LTH-301-07 光遮斷器規格書 - 槽型 - 尺寸 4.0x3.2x2.5mm - 順向電壓 1.2V - 功耗 80mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTH-301-07 是一款專為非接觸式開關應用設計的緊湊型槽式光遮斷器模組。它將一個紅外線發光二極體（LED）和一個光電晶體整合在單一外殼內，並以物理間隙分隔。其基本工作原理是阻斷從發射器傳遞到偵測器的紅外線光束。當不透明物體進入槽口時，會阻斷光路，導致光電晶體的輸出狀態改變。與機械開關相比，這提供了一種可靠、無磨損的感測機制。

其核心優勢包括：因無活動部件而具備高可靠性、適用於偵測快速運動的高速切換速度，以及精確的位置感測。此元件專為直接PCB安裝或搭配雙列直插式插座使用而設計，提供了組裝上的靈活性。典型的目標市場與應用涵蓋辦公室自動化設備，例如傳真機、影印機、印表機和掃描器，用於紙張偵測、邊緣感測和位置編碼。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。不保證在此條件下運作。

• 輸入LED：最大連續順向電流為 50 mA。在脈衝條件下（300 pps，10 μs 脈衝寬度），峰值順向電流可達 1 A。最大功耗為 80 mW，反向耐壓限制為 5 V。
• 輸出光電晶體：集極-射極電壓額定值為 30 V，而射極-集極電壓為 5 V。最大集極電流為 20 mA，功耗限制為 100 mW。
• 溫度極限：工作溫度範圍規定為 -25°C 至 +85°C，儲存溫度範圍更寬，為 -40°C 至 +100°C。在距離外殼 1.6mm 處測量時，引腳焊接溫度不得超過 260°C 持續 5 秒。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了元件在環境溫度（TA）為 25°C 的正常工作條件下的性能。

• 輸入LED順向電壓（V_F）：在順向電流（I_F）為 20 mA 驅動時，典型值為 1.2 V，最大值為 1.6 V。此低電壓適用於低功耗邏輯電路。
• 輸出光電晶體暗電流（I_CEO）：當無光入射時，保證在 V_CE=10V 條件下的漏電流小於 100 nA，確保良好的關斷狀態。
• 耦合器性能：關鍵參數為導通集極電流（I_C(ON)），當 LED 以 I_F=20mA 驅動且 V_CE=5V 時，保證至少為 0.6 mA。集極-射極飽和電壓（V_CE(SAT)）在此條件下最大值為 0.4 V，表示良好的低電阻導通狀態。
• 切換速度：響應時間以上升時間（T_r）和下降時間（T_f）表徵。典型值分別為 3 μs 和 4 μs，最大值為 15 μs 和 20 μs。此速度足以應對許多中速感測與計數應用。

3. 機械與封裝資訊

此元件採用標準穿孔式封裝。規格書中提供了外形尺寸圖，所有尺寸單位為毫米。主體尺寸（不含引腳）約為長 4.0mm、寬 3.2mm、高 2.5mm。槽口寬度是決定可偵測物體尺寸的關鍵尺寸。引腳間距適用於標準雙列直插式安裝。極性由外殼的物理形狀和/或標記指示；較長的引腳通常對應 LED 的陽極。務必參考尺寸圖，以精確定位槽口相對於 PCB 邊緣和其他元件的位置。

4. 焊接與組裝指南

4.1 焊接製程

正確的焊接對於防止塑膠外殼和內部元件損壞至關重要。切勿將外殼浸入焊料中。在元件高溫時進行焊接期間，不得對引腳施加任何外部應力。

• 手動焊接（烙鐵）：建議最高溫度為 350°C，每個引腳的焊接時間不超過 3 秒。烙鐵頭應距離外殼基座至少 2mm。
• 波峰焊接：建議採用特定的溫度曲線。預熱溫度不應超過 100°C，持續時間最長 60 秒。焊波溫度最高應為 260°C，接觸時間為 5 秒或更短。浸入位置必須確保焊料不會上升到距離外殼基座 2mm 以內。

4.2 儲存條件與保存期限

為保持可焊性與元件完整性，必須嚴格遵守儲存條件。理想的儲存環境為溫度低於 30°C，相對濕度低於 70%。元件應在交貨日期後 3 個月內完成組裝。如需以原包裝長期儲存，應將其置於帶有乾燥劑的密封容器或氮氣環境乾燥器中，但不得超過一年。一旦防潮袋被打開，元件必須在 <25°C 和 <60% RH 的受控環境中於 3 個月內使用。應避免在高濕度環境下劇烈溫度變化，以防止冷凝導致引腳氧化。若未滿足儲存條件，使用前需進行可焊性評估。

5. 應用說明與設計考量

5.1 典型應用電路

最常見的配置是將光遮斷器用作數位開關。一個限流電阻與輸入 LED 串聯，其阻值根據電源電壓（V_CC）、所需的順向電流（I_F，例如 20mA）以及 LED 的順向電壓（V_F~1.2V）計算得出：R_limit= (V_CC- V_F) / I_F。輸出光電晶體通常透過一個上拉電阻（R_L）從集極連接到 V_CC。射極連接到地。當光路暢通時，光電晶體導通，將集極輸出電壓拉低（接近 V_CE(SAT)）。當光路被阻斷時，光電晶體關斷，輸出被 R_L拉高。R_L的值會影響輸出電壓擺幅和切換速度；較小的阻值提供更快的速度，但電流消耗較高。

5.2 設計考量

• 抗環境光干擾：由於此元件使用調變的紅外線光（由其快速切換特性暗示），因此對穩定的環境光具有良好的抑制能力。然而，對於關鍵應用，可能需要額外的遮罩或外殼設計來阻擋直射陽光或其他強烈的紅外線光源。
• 物體特性：感測的可靠性取決於物體對紅外線波長的不透明度。透明或高反射材料可能無法可靠地阻斷光束。
• 對準：為確保運作一致，物體路徑與槽口之間需要精確的機械對準。槽口寬度定義了可靠觸發所需的最小物體尺寸。
• 防彈跳：電氣輸出可能需要軟體或硬體防彈跳處理，尤其是在與可能產生顫動或振動的機械部件一起使用時。

6. 性能曲線與圖形數據

規格書中引用了典型的特性曲線，這些對於詳細的設計分析至關重要。雖然文中未複製具體圖表，但通常包括：

• 順向電流 vs. 順向電壓（I_F-V_F）：顯示輸入 LED 的關係，有助於計算不同驅動電流下的精確壓降。
• 集極電流 vs. 集極-射極電壓（I_C-V_CE）：以入射光強度（或 LED 驅動電流）為參數的輸出光電晶體曲線族。此圖對於確定工作點和負載電阻值至關重要。
• 電流傳輸比（CTR） vs. 順向電流：CTR 是輸出集極電流與輸入 LED 電流之比（I_C/I_F）。此曲線顯示效率如何隨驅動電流變化，有助於優化功耗和輸出信號強度的設計。
• 溫度相依性：顯示順向電壓、集極電流或 CTR 等參數在工作溫度範圍內如何變化的曲線。這對於確保在非環境溫度下的可靠運作至關重要。

7. 常見問題（FAQ）

7.1 光遮斷器與光反射器有何不同？

光遮斷器（或透射式感測器）的發射器和偵測器隔著一個間隙相對放置。當物體阻斷光束時即被偵測到。光反射器（或反射式感測器）的發射器和偵測器並排放置，面向同一方向。當物體將發射的光反射回偵測器時即被偵測到。LTH-301-07 是一款槽型光遮斷器。

7.2 我可以不使用限流電阻，直接用電壓驅動 LED 嗎？

不行。LED 是電流驅動元件。將其直接連接到超過其順向電壓的電壓源會導致過大電流流過，可能將其損壞。必須串聯一個電阻來設定工作電流。

7.3 為什麼儲存濕度條件如此重要？

電子元件的塑膠封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫焊接過程中，這些吸收的濕氣會迅速膨脹，導致內部分層、開裂或爆米花效應，從而損壞元件。規定的儲存條件和烘烤要求（若已暴露）正是為了防止這種情況。

7.4 如何選擇光電晶體上拉電阻（R_L）的值？

此選擇涉及權衡。較小的 R_L提供更快的上升時間（因為它能更快地對電路電容充電）和更強的低電位信號，但當電晶體導通時會消耗更多功率。較大的 R_L節省功率，但會降低切換速度並導致上拉能力較弱。常見的起始點在 1kΩ 到 10kΩ 之間，但規格書中速度測量的測試條件 R_L=100Ω 表明它可以驅動相對較低的阻抗。