ورقة بيانات مقطع ضوئي ITR8402-F-A - الأبعاد 4.0x2.0x3.0 مم - جهد أمامي 1.2 فولت - طول موجة ذروة 940 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة ITR8402-F-A هي مقطع ضوئي متقطع مدمج مصمم لتطبيقات الاستشعار عديمة التلامس. يدمج ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء (IRED) وترانزستور ضوئي من السيليكون، وكلاهما محاذيان على محور بصري متقارب داخل غلاف من البلاستيك الحراري الأسود. يعتمد مبدأ التشغيل الأساسي على استقبال الترانزستور الضوئي للإشعاع تحت الأحمر المنبعث من الثنائي الباعث (IRED) في الظروف العادية. عندما يعترض جسم معتم المسار الضوئي بين الباعث والمستقبل، يتوقف الترانزستور الضوئي عن استقبال الإشارة، مما يتيح اكتشاف الأجسام أو استشعار الموضع.

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

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

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

• المدخل (IRED):تبديد الطاقة (Pd) هو 75 ميلي واط عند درجة حرارة هواء حر 25°C أو أقل. الحد الأقصى لجهد الانعكاس (VR) هو 5 فولت، والحد الأقصى للتيار الأمامي (IF) هو 50 مللي أمبير.
• المخرج (الترانزستور الضوئي):تبديد طاقة المجمع (Pd) هو 75 ميلي واط. الحد الأقصى لتيار المجمع (IC) هو 20 مللي أمبير. جهد المجمع-الباعث (BV_CEO) هو 30 فولت، وجهد الباعث-المجمع (BV_ECO) هو 5 فولت.
• البيئية:نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr) هو من -25°C إلى +85°C. نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg) هو من -40°C إلى +85°C. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة لحام الأطراف (T_sol) 260°C لمدة 5 ثوانٍ أو أقل، مقاسة على بعد 3 مم من جسم الغلاف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة (T_a) تبلغ 25°C وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• المدخل (IRED):الجهد الأمامي النموذجي (V_F) هو 1.2 فولت عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير، بحد أقصى 1.5 فولت. الحد الأقصى للتيار العكسي (I_R) هو 10 ميكرو أمبير عند V_R=5 فولت. طول موجة الذروة (λ_P) هو 940 نانومتر.
• المخرج (الترانزستور الضوئي):الحد الأقصى للتيار المظلم (I_CEO) هو 100 نانو أمبير عند V_CE=20 فولت مع إشعاع صفري. الحد الأقصى لجهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)) هو 0.4 فولت عندما يكون تيار المجمع (I_C) 2 مللي أمبير تحت إشعاع (E_e) بقيمة 1 ميلي واط/سم².
• خصائص النقل:الحد الأدنى لتيار المجمع (I_C(ON)) هو 0.5 مللي أمبير عندما V_CE=5 فولت و I_F=20 مللي أمبير. وقت الصعود النموذجي (t_r) ووقت الهبوط (t_f) كلاهما 15 ميكرو ثانية تحت ظروف الاختبار V_CE=5 فولت، I_C=1 مللي أمبير، ومقاوم حمل (R_L) بقيمة 1 كيلو أوم.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية لكل من باعث الأشعة تحت الحمراء والترانزستور الضوئي. هذه المنحنيات ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

3.1 خصائص باعث الأشعة تحت الحمراء

توضح المنحنيات العلاقة بين التيار الأمامي والجهد الأمامي، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة القيادة. كما تُظهر تقليل تبديد طاقة المجمع مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، وهو أمر حيوي لإدارة الحرارة. يؤكد منحنى الحساسية الطيفية على ذروة الانبعاث عند 940 نانومتر.

3.2 خصائص الترانزستور الضوئي

يُظهر منحنى الحساسية الطيفية للترانزستور الضوئي استجابيته عبر أطوال موجية مختلفة، حيث تتوافق ذروة الحساسية عادةً مع ناتج باعث الأشعة تحت الحمراء عند 940 نانومتر، مما يضمن كفاءة اقتران مثالية.

4. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالغلاف

4.1 أبعاد الغلاف

يتم إيواء ITR8402-F-A في غلاف مدمج قياسي في الصناعة. تشمل الأبعاد الرئيسية الحجم الكلي للجسم، تباعد الأطراف، وموضع الفتحة البصرية. يتم تحديد جميع الأبعاد بالملليمترات مع تسامح قياسي يبلغ ±0.3 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج منها الأطراف من جسم الغلاف.

4.2 تحديد القطبية

تم تصميم المكون للتركيب عبر الثقب. يجب مراقبة تكوين توزيع الأطراف بعناية أثناء تخطيط وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لضمان التوصيل الكهربائي الصحيح لأنود وكاثود باعث الأشعة تحت الحمراء ومجمع وباعث الترانزستور الضوئي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 تشكيل الأطراف

إذا كان تشكيل الأطراف مطلوبًا، فيجب تنفيذهقبلاللحام. يجب أن يحدث الانحناء على مسافة لا تقل عن 3 مم من قاع غلاف الإيبوكسي لتجنب التلف الناجم عن الإجهاد. يجب تثبيت الأطراف أثناء الانحناء، ولا يجب لمس الغلاف نفسه أو تعريضه للإجهاد. يجب قطع الأطراف في درجة حرارة الغرفة.

5.2 عملية اللحام

يجب إجراء اللحام بعناية لمنع التلف الحراري أو الميكانيكي.

• اللحام اليدوي:الحد الأقصى لدرجة حرارة طرف المكواة 300°C (لمكاوي بقوة قصوى 30 واط). يجب ألا يتجاوز وقت اللحام لكل طرف 3 ثوانٍ. الحفاظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى لمبة الإيبوكسي.
• اللحام بالموجة/الغمس:الحد الأقصى لدرجة حرارة التسخين المسبق 100°C لمدة تصل إلى 60 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة حمام اللحام 260°C، مع وقت بقاء أقصاه 5 ثوانٍ. تنطبق قاعدة المسافة 3 مم من لمبة الإيبوكسي أيضًا.

يتم توفير منحنى درجة حرارة لحام موصى به، مع التركيز على مرحلة تسخين مضبوطة، وهضبة درجة حرارة ذروة محددة، ومرحلة تبريد مضبوطة. لا يُنصح بالتبريد السريع. لا ينبغي إجراء اللحام (بالغمس أو اليدوي) أكثر من مرة. بعد اللحام، يجب حماية الجهاز من الصدمات الميكانيكية حتى يعود إلى درجة حرارة الغرفة.

5.3 التنظيف والتخزين

ممنوع التنظيف بالموجات فوق الصوتية للجهاز المجمع لأنه قد يسبب تلفًا داخليًا. للتخزين، يجب حفظ الأجهزة عند 10-30°C مع رطوبة نسبية 70% أو أقل. العمر الافتراضي للتخزين الموصى به في عبوة الشحن الأصلية هو 3 أشهر. للتخزين لفترات أطول، يُنصح بجو من النيتروجين عند 10-25°C و 20-60% رطوبة نسبية. بمجرد الفتح، يجب استخدام الأجهزة خلال 24 ساعة، ويجب إعادة إغلاق أي مكونات متبقية على الفور.

6. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية هي 90 قطعة لكل أنبوب، 48 أنبوبًا لكل صندوق، و 4 صناديق لكل كرتون. يتضمن الملصق على العبوة حقولًا لرقم جزء العميل (CPN)، رقم الجزء (P/N)، كمية التعبئة (QTY)، الرتب (CAT)، المرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No).

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

وحدة ITR8402-F-A مناسبة تمامًا لتطبيقات الاستشعار والتبديل عديمة التلامس المختلفة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: استشعار الموضع في فئران الكمبيوتر وآلات النسخ، اكتشاف الورق في الماسحات الضوئية ومشغلات الأقراص المرنة، اكتشاف الحواف في الطابعات، واكتشاف الأجسام للأغراض العامة. يجعل غلافها عبر الثقب مناسبة للتركيب المباشر على اللوحة في مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية.

7.2 اعتبارات التصميم

عند التصميم باستخدام هذا المقطع الضوئي المتقطع، هناك عدة عوامل حاسمة:

• تصميم الدائرة:مقاومة تحديد التيار إلزامية لباعث الأشعة تحت الحمراء (IRED) للعمل ضمن تياره الأمامي المحدد (I_F). يتطلب ناتج الترانزستور الضوئي عادةً مقاومة سحب لأعلى لتحديد مستوى المنطق العالي عندما يكون الشعاع غير معترض.
• التكامل الميكانيكي:يجب أن تتماشى ثقوب لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بدقة مع أطراف المكون لتجنب إجهاد التركيب. يجب إبقاء الفتحة بين الباعث والمستقبل خالية من العوائق والتلوث.
• إدارة الحرارة:يجب مراعاة تبديد الطاقة لكل من باعث الأشعة تحت الحمراء والترانزستور الضوئي، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية. راجع منحنيات تقليل الطاقة للإرشاد.
• مناعة ضد الضوء المحيط:بينما يوفر طول موجة 940 نانومتر والغلاف بعض المناعة، فإن تصميم النظام للعمل في بيئة ضوئية مضبوطة أو استخدام إشارات الأشعة تحت الحمراء المضمنة يمكن أن يعزز الموثوقية في الظروف الصعبة.

8. المقارنة التقنية والتمييز

تقدم وحدة ITR8402-F-A توازنًا بين السرعة والحساسية والحجم. وقت استجابتها السريع البالغ 15 ميكرو ثانية يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب اكتشافًا سريعًا، كما في المشفرات أو العد عالي السرعة. تتيح الحساسية العالية التشغيل الموثوق حتى مع تيارات قيادة أقل أو في البيئات المتربة. يوفر تصميم المحور المتقارب جنبًا إلى جنب في غلاف قياسي حلاً فعالاً من حيث التكلفة للعديد من احتياجات الاستشعار الشائعة مقارنة بأجهزة الاستشعار الأكثر تخصصًا أو العاكسة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 ما هي مسافة الاستشعار أو الفجوة النموذجية؟

لا تحدد ورقة البيانات فجوة استشعار قصوى. يعتمد هذا المعلمة بشدة على التيار المطبق على باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED)، وحساسية الترانزستور الضوئي المحدد، وتأرجح إشارة الخرج المطلوب، وخصائص الجسم المعترض (العتامة، الحجم). يتم تحديده تجريبيًا لكل تطبيق.

9.2 هل يمكنني استخدام هذا المستشعر في ضوء الشمس؟

يحتوي ضوء الشمس المباشر على إشعاع تحت أحمر كبير ويمكن أن يشبع الترانزستور الضوئي، مما يتسبب في تشغيل غير موثوق. للتطبيقات الخارجية أو ذات الضوء المحيط العالي، يوصى بشدة باستخدام حماية إضافية، أو ترشيح بصري، أو استخدام إشارة أشعة تحت حمراء مدمجة مع اكتشاف متزامن.

9.3 لماذا يتم تحديد وقت الصعود/الهبوط بمقاوم حمل 1 كيلو أوم؟

تتأثر سرعة التبديل للترانزستور الضوئي بثابت الوقت RC الناتج عن سعته الوصلة ومقاومة الحمل. تحديده بحمل قياسي (1 كيلو أوم) يسمح بمقارنة متسقة بين الأجهزة. سيؤدي استخدام مقاوم حمل مختلف إلى تغيير أوقات الصعود والهبوط الفعالة.

10. حالات التصميم والاستخدام العملية

10.1 دراسة حالة: اكتشاف توقف الورق في طابعة

في هذا التطبيق، يتم وضع عدة مستشعرات ITR8402-F-A على طول مسار الورق. يتم عادةً اعتراض الشعاع تحت الأحمر بوجود الورق. يتم اكتشاف توقف الورق عندما يظل الشعاع غير معترض (الترانزستور الضوئي في وضع التشغيل) لفترة أطول من وقت العبور المتوقع بين مستشعرين، أو عندما يصبح معترضًا (الترانزستور الضوئي في وضع الإيقاف) عند مستشعر لا ينبغي أن يكون الورق موجودًا فيه. يضمن وقت الاستجابة السريع الاكتشاف في الوقت المناسب، مما يمنع التلف.

10.2 دراسة حالة: مشفر دوار للتحكم في سرعة المحرك

يدور قرص مشقوق مثبت على عمود محرك بين باعث ومستقبل وحدة ITR8402-F-A. عندما تمر الفتحات عبر الشعاع، تولد نبضات خرج من الترانزستور الضوئي. تتناسب تردد هذه النبضات طرديًا مع سرعة دوران المحرك. يتيح وقت الاستجابة البالغ 15 ميكرو ثانية قياس السرعة بدقة حتى عند دورات في الدقيقة العالية (RPM).

11. مبدأ التشغيل

المقطع الضوئي المتقطع، أو قاطع الصورة الضوئي، هو مكون مستقل يجمع بين مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء وكاشف ضوئي في غلاف واحد، يواجه كل منهما الآخر عبر فجوة فيزيائية. يتم تحيز باعث الأشعة تحت الحمراء (IRED) أماميًا لبعث ضوء الأشعة تحت الحمراء غير المرئي. يعمل الترانزستور الضوئي، الموضوع في المقابل، كمفتاح يتم التحكم فيه بالضوء. تكون مقاومة المجمع-الباعث عالية جدًا (يكون في وضع \"الإيقاف\") عندما لا يسقط عليه ضوء (التيار المظلم ضئيل). عندما يضرب ضوء الأشعة تحت الحمراء منطقة القاعدة، تتولد أزواج إلكترون-فجوة، مما يحيز الترانزستور بشكل فعال ويسمح بتدفق تيار مجمع كبير، مما يحوله إلى وضع \"التشغيل\". يقوم الجسم الموضوع في الفجوة بحجب الضوء، مما يُوقف تشغيل الترانزستور الضوئي. تُستخدم إشارة التشغيل/الإيقاف الرقمية هذه للكشف.

12. اتجاهات التكنولوجيا

تكنولوجيا النواة للمقاطع الضوئية المتقطعة ناضجة، لكن الاتجاهات تركز على التصغير (أغلفة SMD أصغر)، وسرعة أعلى لتطبيقات نقل البيانات، ودمج دوائر إضافية (مثل مشغلات شميت أو مضخمات) داخل الغلاف لتوفير إشارة خرج رقمية أنظف وتحسين المناعة ضد الضوضاء. هناك أيضًا اتجاه نحو تيارات تشغيل أقل للأجهزة التي تعمل بالبطارية في إنترنت الأشياء (IoT). يظل المبدأ الأساسي للكشف عن الضوء المضمن لرفض الضوء المحيط مجالًا رئيسيًا للتطوير للتطبيقات الصناعية والسيارات القوية.