ورقة بيانات مقطع الضوئي ITR8102 - أبعاد العبوة 4.8x4.8x3.2 مم - جهد التشغيل الأمامي 1.25 فولت - الطول الموجي القياسي 940 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة ITR8102 هي مقطع ضوئي مدمج مصمم لتطبيقات الاستشعار عديمة التلامس. يدمج الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء (IRED) وفوتوترانزستور من السيليكون، وكلاهما محاذيان على محاور بصرية متقاربة داخل غلاف بلاستيكي حراري أسود. يتيح هذا التكوين للفوتوترانزستور استقبال الإشعاع من باعث الأشعة تحت الحمراء في الظروف العادية. عندما يعترض جسم معتم مسار الضوء بين الباعث والمستقبل، يتوقف الفوتوترانزستور عن التوصيل، مما يتيح اكتشاف الجسم أو استشعار الموضع.

تشمل الميزات الرئيسية وقت استجابة سريع، وحساسية عالية، والامتثال للمعايير البيئية مثل RoHS و EU REACH. تم تصنيع الجهاز باستخدام مواد خالية من الرصاص.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

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

• تبديد الطاقة عند المدخل (Pd):75 ميلي واط عند درجة حرارة هواء حر 25°C أو أقل.
• الجهد العكسي عند المدخل (VR):5 فولت كحد أقصى.
• التيار الأمامي عند المدخل (IF):50 ملي أمبير كحد أقصى.
• تبديد طاقة المجمع عند المخرج (Pc):75 ميلي واط.
• تيار المجمع عند المخرج (IC):20 ملي أمبير كحد أقصى.
• جهد المجمع-الباعث (BVCEO):30 فولت كحد أقصى.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -25°C إلى +85°C.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40°C إلى +85°C.
• درجة حرارة لحام الأطراف (Tsol):260°C لمدة أقل من 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 3 مم من جسم العبوة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة Ta=25°C وتحدد أداء التشغيل النموذجي.

• الجهد الأمامي (VF):نموذجياً 1.25 فولت، بحد أقصى 1.60 فولت عند IF=20 ملي أمبير.
• التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند VR=5 فولت.
• الطول الموجي القياسي (λP):940 نانومتر عند IF=20 ملي أمبير.
• تيار الظلام (ICEO):100 نانو أمبير كحد أقصى عند VCE=20 فولت مع إشعاع صفري (Ee=0 ميلي واط/سم²).
• جهد تشبع المجمع-الباعث (VCE(sat)):0.4 فولت كحد أقصى عند IC=0.9 ملي أمبير و IF=20 ملي أمبير.
• تيار المجمع (IC(ON)):0.9 ملي أمبير كحد أدنى، والقيم النموذجية أعلى، تصل إلى 15 ملي أمبير كحد أقصى عند VCE=5 فولت و IF=20 ملي أمبير.
• زمن الصعود/الهبوط (tr, tf):نموذجياً 15 ميكرو ثانية لكل منهما تحت ظروف الاختبار المحددة (VCE=5 فولت، IC=1 ملي أمبير، RL=1 كيلو أوم).

3. تحليل منحنى الأداء

3.1 خصائص باعث الأشعة تحت الحمراء

توفر ورقة البيانات منحنيات نموذجية لمكون باعث الأشعة تحت الحمراء.التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامييظهر المنحنى العلاقة غير الخطية، وهي ضرورية لتصميم دائرة القيادة المحددة للتيار.التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطةيوضح المنحنى ضرورة تخفيض تصنيف أقصى تيار أمامي مسموح به مع زيادة درجة الحرارة المحيطة لمنع ارتفاع درجة الحرارة.التوزيع الطيفييؤكد المنحنى ذروة الانبعاث عند 940 نانومتر، وهو الأمثل لمطابقة حساسية الفوتوترانزستور وتقليل التداخل من الضوء المرئي المحيط.

3.2 خصائص الفوتوترانزستور

المنحنى الرئيسي للفوتوترانزستور هوالحساسية الطيفيةيظهر الرسم البياني استجابة المستشعر عبر أطوال موجية مختلفة، حيث تبلغ ذروتها في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة حول 940 نانومتر. هذه المطابقة الطيفية الدقيقة مع ناتج باعث الأشعة تحت الحمراء تضمن حساسية عالية ونسبة إشارة إلى ضوضاء في نظام الاستشعار.

4. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

4.1 أبعاد العبوة

يتم إيواء ITR8102 في عبوة قياسية ذات 4 أطراف للنظر الجانبي. تشمل الأبعاد الحرجة حجم الجسم الإجمالي حوالي 4.8 مم في الطول، و4.8 مم في الارتفاع، و3.2 مم في العرض (باستثناء الأطراف). تباعد الأطراف هو 2.54 مم (0.1 بوصة). جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام ±0.3 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تخرج الأطراف من أسفل الغلاف البلاستيكي الأسود، الذي يعمل كحاجز ضوئي لمنع التداخل بين الباعث والمستقبل.

4.2 تحديد قطبية الأطراف

يستخدم المكون تكوين دبابيس قياسي. عند النظر إلى الجهاز من الأمام (الجانب الذي به فتحات العدسة)، يتم ترتيب الدبابيس عادةً من اليسار إلى اليمين على النحو التالي: الأنود الخاص بباعث الأشعة تحت الحمراء (IRED)، الكاثود الخاص بباعث الأشعة تحت الحمراء (IRED)، الباعث الخاص بالفوتوترانزستور، المجمع الخاص بالفوتوترانزستور. من الضروري الرجوع إلى مخطط العبوة للتحديد النهائي لضمان اتصال الدائرة الصحيح.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 تشكيل الأطراف

يجب تشكيل الأطراف قبل اللحام. يجب أن يحدث الانحناء على مسافة أكبر من 3 مم من أسفل جسم عبوة الإيبوكسي لتجنب الشقوق الناجمة عن الإجهاد أو تدهور الأداء. يجب تثبيت إطار الأطراف بشكل آمن أثناء الانحناء لمنع الإجهاد على كرة الإيبوكسي. يجب إجراء قطع الأطراف في درجة حرارة الغرفة.

5.2 عملية اللحام

ظروف اللحام الموصى بها بالغة الأهمية للاعتمادية.

• اللحام اليدوي:درجة حرارة طرف المكواة بحد أقصى 300°C (لمكواة 30 واط)، وقت اللحام بحد أقصى 3 ثوانٍ لكل طرف.
• اللحام بالموجة/الغمس:درجة حرارة التسخين المسبق بحد أقصى 100°C لمدة تصل إلى 60 ثانية. درجة حرارة حمام اللحام بحد أقصى 260°C لأقصى مدة بقاء 5 ثوانٍ.
• المسافة الحرجة:يجب أن تكون نقطة اللحام على بعد 3 مم على الأقل من كرة الإيبوكسي لمنع التلف الحراري.
• حد العملية:يجب عدم إجراء اللحام بالغمس أو اليدوي أكثر من مرة واحدة.

يتم توفير منحنى درجة حرارة لحام موصى به، مع التركيز على مرحلة تسخين مضبوطة، وهضبة درجة حرارة ذروية، ومرحلة تبريد مضبوطة لتقليل الصدمة الحرارية.

5.3 التنظيف والتخزين

التنظيف بالموجات فوق الصوتية ممنوع لأنه قد يتلف المكونات الداخلية أو ختم الإيبوكسي. للتخزين، يجب الاحتفاظ بالأجهزة عند 10-30°C و ≤70% رطوبة نسبية لمدة تصل إلى 3 أشهر بعد الشحن. للتخزين لفترات أطول (تصل إلى سنة واحدة)، يوصى بجو نيتروجين عند 10-25°C و 20-60% رطوبة نسبية. بعد فتح كيس الحاجز الرطوبي، يجب استخدام الأجهزة خلال 24 ساعة أو إعادة إغلاقها على الفور.

6. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية هي 100 قطعة لكل أنبوب، و20 أنبوبًا لكل صندوق، و4 صناديق لكل كرتونة، بإجمالي 8000 قطعة لكل كرتونة. يتضمن الملصق على العبوة حقولًا لرقم جزء العميل (CPN)، ورقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ورقم الدفعة (LOT No.) للتتبع.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

وحدة ITR8102 مناسبة لتطبيقات الاستشعار والتبديل عديمة التلامس المختلفة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:

• استشعار الموضع في الطابعات/الماسحات الضوئية/النساخات:اكتشاف وجود الورق، أو موضع الدرج، أو موضع البداية للعربة.
• التشفير الدوراني:يستخدم مع عجلة مشقوقة لقياس السرعة أو الموضع في المحركات، أو المراوح، أو محركات الأقراص المرنة.
• اكتشاف الأجسام:اكتشاف وجود أو غياب جسم في آلات البيع، أو الأتمتة الصناعية، أو أنظمة الأمان.
• التبديل عديم التلامس:تنفيذ مفاتيح لا تعمل باللمس في الإلكترونيات الاستهلاكية أو الأجهزة.

7.2 اعتبارات التصميم

• مقاومة تحديد التيار:يجب توصيل مقاومة خارجية على التوالي مع أنود باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED) لتحديد التيار الأمامي (IF) إلى القيمة المطلوبة (مثلاً 20 ملي أمبير للتشغيل النموذجي)، محسوبة بناءً على جهد التغذية والجهد الأمامي (VF) لباعث الأشعة تحت الحمراء.
• تحيز الفوتوترانزستور:يتم توصيل مقاومة حمل (RL) بين مجمع الفوتوترانزستور ومصدر التغذية الموجب. تحدد قيمة RL مدى تأرجح جهد الخرج وسرعة التبديل. القيمة النموذجية هي 1 كيلو أوم.
• مناعة ضد الضوء المحيط:يوفر الغلاف الأسود وزوج الطول الموجي المطابق 940 نانومتر رفضًا جيدًا للضوء المرئي المحيط. للبيئات ذات الأشعة تحت الحمراء المحيطة العالية، قد تكون تقنيات التضمين/فك التضمين ضرورية.
• تصميم الفتحة والفجوة:تعتمد مسافة الاستشعار والدقة على حجم ومحاذاة الجسم الذي يعترض الحزمة. يحدد المحور البصري المتقارب فجوة استشعار محددة.
• إدارة الحرارة:يجب تخفيض تصنيف التيار الأمامي عند درجات حرارة محيطة أعلى وفقًا لمنحنى تخفيض التصنيف لضمان ألا يتجايد تبديد طاقة المدخل (Pd) الحدود الآمنة.

8. المقارنة التقنية والتمييز

تقدم وحدة ITR8102 مجموعة متوازنة من المواصفات للقطع الضوئي للأغراض العامة. تشمل عوامل التمييز الرئيسية وقت استجابة سريع نسبيًا (15 ميكرو ثانية) مناسب للاستشعار متوسط السرعة، وتيار مجمع أدنى مرتفع (0.9 ملي أمبير) يضمن إشارة خرج قوية، وعبوة مدمجة قياسية في الصناعة. مقارنة بأجهزة الاستشعار العاكسة، توفر وحدات القاطع مثل ITR8102 موثوقية واتساقًا أعلى لأنها محصنة ضد الاختلافات في انعكاسية الجسم المستهدف. التكوين جنبًا إلى جنب مع فجوة مادية مثالي لاكتشاف الأجسام التي تمر عبر مستوى محدد.

9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

9.1 ما هي مسافة الاستشعار أو الفجوة النموذجية؟

يتم تعريف فجوة الاستشعار من خلال الفصل الميكانيكي بين عدسات الباعث والمستقبل داخل العبوة. بالنسبة لـ ITR8102، هذه فجوة داخلية ثابتة. يكتشف الجهاز أي جسم معتم يتم إدخاله في هذه الفجوة ويعترض حزمة الأشعة تحت الحمراء. "مسافة الاستشعار" الفعالة هي صفر في الأساس، حيث يجب أن يدخل الجسم فعليًا إلى الفتحة.

9.2 هل يمكنني تشغيل باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED) مباشرة بمصدر جهد؟

لا. باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED) هو ثنائي ذو مقاومة ديناميكية وانخفاض جهد أمامي. توصيله مباشرة بمصدر جهد يتجاوز جهد الأمامي الخاص به (VF) سيسبب تدفق تيار مفرط، مما قد يدمر الجهاز. مقاومة تحديد التيار على التوالي إلزامية.

9.3 كيف أقوم بتوصيل مخرج الفوتوترانزستور بمتحكم دقيق (مايكروكونترولر)؟

يعمل الفوتوترانزستور كمفتاح يعتمد على الضوء. مع توصيل مقاومة الحمل (RL) بـ VCC، سيتم سحب مخرج المجمع إلى مستوى منخفض (قريب من VCE(sat)) عندما تكون الحزمة غير معترضة (حالة التشغيل ON). عندما يتم اعتراض الحزمة، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور، ويصبح مخرج المجمع مرتفعًا (إلى VCC). يمكن قراءة هذه الإشارة الرقمية مباشرة بواسطة دخل رقمي في المتحكم الدقيق. لاستشعار شدة الضوء بشكل تماثلي، يمكن قياس الجهد عبر RL باستخدام محول تماثلي-رقمي (ADC)، على الرغم من أن الخطية قد تكون محدودة.

9.4 لماذا تعتبر مسافة اللحام (3 مم) بالغة الأهمية؟

عبوة الإيبوكسي التي تغلف الرقائق شبه الموصلة حساسة للإجهاد الحراري الشديد. يمكن أن ينقل اللحام بالقرب من الجسم حرارة مفرطة، مما قد يتسبب في تشقق الإيبوكسي، أو إتلاف وصلات الأسلاك الداخلية، أو تغيير الخصائص البصرية للعدسة، مما يؤدي إلى فشل فوري أو تقليل الاعتمادية على المدى الطويل.

10. حالة تصميم عملية

الحالة: مستشعر نفاد الورق في طابعة مكتبية

في هذا التطبيق، يتم تركيب ITR8102 على اللوحة الرئيسية للطابعة، ووضعه بحيث تتماشى فجوة الاستشعار الخاصة به مع مسار تمر منه كومة الورق. يتحرك ذراع ميكانيكي أو علم متصل بدرج الورق إلى داخل فجوة المستشعر عندما ينفد الورق.

تنفيذ الدائرة:يتم تشغيل باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED) بتيار ثابت 20 ملي أمبير من مصدر منطق الطابعة 5 فولت عبر مقاومة 180 أوم على التوالي ((5V - 1.25V)/20mA ≈ 187Ω، القيمة القياسية 180Ω). يتم توصيل مجمع الفوتوترانزستور بمصدر التغذية 5 فولت عبر مقاومة سحب لأعلى 4.7 كيلو أوم وأيضًا إلى دخل GPIO على المتحكم الدقيق للطابعة.

التشغيل:عند وجود الورق، يكون العلم خارج الفجوة، والحزمة غير معترضة، والفوتوترانزستور في حالة تشغيل ON، مما يسحب مخرج المجمع إلى مستوى منخفض LOW. يقرأ المتحكم الدقيق منطق '0'، مما يشير إلى وجود الورق. عندما ينفد الورق، يدخل العلم الفجوة، ويعترض الحزمة. يتم إيقاف تشغيل الفوتوترانزستور OFF، مما يسمح لمقاومة السحب لأعلى برفع مخرج المجمع إلى مستوى مرتفع HIGH. يقرأ المتحكم الدقيق منطق '1'، مما يؤدي إلى تشغيل تنبيه "نفاد الورق" على واجهة المستخدم. يضمن وقت الاستجابة السريع لـ ITR8102 الاكتشاف الفوري.

11. مبدأ التشغيل

تعمل وحدة ITR8102 على مبدأ نقل الضوء المضبوط واكتشافه. يبعث الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء (IRED) الداخلي فوتونات عند طول موجي قياسي 940 نانومتر عند تحيزه أماميًا بتيار مناسب. تنتقل هذه الفوتونات عبر فجوة هواء صغيرة محاذاة بدقة داخل الغلاف. الفوتوترانزستور السيليكوني، الموضوع مقابل باعث الأشعة تحت الحمراء، حساس لهذا الطول الموجي المحدد. عندما تضرب الفوتونات منطقة القاعدة للفوتوترانزستور، تولد أزواج إلكترون-فجوة، مما يخلق فعليًا تيار قاعدة يشغل الترانزستور، مما يسمح بتدفق تيار مجمع أكبر بكثير. يتناسب تيار المجمع هذا مع شدة الضوء تحت الأحمر المستلم. عندما يدخل جسم معتم الفجوة، يعترض تدفق الفوتونات، ينخفض تيار قاعدة الفوتوترانزستور إلى ما يقرب من الصفر (تيار الظلام)، ويتم إيقاف تشغيل الترانزستور. تتوافق حالة التشغيل/الإيقاف الكهربائية المميزة عند المخرج مباشرة مع وجود أو غياب جسم في المسار البصري.

12. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر تكنولوجيا القاطع الضوئي في التطور جنبًا إلى جنب مع التقدم في الإلكترونيات الضوئية والتصنيع. تشمل الاتجاهات تطوير أجهزة ذات بصمات عبوة أصغر لتمكين التصغير في الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة القابلة للارتداء. هناك أيضًا دفع نحو سرعات تبديل أعلى لدعم تشفير البيانات الأسرع والأتمتة الصناعية عالية السرعة. يبسط دمج وظائف إضافية، مثل مشغلات شميت المدمجة لتكييف الإشارة أو مقاومات تحديد التيار، تصميم الدائرة. علاوة على ذلك، تعزز التحسينات في مواد وعمليات التشكيل المتانة البيئية، مما يسمح بالتشغيل في نطاقات أوسع من درجات الحرارة والرطوبة للتطبيقات السياراتية والصناعية. يظل المبدأ الأساسي قويًا، مما يضمن استمرار أهمية المقاطع الضوئية للكشف الموثوق عن الموضع والأجسام دون تلامس.