LTH-301-27P1 光遮斷器規格書 - 非接觸式開關 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

LTH-301-27P1 係一款反射式光遮斷器，屬於光電感應器嘅一種。佢嘅核心功能係無需物理接觸，就能夠檢測物件嘅存在與否。佢透過將一個紅外線發光二極管（IR LED）同一個光電晶體管結合喺一個緊湊嘅外殼內嚟實現呢個功能。當物件進入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發生變化。呢個特性令佢非常適合需要可靠、非機械式感測嘅應用，例如位置檢測、限位開關同物件計數。

呢款裝置設計用於直接安裝到印刷電路板（PCB）或者標準雙列直插式插座上，方便整合到電子組件中。佢嘅主要優點包括：無接觸彈跳問題、由於冇活動部件而具有長使用壽命，以及適合高速計數或計時應用嘅快速開關速度。

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。

• 紅外線二極管連續正向電流（I_F）：50 mA。呢個係可以施加喺紅外線LED上嘅最大穩態電流。
• 紅外線二極管反向電壓（V_R）：5 V。超過呢個反向偏壓電壓可能會導致LED擊穿。
• 光電晶體管集電極電流（I_C）：40 mA。光電晶體管集電極可以處理嘅最大電流。
• 光電晶體管集電極-發射極電壓（V_CEO）：30 V。可以施加喺光電晶體管集電極同發射極之間嘅最大電壓。
• 工作溫度範圍：-35°C 至 +65°C。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。呢個對於波峰焊或回流焊製程至關重要，以防止熱損壞。

功率降額注意事項：當環境溫度高於25°C時，晶體管功耗（100 mW）同二極管功耗（75 mW）都必須以1.33 mW/°C嘅速率線性降額。呢個意味住允許嘅功率會隨溫度升高而降低，以防止過熱。

2.2 電氣及光學特性

呢啲參數喺25°C下測量，定義咗裝置喺指定測試條件下嘅典型性能。

2.2.1 輸入紅外線LED特性

• 正向電壓（V_F）：喺正向電流（I_F）為20 mA時，典型值為1.6V（最大1.6V）。呢個用於計算限流電阻值：R = (V_電源- V_F) / I_F.
• 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LED喺反向偏壓時嘅漏電流。

2.2.2 輸出光電晶體管特性

• 集電極-發射極擊穿電壓（V_(BR)CEO）：最小值30V。呢個係光電晶體管喺基極開路時擊穿嘅電壓。
• 集電極-發射極暗電流（I_CEO）：喺V_CE=10V時，最大值為100 nA。呢個係光電晶體管處於關閉狀態（無光入射）時嘅漏電流。低數值對於良好嘅信噪比係理想嘅。

2.2.3 耦合器（系統）特性

呢啲參數描述咗LED-光電晶體管組合對嘅性能。

• 集電極-發射極飽和電壓（V_CE(SAT)）：當光電晶體管被驅動至飽和時（I_C=0.25mA, I_F=20mA），最大值為0.4V。低飽和電壓係同邏輯電路接口嘅關鍵。
• 導通狀態集電極電流（I_C(ON)）：當光電晶體管被照射時（V_CE=5V, I_F=20mA），最小值為1.5 mA。呢個係產生嘅光電流，定義咗感應器嘅靈敏度。實際電流可能會更高，取決於遮斷物件嘅反射率同對準情況。

3. 機械及封裝資料

LTH-301-27P1 封裝喺標準4腳雙列直插式封裝內。確切尺寸喺規格書內嘅封裝圖中提供。主要機械注意事項包括：

• 所有尺寸均以毫米為單位，除非另有說明，標準公差為±0.25mm。
• 封裝喺紅外線發射器同光電檢測器之間有一個槽或空隙。要檢測嘅物件會穿過呢個空隙。
• 極性有清晰標記。紅外線LED嘅陽極同陰極引腳，以及光電晶體管嘅集電極同發射極引腳都有標識。PCB安裝時嘅正確方向至關重要。
• 呢款裝置適合PCB安裝同插座安裝，提供組裝靈活性同現場更換嘅可能性。

4. 焊接及組裝指引

正確處理對於可靠性至關重要。

• 焊接：引腳可以承受260°C嘅溫度，最多5秒，測量點距離塑膠外殼主體1.6mm。呢個指引對於波峰焊製程至關重要。對於回流焊，建議使用峰值溫度低於260°C嘅標準溫度曲線。
• 清潔：使用與塑膠外殼相容嘅溫和清潔劑。避免使用過高功率嘅超聲波清潔，因為可能會損壞內部組件。
• 儲存：喺指定嘅儲存溫度範圍-40°C至+100°C內嘅環境中儲存，最好喺低濕度條件下以防止吸濕。
• 靜電放電（ESD）預防措施：雖然無明確標示為敏感，但組裝期間應遵循半導體裝置嘅標準靜電放電處理程序。

5. 應用建議

5.1 典型應用電路

最常見嘅配置係將紅外線LED同一個限流電阻串聯到一個電壓源（例如5V）。光電晶體管通常以共發射極配置連接：集電極通過一個負載電阻（R_L）上拉到電源電壓（例如5V），發射極接地。輸出信號取自集電極節點。

• 當光束未被阻擋時，光線照射到光電晶體管上，使其導通並將集電極電壓拉低（接近V_CE(SAT)）。
• 當物件阻擋光束時，光電晶體管關閉，集電極電壓被負載電阻拉高。
• 負載電阻（R_L）嘅數值決定咗開關速度同電流消耗。較小嘅R_L允許更快嘅開關速度，但當晶體管導通時會消耗更多電流。

5.2 設計考慮因素

• 對準：物件路徑同感應器空隙嘅精確機械對準對於可靠操作至關重要。
• 環境光：由於感應器使用紅外線，佢可能會受到強烈環境紅外線源（例如陽光、白熾燈泡）嘅干擾。使用調製紅外線信號同同步檢測器電路可以大大增強抗干擾能力。
• 物件特性：感應器嘅有效性取決於物件反射或吸收紅外線光束嘅能力。深色、非反光物件可能唔似淺色物件咁可靠地被檢測到。建議使用實際目標材料進行測試。
• 防彈跳：雖然感應器本身冇接觸彈跳，但電氣輸出可能仍然有噪音。為咗獲得乾淨嘅數位信號，可能需要軟件或硬件防彈跳（例如簡單嘅RC濾波器或施密特觸發器輸入）。

6. 工作原理

光遮斷器基於光束遮斷原理運作。內部，一個紅外線LED發射出波長通常約為940nm嘅光，呢種光對人眼係不可見嘅。正對面，一個矽光電晶體管被放置喺度接收呢啲光。光電晶體管充當一個光控開關。當來自紅外線LED嘅光子撞擊其基極區域時，會產生電子-電洞對，從而允許更大嘅集電極電流流動——呢個就係光電效應。呢個集電極電流嘅大小與入射光嘅強度成正比。當一個不透明物件進入LED同光電晶體管之間嘅空隙時，光路被阻斷。照射到光電晶體管上嘅光強度急劇下降，導致其集電極電流降至非常低嘅數值（基本上係暗電流）。外部電路檢測到呢個電流嘅急劇變化（或者負載電阻上相應嘅電壓變化），並將其解釋為一個開關事件。

7. 性能曲線及分析

規格書包含典型特性曲線，提供咗超出表格化最小/典型/最大值嘅寶貴見解。

• 傳輸特性（I_C對比 I_F）：呢條曲線顯示喺固定集電極-發射極電壓下，光電晶體管嘅輸出電流（I_C）如何隨LED嘅輸入電流（I_F）變化。佢展示咗特定條件下輸入驅動同輸出響應之間嘅線性關係，有助於優化LED驅動電流以達到所需靈敏度。
• 輸出特性（I_C對比 V_CE）：呢啲曲線針對唔同嘅入射光水平（或唔同嘅I_F）繪製，顯示光電晶體管如何表現得像一個電流源。集電極電流喺一定範圍嘅V_CE內保持相對恆定，直到達到飽和。
• 溫度依賴性：顯示參數如正向電壓（V_F）或集電極暗電流（I_CEO）隨溫度變化嘅曲線，對於設計喺整個指定溫度範圍內運作嘅系統至關重要。例如，V_F通常隨溫度升高而降低，如果由恆壓源驅動，可能會輕微影響LED嘅光輸出。

8. 常見問題及解答

問：呢款感應器嘅典型響應時間係幾多？

答：雖然提供嘅數據中無明確說明，但呢類光遮斷器通常具有微秒級嘅響應時間，令佢哋適合高速計數。實際速度受光電晶體管嘅上升/下降時間同外部電路嘅RC時間常數限制。

問：我可唔可以喺戶外使用呢款感應器？

答：需要謹慎。陽光直射包含強烈嘅紅外線成分，可能會使光電晶體管飽和，導致誤觸發。可靠嘅戶外使用需要物理遮罩或外殼來阻擋環境光，以及光學濾波或信號調製技術。

問：我點樣選擇LED限流電阻嘅數值？

答：使用公式：R = (V_CC- V_F) / I_F。例如，使用5V電源（V_CC），典型V_F為1.6V，以及所需I_F為20 mA：R = (5 - 1.6) / 0.02 = 170 Ω。一個標準180 Ω電阻會係合適嘅，結果I_F≈ 18.9 mA。

問：發射極-集電極擊穿電壓（V_(BR)ECO）額定值嘅用途係咩？

答：呢個額定值（5V）喺光電晶體管以反向配置連接時（發射極電位高於集電極）相關，呢種情況唔常見。佢確保裝置能夠承受C-E結上嘅小反向電壓而不損壞。

9. 實際應用案例

應用：打印機中嘅紙張檢測

LTH-301-27P1 可以用於檢測打印機或影印機中紙張嘅前緣。感應器安裝喺度，令紙張穿過其空隙。一個反光標誌或紙張本身會遮斷光束。當光束未被阻擋（無紙）時，光電晶體管導通，輸出低電壓。當紙張進入空隙時，光束被阻擋，光電晶體管關閉，輸出電壓變高。呢個上升沿信號可以傳送到微控制器，以啟動打印序列、確認紙張存在或計數頁數。非接觸式特性確保唔會磨損紙張或感應器，快速響應允許即使喺高速送紙時都能檢測到。設計考慮因素包括確保紙張路徑準確對準感應器空隙，以及選擇一個能為微控制器輸入引腳提供乾淨、快速電壓擺動嘅負載電阻。

10. 技術趨勢

光遮斷器由於其簡單、可靠同低成本，仍然係一種基本嘅感測技術。當前趨勢集中於小型化，導致表面貼裝器件（SMD）封裝，喺現代電子產品中節省電路板空間。仲有額外電路嘅整合，例如內置施密特觸發器以提供遲滯同乾淨嘅數位輸出，甚至係完全整合嘅解決方案，將調製紅外線驅動器同同步檢測器IC集成喺單一晶片上，以實現卓越嘅環境光抑制。此外，材料同封裝嘅進步正擴展工作溫度範圍，並提高汽車同工業應用嘅長期可靠性。雖然較新嘅技術如飛行時間（ToF）感應器提供距離測量，但基本光遮斷器喺成本敏感應用中進行簡單、二元存在檢測嘅角色仍然穩固確立。