ورقة بيانات مستشعر الضوئي القاطع ITR9606-F - عبوة 4.0x3.2x2.5 مم - جهد أمامي 1.2 فولت - طول موجة ذروة 940 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة ITR9606-F هي مستشعر ضوئي قاطع عاكس مضغوط ومتوازي. وهي تجمع بين ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء (IRED) وترانزستور ضوئي من السيليكون داخل غلاف بلاستيكي حراري أسود واحد. يتم محاذاة المكونات على محاور بصرية متقاربة. يعتمد مبدأ التشغيل الأساسي على اكتشاف الترانزستور الضوئي للإشعاع المنبعث من باعث الأشعة تحت الحمراء. عندما يعترض جسم معتم مسار الضوء بين الباعث والمستقبل، تتغير حالة خرج الترانزستور الضوئي، مما يتيح وظائف الاستشعار والتبديل دون تلامس.

1.1 الميزات والمزايا الأساسية

• وقت استجابة سريع:يتيح الكشف عالي السرعة المناسب لتطبيقات مثل المشفرات ومستشعرات السرعة.
• حساسية عالية:يوفر الترانزستور الضوئي من السيليكون كشفًا موثوقًا للإشارة حتى مع شدة منخفضة للأشعة تحت الحمراء.
• طول موجة محدد:يتميز بطول موجة انبعاث ذروة (λp) يبلغ 940 نانومتر، وهو في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة، مما يقلل من التداخل من الضوء المحيط المرئي.
• الامتثال البيئي:المنتج خالٍ من الرصاص، متوافق مع توجيه RoHS، ويلتزم بأنظمة الاتحاد الأوروبي REACH.
• تصميم مضغوط:تقدم العبوة المتكاملة المتوازية حلاً يوفر مساحة للتركيب على لوحة الدوائر المطبوعة.

1.2 التطبيقات المستهدفة

تم تصميم هذا المستشعر الضوئي القاطع لمجموعة متنوعة من تطبيقات الاستشعار دون تلامس وكشف الموضع، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:

• استشعار الموضع في فئران الكمبيوتر وآلات النسخ.
• كشف الورق واستشعار الحافة في الماسحات الضوئية والطابعات.
• كشف وجود القرص في محركات الأقراص المرنة ومحركات الوسائط الأخرى.
• تبديل عام دون تلامس.
• تركيب مباشر على اللوحة في الإلكترونيات الاستهلاكية والتحكم الصناعي.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمواصفات الكهربائية والبصرية للجهاز.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• الإدخال (IRED):
  • تبديد الطاقة (Pd): 75 ميلي واط (عند 25°م أو أقل). يتطلب تخفيض التصنيف في درجات حرارة محيطة أعلى.
  • الجهد العكسي (VR): 5 فولت. تجاوز هذا يمكن أن يتلف وصلة الصمام الثنائي الباعث للضوء.
  • التيار الأمامي (IF): 50 ميلي أمبير. يجب عادةً تحديد التيار المستمر المستمر إلى 20 ميلي أمبير للتشغيل الموثوق طويل الأمد.
• الإخراج (الترانزستور الضوئي):
  • تبديد طاقة المجمع (Pd): 75 ميلي واط.
  • تيار المجمع (IC): 20 ميلي أمبير.
  • جهد المجمع-الباعث (BV_CEO): 30 فولت.
  • جهد الباعث-المجمع (BV_ECO): 5 فولت.
• الحدود 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 كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 3 مم من جسم العبوة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تم القياس عند T_a= 25°م، تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي للجهاز تحت ظروف التشغيل العادية.

• خصائص الإدخال (IRED):
  • الجهد الأمامي (V_F): عادةً 1.2 فولت، بحد أقصى 1.5 فولت عند I_F=20 ميلي أمبير. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار للصمام الثنائي الباعث للضوء.
  • التيار العكسي (I_R): حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R=5 فولت.
  • طول موجة الذروة (λ_P): 940 نانومتر. هذا الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء غير مرئي للعين البشرية ويساعد في تقليل الضوضاء البصرية.
• خصائص الإخراج (الترانزستور الضوئي):
  • التيار المظلم (I_CEO): حد أقصى 100 نانو أمبير عند V_CE=20 فولت مع إضاءة صفرية (E_e=0). هذا هو تيار التسرب عندما يتم حجب المستشعر.
  • جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)): حد أقصى 0.4 فولت عند I_C=2 ميلي أمبير وإشعاع قدره 1 ميلي واط/سم². كلما كان V_CE(sat)أقل كان أفضل لتطبيقات التبديل الرقمية.
  • تيار المجمع (I_C(ON)): يتراوح من حد أدنى 0.5 ميلي أمبير إلى حد أقصى 10 ميلي أمبير عند V_CE=5 فولت و I_F=20 ميلي أمبير. يشير هذا النطاق الواسع إلى التباين المحتمل في الحساسية بين الوحدات.
• الاستجابة الديناميكية:
  • زمن الصعود (t_r) وزمن الهبوط (t_f): عادةً 15 ميكرو ثانية لكل منهما تحت ظروف الاختبار المحددة (V_CE=5 فولت، I_C=1 ميلي أمبير، R_L=1 كيلو أوم). هذا يحدد قدرة تردد التبديل الأقصى.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة أعمق في سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة.

3.1 خصائص باعث الأشعة تحت الحمراء

تتضمن ورقة البيانات منحنيات نموذجية لمكون باعث الأشعة تحت الحمراء.

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I_F-V_F):هذا المنحنى الأسي قياسي للصمام الثنائي. عند نقطة التشغيل النموذجية I_F=20 ميلي أمبير، V_Fهو حوالي 1.2 فولت. يساعد المنحنى في تحليل إدارة الحرارة، حيث أن V_Fله معامل درجة حرارة سالب.
• التوزيع الطيفي:يؤكد الانبعاث الذروة عند 940 نانومتر مع عرض كامل عند نصف القيمة القصوى (FWHM) نموذجي لصمام ثنائي باعث للضوء من GaAlAs، ويظهر انبعاثًا ضئيلًا في الطيف المرئي.

3.2 خصائص الترانزستور الضوئي

• الحساسية الطيفية:يتمتع الترانزستور الضوئي من السيليكون بحساسية ذروة في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة، مما يتطابق بشكل وثيق مع انبعاث 940 نانومتر من باعث الأشعة تحت الحمراء المقترن. تعمل هذه المحاذاة على تعظيم كفاءة الاقتران ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.
• تبديد طاقة المجمع مقابل درجة الحرارة المحيطة:منحنى تخفيض التصنيف يظهر أن أقصى تبديد طاقة مسموح به يتناقص خطيًا مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25°م. هذا أمر بالغ الأهمية لحسابات الموثوقية في البيئات عالية الحرارة.

4. معلومات الميكانيكية والعبوة

4.1 أبعاد العبوة

يتمتع ITR9606-F بغلاف مستطيل مضغوط.

• الأبعاد الكلية:حوالي 4.0 مم في الطول، 3.2 مم في العرض، و 2.5 مم في الارتفاع (باستثناء الأطراف).
• تباعد الأطراف:التباعد القياسي للأطراف هو 2.54 مم (0.1 بوصة)، متوافق مع تخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة الشائعة.
• شكل الأطراف:تم تصميم الأطراف للتركيب عبر الثقب. يحدد رسم الأبعاد موقع شريط الربط ونقطة الانحناء الموصى بها.
• التحمُّلات:ما لم يُذكر خلاف ذلك، فإن تحمُّلات الأبعاد هي ±0.3 مم.

4.2 تحديد القطبية والتركيب

يساعد الغلاف الأسود في منع التداخل البصري الداخلي. المكون ليس متماثلًا بشكل صريح؛ يشير مخطط ورقة البيانات إلى وضعية جانبي الباعث والمستقبل. التوجيه الصحيح ضروري لكي يعمل المحور البصري المتقارب كما هو مقصود. يجب أن تتماشى بصمة لوحة الدوائر المطبوعة بدقة مع مواقع الأطراف لتجنب الإجهاد الميكانيكي على جسم الإيبوكسي أثناء اللحام.

5. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة الجهاز وأدائه.

5.1 تعليمات تشكيل الأطراف

• يجب إجراء الانحناء على مسافة أكبر من 3 مم من أسفل جسم عبوة الإيبوكسي.
• يجب إكمال تشكيل الأطرافقبلعملية اللحام.
• يجب تثبيت إطار الأطراف بشكل آمن أثناء الانحناء، ويجب تجنب الإجهاد على جسم الإيبوكسي لمنع التصدع أو التلف الداخلي.
• يجب إجراء قطع الأطراف في درجة حرارة الغرفة.

5.2 معلمات اللحام الموصى بها

• اللحام اليدوي:درجة حرارة طرف المكواة القصوى 300°م (لمكواة 30 واط)، وقت اللحام القصوى 3 ثوانٍ لكل طرف. حافظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى لمبة الإيبوكسي.
• اللحام بالموجة/الغمس:درجة حرارة التسخين المسبق القصوى 100°م (لمدة تصل إلى 60 ثانية). درجة حرارة حمام اللحام القصوى 260°م، مع وقت بقاء أقصى 5 ثوانٍ. حافظ على قاعدة المسافة 3 مم.
• ملاحظات حرجة:
  • تجنب تطبيق إجهاد على الأطراف بينما الجهاز ساخن.
  • لا تقم بإجراء لحام الغمس/اليدوي أكثر من مرة واحدة.
  • احمِ الجهاز من الصدمات الميكانيكية حتى يبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
  • لا تستخدم طرق التنظيف بالموجات فوق الصوتية.

5.3 ظروف التخزين

• قصير الأجل (≤3 أشهر):قم بالتخزين عند 10-30°م مع رطوبة نسبية (RH) ≤70%.
• طويل الأجل (≥3 أشهر):قم بالتخزين في حاوية محكمة الغلق بجو من النيتروجين عند 10-25°م و 20-60% رطوبة نسبية.
• بعد الفتح:استخدم الأجهزة خلال 24 ساعة إذا أمكن. قم بتخزين البقايا عند 10-25°م، 20-60% رطوبة نسبية، وأعد إغلاق كيس التعبئة على الفور.
• تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواصفات التعبئة

• 90 قطعة لكل أنبوب.
• 48 أنبوبًا لكل صندوق.
• 4 صناديق لكل كرتونة.

6.2 معلومات الملصق

يتضمن ملصق التعبئة حقولًا قياسية للتتبع: رقم جزء العميل (CPN)، رقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، الكمية (QTY)، الرتب (CAT)، المرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No.).

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تكوين الدائرة النموذجية

تتضمن دائرة تطبيق أساسية مقاومة تحديد تيار على التوالي مع أنود باعث الأشعة تحت الحمراء. عادةً ما يتم توصيل الترانزستور الضوئي بمقاومة سحب عند مجمعه، مشكلاً تكوين باعث مشترك. يتم أخذ الإخراج من المجمع، والذي سيتم سحبه إلى مستوى منخفض عندما يتم اكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء (غياب الجسم) وعاليًا عندما يتم قطع مسار الضوء (وجود الجسم). ستحدد قيمة مقاومة السحب وتيار باعث الأشعة تحت الحمراء تأرجح جهد الخرج وسرعة الاستجابة.

7.2 أفضل ممارسات التصميم والتخطيط

• المسار البصري:تأكد من مرور الجسم المراد اكتشافه بشكل نظيف عبر الفتحة بين الباعث والمستقبل. ضع في اعتبارك حجم الجسم، وانعكاسيته، وسرعته.
• مناعة الضوء المحيط:بينما يوفر مرشح 940 نانومتر والغلاف بعض الحماية، فإن تصميم النظام لتعديل تيار باعث الأشعة تحت الحمراء واستخدام الكشف المتزامن في دائرة المستقبل يمكن أن يعزز بشكل كبير المناعة ضد الضوء المحيط والضوضاء الكهربائية.
• إدارة الحرارة:الالتزام بمنحنى تخفيض تصنيف الطاقة. في درجات الحرارة المحيطة العالية أو التطبيقات ذات دورة العمل العالية، قلل تيار التشغيل (I_F) وفقًا لذلك.
• التركيب الميكانيكي:ثبت الجهاز بإحكام على لوحة الدوائر المطبوعة لتقليل الاهتزاز، والذي يمكن أن يؤثر على الموثوقية. تأكد من عدم نقل أي إجهاد إلى العبوة عبر الأطراف.

8. المقارنة والتمييز التقني

ينتمي ITR9606-F إلى فئة شائعة من المقاطعات الضوئية ذات الرؤية الجانبية. تشمل عوامل التمييز الرئيسية له اقتران طول الموجة المحدد 940 نانومتر، ووقت استجابة نموذجي 15 ميكرو ثانية، وعبوة مضغوطة عبر الثقب. مقارنة بأجهزة الاستشعار الناقلة ذات الفجوة المادية، يسمح هذا التكوين العاكس المتوازي باكتشاف جسم بفجوة صفرية، ولكن قد يكون له مسافة استشعار فعالة أقصر قليلاً ويمكن أن يكون أكثر حساسية لانعكاسية الجسم المستهدف.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 بناءً على المعايير التقنية

س: ما هي مسافة الاستشعار النموذجية أو الفجوة لهذا القاطع؟

ج: لا تحدد ورقة البيانات فجوة استشعار قصوى. يعتمد هذا بشكل كبير على تيار تشغيل باعث الأشعة تحت الحمراء، وكسب الترانزستور الضوئي، وانعكاسية/حجم الجسم المستهدف. تم تصميمه للكشف عن القرب المباشر أو المقاطعة المباشرة للمسار البصري الداخلي بدلاً من الكشف بعيد المدى.

س: لماذا يتم تحديد تيار المجمع (I_C(ON)) بمثل هذا النطاق الواسع (من 0.5 ميلي أمبير إلى 10 ميلي أمبير)؟

ج: يأخذ هذا النطاق في الاعتبار التباين الطبيعي في نسبة نقل التيار (CTR) للعازل الضوئي، وهي نسبة تيار خرج الترانزستور الضوئي إلى تيار دخل باعث الأشعة تحت الحمراء. صمم الدوائر للعمل بشكل موثوق مع الحد الأدنى المحدد لـ I_C(ON)لضمان الوظيفة عبر جميع وحدات الإنتاج.

س: هل يمكنني تشغيل باعث الأشعة تحت الحمراء بتيار نابض أعلى من 20 ميلي أمبير؟

ج: الحد الأقصى المطلق للتصنيف للتيار الأمامي المستمر هو 50 ميلي أمبير. بينما قد تكون النبضات القصيرة فوق 20 ميلي أمبير ممكنة، يجب ألا يتجاوز تبديد الطاقة المتوسط التصنيف المقدر 75 ميلي واط، مع مراعاة دورة العمل ودرجة الحرارة المحيطة. يتجاوز التصنيفات خطر تقليل العمر الافتراضي أو الفشل الفوري.

10. أمثلة تطبيقية عملية

10.1 كشف الورق في الطابعة

في درج ورق الطابعة، يمكن تركيب ITR9606-F بحيث تقع كومة الورق في المسار البصري بين الباعث والمستقبل. عندما يكون الورق موجودًا، فإنه يعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى الترانزستور الضوئي، مما يشير إلى "تم تحميل الورق". عندما يكون الدرج فارغًا، يؤدي عدم وجود سطح عاكس إلى تغيير حالة خرج الترانزستور الضوئي، مما يؤدي إلى تشغيل تنبيه "ورق منخفض". يسمح وقت الاستجابة السريع بالكشف حتى أثناء تغذية الورق بسرعة.

10.2 مشفر دوراني لسرعة المحرك

يمكن أن يمر قرص مشقوق متصل بعمود المحرك عبر منطقة اكتشاف المستشعر. عندما تمر الفتحات والأضلاع بالتناوب، فإنها تقطع حزمة الأشعة تحت الحمراء، مما يولد قطار نبضي رقمي عند خرج الترانزستور الضوئي. تردد هذه الإشارة يتناسب طرديًا مع سرعة المحرك. يحدد وقت الاستجابة 15 ميكرو ثانية الحد الأعلى لأقصى سرعة قابلة للحل بناءً على كثرة الفتحات.

11. مبدأ التشغيل

يعمل ITR9606-F على مبدأ انعكاس ضوء الأشعة تحت الحمراء المعدل. يبعث باعث الأشعة تحت الحمراء الداخلي ضوءًا عند 940 نانومتر. في حالته الافتراضية (لا يوجد جسم مستهدف)، ينعكس هذا الضوء عن الشكل الهندسي الداخلي للغلاف أو خلفية افتراضية ويتم اكتشافه بواسطة الترانزستور الضوئي المجاور، مما يشغله. عندما يدخل جسم إلى منطقة الاستشعار، فإنه يغير مسار الضوء المنعكس هذا - عادةً عن طريق امتصاص أو تشتيت ضوء الأشعة تحت الحمراء - مما يتسبب في انخفاض قابل للقياس في الإشعاع المستلم بواسطة الترانزستور الضوئي وبالتالي تيار خرجته. يستخدم هذا التغيير في الإخراج كإشارة رقمية أو تناظرية تشير إلى وجود الجسم أو موضعه.

12. اتجاهات التكنولوجيا

تمثل المقاطعات الضوئية مثل ITR9606-F تقنية ناضجة وموثوقة. تركز الاتجاهات الحالية في هذا المجال على عدة مجالات:

• التصغير:تطوير عبوات أجهزة مثبتة على السطح (SMD) أصغر حجمًا لتوفير مساحة على لوحات الدوائر المطبوعة في الإلكترونيات الحديثة.
• التكامل:دمج دوائر إضافية، مثل مشغلات شميت، أو مضخمات، أو مخرجات منطقية، في عبوة المستشعر لتبسيط التصميم الخارجي وتحسين مناعة الضوضاء.
• أداء محسن:تحسين أوقات الاستجابة للتطبيقات عالية السرعة وزيادة الحساسية للاستخدام مع تيارات تشغيل أقل لتوفير الطاقة.
• التخصص:إنشاء متغيرات بأطوال موجية مختلفة، أو مسافات استشعار، أو أنواع مخرجات (رقمية، تناظرية) لقطاعات سوقية محددة مثل السيارات أو الأتمتة الصناعية.

على الرغم من هذه الاتجاهات، يظل التصميم العاكس المتوازي الأساسي حلاً فعالاً من حيث التكلفة وقويًا للعديد من تطبيقات استشعار القرب والموضع.