光遮斷器感應器 LTH-309-08 規格書 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

LTH-309-08 係一款反射式光遮斷器，屬於光電感應器嘅一種，將一個紅外線發光二極管（LED）同一個光電晶體管整合喺一個緊湊嘅封裝入面。佢嘅主要功能係透過感應從表面反射返嚟嘅紅外線光束有冇被遮斷，從而無需物理接觸就可以檢測到物件嘅存在與否。呢款裝置設計用於直接安裝喺印刷電路板（PCB）上，或者插入標準雙列直插式插座，令佢喺自動化組裝過程中非常靈活。

呢個感應器嘅核心優勢在於佢嘅非接觸式開關能力，可以消除機械磨損，確保高可靠性同長使用壽命。佢特別適合喺空間有限嘅情況下，需要快速反應時間同精確物件檢測嘅應用。典型嘅目標市場包括辦公室自動化設備（打印機、影印機）、工業自動化（輸送帶計數器、位置感應）、消費電子產品，以及各種需要可靠物件檢測嘅儀器設備。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗可能導致裝置永久損壞嘅應力極限。喺呢啲條件下操作並唔保證正常。

• 輸入 LED：連續正向電流唔可以超過 50 mA，喺脈衝條件下（300 pps，10 µs 脈衝寬度）允許峰值正向電流為 1 A。LED 嘅最大功耗係 75 mW。必須避免超過 5 V 嘅反向電壓。
• 輸出光電晶體管：集極電流限制喺 20 mA。集極-射極電壓可以承受高達 30 V，而射極-集極電壓限制喺 5 V。光電晶體管嘅功耗唔可以超過 100 mW。
• 環境極限：裝置嘅額定操作環境溫度範圍係 -25°C 至 +85°C。儲存溫度可以係 -55°C 至 +100°C。焊接時，引腳喺距離封裝主體 1.6mm 處測量可以承受 260°C 5 秒。

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，定義咗正常操作條件下嘅預期性能。

• 輸入 LED 正向電壓（V_F）：當以正向電流（I_F）20 mA 驅動時，典型值為 1.2V 至 1.6V。呢個參數對於設計驅動電路中嘅限流電阻至關重要。
• 輸出光電晶體管暗電流（I_CEO）：當冇光照射到感應器時嘅漏電流，喺 V_CE=10V 時指定最大值為 100 nA。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。
• 導通狀態集極電流（I_C(ON)）：當 LED 以 I_F=20mA 驅動且 V_CE=5V 時，最小集極電流為 0.5 mA。呢個參數表示光電晶體管嘅靈敏度。
• 集極-射極飽和電壓（V_CE(SAT)）：當光電晶體管完全導通時，佢兩端嘅電壓降，典型值喺 I_C=0.25mA 同 I_F=20mA 時為 0.4V。低飽和電壓對於連接低壓邏輯電路係理想嘅。
• 反應時間：感應器嘅開關速度以上升時間（T_R）同下降時間（T_F）為特徵。喺 V_CE=5V、I_C=2mA 同 R_L=100Ω 嘅測試條件下，上升時間嘅典型值為 3-15 µs，下降時間為 4-20 µs。呢種快速開關速度可以檢測快速移動嘅物件。

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，但可以解釋佢哋嘅一般用途同提供嘅見解。

呢啲曲線通常會繪製關鍵參數對比溫度或驅動電流等變量。例如，一條顯示 I_C(ON)對比 I_F（LED 正向電流）嘅曲線，可以幫助設計師理解輸入功率同輸出信號強度之間嘅關係，從而優化 LED 驅動以達到所需嘅靈敏度同功耗。另一條常見曲線係 I_C(ON)對比環境溫度，呢個對於理解感應器喺極端溫度下性能如何下降或變化至關重要，確保喺指定嘅 -25°C 至 +85°C 範圍內可靠操作。呢啲圖表對於超越標稱 25°C 點規格嘅穩健系統設計係必不可少嘅。

4. 機械及封裝資料

LTH-309-08 設計用於緊湊集成。封裝尺寸喺規格書中以毫米（同括號內嘅英寸）提供。關鍵機械注意事項包括：

• 除非另有說明，否則適用 ±0.25mm（±0.010"）嘅一般公差。
• 引腳間距喺引腳離開塑膠封裝主體嘅點度測量，呢個對於 PCB 佔位面積設計至關重要。
• 封裝係標準通孔類型，方便手動同波峰焊接工藝。

正確嘅極性識別由呢類裝置嘅標準引腳排列暗示：LED 陽極同陰極喺一邊，光電晶體管嘅集極同射極喺另一邊。設計師必須查閱尺寸圖以確認確切嘅引腳排列同方向，以便進行正確嘅 PCB 佈局。

5. 焊接及組裝指引

規格書指定引腳焊接溫度極限為 260°C 5 秒，測量點距離封裝主體 1.6mm（0.063 英寸）。呢個係波峰焊接或手動焊接期間過程控制嘅關鍵參數。

• 回流焊接：雖然主要係通孔裝置，但如果用喺混合技術電路板上，回流期間必須極度小心。塑膠封裝嘅耐熱性比表面貼裝元件低。除非經過特別認證，否則通常唔建議用於標準紅外線或對流回流焊溫度曲線。
• 手動焊接：使用溫控烙鐵。快速有效地將熱量施加到引腳/焊盤接合處，以最小化熱量傳遞到封裝內部嘅敏感半導體晶片。唔好長時間直接將焊錫施加到元件引腳上嘅烙鐵尖。
• 清潔：使用與封裝塑膠相容嘅清潔溶劑，以避免開裂或降解。
• 儲存條件：喺指定嘅 -55°C 至 +100°C 溫度範圍內，儲存喺乾燥、防靜電嘅環境中，以防止吸濕（可能導致焊接期間爆米花現象）同靜電放電損壞。

6. 應用建議

6.1 典型應用場景

• 打印機/影印機中嘅紙張檢測：檢測紙張卡紙、紙盤空置狀態，或者紙張路徑上特定點嘅紙張存在。
• 輸送帶上嘅物件計數：當產品、瓶子或組件經過固定點時進行計數。
• 位置感應：檢測移動托架（例如掃描器或繪圖儀中）嘅原點位置，或者門或蓋嘅開/關狀態。
• 旋轉編碼器圓盤感應：與開槽輪一齊使用，創建低分辨率光學編碼器，用於速度或位置反饋。

6.2 設計注意事項

• LED 電流驅動：使用恆流源或與 LED 串聯嘅限流電阻，以保持穩定嘅 I_F，根據測試條件通常約為 20 mA，以獲得一致輸出。以更高電流脈衝驅動 LED 可以增加感應距離，但必須保持在絕對最大額定值內。
• 光電晶體管偏置：一個上拉電阻（R_L）連接喺集極同電源電壓（V_CC）之間。R_L嘅值會影響輸出電壓擺幅同反應時間。較小嘅 R_L提供更快反應，但輸出電壓變化較小。射極通常接地。
• 輸出接口：光電晶體管輸出可以直接輸入微控制器嘅施密特觸發器輸入進行數字感應，或者輸入模擬輸入以測量反射光強度。對於嘈雜環境，喺光電晶體管嘅集極同射極之間添加一個小電容器可以幫助濾除高頻噪音。
• 目標表面：反射感應性能很大程度上取決於目標嘅反射率、顏色同距離。為咗一致操作，請根據特定目標材料校準檢測閾值。感應間隙應最小化以獲得最佳信號強度。
• 抗環境光能力：由於感應器使用紅外線，佢對可見環境光有一定嘅抵抗力。然而，強烈嘅紅外線光源（如陽光或白熾燈泡）可能導致誤觸發。喺接收器電路中使用調製 LED 信號同同步檢測可以大大增強抗環境光能力。

7. 技術比較及差異

同機械限位開關相比，LTH-309-08 提供明顯優勢：冇活動部件、更高可靠性、更快反應同靜音操作。喺光遮斷器類別中，佢嘅關鍵差異來自其指定參數。快速開關速度（3-15 µs 上升時間）令佢比速度較慢嘅光電晶體管更適合高速應用。相對較低嘅飽和電壓（0.4V）相比具有更高 V_CE(SAT)嘅裝置，可以更好地兼容現代 3.3V 邏輯系統。標準通孔 DIP 封裝提供穩健性同易於原型製作，雖然佢比表面貼裝替代品佔用更多電路板空間。設計師會選擇呢個部件用於需要喺標準封裝格式中平衡速度、靈敏度同經證實可靠性嘅應用。

8. 常見問題（基於技術參數）

• 問：我可以用 3.3V 邏輯驅動 LED 嗎？答：可以，但你必須仔細計算串聯電阻。假設 20mA 時典型 V_F為 1.6V，電阻值會係 (3.3V - 1.6V) / 0.02A = 85Ω。為咗安全設計，請使用規格書中嘅最大 V_F值。
• 問：最大感應距離係幾多？答：規格書冇指定距離。呢個取決於 LED 驅動電流、目標反射率同所需嘅 I_C(ON)。最好根據你嘅特定目標進行實測確定。一般嚟講，反射式感應器喺短距離（幾毫米）內效果最好。
• 問：點樣保護光電晶體管免受電壓尖峰影響？答：雖然佢有 30V V_(BR)CEO，但為咗喺電感環境中嘅可靠性，可以添加一個小型瞬態電壓抑制器（TVS）二極管，或者一個反向偏置連接喺集極-射極之間嘅普通二極管。
• 問：我可以用喺多塵環境嗎？答：鏡頭上積塵會衰減光束，降低靈敏度並可能導致故障。裝置唔係密封嘅。對於惡劣環境，請考慮使用帶有密封槽嘅裝置或提供外部保護。

9. 實際應用案例分析

場景：桌面打印機中嘅缺紙感應器。LTH-309-08 安裝喺靠近送紙盤嘅主 PCB 上。一個連接到紙盤機構嘅白色塑膠標誌片，當紙張用完時會移動到感應器嘅檢測間隙中。喺有紙狀態下，標誌片唔喺間隙內，允許 LED 發出嘅紅外線從打印機內部嘅固定表面反射返光電晶體管，產生高 I_C(ON)同集極處嘅邏輯低電平輸出（帶上拉電阻）。當紙張用完時，標誌片移動到間隙中，阻擋光路。光電晶體管關閉，導致集極電壓被電阻拉高。打印機嘅微控制器檢測到呢個高電平信號，並觸發顯示器上嘅缺紙警告。快速反應時間確保即時檢測，而非接觸特性保證感應器唔會喺打印機使用壽命期間磨損。

10. 工作原理介紹

光遮斷器基於調製光檢測原理運作。內部紅外線 LED 喺正向偏置時發光。LED 對面係一個光電晶體管。喺像 LTH-309-08 呢類反射式型號中，兩個元件都面向同一方向。發出嘅光離開封裝，照射到目標表面，一部分被反射返封裝內，照射到光電晶體管上。光電晶體管充當光控開關。當光子撞擊其基極區域時，佢哋產生電子-空穴對，有效地提供基極電流。呢個導致晶體管導通，允許集極電流（I_C）流動，該電流與接收光嘅強度成正比。當光路被阻擋（例如被物件）時，光電晶體管關閉，只有少量暗電流流動。集極電流嘅呢種開/關變化用於產生數字信號，指示遮斷光路嘅物件存在與否。

11. 技術趨勢

像光遮斷器呢類光電感應器嘅趨勢係朝向小型化、更高集成度同增強功能發展。表面貼裝器件（SMD）封裝正成為標準，以節省 PCB 空間並實現自動化拾放組裝。亦都有一個趨勢係將感應器同信號調理電路（放大器、施密特觸發器、邏輯輸出）集成喺單一芯片上，創建更容易直接與微控制器接口嘅數字輸出感應器。此外，通過光學濾波同更智能嘅調製技術，喺改善抗環境光能力方面亦都取得進展。雖然基本原理保持不變，但呢啲趨勢集中於令感應器更細、更智能、更可靠，並且更容易喺現代電子設計中實現。