ورقة بيانات مقطع ضوئي ITR20001/T - عبوة 4.0x4.0x2.5 مم - جهد أمامي 1.2 فولت - طول موجة ذروة 940 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة ITR20001/T هي مقطع ضوئي عاكس مصمم لتطبيقات الاستشعار بدون تلامس. تجمع بين صمام ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء وترانزستور ضوئي من السيليكون من نوع NPN داخل غلاف بلاستيكي حراري أسود مضغوط واحد. يتم وضع المكونات جنبًا إلى جنب على محاور بصرية متقاربة. في حالته الافتراضية، لا يتلقى الترانزستور الضوئي إشعاعًا من الباعث. عندما يدخل جسم عاكس إلى فجوة الاستشعار، ينعكس الضوء تحت الأحمر من الباعث عن الجسم ويتم اكتشافه بواسطة الترانزستور الضوئي، مما يتسبب في تغيير حالة خرج الجهاز. هذا المبدأ يتيح الكشف الموثوق عن الأجسام واستشعار الموضع.

2. الميزات الرئيسية والامتثال

يقدم الجهاز عدة مزايا لتصميم الإلكترونيات:

• وقت استجابة سريع:يمكن من الكشف السريع المناسب للتطبيقات عالية السرعة.
• حساسية عالية:يوفر الترانزستور الضوئي إشارة خرج قوية نسبة إلى الاستضاءة الساقطة على المدخل.
• التشغيل بالأشعة تحت الحمراء:يتميز بطول موجة ذروة انبعاث (λp) يبلغ 940 نانومتر، وهو غير مرئي للعين البشرية، مما يقلل من تداخل الضوء المحيط.
• الامتثال البيئي:المنتج خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع لوائح RoHS و EU REACH، وخالٍ من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

3. اختيار الجهاز وبنائه

تم بناء الوحدة بمواد محددة للحصول على أداء مثالي:

• باعث الأشعة تحت الحمراء (IR):يستخدم شريحة GaAlAs (غاليوم ألومنيوم زرنيخيد)، موضوعة خلف عدسة شفافة تمامًا لنقل فعال للأشعة تحت الحمراء.
• الترانزستور الضوئي (PT):يستخدم شريحة سيليكون، موضوعة خلف عدسة سوداء لتصفية الضوء المرئي وتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

يقلل الغلاف الأسود من الانعكاسات الضوئية الداخلية (التداخل) بين الباعث والمستشعر عندما لا يكون هناك جسم حاضر، مما يضمن حالة إيقاف موثوقة.

4. الحدود القصوى المطلقة

تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود قد يسبب تلفًا دائمًا. جميع الحدود محددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

4.1 حدود المدخل (الباعث للأشعة تحت الحمراء)

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط
• الجهد العكسي (VR):5 فولت
• تيار أمامي مستمر (IF):50 ملي أمبير
• تيار أمامي ذروة (IFP):1 أمبير (عرض النبضة ≤100 ميكروثانية، دورة عمل = 1%)

4.2 حدود المخرج (الترانزستور الضوئي)

• تبديد طاقة المجمع (Pd):75 ملي واط
• تيار المجمع (IC):20 ملي أمبير
• جهد المجمع-الباعث (BV_CEO):30 فولت
• جهد الباعث-المجمع (BV_ECO):5 فولت

4.3 الحدود العامة

• درجة حرارة التشغيل (T_opr):-40°C إلى +85°C
• درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +85°C
• درجة حرارة لحام الأطراف (T_sol):260°C لمدة 5 ثوانٍ (مقاسة على بعد 1/16 بوصة من جسم العبوة).

5. الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعلمات الأداء الكهربائي والبصري تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C).

5.1 خصائص باعث الأشعة تحت الحمراء (المدخل)

• الجهد الأمامي (V_F):1.2 فولت (نموذجي) عند I_F= 20mA. الحد الأقصى هو 1.5V.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R= 5V.
• طول موجة الذروة (λ_P):940 نانومتر (نموذجي) عند I_F= 20mA.

5.2 خصائص الترانزستور الضوئي (المخرج)

• تيار الظلام (I_CEO):100 نانو أمبير كحد أقصى عند V_CE= 5V مع استضاءة صفرية (E_e=0). هذا هو تيار التسرب عندما يكون المستشعر مغلقًا.
• جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)):0.4 فولت كحد أقصى عند I_C= 2mA واستضاءة 1 ملي واط/سم². يعتبر V_CE(sat)منخفضًا مرغوبًا فيه لتطبيقات التبديل.
• تيار المجمع (نسبة النقل):
  • I_C(ON): 200 ميكرو أمبير كحد أدنى عند V_CE= 5V و I_F= 20mA. هذا هو التيار عند اكتشاف جسم.
  • I_C(OFF): 2 ميكرو أمبير كحد أقصى تحت نفس الظروف، ممثلاً للتيار المتبقي عندما لا يكون هناك جسم حاضر.
• سرعة التبديل:
  • زمن الصعود (t_r): 25 ميكروثانية (نموذجي)
  • زمن الهبوط (t_f): 25 ميكروثانية (نموذجي) مقاسًا مع V_CE=5V، I_C=100μA، و R_L=100Ω.

6. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات معلومات بيانية توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

6.1 منحنيات باعث الأشعة تحت الحمراء

• التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة.
• الحساسية الطيفية:يؤكد نطاق الانبعاث الضيق المتمركز حول 940 نانومتر.
• طول موجة ذروة الانبعاث مقابل درجة الحرارة:يوضح الانزياح الطفيف في طول موجة الذروة مع تغير درجة الحرارة.
• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى IV):يوفر العلاقة لحساب قيم المقاوم التسلسلي.
• الشدة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي:يوضح قوة الخرج البصري كدالة لتيار القيادة.
• الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية:يصور نمط الانبعاث (ملف الشعاع) لصمام LED تحت الأحمر.

6.2 منحنيات الترانزستور الضوئي

• تبديد طاقة المجمع مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوفر إرشادات تخفيض لقدرة الترانزستور الضوئي على التعامل مع الطاقة.
• الحساسية الطيفية:يوضح استجابة الترانزستور الضوئي عبر الأطوال الموجية، حيث تبلغ ذروتها في منطقة الأشعة تحت الحمراء لتتناسب مع الباعث.
• تيار المجمع النسبي مقابل درجة الحرارة المحيطة:يشير إلى كيفية تغير حساسية الترانزستور الضوئي مع درجة الحرارة.
• تيار المجمع مقابل الاستضاءة:رسم بياني رئيسي يوضح العلاقة الخطية بين قوة الضوء الساقط والتيار الخرجي، محددًا خاصية نقل الجهاز.
• تيار ظلام المجمع مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف يزيد تيار التسرب مع درجة الحرارة، وهو أمر مهم للتشغيل في درجات الحرارة العالية.
• تيار المجمع مقابل جهد المجمع-الباعث:منحنيات خرجية توضح عمل الترانزستور الضوئي في منطقتي التشغيل النشط والتشبع تحت مستويات إضاءة مختلفة.

7. معلومات الميكانيكا والعبوة

يتم وضع ITR20001/T في عبوة مضغوطة متوافقة مع التركيب السطحي.

7.1 أبعاد العبوة

الأبعاد الرئيسية من الرسم المقدم هي تقريبًا 4.0 مم في الطول، و 4.0 مم في العرض، و 2.5 مم في الارتفاع (باستثناء الأطراف). تم تصميم تباعد الأطراف للتركيب القياسي على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). ملاحظة حرجة تحدد مساحة تبخر ألومنيوم دنيا 10.0 مم، على الأرجح تشير إلى منطقة حظر موصى بها أو ميزة تبديد حرارة على الـ PCB. جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.25 مم.

7.2 تحديد قطبية الأطراف

تتضمن العبوة علامات أو شكلًا محددًا لتحديد الأنود والكاثود لباعث الأشعة تحت الحمراء والمجمع والباعث للترانزستور الضوئي. يجب على المصممين الرجوع إلى الرسم الأبعاد للحصول على معلومات دقيقة عن توزيع الأطراف لضمان تخطيط وتجميع PCB صحيح.

8. إرشادات اللحام والتجميع

تم تصنيف الجهاز للّحام الأطراف عند 260°C لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) من جسم العبوة. هذا متوافق مع عمليات إعادة التدفق القياسية بالأشعة تحت الحمراء (IR) أو الحمل الحراري باستخدام عجينة لحام خالية من الرصاص (Sn-Ag-Cu). يجب الحرص على اتباع منحنى إعادة التدفق الموصى به لتجنب الصدمة الحرارية أو تلف الغلاف البلاستيكي. يجب تخزين الجهاز في بيئة جافة ومتحكم بها قبل الاستخدام.

9. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية هي كما يلي:

• 200 قطعة لكل كيس.
• 6 أكياس لكل صندوق.
• 10 صناديق لكل كرتونة.

يتضمن ملصق المنتج حقولًا لرقم جزء العميل (CPN)، ورقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، والكمية (QTY)، ورموز تصنيف مختلفة للشدة الضوئية (CAT)، وطول الموجة السائد (HUE)، والجهد الأمامي (REF). كما يتم توفير رقم الدفعة ورمز التاريخ (مُحدد بـ 'X' للشهر) لإمكانية التتبع.

10. اقتراحات التطبيق

10.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

وحدة ITR20001/T مناسبة تمامًا لمجموعة متنوعة من تطبيقات الاستشعار والتبديل بدون تلامس، بما في ذلك:

• آليات الفأرة وآلات النسخ:الكشف عن دوران العجلة أو قرص التشفير.
• أنظمة المفاتيح والماسحات الضوئية:كشف وجود الأجسام للأبواب الأوتوماتيكية، أو آلات البيع، أو كشف الورق في الطابعات.
• مشغلات الأقراص المرنة:استخدمت تاريخيًا للكشف عن لسان الحماية من الكتابة أو إدخال القرص.
• التبديل العام بدون تلامس:أي تطبيق يتطلب كشف الأجسام، أو العد، أو استشعار الحدود دون اتصال مادي.
• التركيب المباشر على اللوحة:عبوتها السطحية المضغوطة تجعلها مثالية لتصميمات PCB المحدودة المساحة.

10.2 اعتبارات التصميم

• مقاومة تحديد التيار:يجب استخدام مقاومة تسلسلية مع باعث الأشعة تحت الحمراء لتحديد التيار الأمامي (I_F) إلى قيمة آمنة، عادة 20mA للتشغيل العادي. احسب باستخدام R = (V_CC- V_F) / I_F.
• مقاومة الحمل:عادة ما يتم توصيل مقاومة سحب لأعلى بين مجمع الترانزستور الضوئي وجهد التغذية (V_CC). تحدد قيمة هذه المقاومة (R_L) تأرجح جهد الخرج وسرعة التبديل. مقاومة R_Lأصغر توفر تبديلًا أسرع ولكن تباين جهد خرج أقل.
• الضوء المحيط:بينما تقلل العدسة السوداء والتصفية عند 940 نانومتر من التداخل، فإن مصادر الأشعة تحت الحمراء المحيطة القوية جدًا (مثل ضوء الشمس، المصابيح المتوهجة) قد تؤثر على الأداء. قد يكون التدريع أو التصفية البصرية ضرورية في البيئات القاسية.
• السطح العاكس:تعتمد مسافة الاستشعار والموثوقية على انعكاسية الجسم المستهدف. توفر الأسطح البيضاء أو المعدنية أفضل استجابة؛ قد تتطلب الأسطح الداكنة أو غير اللامسة تقليل مسافات الفجوة.
• المحاذاة:تحدد المحاور البصرية المتقاربة فجوة استشعار محددة. يجب أن يمر الجسم ضمن هذه الفجوة للكشف الموثوق.

11. المقارنة التقنية والمزايا

مقارنة بالمفاتيح الميكانيكية أو أجهزة الاستشعار البصرية الأخرى، تقدم ITR20001/T فوائد مميزة:

• مقارنة بالمفاتيح الميكانيكية:توفر تشغيلًا بدون تلامس، مما يلغي التآكل والتمزق، ويمكن من سرعات تبديل أعلى، ويوفر تشغيلًا صامتًا. وهي محصنة ضد ارتداد التلامس.
• مقارنة بأجهزة الاستشعار القائمة على الصمام الثنائي الضوئي:يوفر الترانزستور الضوئي المتكامل كسبًا للتيار، مما يؤدي إلى تيار خرج أعلى لمدخل ضوئي معين، مما يلغي غالبًا الحاجة إلى مرحلة مضخم إضافية في دوائر الكشف البسيطة تشغيل/إيقاف.
• مقارنة بأزواج باعث-كاشف منفصلة:تعمل الوحدة المعبأة مسبقًا والمحاذاة على تبسيط التصميم والتجميع، وضمان محاذاة بصرية متسقة، وتوفير مساحة على اللوحة. يقلل الغلاف الأسود المتكامل من التداخل الداخلي.

12. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ما هي مسافة الاستشعار النموذجية؟

ج: مسافة الاستشعار ليست معلمة ثابتة؛ فهي تعتمد على تيار القيادة لباعث الأشعة تحت الحمراء، وانعكاسية الجسم المستهدف، والتيار الخرج المطلوب من الترانزستور الضوئي. يجب على المصممين استخدام الرسم البياني "تيار المجمع مقابل الاستضاءة" والرسم البياني "الشدة الإشعاعية مقابل التيار الأمامي" لحساب الإشارة المتوقعة لفجوة وانعكاسية محددة.

س: هل يمكنني تشغيل باعث الأشعة تحت الحمراء بمصدر جهد مباشرة؟

ج: لا. باعث الأشعة تحت الحمراء هو صمام ثنائي ويجب تحديد تياره بواسطة مقاومة تسلسلية خارجية لمنع التلف من التيار الزائد، كما هو محدد في الحدود القصوى المطلقة (I_Fmax = 50mA).

س: كيف أقوم بتوصيل الخرج بمتحكم دقيق؟

ج: أبسط طريقة هي استخدام الترانزستور الضوئي كمفتاح. قم بتوصيل مقاومة سحب لأعلى (مثل 10 كيلو أوم) من المجمع إلى جهد منطق المتحكم الدقيق (مثل 3.3 فولت أو 5 فولت). قم بتوصيل الباعث بالأرض. سيتم سحب عقدة المجمع إلى مستوى عالٍ (منطق 1) عندما لا يتم اكتشاف جسم (ظلام) وسيتم سحبها إلى مستوى منخفض (منطق 0) عندما يعكس الجسم الضوء على الترانزستور الضوئي، مما يشغله.

س: لماذا يتم تحديد وقت الاستجابة بمقاوم حمل 100 أوم؟

ج: تتأثر سرعة التبديل بثابت الوقت RC الناتج عن سعة تقاطع الترانزستور الضوئي ومقاومة الحمل (R_L). مقاومة R_Lأصغر (مثل 100 أوم) تعطي ثابت وقت أسرع، مما يسمح بقياس السرعة الجوهرية للجهاز. في تطبيق حقيقي بمقاومة R_Lأكبر لتأرجح جهد أعلى، ستكون سرعة التبديل أبطأ.

13. مبدأ التشغيل

تعمل وحدة ITR20001/T على مبدأ انعكاس الضوء المعدل. يصدر صمام LED الداخلي للأشعة تحت الحمراء ضوءًا عند 940 نانومتر. يتم وضع الترانزستور الضوئي، الحساس لهذا الطول الموجي، بحيث لا "يرى" مباشرة شعاع ضوء صمام LED تحت الظروف العادية (لا يوجد جسم حاضر). يظل خرجها في حالة مقاومة عالية/تيار منخفض (تيار الظلام). عندما يدخل جسم عاكس إلى الفجوة المحددة مسبقًا بين الباعث والمستشعر، فإنه يعكس جزءًا من الضوء تحت الأحمر على المنطقة النشطة للترانزستور الضوئي. يولد هذا الضوء الساقط تيار قاعدة في الترانزستور الضوئي، مما يجعله يشغل ويوصل تيار مجمع أعلى بكثير (I_C(ON)). يتم اكتشاف هذا التغيير في التيار/الجهد عند أطراف الخرج بواسطة الدائرة الخارجية، مما يشير إلى وجود الجسم.

14. إخلاء المسؤولية وملاحظات الاستخدام

يجب مراعاة إخلاء المسؤولية الحرجة من ورقة البيانات:

• تحتفظ الشركة المصنعة بالحق في تعديل مواد المنتج.
• يلبي المنتج المواصفات المنشورة لمدة 12 شهرًا من تاريخ الشحن.
• الرسوم البيانية والقيم النموذجية هي للإشارة فقط ولا يتم ضمانها.
• يجب عدم تجاوز الحدود القصوى المطلقة. لا تتحمل الشركة المصنعة أي مسؤولية عن الضرر الناتج عن سوء الاستخدام.
• المنتج غير مخصص للاستخدام في التطبيقات الحرجة للسلامة، أو العسكرية، أو الطيران، أو السيارات، أو الطبية، أو التي تدعم الحياة دون استشارة وموافقة مسبقة.