ورقة بيانات مقطع الضوء ITR9909 - عبوة 4.0 مم - طول موجي 940 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة ITR9909 هي مقطع ضوئي مدمج مصمم لتطبيقات الاستشعار بدون تلامس. وهي تجمع بين صمام ثنائي باعث للضوء تحت الأحمر (IRED) وترانزستور ضوئي من السيليكون من نوع NPN داخل غلاف بلاستيكي حراري أسود واحد. يتم وضع المكونات جنبًا إلى جنب على محاور بصرية متقاربة. يعتمد مبدأ التشغيل الأساسي على استقبال الترانزستور الضوئي للإشعاع من باعث الأشعة تحت الحمراء المجاور بشكل طبيعي. عندما يمر جسم معتم عبر الفجوة بينهما، فإنه يعترض هذا الشعاع تحت الأحمر، مما يتسبب في تغيير يمكن اكتشافه في حالة خرج الترانزستور الضوئي، مما يتيح اكتشاف الأجسام، أو استشعار الموضع، أو وظائف التبديل.

1.1 الميزات الأساسية والمزايا

• وقت استجابة سريع:يتيح اكتشاف الأجسام المتحركة بسرعة.
• حساسية عالية:يوفر الترانزستور الضوئي من السيليكون استجابة كهربائية قوية للضوء تحت الأحمر.
• طول موجي محدد:يبعث باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED) عند طول موجي ذروة (λp) يبلغ 940 نانومتر، وهو غير مرئي للعين البشرية ويساعد في التخفيف من التداخل الناتج عن الضوء المرئي المحيط.
• الامتثال البيئي:يتم تصنيع الجهاز ليكون خاليًا من الرصاص، ومتوافقًا مع معايير RoHS، وEU REACH، وخاليًا من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون).
• تكامل مدمج:تبسيط العبوة المشتركة لتصميم وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لتطبيقات الاستشعار من نوع الفتحة.

1.2 التطبيقات المستهدفة

وحدة ITR9909 مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتطلب اكتشافًا موثوقًا بدون تلامس:

• المشفرات الدورانية ومستشعرات الموضع في فئران الكمبيوتر وآلات النسخ.
• اكتشاف الورق واستشعار الحواف في الماسحات الضوئية والطابعات.
• اكتشاف وجود الأقراص في محركات الأقراص المرنة ومحركات الوسائط الأخرى.
• تبديل بدون تلامس للأغراض العامة.
• الاستشعار على مستوى اللوحة حيث يكون التثبيت المباشر مطلوبًا.

2. المواصفات الفنية والتحليل المتعمق

2.1 الحدود القصوى المطلقة

قد يؤدي تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود إلى تلف دائم. جميع المواصفات عند درجة حرارة بيئة Ta=25°C ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• المدخل (IRED):
  • تبديد الطاقة (Pd): 75 ميغاواط
  • الجهد العكسي (VR): 5 فولت
  • تيار الأمام المستمر (IF): 50 مللي أمبير
  • تيار الأمام الذروي (IFP): 1 أمبير (عرض النبضة ≤100 ميكروثانية، دورة عمل 1%)
• المخرج (الترانزستور الضوئي):
  • تبديد طاقة المجمع (Pd): 75 ميغاواط
  • تيار المجمع (IC): 50 مللي أمبير
  • جهد المجمع-الباعث (BV_CEO): 30 فولت
  • جهد الباعث-المجمع (BV_ECO): 5 فولت
• البيئة:
  • درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -25°C إلى +85°C
  • درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40°C إلى +85°C
  • درجة حرارة لحام الأطراف (T_sol): 260°C لمدة 5 ثوانٍ (على بعد 1/16 بوصة من الجسم)

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد معلمات الأداء النموذجية عند Ta=25°C سلوك تشغيل الجهاز.

• خصائص المدخل (IRED):
  • جهد الأمام (V_F): نموذجيًا 1.2 فولت عند IF=20 مللي أمبير (الحد الأقصى 1.5 فولت). يزداد مع التيارات النبضية الأعلى.
  • الطول الموجي الذروي (λ_P): 940 نانومتر (نموذجي) عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير.
• خصائص المخرج (الترانزستور الضوئي):
  • تيار الظلام (I_CEO): الحد الأقصى 100 نانو أمبير عند V_CE=20 فولت في الظلام التام. هذا هو تيار التسرب الذي يحدد مستوى الضوضاء لحالة \"الإيقاف\".
  • جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)): الحد الأقصى 0.4 فولت عند I_C=2 مللي أمبير تحت إضاءة كافية (1 ميغاواط/سم²). يُفضل انخفاض V_CE(sat)لتحقيق تبديل رقمي نظيف.
  • تيار المجمع (I_C(ON)): الحد الأدنى 200 ميكرو أمبير عند V_CE=5 فولت و I_F=20 مللي أمبير. هذا هو الحد الأدنى المضمون للتيار الضوئي تحت ظروف الاختبار القياسية.
• الخصائص الديناميكية:
  • زمن الصعود (t_r) وزمن الهبوط (t_f): نموذجيًا 15 ميكروثانية لكل منهما. هذه المعلمات، التي يتم قياسها تحت ظروف حمل محددة (V_CE=5 فولت، I_C=1 مللي أمبير، R_L=1 كيلو أوم)، تحدد أقصى تردد تبديل يمكن للجهاز التعامل معه بموثوقية.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح العلاقات الرئيسية بين معلمات التشغيل. هذه المنحنيات ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف غير قياسية.

3.1 منحنيات باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED)

• تيار الأمام مقابل درجة حرارة البيئة:يوضح تخفيض الحد الأقصى المسموح به لتيار الأمام مع زيادة درجة حرارة البيئة فوق 25°C.
• الحساسية الطيفية:رسم بياني للشدة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي، يبلغ ذروته عند 940 نانومتر ويظهر عرض النطاق الترددي الضيق للباعث.
• الشدة الإشعاعية النسبية مقابل تيار الأمام:يوضح العلاقة غير الخطية بين تيار القيادة وخرج الضوء، والتي تميل إلى التشبع عند التيارات الأعلى.
• الشدة الإشعاعية النسبية مقابل الإزاحة الزاوية:يوضح نمط الانبعاث أو زاوية الرؤية لباعث الأشعة تحت الحمراء (IRED)، وهو أمر بالغ الأهمية للمحاذاة البصرية.

3.2 منحنيات الترانزستور الضوئي (PT)

• تبديد طاقة المجمع مقابل درجة حرارة البيئة:يوفر منحنى تخفيض الطاقة لخرج الترانزستور الضوئي.
• الحساسية الطيفية:يوضح استجابة الترانزستور الضوئي عبر الأطوال الموجية، مع ذروة الحساسية عادةً في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة، متطابقة مع باعث 940 نانومتر.
• تيار المجمع النسبي مقابل درجة حرارة البيئة:يشير إلى كيفية تغير كسب الترانزستور الضوئي أو استجابته مع درجة الحرارة.
• تيار المجمع مقابل الإشعاعية:منحنى أساسي يظهر العلاقة الخطية (أو شبه الخطية) بين قوة الضوء الساقط (الإشعاعية) على الترانزستور الضوئي ونتيجة تيار المجمع.
• تيار ظلام المجمع مقابل درجة حرارة البيئة:يوضح كيف يزداد تيار التسرب (I_CEO) بشكل أسي مع ارتفاع درجة الحرارة، مما قد يؤثر على نسبة الإشارة إلى الضوضاء في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.
• تيار المجمع مقابل جهد المجمع-الباعث:يشبه خاصية خرج الترانزستور، ويظهر مناطق التشغيل لمستويات الإضاءة المختلفة.

3.3 منحنى الوحدة الكاملة (ITR)

• تيار المجمع النسبي مقابل المسافة بين المستشعر:هذا منحنى حاسم على مستوى النظام. يوضح كيف يتغير الإشارة المستلمة (تيار المجمع) مع تغير المسافة بين الجسم المعترض وفجوة المستشعر. يحدد نطاق الاستشعار الفعال والعلاقة بين موضع الجسم وقوة إشارة الخرج.

4. المعلومات الميكانيكية والعبوة

4.1 أبعاد العبوة

تأتي وحدة ITR9909 في عبوة قياسية مثبتة عبر الثقب. تشمل الأبعاد الرئيسية من الرسم:

• عرض وارتفاع الجسم الكلي الذي يحدد حجم الفتحة.
• تباعد الأطراف وقطرها للتثبيت على لوحة الدوائر المطبوعة.
• عرض الفجوة بين باعث الأشعة تحت الحمراء الداخلي والترانزستور الضوئي، والذي يحدد حجم الجسم الذي يمكن اكتشافه.
• يحدد الرسم البعدي تسامحًا قياسيًا يبلغ ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

4.2 تحديد القطبية

يستخدم الجهاز تكوين دبابيس قياسي شائع في العديد من مقاطع الضوء: الأنود والكاثود لمدخل باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED)، والمجمع والباعث لخرج الترانزستور الضوئي. يحتوي الغلاف عادةً على علامة أو شق للإشارة إلى الدبوس 1.

5. إرشادات التجميع والتعامل

5.1 توصيات اللحام

يحدد الحد الأقصى المطلق أنه يمكن لحام الأطراف عند 260°C لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، بشرط أن تكون نقطة اللحام على الأقل على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) من الجسم البلاستيكي. وذلك لمنع التلف الحراري للغلاف الإيبوكسي والروابط السلكية الداخلية. بالنسبة للحام الموجة أو إعادة التدفق، يجب اتباع الملامح القياسية للمكونات المثبتة عبر الثقب ذات الحدود الحرارية المماثلة.

5.2 التخزين والتعامل

يجب تخزين الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -40°C إلى +85°C في بيئة جافة. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل، حيث أن المكونات شبه الموصلة داخل الجهاز عرضة للتلف من الكهرباء الساكنة.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواصفات التعبئة

كمية التعبئة القياسية كما يلي:

• 150 قطعة لكل كيس.
• 5 أكياس لكل صندوق.
• 10 صناديق لكل كرتونة.

6.2 معلومات الملصق

يتضمن ملصق المنتج عدة رموز للتتبع والمواصفات:

• CPN:رقم منتج العميل.
• P/N:رقم منتج الشركة المصنعة (مثل ITR9909).
• QTY:الكمية في العبوة.
• CAT, HUE, REF:تشير هذه على الأرجح إلى رموز التصنيف الداخلية لمعلمات مثل رتبة شدة الإضاءة، ورتبة الطول الموجي السائد، ورتبة جهد الأمام، على الرغم من عدم تقديم تفاصيل تصنيف محددة في هذا المقتطف من ورقة البيانات.
• LOT No:رقم دفعة التصنيع للتتبع.

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تصميم الدائرة

يتضمن التصميم باستخدام ITR9909 دائرتين رئيسيتين:

1. دائرة قيادة باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED):مقاومة محددة للتيار على التوالي مع باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED) هي الطريقة القياسية. يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (V_CC- V_F) / I_F. للتشغيل الموثوق وعمر طويل، يُوصى بتشغيل باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED) عند 20 مللي أمبير النموذجية أو أقل، ما لم يكن هناك حاجة لقيادة نبضية عالية التيار لمتطلبات محددة لنسبة الإشارة إلى الضوضاء.
2. دائرة خرج الترانزستور الضوئي:يمكن استخدام الترانزستور الضوئي في تكوينين شائعين:
   • وضع التبديل (خرج رقمي):قم بتوصيل مقاومة سحب من المجمع إلى V_CC. يتم تأريض الباعث. عندما يسقط الضوء على الترانزستور، فإنه يعمل، مما يؤدي إلى خفض جهد المجمع (قريب من V_CE(sat)). عندما يتم اعتراض الشعاع، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور، وتجلب مقاومة السحب جهد المجمع إلى مستوى مرتفع. تحدد قيمة مقاومة السحب سرعة التبديل واستهلاك التيار.
   • الوضع الخطي (خرج تماثلي):باستخدام الترانزستور الضوئي في تكوين باعث مشترك مع مقاومة مجمع، سيتغير الجهد عند المجمع بشكل خطي تقريبًا مع كمية الضوء المستلم، وهو مفيد لاستشعار الموضع التماثلي.

7.2 الاعتبارات البصرية

• المحاذاة:المحاذاة الميكانيكية الدقيقة لمسار الجسم مع فجوة المستشعر أمر بالغ الأهمية للتشغيل المتسق.
• الضوء المحيط:بينما يوفر مرشح 940 نانومتر والمستشعر المتطابق رفضًا جيدًا للضوء المرئي، يمكن لمصادر قوية للضوء تحت الأحمر (مثل ضوء الشمس، المصابيح المتوهجة) أن تسبب تداخلًا. يمكن أن يؤدي استخدام إشارة تحت حمراء معدلة واكتشاف متزامن إلى تحسين المناعة ضد الضوء المحيط بشكل كبير.
• خصائص الجسم:يكتشف المستشعر اعتراض الشعاع. يجب أن يكون الجسم معتمًا للضوء تحت الأحمر بطول 940 نانومتر. قد لا يتم اكتشاف المواد شبه الشفافة بشكل موثوق.

8. المقارنة الفنية والتمييز

تمثل وحدة ITR9909 حلاً قياسيًا وموثوقًا في سوق مقاطع الضوء. تكمن نقاط تميزها الرئيسية في مزيجها المحدد من باعث أشعة تحت حمراء 940 نانومتر مع ترانزستور ضوئي من السيليكون في عبوة مدمجة جانبية المنظر. مقارنة بأجهزة الاستشعار العاكسة، توفر المقاطع الضوئية إشارة \"تشغيل/إيقاف\" أكثر تحديدًا لأنها أقل عرضة للتغيرات في انعكاسية الجسم أو لونه. وقت الاستجابة السريع المحدد (15 ميكروثانية نموذجيًا) يجعله مناسبًا لتطبيقات استشعار السرعة أو التشفير، بينما تضمن الحساسية العالية إشارة جيدة حتى مع تيارات قيادة أقل أو في البيئات المتربة. الامتثال البيئي (RoHS، خالي من الهالوجين) هو عامل حاسم في تصنيع الإلكترونيات الحديث.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

9.1 ما هي أقصى سرعة استشعار أو تردد؟

يحدد زمن الصعود وزمن الهبوط (t_r, t_f) أقصى تردد تبديل، نموذجيًا 15 ميكروثانية لكل منهما. التقدير المحافظ لدورة تشغيل-إيقاف كاملة هو حوالي 4 إلى 5 أضعاف مجموع هذه الأوقات، مما يشير إلى أقصى تردد عملي في نطاق 10-15 كيلو هرتز. هذا مناسب لمعظم تطبيقات التشفير الميكانيكي.

9.2 كيف أختار قيمة مقاومة تحديد تيار باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED)؟

استخدم الصيغة R = (جهد التغذية - V_F) / I_F. لجهد تغذية 5 فولت وتشغيل عند حالة الاختبار النموذجية 20 مللي أمبير، مع V_F~1.2 فولت، R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 أوم. ستكون مقاومة قياسية 180 أو 200 أوم مناسبة. تأكد دائمًا من أن تبديد الطاقة المحسوب في المقاومة ضمن تصنيفها.

9.3 لماذا تكون إشارة الخرج غير مستقرة أو بها ضوضاء؟

تشمل الأسباب المحتملة: 1) تيار قيادة غير كافٍ لباعث الأشعة تحت الحمراء (IRED)، مما يؤدي إلى إشارة ضعيفة. 2) مستويات عالية من الضوء تحت الأحمر المحيط. 3) يصبح تيار ظلام الترانزستور الضوئي (الذي يزداد مع درجة الحرارة) كبيرًا بالنسبة للتيار الضوئي. 4) ضوضاء كهربائية على خطوط التغذية. تشمل الحلول زيادة I_F(ضمن الحدود)، إضافة حماية بصرية، تنفيذ تعديل الإشارة، استخدام مقاومة سحب ذات قيمة أقل لاستجابة أسرع، وضمان فصل جيد لمصدر الطاقة.

9.4 هل يمكنني استخدام هذا المستشعر في الهواء الطلق؟

يحتوي ضوء الشمس المباشر على كمية كبيرة من الإشعاع تحت الأحمر عند 940 نانومتر، مما يمكن أن يشبع الترانزستور الضوئي ويمنع التشغيل السليم. للاستخدام في الهواء الطلق، يُوصى بشدة باستخدام الترشيح البصري الدقيق، وتصميم الغلاف لمنع ضوء الشمس المباشر، واستخدام إشارات تحت حمراء معدلة.

10. مبدأ التشغيل واتجاهات التكنولوجيا

10.1 مبدأ العمل

تعمل وحدة ITR9909 على مبدأ اعتراض الضوء المنقول. يتسبب التيار الكهربائي المار عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء تحت الأحمر (IRED) في انبعاث فوتونات عند طول موجي ذروة يبلغ 940 نانومتر. تنتقل هذه الفوتونات عبر فجوة هوائية صغيرة وتسقط على منطقة القاعدة للترانزستور الضوئي من السيليكون من نوع NPN. تولد الفوتونات أزواج إلكترون-فجوة في وصلة المجمع-القاعدة، والتي تعمل بشكل فعال كخلية ضوئية. يتم بعد ذلك تضخيم هذا التيار الضوئي بواسطة عمل الترانزستور للجهاز، مما يؤدي إلى تيار مجمع أكبر بكثير يمكن قياسه بسهولة بواسطة الدوائر الخارجية. عندما يحجب جسم ما المسار بين الباعث والمكتشف، يتوقف تدفق الفوتونات، وينخفض التيار الضوئي إلى الصفر تقريبًا، ويتم إيقاف تشغيل الترانزستور، مما يشير إلى وجود الجسم.

10.2 سياق التكنولوجيا والاتجاهات

مقاطع الضوء مثل ITR9909 هي مكونات ناضجة ومفهومة جيدًا. تركز الاتجاهات الحالية في المجال على عدة مجالات:

• التصغير:تطوير عبوات سطحية أصغر (SMD) لتوفير مساحة اللوحة في الإلكترونيات الاستهلاكية الحديثة.
• التكامل:دمج دوائر إضافية على الشريحة، مثل مشغلات شميت للخرج الرقمي، مكبرات الصوت للخرج التماثلي، أو حتى واجهات منطقية كاملة المستوى (مثل الخرج ذو المصدر المفتوح).
• تحسين الأداء:تحسين السرعة للمشفرات ذات الدقة الأعلى، تقليل استهلاك الطاقة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات، وزيادة الحساسية للسماح بتيارات قيادة أصغر أو فجوات استشعار أكبر.
• التخصص:إنشاء متغيرات بعروض فتحات مختلفة، أو أشكال فتحات، أو استجابات طيفية لقطاعات سوقية محددة مثل السيارات، الأتمتة الصناعية، أو الأجهزة الطبية.

يبقى المبدأ الأساسي لاعتراض الضوء طريقة قوية وفعالة من حيث التكلفة للاستشعار بدون تلامس، مما يضمن استمرار أهميته في مجموعة واسعة من الأنظمة الكهروميكانيكية.