LTH-301-23P1 光遮斷器規格書 - 尺寸 7.62mm - 電壓 1.6V - 功率 60mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTH-301-23P1是一款緊湊型、採用穿孔安裝的光遮斷器模組。它作為一種非接觸式光學開關，利用一個紅外線發光二極體（IR LED）與一個光電晶體配對。其核心原理是IR LED發射光線，由光電晶體偵測。當物體阻斷發射器與偵測器之間的光路時，光電晶體的輸出狀態會發生變化，從而實現精確的位置感測、物體偵測或極限開關功能，無需物理接觸。其主要優點包括快速的切換速度、可靠的非接觸操作，以及適合直接安裝於PCB或雙列直插式插座的設計，使其非常適合應用於需要耐用性和精確度的印表機、影印機、自動販賣機和工業自動化領域。

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對裝置造成永久損壞的極限。不建議在這些極限值或接近極限值的情況下持續操作裝置。

• IR二極體連續順向電流（I_F）：50 mA。這是可以通過紅外線LED的最大穩態電流。
• IR二極體逆向電壓（V_R）：5 V。超過LED的此逆向偏壓可能導致崩潰。
• 電晶體集極電流（I_C）：20 mA。光電晶體集極可以處理的最大連續電流。
• 電晶體功率消耗（P_D）：在25°C時為75 mW，超過25°C時以1.33 mW/°C線性遞減。這限制了光電晶體產生的熱量。
• IR二極體峰值順向電流：1 A（脈衝寬度 = 10 µs，300 pps）。允許短暫的高電流脈衝，適用於需要高瞬時光輸出的應用。
• 二極體功率消耗（P_D）：在25°C時為60 mW，同樣以1.33 mW/°C遞減。這決定了IR LED的熱極限。
• 光電晶體集極-射極電壓（V_CEO）：30 V。當電晶體關閉時，可以施加在集極和射極之間的最大電壓。
• 光電晶體射極-集極電壓（V_ECO）：5 V。集極-射極接面的最大逆向電壓。
• 操作溫度範圍：-25°C 至 +85°C。裝置可靠操作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C。非操作狀態下的儲存溫度範圍。
• 接腳焊接溫度：距離外殼1.6mm處，260°C持續5秒。定義了迴焊或手工焊接的溫度曲線，以防止封裝損壞。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下（T_A= 25°C）測量的，定義了裝置的典型性能。

2.2.1 輸入LED特性

• 順向電壓（V_F）：在I_F= 20 mA時，典型值為1.2V至1.6V。這是IR LED在標準測試電流驅動下的壓降。必須根據此值和電源電壓計算限流電阻。
• 逆向電流（I_R）：在V_R= 5V時，最大值為100 µA。這是LED反向偏壓時的小漏電流。

2.2.2 輸出光電晶體特性

• 集極-射極崩潰電壓（V_(BR)CEO）：在I_C= 1mA時，最小值為30V。此高崩潰電壓允許在集極電路中使用更高的電源電壓。
• 射極-集極崩潰電壓（V_(BR)ECO）：在I_E= 100µA時，最小值為5V。
• 集極-射極暗電流（I_CEO）：在V_CE= 10V時，最大值為100 nA。這是光電晶體處於完全黑暗（無IR光）時的漏電流。對於感測應用中的良好訊噪比，低值至關重要。

2.2.3 耦合器（完整裝置）特性

• 集極-射極飽和電壓（V_CE(SAT)）：在I_C= 0.2mA且I_F= 20mA時，最大值為0.4V。這是光電晶體完全導通（飽和）時兩端的電壓。較低的值更好，因為它可以最小化功率損耗。
• 導通狀態集極電流（I_C(ON)）：在V_CE= 5V且I_F= 20mA時，最小值為0.4 mA。這規定了當IR LED被驅動且光路未被阻斷時產生的最小光電流。此參數直接關係到裝置的靈敏度。
• 上升時間（T_r）：在測試條件下（I_C=2mA，R_L=1kΩ，V_CE=5V），典型值為25 µs。這是當IR LED開啟時，光電晶體輸出從其最終值的10%過渡到90%所需的時間。
• 下降時間（T_f）：在相同條件下，典型值為26 µs。這是當IR LED關閉時的過渡時間。這些切換時間定義了裝置可以可靠運作的最大頻率。

3. 機械與封裝資訊

3.1 封裝尺寸

該裝置封裝在標準的4接腳雙列直插式封裝中。規格書中的關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸均以毫米為單位提供，括號內為英吋。
• 標準公差為±0.25mm（±0.010"），除非特定特徵註記另有說明。
• 本體寬度約為7.62mm，接腳間距遵循標準的0.1英吋（2.54mm）網格圖案，適用於穿孔PCB安裝。

該封裝設計用於波峰焊接或手工焊接製程。規格書中的尺寸圖提供了PCB佈局設計的關鍵測量值，包括引線直徑、接腳間距（行與列之間）、本體長度和寬度，以及定義感測孔徑的槽隙寬度。

3.2 接腳定義與極性識別

該裝置有四個接腳。通常，兩個接腳用於IR LED的陽極和陰極，另外兩個用於光電晶體的集極和射極。規格書圖示標示了第1腳，這對於正確的方向至關重要。IR LED是陽極驅動裝置，而光電晶體是NPN型，其集極應通過負載電阻連接到正電源，射極連接到地。LED的極性連接錯誤將導致其無法發光，而光電晶體的連接錯誤將導致沒有輸出訊號。

4. 焊接與組裝指南

規格書指定了一個關鍵的焊接參數：接腳可以承受260°C的溫度，最多持續5秒，測量點距離塑膠外殼1.6mm（0.063"）。此指南對於防止在波峰焊接或手工焊接操作期間對內部半導體晶粒和塑膠封裝材料造成熱損壞至關重要。對於迴焊焊接，應使用峰值溫度不超過260°C且控制液相線以上時間（TAL）的標準曲線。建議遵循JEDEC或IPC標準進行穿孔元件焊接。

5. 應用建議

5.1 典型應用電路

最常見的電路配置涉及使用恆流源驅動IR LED，或者更簡單地，使用電壓源串聯一個限流電阻（R_limit）。R_limit= (V_CC- V_F) / I_F。對於5V電源和期望的I_F為20mA，且V_F= 1.4V，則R_limit= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ω。光電晶體輸出通常連接為開關：集極通過上拉電阻（R_CCload_{）連接到V}，射極連接到地。輸出訊號取自集極節點。當光線照射到電晶體時，它導通，將集極電壓拉低（接近V_CE(SAT)）。當光路被阻斷時，電晶體關閉，集極電壓被R_CCload_拉高至V。R_load的值會影響切換速度和電流消耗；較小的電阻提供更快的切換速度，但在導通狀態下功耗更高。

5.2 設計考量

• 抗環境光干擾：由於該裝置使用紅外線，因此對可見環境光有一定的抗干擾能力。然而，強烈的IR輻射源（例如陽光、白熾燈泡）可能導致誤觸發。使用調變的IR訊號和同步偵測可以大大提高抗干擾能力。
• 對準：發射器和偵測器槽之間的精確機械對準對於最大訊號強度至關重要。PCB佈局和安裝應確保此對準。
• 物體特性：阻斷光束的物體應對所使用的IR波長不透明。反射或半透明材料可能無法可靠觸發感測器。
• 速度要求：上升和下降時間（約25 µs）將最大切換頻率限制在大約1/(Tr+Tf) ≈ 20 kHz（對於方波），但實際限制較低，以確保完全過渡。

6. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線部分。這些圖表通常包含在此類文件中，以視覺化方式呈現關鍵參數如何隨條件變化。預期的曲線包括：

• 順向電流 vs. 順向電壓（I_F-V_F）：顯示IR LED的指數關係，有助於確定在非測試條件電流下的V_F。
• 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）為參數的光電晶體曲線族，顯示飽和區和主動區。
• 電流傳輸比（CTR） vs. 順向電流：CTR = (I_C/ I_F) * 100%。此圖顯示光耦合的效率，通常在非常高的I_F.
• 導通狀態集極電流 vs. 溫度（I_C(ON)-T_A）：說明光電晶體的靈敏度如何隨環境溫度變化，通常在高溫下顯示下降。
• 暗電流 vs. 溫度（I_CEO-T_A）：顯示漏電流隨溫度呈指數增長，這對於高溫操作至關重要。

分析這些曲線可以讓設計師優化工作點，了解跨溫度的性能權衡，並預測非標準條件下的行為。

7. 技術比較與差異

與機械微動開關相比，LTH-301-23P1具有明顯優勢：無接觸彈跳、更長的操作壽命（數百萬次 vs. 數千次）、不受灰塵或油污污染（因為是密封封裝），以及更快的切換速度。與反射式光學感測器相比，像這樣的穿透式光遮斷器提供更一致和可靠的偵測，因為它們對目標物體的顏色或反射率較不敏感；它們只是偵測槽中是否存在物體。此特定型號的關鍵區別在於其平衡了標準穿孔封裝、穩健的電氣額定值（30V V_CEO，50mA I_F）和指定的切換速度，使其成為一種多功能的通用選擇。

8. 常見問題（FAQ）

問：典型的感測距離或槽隙寬度是多少？

答：感測距離實際上是封裝中槽的寬度。物體必須通過此物理間隙才能阻斷光束。規格書的尺寸圖提供了確切的槽寬。

問：我可以直接從微控制器接腳驅動IR LED嗎？

答：可能可以，但您必須檢查接腳的電流供應能力。典型的MCU接腳可以供應20-25mA，這與測試條件相符。然而，您必須按照應用說明中的計算串聯一個限流電阻。不加電阻驅動LED可能會損壞LED和MCU接腳。

問：如何將光電晶體輸出連接到微控制器？

答：最簡單的方法是將光電晶體用作數位輸入。將集極連接到MCU的數位I/O接腳（通常具有可啟用的內部上拉電阻），並通過外部上拉電阻（例如10kΩ）連接到V_CC。射極連接到地。當光束未被阻斷時，電晶體導通，將接腳拉至低電位。當光束被阻斷時，接腳被拉至高電位。確保MCU的輸入電壓位準與V_CC used.

問：什麼會影響切換速度？

答：光電晶體的固有上升/下降時間（約25µs）是主要限制。然而，電路因素可能進一步減慢速度。大的負載電阻（R_L）會增加對任何寄生電容充電/放電的RC時間常數，減慢上升時間。同樣地，用過大的電流驅動IR LED可能由於載子儲存效應導致關閉變慢。為了獲得最大速度，請使用建議的I_F和適中較小的R_L.

9. 工作原理

光遮斷器是一種穿透式光電裝置。它在單一封裝中包含兩個獨立的元件：一個紅外線光源（IR LED）和一個光偵測器（光電晶體），彼此面對面，中間有一個小的氣隙或槽。IR LED以適當的電流正向偏壓，使其發射紅外線光子。這些光子穿過間隙並撞擊NPN光電晶體的基極區域。光子能量在基極產生電子-電洞對，有效地產生基極電流。此光生基極電流被電晶體的增益放大，導致更大的集極電流從集極流向射極，使電晶體導通。當不透明物體插入槽中時，它會阻斷光路。基極電流的光生停止，電晶體停止被偏壓導通，集極電流降至非常低的值（暗電流），使電晶體關閉。此開/關動作提供了一個對應於物體存在與否的乾淨數位訊號。

10. 包裝與訂購資訊

型號為LTH-301-23P1。規格書未指定批量包裝細節（例如捲帶包裝、管裝數量）。對於生產，應諮詢製造商或經銷商的包裝規格。規格編號DS-55-96-0025和文件代碼BNS-OD-C131/A4是規格書本身的內部參考。此文件修訂版的生效日期為2000年8月3日。