LTH-209-01 光遮斷器規格書 - 反射式物體感測器 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

LTH-209-01 係一款反射式光遮斷器模組，專為非接觸式開關應用而設計。呢款光電裝置將一個紅外線發光二極體同一個光電晶體整合喺一個緊湊嘅封裝入面。佢嘅主要功能係偵測感測間隙內有冇反射物體存在。呢個模組設計用於直接安裝喺印刷電路板（PCB）上，或者用雙列直插式插座，為系統整合提供靈活性。佢嘅核心優勢包括非接觸式操作，可以消除機械磨損並確保長期可靠性，以及適用於各種感測同計數任務嘅快速開關速度。目標市場包括需要精確、可靠物體偵測嘅自動化設備、消費電子產品、保安系統同工業控制。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

喺呢啲限制之外操作裝置可能會導致永久損壞。關鍵參數包括：

• 紅外線二極體連續順向電流（I_F）：最大 50 mA。呢個定義咗可以連續通過紅外線 LED 嘅直流電流上限。
• 紅外線二極體反向電壓（V_R）：最大 5 V。超過呢個反向偏壓可能會損壞 LED 接面。
• 光電晶體集極電流（I_C）：最大 20 mA。呢個係輸出晶體管可以承受嘅最大連續電流。
• 光電晶體集極-射極電壓（V_CEO）：最大 30 V。呢個係可以施加喺光電晶體集極同射極接腳之間嘅最大電壓。
• 操作溫度範圍：-35°C 至 +65°C。保證裝置喺呢個環境溫度範圍內符合規格操作。
• 接腳焊接溫度：距離外殼 1.6mm 處，260°C 持續 5 秒。呢個對於波峰焊或回流焊製程至關重要。

功率降額注意事項：紅外線二極體（75 mW）同光電晶體（100 mW）嘅最大功耗，當環境溫度高於 25°C 時，必須以每度 1.33 mW 嘅速率線性降額。呢個對於熱管理同長期可靠性至關重要。

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，定義咗裝置嘅典型性能。

2.2.1 輸入紅外線二極體特性

• 順向電壓（V_F）：喺順向電流（I_F）為 20 mA 時，通常為 1.2V 至 1.6V。呢個參數對於設計 LED 嘅限流驅動電路至關重要。
• 反向電流（I_R）：喺反向電壓（V_R）為 5V 時，最大 100 µA。低反向電流表示接面品質良好。

2.2.2 輸出光電晶體特性

• 集極-射極崩潰電壓（V_(BR)CEO）：喺 I_C=1mA 時，最小 30V。呢個高崩潰電壓允許喺輸出電路中使用更高嘅上拉電壓。
• 集極-射極暗電流（I_CEO）：喺 V_CE=10V 時，最大 100 nA。呢個係紅外線二極體關閉（無光照）時嘅漏電流。低暗電流對於良好嘅信噪比至關重要，特別係喺低光或高增益應用中。

2.2.3 耦合器（系統）特性

呢啲參數描述咗完整感測器系統（紅外線 LED + 光電晶體）嘅性能。

• 集極-射極飽和電壓（V_CE(SAT)）：喺 I_C=0.08mA 同 I_F=20mA 時，最大 0.4V。呢個低飽和電壓表示光電晶體可以作為一個高效嘅開關，啟動時將輸出拉近地電位。
• 導通狀態集極電流（I_C(ON)）：喺 V_CE=5V 同 I_F=20mA 時，最小 0.16 mA。測試條件：呢個關鍵參數係用一個標準反射面（90% 漫反射白紙）放置喺距離感測器表面 3.81 mm（0.15 英寸）處測量嘅。呢個標準化距離同表面定義咗裝置指定性能嘅感測間隙同最小可偵測反射率。

3. 機械及封裝資料

3.1 封裝尺寸

LTH-209-01 採用標準 4 腳 DIP（雙列直插式封裝）外殼。所有尺寸均以毫米為單位提供，除非尺寸圖上另有說明，否則默認公差為 ±0.25mm。封裝設計用於通孔 PCB 安裝。精確嘅尺寸圖，包括本體長度、寬度、高度、接腳間距同接腳直徑，對於 PCB 佔位面積設計同機械整合到最終產品外殼中至關重要。

3.2 接腳定義及極性識別

裝置有四個接腳。通常，兩個接腳用於紅外線發光二極體嘅陽極同陰極，另外兩個用於 NPN 光電晶體嘅集極同射極。正確識別對於防止損壞至關重要。必須參考規格書嘅接腳定義圖。封裝通常包括一個凹口、圓點或斜邊來指示第 1 腳。紅外線二極體對極性敏感，光電晶體嘅集極同射極必須正確連接以進行正常開關操作。

4. 焊接及組裝指引

手動焊接：使用溫控烙鐵。絕對最大額定值規定，當測量點距離塑膠外殼 1.6mm 時，接腳可以承受 260°C 持續 5 秒。建議使用盡可能低嘅溫度同短時間來進行可靠焊接，以最小化對內部元件同塑膠外殼嘅熱應力。

波峰焊接：可以進行，但必須嚴格遵守相同嘅溫度/時間曲線（距離外殼 1.6mm 處，260°C 持續 5 秒）。建議預熱以減少熱衝擊。

清潔：如果焊接後需要清潔，請使用與裝置塑膠材料相容嘅方法同溶劑，以避免光學窗口破裂或變濁。

儲存條件：喺指定嘅儲存溫度範圍 -40°C 至 +100°C 內嘅環境中儲存。建議將裝置保留喺原裝防潮袋中直至使用，以防止光學表面污染。

5. 應用建議

5.1 典型應用電路

最常見嘅電路配置係將 LTH-209-01 用作數位開關。紅外線二極體由一個恆流源或一個來自電壓源（例如 5V）嘅限流電阻驅動。根據測試條件，通常使用 I_F為 20mA。光電晶體以共射極配置連接：集極通過一個上拉電阻（R_CC）連接到電源電壓（V_L，最高 30V），射極連接到地。輸出信號取自集極節點。當冇反射物體存在時，光電晶體關閉（高輸出）。當反射物體進入感測間隙時，紅外光反射到光電晶體上，將其導通並將輸出拉低。

5.2 設計考慮因素及最佳實踐

• 選擇上拉電阻（R_L）：R_L嘅值決定咗輸出電流同電壓擺幅。必須根據所需嘅 I_C(ON)同負載嘅輸入特性（例如微控制器 GPIO）來選擇。較小嘅 R_L提供更快嘅開關速度同更好嘅抗噪能力，但消耗更多功率。確保 I_C唔超過 20mA：R_L> (V_CC- V_CE(SAT)) / 20mA。
• 最小化電氣雜訊：喺裝置嘅電源接腳附近放置一個旁路電容（例如 0.1µF）。保持信號走線短，特別係光電晶體輸出線，以減少對電磁干擾（EMI）嘅敏感性。
• 光學考慮因素：感測性能取決於目標物體嘅反射率、顏色同距離。指定嘅 I_C(ON)係針對 3.81mm 處 90% 反射率嘅白色表面。較暗或較遠嘅物體會產生較小嘅輸出信號。為咗穩定操作，相應地設計系統嘅偵測閾值（例如比較器參考電壓）。避免環境光源（特別係富含紅外線嘅陽光或白熾燈）直接照射到感測器嘅孔徑，因為呢個可能導致誤觸發。喺高環境光環境中，可以使用調製紅外信號同同步偵測。
• 機械對準：確保目標物體嘅路徑一致，並喺最佳感測間隙（大約指定嘅 3.81mm）內通過，以進行可靠偵測。

6. 技術比較及差異

LTH-209-01 作為一款反射式光遮斷器，與其他光感測器類型唔同：

• 與透射式光遮斷器（槽型光耦合器）比較：透射式喺發射器同偵測器之間有一個物理間隙；當物體阻擋光路時被偵測到。反射式如 LTH-209-01 喺物體反射光返嚟時偵測到物體。反射式感測器通常安裝更簡單，因為只需要從一側接觸，但佢哋嘅性能更依賴於物體嘅表面特性。
• 與光邏輯感測器比較：一啲光遮斷器包含內置邏輯電路（施密特觸發器、放大器）以提供乾淨嘅數位輸出。LTH-209-01 提供簡單嘅類比光電晶體輸出，提供更多靈活性，但需要外部電路（例如比較器）喺嘈雜環境中創建穩健嘅數位信號。
• 呢個型號嘅主要優勢：相對較高嘅集極-射極崩潰電壓（30V）、低飽和電壓同標準化嘅靈敏度測試條件相結合，為通用反射式感測應用提供咗良好嘅平衡。

7. 常見問題（FAQ）

Q1：偵測物體嘅最佳距離係幾多？

A1：規格書指定導通狀態電流（I_C(ON)）時，目標物體距離為 3.81mm（0.15"）。呢個係標準化測試距離。實際最佳距離取決於目標嘅反射率。對於高反射率目標，偵測可能喺稍遠距離都有效。為咗可靠設計，請使用 3.81mm 作為標稱操作點。

Q2：我可以直接用電壓源驅動紅外線 LED 嗎？

A2：唔可以。紅外線 LED 同所有二極體一樣，必須用電流驅動。直接連接到電壓源會導致過大電流，可能損壞裝置。務必使用串聯限流電阻。計算電阻值為 R = (V_電源- V_F) / I_F。對於 5V 電源，V_F=1.4V，同 I_F=20mA：R = (5 - 1.4) / 0.02 = 180 歐姆。

Q3：點解我嘅輸出信號唔穩定或有雜訊？

A3：常見原因包括：1) 上拉電阻值不足導致上升時間慢，2) 長輸出走線上嘅電氣雜訊拾取（使用旁路電容同更短嘅走線），3) 環境紅外光干擾（屏蔽感測器或使用調製），4) 目標物體反射率變化或距離不一致。

Q4：線性降額 1.33 mW/°C嘅註解係咩意思？

A4：呢個係熱降額規則。最大允許功耗（二極體 75 mW，晶體管 100 mW）係喺 25°C 時指定嘅。對於環境溫度每升高 1°C 超過 25°C，你必須將最大允許功耗降低 1.33 mW。例如，喺 65°C（比 25°C 高 40°C）時，晶體管嘅降額後最大功率為 100 mW - (40 * 1.33 mW) = 100 - 53.2 = 46.8 mW。

8. 實際應用案例分析

場景：打印機中嘅紙張偵測。

LTH-209-01 可以用嚟偵測紙張喺通過打印機機構時嘅前緣。感測器安裝喺主板上，其感測面朝向紙張路徑。一個反射條或紙張本身（如果足夠反射）作為目標。當冇紙張時，輸出為高電平。當紙張邊緣通過感測器下方時，反射嘅紅外光啟動光電晶體，將輸出拉低。呢個數位信號通知打印機微控制器紙張嘅位置，使其能夠準確控制打印時序。呢度嘅關鍵設計點包括選擇一個上拉電阻以乾淨地與 MCU 嘅 3.3V 或 5V 邏輯介面，確保紙張路徑機械穩定以保持正確嘅感測間隙，以及可能喺輸出端添加一個簡單嘅 RC 濾波器以消除由紙張紋理引起嘅信號彈跳。

9. 工作原理

LTH-209-01 基於調製光反射同光電轉換嘅原理運作。內部，一個紅外線發光二極體（IRED）發射出波長通常約為 940nm 嘅光，呢種光對人眼係不可見嘅。呢啲光從裝置前面投射出去。當一個合適嘅反射物體進入視場並處於有效範圍內時，一部分發射嘅紅外輻射從物體表面反射返嚟朝向裝置。一個矽 NPN 光電晶體，位於同一封裝內 IRED 旁邊，接收呢啲反射光。入射到光電晶體基極區域嘅光子產生電子-電洞對，有效地產生基極電流。呢個光生基極電流被晶體管嘅增益放大，導致一個大得多嘅集極電流，可以喺外部測量。集極電流嘅呢個變化（從非常低嘅暗電流到指定嘅 I_C(ON)）係基本嘅偵測機制。因此，裝置將光學事件（反射物體嘅存在）轉換為電信號。

10. 行業趨勢及背景

像 LTH-209-01 咁樣嘅反射式光遮斷器代表咗更廣泛嘅光電感測器市場中一種成熟可靠嘅技術。呢個領域嘅總體趨勢係朝向小型化、更高集成度同增強功能。較新嘅裝置可能具有表面貼裝（SMD）封裝以用於自動化組裝、更低功耗同內置信號調理 IC，提供數位輸出（I2C、PWM）或具有改善線性度嘅類比輸出。亦都趨向於使用特定波長或結合光學濾波器以提高對環境光嘅抗擾度。此外，材料同封裝技術嘅發展繼續改善呢啲元件嘅溫度範圍、耐濕性同長期穩定性。雖然存在先進嘅替代方案，但通孔、分立式光電晶體輸出嘅反射式感測器，對於無數非接觸式偵測應用而言，仍然係一種成本效益高且高度通用嘅解決方案，喺呢啲應用中，簡單性、穩健性同經過驗證嘅性能至關重要。