LTH-301-23 光遮斷器規格書 - 尺寸 4.0x3.2x2.5mm - 順向電壓 1.6V - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTH-301-23 是一款緊湊型、直插式光遮斷器模組，專為非接觸式開關應用而設計。它將一個紅外線發光二極體（IR LED）和一個光電晶體整合在單一外殼內，兩者之間由一個物理間隙隔開。其核心工作原理是透過阻斷發射器與偵測器之間的紅外線光束，從而導致光電晶體的輸出狀態發生相應變化。這使其非常適合需要位置感測、物體偵測或無物理接觸的極限開關等應用，從而消除了機械磨損，並實現了高可靠性和快速的開關速度。

其主要優勢包括非接觸式操作，可提供長使用壽命；快速響應時間，適用於計數或速度偵測；以及設計相容於直接PCB安裝或標準雙列直插式插座，便於整合。目標市場和應用非常廣泛，涵蓋辦公室自動化設備（印表機、影印機）、工業自動化（輸送帶物體偵測、位置感測）、消費性電子產品以及各種儀器與控制系統。

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。在此條件下操作無法保證。關鍵限制包括：

• 紅外線二極體連續順向電流（I_F)）：60 mA。這是可以通過紅外線LED的最大穩態電流。
• 紅外線二極體峰值順向電流：在每秒300個脈衝、脈衝寬度10 μs的條件下為1 A。這允許在需要更強訊號脈衝的應用中，使用短暫的高強度脈衝。
• 光電晶體集極-射極電壓（V_CEO)）：30 V。這是可以施加在輸出電晶體集極和射極之間的最大電壓。
• 操作溫度範圍：-25°C 至 +85°C。這定義了元件可靠操作的環境溫度範圍。
• 引腳焊接溫度：距離外殼1.6mm處，260°C持續5秒。這對於組裝製程控制以防止熱損壞至關重要。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在環境溫度（T_A）為25°C時指定的，定義了典型的操作性能。

2.2.1 輸入端（紅外線LED）特性

• 順向電壓（V_F)）：在順向電流（I_F）為20 mA時，典型值為1.2V至1.6V。此值用於計算LED驅動電路中的限流電阻值。
• 逆向電流（I_R)）：在逆向電壓（V_R）為5V時，最大值為100 μA。這表示LED在逆向偏壓時的漏電流，其值非常低。

2.2.2 輸出端（光電晶體）特性

• 集極-射極崩潰電壓（V_(BR)CEO)）：最小值30V。這確保了電晶體能夠承受典型的電路電壓。
• 集極-射極暗電流（I_CEO)）：在V_CE=10V時，最大值為100 nA。這是LED關閉（無光）時的漏電流，決定了關斷狀態的訊號位準。
• 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。這是電晶體完全導通時兩端的電壓降，對於邏輯位準介面很重要。
• 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。這指定了光束未被阻斷時可用的最小輸出電流，定義了感測器的靈敏度。

2.2.3 耦合器（系統）特性

• 上升時間（t_r)）：在測試條件V_CE=5V、I_C=2mA、R_L=100Ω下，典型值為3 μs，最大值為15 μs。
• 下降時間（t_f)）：在相同條件下，典型值為4 μs，最大值為20 μs。

這些響應時間定義了輸出從關斷切換到導通（上升）以及從導通切換到關斷（下降）的速度。快速的開關速度（微秒級）使其能夠偵測快速移動的物體或用於高速計數應用。

3. 性能曲線分析

規格書中引用了典型的電氣/光學特性曲線。雖然提供的文本未詳細說明具體圖表，但此類元件的標準曲線通常包括：

• 紅外線LED的順向電流 vs. 順向電壓（I_F-V_F）曲線：顯示非線性關係，對於設計驅動電路至關重要。
• 光電晶體的集極電流 vs. 集極-射極電壓（I_C-V_CE）曲線：在不同輻照度（LED電流）下，這些輸出曲線顯示了電晶體的操作區域（截止區、主動區、飽和區）。
• 電流傳輸比（CTR） vs. 順向電流曲線：CTR是光電晶體集極電流（I_C）與LED順向電流（I_F）的比值。此曲線顯示了光耦合的效率及其如何隨驅動電流變化。
• 暗電流（I_CEO）與導通狀態電流（I_C(ON))）的溫度相依性曲線

：這些曲線說明了在極端溫度下性能如何下降，這對於設計在指定溫度範圍內運作的穩健系統至關重要。

這些曲線讓設計人員能夠優化操作點、理解性能權衡，並確保在所有指定條件下的可靠運作。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸

• LTH-301-23採用標準直插式封裝。規格書中的關鍵尺寸註記：
• 所有尺寸均以公釐提供，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。

封裝設計用於直接PCB安裝或插入標準雙列直插式插座，為組裝和原型製作提供了靈活性。

發射器與偵測器之間的物理間隙在外殼內是固定的，定義了遮斷物體通過的槽口。此間隙的確切寬度是尺寸圖中的關鍵機械規格。

4.2 極性識別與接腳定義

為了正確操作，正確識別接腳至關重要。該元件有四根引腳。通常，一側的兩根引腳屬於紅外線LED（陽極和陰極），另一側的兩根則屬於光電晶體（集極和射極）。規格書的封裝圖會清楚標示第1腳，通常在外殼上有凹口、圓點或斜邊。電氣特性表確認了LED的陽極為正極，而在共射極配置中使用時，NPN光電晶體的集極為正極。

5. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值提供了焊接的關鍵指南：引腳焊接溫度不得超過260°C，持續時間為5秒，測量點距離塑膠外殼1.6mm（0.063"）。這是標準預防措施，以防止在波峰焊或手工焊接過程中，內部環氧樹脂或半導體晶片因過熱而損壞。

• 建議：
• 使用溫控烙鐵。
• 盡量減少烙鐵與引腳的接觸時間。
• 對於波峰焊，確保溫度曲線（預熱、浸潤、峰值溫度、液相線以上時間）受到控制以滿足此要求。

避免在焊接期間或之後對引腳施加機械應力。儲存條件：

元件應儲存在指定的儲存溫度範圍-40°C至+100°C內，最好在乾燥、防靜電的環境中，以防止吸濕（可能導致迴焊時產生爆米花現象）和靜電放電損壞。

6. 應用建議

6.1 典型應用電路最常見的配置是共射極開關_{。紅外線LED透過一個限流電阻（R}limit_{）連接到電壓源來驅動。電阻值計算為R}limit_CC= (V_F- V_F) / I_{。光電晶體的集極連接到一個上拉電阻（R}pull-up_{）和電源電壓，而射極則接地。輸出訊號取自集極節點。當光束未被阻斷時，電晶體導通，將輸出電壓拉低（接近V}CE(SAT)_CC）。當光束被阻斷時，電晶體關斷，上拉電阻將輸出電壓拉高（至V

）。

• 6.2 設計考量電流設定_F：根據所需的靈敏度和功耗選擇I_F。較高的I_{可提供較高的I}C(ON)
• ，但會增加功耗。_{輸出負載電阻（R})pull-up
• ）：其值會影響開關速度和輸出電流能力。較小的電阻可提供更快的上升時間（較短的RC時間常數）和更高的汲入電流，但當電晶體導通時會消耗更多功率。環境光抗干擾性
• ：由於它使用調變的紅外線，因此對大多數環境可見光具有良好的抗干擾性。然而，強烈的紅外線光源（例如陽光、白熾燈泡）可能導致誤觸發。使用調變的LED驅動訊號和同步的偵測器電路可以大大增強抗雜訊能力。物體特性
• ：感測器偵測任何對紅外線波長不透明的物體。物體的尺寸、速度和材料將影響訊號的完整性。對準

：遮斷物體與感測器槽口的精確機械對準對於可靠操作是必要的。

7. 技術比較與差異化_{與機械微動開關相比，LTH-301-23提供了更長的使用壽命（數百萬次 vs. 數千次循環）、更快的響應和靜音操作。與反射式光學感測器相比，像這樣的穿透式光遮斷器通常更可靠，並且對目標物體的顏色或反射率變化較不敏感，因為它們依賴於光束阻斷而非反射。其在光遮斷器類別中的關鍵差異化特點是其封裝尺寸、槽口寬度、電氣靈敏度（I}C(ON)

）和快速開關速度的特定組合，使其適用於空間受限、高速的應用。

8. 常見問題（FAQ）

Q1：紅外線LED的典型工作電流是多少？_FA1：規格書在大多數測試條件下使用I

= 20 mA，這是一個常見且可靠的工作點。可以驅動得更低以節省功率，或短暫驅動得更高（在絕對極限內）以增加訊號強度。

Q2：如何將輸出端與微控制器介接？_CCA2：數位輸出（光束存在時為低電位，被阻斷時為高電位）可以直接連接到微控制器的數位輸入腳位。確保輸出電壓位準（高電位為V_{，低電位為V}CE(SAT)

）與MCU的邏輯位準相容。通常需要一個上拉電阻。

Q3：它能偵測透明物體嗎？

A3：使用紅外線的標準光遮斷器可能無法可靠地偵測對紅外線波長透明的物體（例如某些塑膠）。對於此類應用，可能需要使用不同波長或不同感測原理的感測器。

Q4：上升時間和下降時間的意義是什麼？_rA4：這些時間限制了最大開關頻率。理論上的最大頻率約為1/(t_f+ t

)。以典型的3μs和4μs時間計算，該元件可以處理高達數十kHz的頻率，適用於高速計數或編碼器應用。

9. 工作原理

光遮斷器是一種穿透式光電元件。它由一個紅外線光源（LED）和一個光偵測器（光電晶體）組成，兩者相對放置在外殼內，之間有一個精確的間隙。當電流通過LED時，它會發射紅外線。這道光穿過間隙並照射到光電晶體的基極區域。光子在基極中產生電子-電洞對，這有效地充當基極電流，使電晶體導通並允許集極電流流動。當不透明物體進入間隙時，它會阻斷光路。光生基極電流停止，電晶體關斷，集極電流降至非常低的值（暗電流）。輸出電流的這種開/關變化被用作開關訊號。

10. 產業趨勢