ورقة بيانات مقطع الضوء ITR8104 - الأشعة تحت الحمراء 940 نانومتر - 5 فولت/20 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة ITR8104 هي مقطع ضوئي مدمج مصمم لتطبيقات الاستشعار والتبديل غير التلامسية. وهي تدمج ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء وترانزستور ضوئي من السيليكون من نوع NPN داخل غلاف واحد من البلاستيك الحراري الأسود. يتم ترتيب المكونات جنبًا إلى جنب على محاور بصرية متقاربة. في الحالة الطبيعية، يستقبل الترانزستور الضوئي الإشعاع تحت الأحمر المنبعث من الثنائي الباعث للضوء. عندما يعترض جسم معتم مسار الضوء بين الباعث والمستقبل، يتوقف الترانزستور الضوئي عن التوصيل، مما يوفر إشارة تبديل واضحة.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا الجهاز وقت استجابة سريع، وحساسية عالية، وطول موجة انبعاث ذروة يبلغ 940 نانومتر، وهو خارج الطيف المرئي لتقليل التداخل من الضوء المحيط. تم تصنيع الجهاز من مواد خالية من الرصاص ويتوافق مع اللوائح البيئية ذات الصلة مثل RoHS و EU REACH.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود قد يتسبب في تلف دائم.

• المدخل (ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء):
  • تبديد الطاقة (Pd): 75 ميلي واط (عند أو أقل من 25°م)
  • الجهد العكسي (VR): 5 فولت
  • التيار الأمامي (IF): 50 مللي أمبير
• المخرج (الترانزستور الضوئي):
  • تبديد طاقة المجمع (Pc): 75 ميلي واط
  • تيار المجمع (IC): 20 مللي أمبير
  • جهد المجمع-الباعث (BV_CEO): 30 فولت
  • جهد الباعث-المجمع (BV_ECO): 5 فولت
• الحرارية:
  • درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -25°م إلى +85°م
  • درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40°م إلى +85°م
  • درجة حرارة لحام الأطراف (T_sol): 260°م لمدة ≤5 ثوانٍ (مقاسة على بعد 3 مم من العبوة)

2.2 الخصائص الكهروضوئية (T_a=25°م)

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل النموذجية.

• خصائص المدخل (ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء):
  • الجهد الأمامي (V_F): 1.2 فولت (نموذجي)، 1.6 فولت (أقصى) عند I_F=20 مللي أمبير
  • التيار العكسي (I_R): 10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5 فولت
  • طول موجة الذروة (λ_P): 940 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير
• خصائص المخرج (الترانزستور الضوئي):
  • Dark Current (I_CEO): 100 نانو أمبير (أقصى) عند V_CE=20 فولت، E_e=0 ميلي واط/سم²
  • جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)): 0.4 فولت (أقصى) عند I_C=0.5 مللي أمبير، I_F=20 مللي أمبير
  • تيار المجمع (I_C(ON)): 0.5 مللي أمبير (حد أدنى) عند V_CE=5 فولت، I_F=20 مللي أمبير
  • زمن الصعود (t_r): 20 ميكرو ثانية (نموذجي) عند V_CE=5 فولت، I_C=1 مللي أمبير، R_L=1 كيلو أوم
  • زمن الهبوط (t_f): 20 ميكرو ثانية (نموذجي) عند V_CE=5 فولت، I_C=1 مللي أمبير، R_L=1 كيلو أوم

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات أساسية لمهندسي التصميم.

3.1 خصائص ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء

توضح الرسوم البيانية العلاقة بين التيار الأمامي ودرجة حرارة المحيط، مُظهرةً ضرورة تخفيض التصنيف عند درجات الحرارة المرتفعة للبقاء ضمن حدود الطاقة. يُؤكد منحنى الحساسية الطيفية على ذروة الانبعاث عند 940 نانومتر. يظهر رسم بياني آخر التباين الطفيف في طول موجة ذروة الانبعاث مع درجة حرارة المحيط، وهو عادةً ما يكون ضئيلاً في معظم التطبيقات.

3.2 خصائص الترانزستور الضوئي

تشمل الرسوم البيانية الرئيسية العلاقة بين تيار المجمع والتيار الأمامي (خصائص النقل) عند درجات حرارة مختلفة، مما يسلط الضوء على حساسية الجهاز. يعد رسم بياني تبديد طاقة المجمع مقابل درجة حرارة المحيط حاسمًا لإدارة الحرارة، حيث يشير إلى كيفية انخفاض الطاقة القصوى المسموح بها مع ارتفاع درجة حرارة المحيط.

4. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

4.1 أبعاد العبوة

يأتي ITR8104 في عبوة قياسية مثبتة عبر الثقب. تشمل الأبعاد الحرجة تباعد الأطراف، وعرض الجسم، والارتفاع الكلي. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام ±0.3 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج منها الأطراف من جسم العبوة البلاستيكية.

4.2 تحديد القطبية والتركيب

يحتوي الجهاز على توزيع أطراف قياسي: مصعد وكاثود ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء، ومجمع وباعث الترانزستور الضوئي. عادةً ما يكون الغلاف مُعلَمًا أو مشكلاً للإشارة إلى الطرف 1. عند التركيب على لوحة دارة مطبوعة، يجب محاذاة الثقوب بدقة مع مواقع الأطراف لتجنب فرض إجهاد ميكانيكي على جسم الإيبوكسي، مما قد يؤدي إلى تدهور الأداء أو التسبب في عطل.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 تشكيل الأطراف

• يجب إجراء الانحناء على مسافة أكبر من 3 مم من أسفل جسم راتنج الإيبوكسي.
• يجب إكمال تشكيل الأطرافقبلعملية اللحام.
• يجب تثبيت إطار الأطراف بشكل آمن أثناء الانحناء لمنع الإجهاد على العبوة.
• يجب إجراء قطع الأطراف في درجة حرارة الغرفة.

5.2 توصيات اللحام

لمنع التلف الحراري، حافظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى لمبة الإيبوكسي.

• اللحام اليدوي:درجة حرارة طرف المكواة: 300°م كحد أقصى (30 واط كحد أقصى). وقت اللحام: 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل طرف.
• اللحام بالموجة/الغمس:درجة حرارة التسخين المسبق: 100°م كحد أقصى (60 ثانية كحد أقصى). درجة حرارة حمام اللحام: 260°م كحد أقصى. وقت المكوث: 5 ثوانٍ كحد أقصى.
• تجنب التبريد السريع بعد اللحام. اسمح للجهاز بالعودة إلى درجة حرارة الغرفة تدريجيًا.
• يجب عدم إجراء لحام الغمس أو اللحام اليدوي أكثر من مرة واحدة.

5.3 ملف اللحام الموصى به

يقترح الملف تسخينًا مسبقًا تدريجيًا، ووقتًا مُتحكمًا به فوق نقطة السيولة (عادةً 260°م)، ومعدل تبريد مُتحكم به لتقليل الصدمة الحرارية للمكون.

6. التخزين والتعامل

• التخزين الأولي (بعد الشحن):10–30°م، رطوبة نسبية ≤70% لمدة تصل إلى 3 أشهر.
• التخزين طويل الأمد (أكثر من 3 أشهر):10–25°م، رطوبة نسبية 20–60% في حاوية محكمة الغلق بجو من النيتروجين لمدة تصل إلى عام واحد.
• بعد فتح العبوة:قم بالتخزين عند 10–25°م، رطوبة نسبية 20–60%. استخدم خلال 24 ساعة أو في أسرع وقت ممكن. أعد إغلاق الأجهزة غير المستخدمة على الفور.
• تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في بيئات الرطوبة العالية لمنع التكثيف.
• التنظيف:التنظيف بالموجات فوق الصوتيةغيرموصى به لهذا الجهاز.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

التعبئة القياسية هي: 100 قطعة لكل أنبوب، 20 أنبوبًا لكل صندوق، و4 صناديق لكل كرتونة.

7.2 معلومات الملصق

يتضمن ملصق المنتج حقولًا لـ: رقم منتج العميل (CPN)، رقم المنتج (P/N)، كمية التعبئة (QTY)، رتبة شدة الإضاءة (CAT)، رتبة الطول الموجي السائد (HUE)، رتبة الجهد الأمامي (REF)، رقم الدفعة (LOT No.)، ورمز تاريخ/شهر (X).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• استشعار الموضع/السرعة:في فئران الكمبيوتر وآلات النسخ ومشغلات الأقراص المرنة للكشف عن الدوران أو الحركة الخطية.
• التبديل غير التلامسي:كشف الأجسام في آلات البيع، أنظمة الأمن، والأتمتة الصناعية.
• كشف الحافة:في الطابعات والماسحات الضوئية للكشف عن وجود الورق أو حواف الوسائط.
• التركيب المباشر على اللوحة:مناسب لتطبيقات لوحات الدوائر المطبوعة المثبتة عبر الثقب حيث يكون التبديل المعزول الموثوق به مطلوبًا.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومًا متسلسلًا مع ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء لتحديد التيار الأمامي (I_F) إلى القيمة المطلوبة، عادةً 20 مللي أمبير أو أقل لموثوقية طويلة الأمد.
• مقاوم الحمل:عادةً ما يتم توصيل مقاوم سحب بين مجمع الترانزستور الضوئي وجهد الإمداد (V_CC). القيمة (مثل 1 كيلو أوم) تؤثر على تأرجح جهد الخرج وسرعة التبديل.
• الضوء المحيط:بينما يساعد مرشح 940 نانومتر، فإن تصميم حاجز مادي أو غلاف لحماية المستشعر من مصادر الأشعة تحت الحمراء المحيطة المباشرة (مثل ضوء الشمس أو المصابيح المتوهجة) يحسن الموثوقية.
• وقت الاستجابة:للتطبيقات عالية السرعة، ضع في الاعتبار زمن الصعود/الهبوط النموذجي البالغ 20 ميكرو ثانية وتأكد من أن دائرة القيادة يمكنها استيعابه.
• إدارة الحرارة:الالتزام بمنحنيات تخفيض التصنيف للطاقة، خاصة في بيئات درجة حرارة المحيط المرتفعة.

9. المقارنة الفنية والتمييز

يقدم ITR8104 مجموعة متوازنة من الخصائص. يوفر طول موجته البالغ 940 نانومتر مناعة جيدة ضد ضوضاء الضوء المرئي. يوفر تصميم المحاور المتقاربة جنبًا إلى جنب فجوة استشعار محددة جيدًا، مما يجعله مناسبًا لكشف الحافة وتحديد موضع الجسم بدقة. وقت الاستجابة السريع البالغ 20 ميكرو ثانية يتيح الاستخدام في تطبيقات العد أو الترميز متوسطة السرعة. توفر العبوة المثبتة عبر الثقب تثبيتًا ميكانيكيًا قويًا للتطبيقات المعرضة للاهتزاز. عند مقارنتها بمستشعرات الانعكاس، توفر المقاطع الضوئية إشارة تشغيل/إيقاف أكثر تحديدًا لأنها لا تتأثر بعاكسية الجسم المستهدف.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

10.1 ما هو تيار التشغيل النموذجي لثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء؟

يتم تحديد الخصائص الكهروضوئية عند I_F= 20 مللي أمبير، وهي نقطة تشغيل شائعة وموثوقة. يمكن تشغيله حتى الحد الأقصى المطلق البالغ 50 مللي أمبير لإخراج أعلى، ولكن هذا يتطلب إدارة حرارية دقيقة وقد يقلل من الموثوقية طويلة الأمد.

10.2 ما مدى حساسية الترانزستور الضوئي؟

المعلمة الرئيسية هي I_C(ON)، والتي يتم ضمان أن تكون على الأقل 0.5 مللي أمبير عند تشغيل ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء بـ 20 مللي أمبير و V_CE=5 فولت. يوفر هذا إشارة قوية لواجهات التبديل الرقمية مع مقاوم سحب مناسب.

10.3 هل يمكنني استخدام هذا لاستشعار الأجسام الشفافة؟

لا. تم تصميم ITR8104 للكشف عن الأجسام المعتمة التي تعترض شعاع الأشعة تحت الحمراء بالكامل. قد تسمح المواد الشفافة أو شبه الشفافة بمرور ما يكفي من ضوء الأشعة تحت الحمراء، مما يمنع الترانزستور الضوئي من الإيقاف التام.

10.4 ما هي المسافة الموصى بها بين الباعث والمستقبل لجسم ما؟

لا تحدد ورقة البيانات فجوة قصوى. يتم تحديد الفجوة الفعالة من خلال المحاذاة وشدة ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء. للتشغيل الموثوق، يجب أن يشغل الجسم بالكامل المسار البصري المتقارب بين العنصرين. تبلغ مسافة الاستشعار النموذجية بضعة ملليمترات، محددة بالغلاف الميكانيكي.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: كشف انحشار الورق في طابعة
يتم تركيب ITR8104 عبر مسار الورق. يقوم طرف متحكم دقيق بتشغيل ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء عبر مقاوم 150 أوم (محددًا I_Fإلى ~20 مللي أمبير عند 3.3 فولت). يتم توصيل مجمع الترانزستور الضوئي بطرف الإدخال الرقمي للمتحكم الدقيق عبر مقاوم سحب 4.7 كيلو أوم إلى 3.3 فولت. في حالة "وجود الورق"، يحجب الورق الشعاع، يكون الترانزستور الضوئي مطفأ، ويقرأ طرف الإدخال HIGH عبر مقاوم السحب. عندما يكون مسار الورق خاليًا، يصل ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى الترانزستور الضوئي، مما يشغله ويسحب طرف الإدخال إلى LOW. يراقب المتحكم الدقيق هذا الطرف. تشير حالة HIGH المستمرة عند توقع وجود ورق إلى انحشار أو تغذية خاطئة. يضمن وقت الاستجابة السريع الكشف السريع عن الانحشار، ويمنع الطول الموجي 940 نانومتر المشغلات الخاطئة من إضاءة الغرفة.

12. مبدأ التشغيل

يعمل ITR8104 على مبدأ كشف الضوء المُعدل. يبعث ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء فوتونات بطول موجة 940 نانومتر. يعمل ترانزستور ضوئي من السيليكون، موضوع مقابل الثنائي الباعث للضوء، كمستقبل. عندما تضرب فوتونات ذات طاقة كافية منطقة القاعدة للترانزستور الضوئي، تولد أزواج إلكترون-فجوة. يعمل هذا التيار الضوئي المتولد كتيار قاعدة، مما يتسبب في توصيل الترانزستور لتيار مجمع أكبر بكثير (التأثير الكهروضوئي مجتمعًا مع تضخيم الترانزستور). يوقف وجود جسم معتم في مسار الضوء وصول الفوتونات إلى الترانزستور الضوئي، مما يلغي تيار القاعدة ويوقف الترانزستور. وهذا يخلق إشارة خرج رقمية مرتبطة بوجود أو غياب الجسم.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تبقى المقاطع الضوئية مكونات أساسية في الأنظمة الكهروميكانيكية. تركز الاتجاهات الحالية على التصغير (عبوات SMD أصغر)، ودمج دوائر تكييف الإشارات الإضافية (مثل مشغلات شميت أو المضخمات) داخل العبوة لتوفير إخراج رقمي أنظف، وتحسين مقاومة الملوثات البيئية. هناك أيضًا اتجاه نحو متغيرات أسرع لتطبيقات الترميز المتقدمة. يظل المبدأ الأساسي للمقطع الضوئي قويًا بسبب عزلته الكهربائية، وطبيعته غير التلامسية، وموثوقيته مقارنة بالمفاتيح الميكانيكية البحتة.