目錄
1. 產品概述
LTH-301-19 是一款緊湊型非接觸式開關裝置，專為需要可靠物體偵測或位置感測的應用而設計。其運作原理是將一個紅外線發光二極體（IR LED）與一個光電晶體配對。當物體阻斷發射器與偵測器之間的紅外線光束時，光電晶體的輸出狀態會發生變化，從而提供一個開關訊號。此裝置適用於直接安裝在PCB上或搭配雙列直插式插座使用，為各種工業與消費性電子應用提供快速可靠的解決方案。
2. 技術參數深度客觀解讀
2.1 絕對最大額定值
這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的極限。IR二極體可承受60 mA的連續順向電流與5 V的反向電壓。光電晶體的集極電流限制為20 mA，功耗為100 mW。對於IR二極體，在脈衝條件下（脈衝寬度10 μs，300 pps）允許1 A的峰值順向電流。裝置額定工作溫度範圍為-25°C至+85°C，儲存範圍為-40°C至+100°C。在距離本體1.6mm處測量時，引腳焊接溫度不得超過260°C，持續時間5秒。
2.2 電氣與光學特性
本節詳細說明裝置在25°C環境溫度下典型工作條件下的性能。
2.2.1 輸入LED特性
IR LED的順向電壓（VF）在順向電流（IF）為20mA時，典型值為1.6V，最大值為1.6V。在反向電壓（VR）為5V時，反向電流（IR）最大值為100 μA。
2.2.2 輸出光電晶體特性
集極-射極崩潰電壓（V(BR)CEO）最小值為30V。射極-集極崩潰電壓（V(BR)ECO）最小值為5V。集極-射極暗電流（ICEO）在VCE=10V時最大值為100 nA，表示LED關閉時的漏電流。
2.2.3 耦合器特性
當光電晶體驅動至飽和狀態時（IC=70μA，IF=1.4mA），集極-射極飽和電壓（VCE(SAT)）最大值為0.4V。導通狀態集極電流（IC(ON)）在VCE=3.3V且IF=1.4mA時，典型值為70 μA；在VCE=5V且IF=20mA時，可達10 mA，顯示了裝置在不同驅動條件下的靈敏度與輸出能力。
2.2.4 響應時間
開關速度以上升時間（tr）和下降時間（tf）來表徵。典型上升時間為3 μs（最大15 μs），典型下降時間為4 μs（最大20 μs），此數據在特定測試條件下測得（VCE=5V，Ic=2mA，RL=100Ω）。這定義了裝置進行高速偵測的能力。
3. 機械與封裝資訊
3.1 封裝尺寸
本裝置採用標準穿孔式封裝。所有尺寸均以毫米為單位指定，除非另有說明，否則預設公差為±0.25mm。規格書中提供了精確的尺寸圖，詳細說明了本體尺寸、引腳間距以及PCB佈局的整體佔位面積。
3.2 極性識別
正確的方向至關重要。規格書中包含一張圖表，清楚標示了IR LED的陽極與陰極，以及光電晶體的集極與射極。錯誤安裝裝置可能導致故障或損壞。
4. 性能曲線分析
規格書包含典型的電氣與光學特性曲線，除非另有說明，否則均在25°C環境溫度下繪製。這些圖表對於理解超出表格所列最小值、典型值和最大值之外的裝置行為至關重要。
4.1 傳輸特性
曲線可能顯示了在不同集極-射極電壓（VCE）下，輸入LED順向電流（IF）與輸出光電晶體集極電流（IC）之間的關係。這說明了電流傳輸比（CTR），這是一個關鍵的增益參數。
4.2 輸出飽和特性
描繪不同IF水平下VCE(SAT)與IC關係的圖表，有助於設計者理解當光電晶體完全導通時的輸出電壓水平，這對於與邏輯電路的介面設計非常重要。
4.3 溫度依存性
雖然主要數據是在25°C下測得，但特性曲線可能顯示了暗電流（ICEO）和輸出電流等參數如何隨溫度變化，這對於在指定工作範圍內設計穩定系統至關重要。
5. 焊接與組裝指南
5.1 焊接參數
絕對最大額定值規定，引腳可在260°C下焊接，最長5秒，測溫點距離塑膠外殼1.6mm（0.063英寸）。這對於防止內部元件和塑膠封裝受到熱損壞至關重要。
5.2 操作與儲存
裝置應儲存在指定的-40°C至+100°C溫度範圍內。在操作和組裝過程中，應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施，以防止半導體接面受損。
6. 應用建議
6.1 典型應用場景
LTH-301-19非常適合用於印表機（卡紙偵測、碳粉量偵測）、影印機、自動販賣機（硬幣/物體偵測）、工業自動化（位置感測、極限開關）和消費性電子產品中的非接觸式感測。其快速開關速度使其適用於計數或速度測量應用。
6.2 設計考量
限流電阻：必須使用一個外部電阻與IR LED串聯，以將其順向電流（IF）限制在安全值，通常在1.4mA的測試條件與60mA的絕對最大值之間，以平衡亮度與使用壽命。
負載電阻：連接到光電晶體集極的負載電阻（RL）值會影響輸出電壓擺幅和響應時間。較小的RL提供更快的開關速度，但輸出電壓擺幅較小。
環境光：作為紅外線裝置，它較不易受到可見環境光的干擾。然而，對於關鍵應用，可以採用機械遮罩或調變/解調變技術來增強抗雜訊能力。
對準：發射器與偵測器槽口之間的精確機械對準對於最佳性能和最大感測距離是必要的。
7. 技術比較與差異化
與機械開關相比，LTH-301-19提供了非接觸式操作的關鍵優勢，從而實現無磨損、更長的使用壽命、靜音操作以及更高的潛在開關速度。與其他光學感測器相比，其整合的槽型封裝提供了內建的光路，相對於分離的發射器和偵測器元件，簡化了機械設計並提高了對準可靠性。指定的飽和電壓（VCE(SAT)<0.4V）確保了與低壓邏輯電路的良好相容性。
8. 常見問題（基於技術參數）
問：暗電流（ICEO）參數的目的是什麼？
答：暗電流是指當沒有來自IR LED的光線入射時（即光束被阻斷或LED關閉），流經光電晶體的小漏電流。低暗電流（最大100 nA）是理想的，因為它可以最小化關斷狀態電流，從而使開關的導通和關斷狀態之間的區分更加清晰。
問：如何選擇LED限流電阻的值？
答：使用歐姆定律：R = (Vcc - VF) / IF。Vcc是您的電源電壓，VF是LED順向電壓（設計時建議使用1.6V以保留餘裕），IF是您期望的工作電流（例如，20mA以獲得完整輸出）。確保計算出的電阻功耗在其額定值範圍內。
問：此感測器可以在戶外使用嗎？
答：工作溫度範圍為-25°C至+85°C，涵蓋了許多環境。然而，陽光直射含有強烈的紅外線輻射，可能使感測器飽和。防塵防潮的環境密封並非本封裝規格的一部分，需要另行考慮。
問：什麼因素會影響感測距離或間隙？
答：感測間隙受LED驅動電流（IF）、光電晶體的靈敏度、對準情況以及阻斷光束的物體不透明度影響。規格書並未指定最大間隙；必須針對特定物體和所需的訊號餘裕度進行實測確定。
9. 實際使用案例
案例：桌上型印表機中的紙張偵測。LTH-301-19可以安裝在紙張路徑穿過其槽口的位置。一個配置了上拉電阻的微控制器GPIO引腳監控光電晶體的集極。當沒有紙張時，紅外線光束到達偵測器，使光電晶體導通，並將集極電壓拉低（接近VCE(SAT)）。當紙張進入槽口時，它阻斷光束，使光電晶體關斷，允許上拉電阻將集極電壓拉高至Vcc。微控制器偵測此電壓轉變以確認紙張存在或觸發缺紙警報。快速的響應時間確保了即使對於快速移動的紙張也能進行偵測。
10. 工作原理介紹
LTH-301-19是一款傳輸型光學感測器，封裝在U型塑膠外殼中。在一側，一個紅外線發光二極體（IR LED）發射出波長通常約為940nm的光線。正對面，在槽口的另一側，一個矽NPN光電晶體作為接收器。光電晶體的設計使得入射到其基極區域的光線會產生電子-電洞對，這些電子-電洞對充當基極電流，從而控制更大的集極-射極電流。當槽口中沒有物體時，來自IR LED的光線照射到光電晶體上，使其導通（ON狀態）。當物體進入槽口時，它阻斷了光路，大幅減少照射到光電晶體上的光線，使其停止導通（OFF狀態）。此輸出電流/電壓的變化被用作開關訊號。
11. 技術趨勢
像LTH-301-19這樣的光遮斷器代表了一種成熟可靠的技術。該領域的當前趨勢包括：封裝小型化以實現更高密度的PCB安裝；開發表面黏著裝置（SMD）版本以促進自動化組裝；以及在封裝內整合額外電路，例如施密特觸發器或放大器，以提供乾淨的數位輸出訊號並提高抗雜訊能力。同時也專注於降低功耗，特別是針對電池供電的應用，方法是優化LED效率和光電晶體靈敏度。此外，一些先進的變體在單一封裝中整合了多個發射器或偵測器，用於編碼位置感測或提供冗餘功能。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |