LTH-872-T55T1 光遮斷器規格書 - 槽型光電開關 - 粵語技術文檔

1. 產品概覽

LTH-872-T55T1 係一款槽型光遮斷器，係一種專為非接觸式感測應用而設計嘅基礎光電元件。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。核心工作原理係透過阻斷從發射器傳到檢測器嘅紅外線光束嚟運作。當一個不透明物體穿過呢個槽時，就會阻擋光線，導致光電晶體管嘅輸出電流發生顯著變化。呢個變化會被電子檢測到，從而提供一個可靠嘅數位開關信號。相比機械開關，光遮斷器因其高可靠性、高精度以及對灰塵或表面污染等環境因素嘅免疫力而備受青睞。

核心優勢：呢款器件嘅主要優勢包括真正嘅非接觸式開關，消除咗機械磨損，確保咗長使用壽命。佢提供快速響應時間，能夠檢測高速事件。設計適合直接PCB安裝或使用雙列直插式插座，提供組裝靈活性。其結構提供咗固有嘅環境光干擾防護。

目標市場及應用：呢個元件廣泛應用於各種辦公室自動化同消費電子設備。典型應用場景包括傳真機、打印機同影印機中嘅紙張檢測，用嚟感應有冇紙張、卡紙或打印頭同托架嘅位置。佢亦常見於掃描器、自動販賣機、用於位置感測嘅工業自動化，以及任何需要精確、可靠嘅非接觸式物體檢測嘅設備。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能發生永久損壞嘅應力極限。喺呢啲極限下或超出呢啲極限操作係唔保證嘅。

• 輸入LED：
  • 功耗（P_D）：75 mW。呢個係LED晶片喺環境溫度（T_A）為25°C時可以作為熱量散發嘅最大功率。超過呢個值可能導致熱失控同故障。
  • 連續順向電流（I_F）：50 mA。可以連續通過LED嘅最大直流電流。
  • 峰值順向電流：1 A（脈衝寬度 = 10 µs，300 pps）。呢個額定值允許短暫嘅高電流脈衝，適用於以更高瞬時光輸出驅動LED，而不超過平均功率額定值。
  • 反向電壓（V_R）：5 V。可以施加喺LED兩端嘅最大反向偏壓。超過呢個值可能導致接面擊穿。
• 輸出光電晶體管：
  • 功耗（P_D）：100 mW。
  • 集極-射極電壓（V_CEO）：30 V。當基極（光輸入）開路時，可以施加喺集極同射極之間嘅最大電壓。
  • 集極電流（I_C）：20 mA。可以流經集極-射極路徑嘅最大電流。
• 熱極限：
  • 操作溫度範圍：-25°C 至 +85°C。器件被指定能正確操作嘅環境溫度範圍。
  • 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C。
  • 引腳焊接溫度：260°C 持續5秒（距離外殼本體1.6mm處）。呢個定義咗迴流焊接曲線嘅限制，以防止損壞塑料封裝同內部引線鍵合。

2.2 電氣及光學特性

呢啲參數喺標準測試條件下（T_A=25°C）測量，定義咗器件嘅典型性能。

• 輸入LED特性：
  • 順向電壓（V_F）：典型值1.2V，喺I_F= 20 mA時最大值為1.6V。呢個參數對於設計LED驅動電路嘅限流電阻至關重要。典型設計會以I_F=20mA為目標，使用V_F~1.2V進行計算。
  • 反向電流（I_R）：喺V_R= 5V時最大值為100 µA。呢個表示LED嘅PN接面喺反向偏壓下嘅質量。
• 輸出光電晶體管特性：
  • 集極-射極崩潰電壓（V_(BR)CEO）：喺I_C=1mA時最小值為30V。呢個確保咗對於典型5V或12V邏輯電路有良好嘅安全邊際。
  • 集極-射極暗電流（I_CEO）：喺V_CE=10V時最大值為100 nA。呢個係LED關閉（冇光）時嘅漏電流。一個低數值對於定義明確嘅關閉狀態至關重要，特別係喺高增益電路中。
• 耦合器（系統）特性：
  • 導通狀態集極電流（I_C(ON)）：當V_CE= 5V 同 I_F= 20 mA時，最小值為0.5 mA。呢個係關鍵靈敏度參數。佢定義咗當槽冇被阻擋時嘅最小輸出電流。設計師必須確保選擇負載電阻（R_L），使呢個電流產生可用嘅電壓擺幅。
  • 集極-射極飽和電壓（V_CE(SAT)）：喺I_C= 0.25mA 同 I_F= 20mA時，最大值為0.4V。呢個低飽和電壓表示當光電晶體管被驅動至飽和（完全導通）時性能良好，允許佢將線路拉至非常接近地電位。
  • 響應時間：
    • 上升時間（T_r）：典型值3 µs，最大值15 µs。
    • 下降時間（T_f）：典型值4 µs，最大值20 µs。
    喺V_CC=5V，I_C=2mA，R_L=100Ω條件下測量。呢啲時間限制咗最大開關頻率。非對稱時間喺光電晶體管中係常見嘅。為咗保守設計，假設最大頻率為1/(T_r+T_f) ~ 1/40µs = 25 kHz。

3. 性能曲線分析

規格書參考咗典型性能曲線。雖然文本中冇提供具體圖表，但佢哋嘅標準解讀如下：

• 順向電流 vs. 順向電壓（I_F-V_F）：呢條曲線顯示咗二極管典型嘅指數關係。有助於理解V_F隨溫度同電流嘅變化。
• 集極電流 vs. 集極-射極電壓（I_C-V_CE）：對於給定嘅LED電流（I_F），呢個圖表顯示咗光電晶體管嘅輸出特性，類似於雙極性晶體管嘅輸出曲線。佢說明咗從主動區到飽和區嘅過渡。
• 電流傳輸比（CTR） vs. 順向電流：CTR係比率 I_C/ I_F（通常以百分比表示）。呢個係耦合器嘅關鍵效率參數。曲線通常顯示CTR喺特定I_F處達到峰值，並喺更高電流時因發熱或其他效應而下降。
• 溫度特性：顯示參數如I_C(ON)、V_F同CTR喺操作溫度範圍（-25°C至+85°C）內如何變化嘅曲線。光電晶體管增益通常隨溫度升高而降低，喺需要跨溫度穩定性能嘅設計中必須考慮呢一點。

4. 機械及封裝資料

4.1 外形尺寸

該器件採用標準通孔封裝，具有包含槽嘅模製塑料外殼。規格書中嘅關鍵尺寸註記：

• 所有尺寸均以毫米（mm）為單位提供。
• 未指定尺寸嘅默認公差為±0.25 mm。
• 具體槽寬、本體高度同引腳間距喺尺寸圖中定義（文本中未完全詳細說明）。呢啲資訊對於機械整合至關重要，確保要檢測嘅物體能夠穿過槽，以及用於PCB佔位面積設計。

4.2 極性識別及接腳定義

為咗正確操作，正確識別接腳至關重要。該封裝使用槽型光遮斷器嘅標準接腳排列：一對接腳用於紅外線LED（陽極同陰極），另一對用於光電晶體管（集極同射極）。規格書圖紙指定咗接腳編號。通常，從器件頂部（槽側）觀看時，接腳按逆時針方向編號。設計師必須查閱圖紙以正確連接陽極、陰極、集極同射極。

5. 焊接及組裝指引

遵守呢啲指引對於防止製造過程中嘅損壞係必要嘅。

• 迴流焊接：絕對最大額定值規定引腳喺260°C下焊接5秒，測量點距離外殼本體1.6mm。呢個對應於標準引線式迴流焊接曲線。塑料封裝熱容量有限，因此必須避免長時間暴露喺高溫下，以防止開裂或內部損壞。
• 手動焊接：如果需要手動焊接，請使用溫控烙鐵。將熱量施加到引腳/接腳上，唔係塑料本體，並且每個引腳喺3-5秒內完成焊接。
• 清潔：使用與器件塑料材料相容嘅清潔溶劑，以避免應力開裂或降解。
• 儲存條件：喺指定嘅儲存溫度範圍（-55°C至+100°C）內同低濕度環境中儲存。對濕度敏感嘅器件應保持喺密封、乾燥嘅包裝中直至使用。

6. 應用設計考量

6.1 典型應用電路

標準介面電路涉及兩個主要部分：

1. LED驅動器：一個限流電阻（R_LIMIT）與LED串聯。其值計算為 R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F。對於5V電源，V_F=1.2V，I_F=20mA，R_LIMIT= (5 - 1.2) / 0.02 = 190Ω。180Ω或200Ω電阻係合適嘅。
2. 光電晶體管輸出：光電晶體管通常連接為共射極開關。一個上拉電阻（R_L）連接喺集極同正電源（V_CC）之間。射極接地。當光照射到晶體管上（槽冇阻擋）時，佢導通，將集極電壓拉低（接近V_CE(SAT)）。當光被阻擋時，晶體管關閉，集極電壓被R_L拉高。R_L嘅值決定咗輸出電壓擺幅同速度。較小嘅R_L提供更快響應但消耗更多電流。使用R_L=100Ω嘅測試條件作為起點係常見嘅。

6.2 設計挑戰及解決方案

• 環境光抗擾度：雖然槽型設計提供咗一定保護，但強烈嘅環境光（特別係紅外線）會影響光電晶體管。使用調製嘅LED驅動信號同接收器電路中嘅同步檢測可以大大增強抗擾度。或者，確保槽被遮蓋亦有幫助。
• 溫度補償：由於光電晶體管增益隨溫度降低，I_C(ON)將會下降。對於關鍵應用，設計電路喺最高操作溫度下有足夠嘅邊際，或者使用具有可調閾值嘅比較器，而非簡單嘅上拉電阻介面。
• 物體特性：阻斷光束嘅物體必須對發射嘅紅外線波長（約940nm）不透明。薄或半透明材料可能無法可靠檢測。物體嘅尺寸必須足夠大，以完全阻擋槽內嘅光束。

7. 技術比較及差異

與其他感測技術相比：

• 對比機械微動開關：光遮斷器提供更優越嘅可靠性（冇會磨損嘅活動部件）、更快嘅響應同靜音操作。佢哋不受接點彈跳影響。
• 對比反射式光學感測器：槽型通常喺邊緣檢測或精確位置感測方面更可靠，因為佢哋較少受目標物體反射率或顏色變化嘅影響。光束要麼完全被阻擋，要麼完全冇被阻擋。
• 對比霍爾效應感測器：霍爾感測器檢測磁場，唔係光遮斷。佢哋用於不同嘅物理現象（例如，檢測磁鐵）。光遮斷器用於檢測任何不透明物體。
• 光遮斷器內部比較：LTH-872-T55T1嘅具體差異在於其電氣額定值（例如V_CEO=30V，I_C(ON)最小值=0.5mA）、封裝尺寸以及針對大批量辦公室自動化應用嘅成本效益嘅組合。

8. 常見問題 (FAQ)

• 問：LED嘅典型操作電流係幾多？答：標準測試條件同常見操作點係I_F= 20 mA。呢個喺光輸出、功耗同壽命之間提供咗良好嘅平衡。
• 問：我可以直接用微控制器引腳驅動LED嗎？答：大多數微控制器GPIO引腳無法連續提供或吸收20mA。建議使用簡單嘅晶體管或MOSFET驅動電路，或者專用LED驅動IC，以提供所需電流。
• 問：我點樣將輸出連接到數位輸入？答：光電晶體管集極（連同上拉電阻）可以直接連接到標準CMOS或TTL邏輯輸入。當槽清晰時，輸入將讀取為低電平。當被阻擋時，將讀取為高電平。確保上拉電壓與邏輯系列相容（例如，5V邏輯用5V，3.3V邏輯用3.3V）。
• 問：點解我嘅輸出被阻擋時冇完全切換到電源軌？答：呢個很可能係由於暗電流（I_CEO）流經上拉電阻所致。使用非常大嘅上拉電阻（例如100kΩ）時，即使100nA嘅漏電流也會產生顯著嘅電壓降。使用較小嘅上拉電阻（例如1kΩ至10kΩ）以確保穩固嘅高電平，平衡電流消耗同速度。
• 問：有咩推薦嘅PCB佈局做法？答：將LED驅動走線同光電晶體管輸出走線分開，以最小化噪音耦合。將限流電阻同上拉電阻放置在靠近器件嘅位置。確保PCB上嘅槽區域冇阻擋紅外線光束路徑嘅阻焊層或元件。

9. 工作原理

光遮斷器基於被物理物體阻斷嘅直接光耦合原理運作。一個紅外線LED發射出通常約940 nm波長嘅光，呢個波長人眼睇唔到。正對面，一個矽光電晶體管對呢個波長敏感。喺冇阻擋狀態下，紅外線光照射到光電晶體管嘅基極區域，產生電子-電洞對。呢個光電流充當基極電流，導致晶體管導通並傳導更大嘅集極電流（I_C(ON)）。當一個不透明物體進入槽時，佢完全阻斷咗光路。光電流停止，有效基極電流降至零，光電晶體管關閉，只允許微小嘅漏電流（I_CEO）流動。導通同關閉狀態之間嘅鮮明對比提供咗一個清晰、可靠嘅數位信號，指示物體嘅存在或不存在。

10. 行業趨勢

光遮斷器因其簡單性、穩健性同低成本，仍然係一種成熟且廣泛使用嘅技術。目前行業趨勢集中喺以下幾個領域：

• 微型化：開發更細嘅封裝尺寸（例如，具有非常窄槽嘅表面貼裝器件），以適應日益緊湊嘅消費電子產品同移動設備。
• 增強性能：改進參數，例如更高速度用於更快嘅機械、更低功耗用於電池供電設備，以及更好嘅溫度穩定性。
• 集成化：喺封裝內整合額外電路，例如用於遲滯嘅施密特觸發器、用於微弱信號嘅放大器，甚至數位介面（I2C），創造智能感測器以簡化系統設計。
• 材料進步：使用先進塑料同透鏡設計來改善光準直、提高耦合效率，並增強對高溫同濕度等環境因素嘅抵抗力。

儘管出現咗飛行時間（ToF）感測器或視覺系統等新技術，但基本嘅槽型光遮斷器繼續係無數簡單、可靠且對成本敏感嘅存在檢測應用嘅最佳解決方案。