光遮斷器 LTH-872-N55H 規格書 - 槽型 - 尺寸4.0mm - 電壓5V - 粵語技術文件

1. 產品概覽

LTH-872-N55H 係一款槽型光遮斷器，係一種用於非接觸式感應同開關應用嘅基礎光電元件。佢將一個紅外線發光二極管（LED）同一個光電晶體管整合喺單一外殼內，中間由一個物理間隙或槽分隔開。其核心工作原理好簡單：當有物件通過呢個槽時，就會遮斷從發射器傳去探測器嘅紅外線光束，導致光電晶體管嘅輸出狀態發生相應變化。呢種簡單而可靠嘅機制，令佢成為檢測物件存在、不存在、位置或速度嘅理想解決方案，無需物理接觸。

呢款裝置設計用於直接安裝喺PCB（印刷電路板）上，或者插入標準雙列直插式插座，為組裝同原型製作提供靈活性。其主要優點包括高可靠性、快速開關速度，以及由於冇機械接觸點會磨損而帶來嘅長使用壽命。典型應用涵蓋廣泛嘅辦公室自動化同工業設備，包括但不限於打印機、影印機、掃描器、傳真機，以及各種需要精確物件檢測嘅自動化系統。

1.1 核心特點

• 非接觸式開關：消除咗機械磨損，確保高可靠性同長使用壽命。
• 靈活安裝：兼容直接PCB焊接或標準雙列直插式插座，方便整合到各種電路設計中。
• 快速響應時間：能夠檢測高速事件，適用於需要快速感應嘅應用，例如打印機嘅送紙檢測或旋轉編碼器系統。

2. 技術參數：深入客觀解讀

規格書提供咗定義裝置喺標準條件下操作極限同性能嘅關鍵參數。理解呢啲參數對於正確設計電路同確保長期可靠性至關重要。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值指明咗壓力極限，如果超出，可能會對裝置造成永久性損壞。佢哋唔係正常操作嘅條件。

• 輸入LED：
  • 功耗（P_D）：最大75 mW。呢個係LED可以安全地以熱量形式散發嘅總功率。
  • 連續正向電流（I_F）：最大50 mA。唔應該用超過呢個值嘅連續電流驅動LED。
  • 反向電壓（V_R）：最大5 V。施加高於此值嘅反向電壓可能會擊穿LED結。
• 輸出光電晶體管：
  • 功耗（P_D）：光電晶體管最大100 mW。
  • 集電極-發射極電壓（V_CEO）：最大30 V。呢個係當基極（光輸入）開路時，可以施加喺集電極同發射極之間嘅最大電壓。
  • 發射極-集電極電壓（V_ECO）：最大5 V，呢個係集電極-發射極結嘅反向電壓額定值。
  • 集電極電流（I_C）：最大20 mA。流經光電晶體管嘅負載電流必須保持低於呢個限制。
• 環境：
  • 操作溫度範圍（T_A）：-25°C 至 +85°C。保證裝置喺呢個環境溫度範圍內按照規格操作。
  • 儲存溫度範圍（T_stg）：-40°C 至 +100°C。
  • 引腳焊接溫度：最大260°C，持續5秒，適用於引腳形式為1.6mm（0.063英寸）嘅外殼。呢個對於回流焊或波峰焊工藝好關鍵。

2.2 電氣同光學特性

呢啲參數定義咗裝置喺環境溫度（T_A）為25°C嘅典型操作條件下嘅性能。

• 輸入LED特性：
  • 正向電壓（V_F）：典型值1.2V，喺正向電流（I_F）為20 mA時最大值為1.6V。呢個參數用於計算LED驅動電路嘅限流電阻值：R = (V_CC- V_F) / I_F.
  • 反向電流（I_R）：喺反向電壓（V_R）為5V時，最大100 µA，表示LED反向偏置時嘅漏電流。
• 輸出光電晶體管特性：
  • 集電極-發射極暗電流（I_CEO）：喺V_CE= 10V時，最大100 nA。呢個係LED關閉（冇光照射到光電晶體管）時嘅漏電流。低暗電流對於良好嘅信噪比係理想嘅，特別係喺低光或高增益應用中。
• 耦合器（系統）特性：
  • 集電極-發射極飽和電壓（V_CE(SAT)）：當光電晶體管完全導通時（I_C= 0.25 mA, I_F= 20 mA），最大0.4V。當輸出用於驅動邏輯輸入或其他低壓電路時，低飽和電壓至關重要，因為佢定義咗邏輯"LOW"電平。
  • 導通狀態集電極電流（I_C(ON)）：喺V_CE= 5V 同 I_F= 20 mA時，最小2.0 mA。呢個係當LED以其典型電流驅動且光束未被遮擋時，保證嘅最小輸出電流。呢個參數，當表示為比率 I_C/I_F時，通常稱為"電流傳輸比"（CTR），定義咗耦合器嘅靈敏度。喺度，最小CTR係（2.0 mA / 20 mA）= 0.1 或 10%。
  • 響應時間：
    • 上升時間（T_r）：典型3 µs，最大15 µs。呢個係當輸入LED開啟時，輸出從其最終值嘅10%過渡到90%所需嘅時間。
    • 下降時間（T_f）：典型4 µs，最大20 µs。呢個係當輸入LED關閉時，輸出從其最終值嘅90%過渡到10%所需嘅時間。呢啲快速開關速度能夠檢測快速移動嘅物件。

3. 機械同封裝信息

LTH-872-N55H 採用標準通孔封裝，設計用於輕鬆整合到PCB。

3.1 外形尺寸

規格書提供詳細嘅機械圖紙。關鍵尺寸包括整體槽寬（定義咗可以檢測嘅物件大小）同用於PCB佈局嘅引腳間距。除非另有說明，所有尺寸均以毫米（mm）為單位指定，標準公差為±0.25 mm。圖紙通常顯示頂視圖、側視圖同引腳識別（發射器陽極、發射器陰極、集電極、發射極）。

3.2 極性識別同引腳排列

正確嘅極性對於裝置操作至關重要。封裝上有標記或特定引腳形狀（通常係平面或凹口）來識別引腳1。4引腳光遮斷器嘅標準引腳排列係：引腳1 - IR LED陽極，引腳2 - IR LED陰極，引腳3 - 光電晶體管發射極，引腳4 - 光電晶體管集電極。喺設計PCB封裝之前，務必參考規格書圖表以確認LTH-872-N55H嘅確切引腳分配。

4. 焊接同組裝指南

4.1 焊接過程

呢款裝置嘅引腳最大焊接溫度額定值為260°C，持續5秒。呢個規格對於波峰焊或回流焊工藝好關鍵。超過呢個溫度或時間可能會損壞內部半導體結或塑料外殼。建議遵循IPC通孔元件焊接嘅標準指南。

4.2 處理同儲存

雖然提供嘅摘錄中冇明確詳細說明，但一般最佳實踐適用：喺指定嘅儲存溫度範圍（-40°C至+100°C）內，將元件儲存喺乾燥、防靜電嘅環境中。焊接前避免將裝置暴露喺過度潮濕嘅環境中，以防止回流焊期間出現"爆米花"現象，雖然呢個對於表面貼裝器件更為關鍵。

5. 應用建議同設計考慮

5.1 典型應用電路

最常見嘅配置係將光遮斷器用作數字開關。一個簡單嘅電路包括：
1. LED驅動器：將一個限流電阻同紅外LED串聯到電壓源（例如5V）。設定電阻值以達到所需嘅I_F（例如20 mA）。例子：R_limit= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω（使用標準200Ω電阻）。
2. 光電晶體管輸出：將一個上拉電阻（R_L）從光電晶體管嘅集電極連接到電壓源（例如5V）。發射極連接到地。當光路暢通時，光電晶體管導通，將集電極電壓（輸出）拉低。當光束被遮擋時，光電晶體管關閉，上拉電阻將輸出拉高。R_L嘅值會影響開關速度同電流消耗；較低嘅值提供更快嘅速度但更高嘅功耗。規格書中嘅測試條件使用R_L= 100Ω。

5.2 設計考慮

• 環境光抗擾度：由於裝置使用紅外光，佢對可見環境光有一定嘅抗擾度。然而，強烈嘅紅外光源（陽光、某些燈）可能會造成干擾。使用調製嘅LED信號同相應嘅解調電路可以大大增強抗噪能力。
• 對準：發射器同探測器必須精確地對準槽嘅兩側。機械外殼確保咗呢種對準，但PCB設計必須正確放置元件。
• 物件特性：遮斷光束嘅物件應該對紅外光係不透明嘅。透明或高反射性材料可能無法可靠檢測。
• 去抖動：喺機械系統中（例如檢測斬波輪），當物件進入或離開槽時，輸出信號可能會抖動。應該採用軟件或硬件去抖動技術來獲得乾淨嘅數字信號。

6. 性能曲線分析

規格書提到"典型電氣/光學特性曲線"。雖然摘錄中冇提供具體曲線，但呢類裝置嘅典型圖表包括：

• 正向電流 vs. 正向電壓（I_F-V_F）：顯示IR LED嘅非線性關係，對於驅動器設計好重要。
• 集電極電流 vs. 集電極-發射極電壓（I_C-V_CE）：以入射光強度（或I_F）為參數嘅曲線族，類似於晶體管嘅輸出特性。
• 電流傳輸比（CTR） vs. 正向電流（I_F）：顯示靈敏度如何隨LED驅動電流變化。
• 電流傳輸比（CTR） vs. 環境溫度：一條關鍵曲線，顯示CTR通常隨溫度升高而降低。設計師必須確保喺最高操作溫度下有足夠嘅餘量，以保證所需嘅最小I_C(ON).
• 響應時間 vs. 負載電阻（R_L）：說明咗開關速度同功耗之間嘅權衡。

7. 技術比較同區分

同機械微動開關相比，LTH-872-N55H由於非接觸式操作，提供更優越嘅預期壽命同可靠性。佢不受接觸彈跳影響。同反射式感測器相比，槽型光遮斷器提供更精確同一致嘅檢測，因為佢哋對目標物件嘅顏色、紋理或反射率較不敏感；佢哋只係檢測光束嘅物理遮斷。光遮斷器之間嘅主要區別通常係槽尺寸、靈敏度（CTR）、響應速度同封裝類型（通孔 vs. 表面貼裝）。

8. 常見問題（基於技術參數）

問：如果我以超過50 mA嘅電流驅動LED會點？
答：超過連續正向電流嘅絕對最大額定值可能會導致過度發熱，導致LED光輸出加速退化或災難性故障。務必使用限流電阻。

問：我嘅輸出信號有噪音。可能係咩原因？
答：潛在原因包括電源線上嘅電氣噪音、環境光干擾（特別係以50/60 Hz運行嘅熒光燈），或者負載電阻值太高，令節點呈現高阻抗而易受噪音影響。確保電源穩定，考慮屏蔽，使用較低嘅上拉電阻，或者實施信號調製/解調。

問：裝置喺室溫下工作正常，但當我嘅系統升溫時就失效。點解？
答：光電晶體管嘅靈敏度（CTR）隨溫度升高而降低。你可能喺25°C時以最小餘量操作。使用最小I_C(ON)規格重新評估你嘅設計，並考慮典型嘅CTR vs. 溫度曲線。你可能需要增加LED驅動電流（喺限制內），或者使用喺高溫下保證更高CTR嘅光電晶體管。

問：我可以用呢個來檢測透明物件嗎？
答：一般唔可以。標準紅外光遮斷器要求物件對發射嘅紅外波長（通常約940 nm）係不透明嘅。透明塑料或玻璃可能會讓足夠嘅紅外光通過，導致無法可靠檢測。檢測透明材料需要具有不同波長或檢測原理嘅特殊感測器。

9. 實際使用案例

應用：桌面打印機中嘅卡紙檢測。
實施：將LTH-872-N55H安裝喺紙張路徑上，紙張通過其槽。微控制器GPIO引腳通過限流電阻驅動LED。另一個配置有內部上拉電阻嘅GPIO引腳讀取光電晶體管集電極嘅狀態。喺正常操作期間，紙張遮斷光束，輸出處於一種邏輯狀態（例如HIGH）。如果發生卡紙，紙張要麼卡住（保持光束被遮斷），要麼未能到達感測器（光束未被遮斷），導致輸出處於意外狀態時間過長。微控制器固件監控呢個信號，如果違反預期嘅時序序列，則觸發"卡紙"錯誤信息。感測器嘅快速響應時間確保即使紙張之間嘅小間隙都可以被檢測到，用於精確嘅送紙監控。

10. 工作原理介紹

光遮斷器基於光電轉換同遮斷嘅原理運作。內部，佢對齊安裝咗兩個分立元件：一個紅外發光二極管（IR LED）同一個矽光電晶體管。IR LED作為光源。當被外部電流正向偏置時，佢發射不可見嘅紅外光子。光電晶體管作為光探測器。其基極區域對光敏感。當來自LED嘅光子撞擊基極時，佢哋產生電子-空穴對，呢啲對充當基極電流，打開晶體管並允許更大嘅集電極電流流動。呢個集電極電流與入射光嘅強度成正比。個槽物理上分隔開呢兩個元件。放入槽中嘅物件會阻擋光路，大幅減少照射到光電晶體管上嘅光，從而將其關閉（或減少其電流）。外部電路檢測到呢種輸出電流/電壓嘅變化，以記錄一次"遮斷"。

11. 行業趨勢同發展

包括光遮斷器在內嘅光電感測器嘅趨勢係朝向小型化、更高集成度同表面貼裝技術（SMT）封裝，以適應更細小同更密集嘅PCB設計。亦都趨向於具有內置信號調理功能嘅數字輸出感測器，佢哋提供乾淨、緩衝嘅邏輯電平輸出，簡化咗同微控制器嘅接口。一啲高級版本整合咗施密特觸發器以提供滯後，改善抗噪能力。此外，自動化中對更高精度同速度嘅需求推動咗具有更窄槽、更快響應時間同改善溫度穩定性嘅裝置嘅發展。以LTH-872-N55H為代表嘅基本槽型光遮斷器，對於大量標準檢測應用而言，仍然係一種成本效益高且高度可靠嘅解決方案，其簡單性同穩健性係主要優勢。