應用案例

場景：打印機中嘅卡紙檢測

LTH-306-01 可以放置喺紙張路徑上。一張紙通過空隙時，允許紅外線光束到達光電晶體管，使其輸出保持喺一種狀態（例如低電平）。如果發生卡紙，紙張停喺空隙中，阻斷光束並改變輸出狀態（例如高電平）。呢個信號傳送到打印機嘅微控制器，然後微控制器可以停止操作並提醒用戶。非接觸式感測確保紙張或感測器無磨損，快速響應時間即使紙張快速移動也能檢測。

10. 工作原理

LTH-306-01 係一款透射式光學感測器。佢包含兩個主要組件，分別位於U形封裝嘅相對臂上：一個紅外線發光二極管同一個矽NPN光電晶體管。當紅外線發光二極管以適當電流正向偏置時，會發射不可見嘅紅外線光。光電晶體管設計為對呢個特定紅外線波長敏感。當佢哋之間嘅空隙中冇物件時，紅外線光直接照射到光電晶體管嘅基極區域。呢啲入射光產生電子-空穴對，作為基極電流，打開晶體管並允許顯著嘅集電極電流（I_C）流動。當一個不透明物件進入空隙時，佢阻斷光路。光電晶體管接收唔到（或大大減少）光線，有效基極電流下降到接近零，晶體管關斷，將集電極電流降低到非常低嘅漏電水平（I_CEO）。外部電路檢測到呢個輸出電流/電壓嘅變化，以記錄物件存在事件。

11. 技術趨勢

光電遮斷器等光電元件領域持續發展。行業中觀察到嘅一般趨勢包括：

• 微型化：開發更細小嘅封裝佔位面積同更低嘅外形，以適應日益緊湊嘅消費同工業設備。
• 增強集成度：喺晶片上整合額外電路，例如用於滯後嘅施密特觸發器、內置限流電阻，甚至數字接口（I2C），簡化外部設計。
• 性能提升：更高靈敏度（允許更低發光二極管驅動電流以節省電力）、更快響應時間用於高速自動化，以及更好嘅溫度穩定性。
• 注重能源效率：設計支持極低佔空比嘅脈衝操作，以最小化平均功耗，對於電池供電應用至關重要。
• 穩健性：提高對灰塵、濕度同機械衝擊等環境因素嘅抵抗力。

呢啲趨勢旨在使光學感測解決方案更可靠、更易於實施，並適用於更廣泛嘅應用範圍。