ورقة بيانات مقطع الضوء ITR9707 - الأبعاد 7.0x4.0x3.0 مم - جهد التشغيل الأمامي 1.2 فولت - الطول الموجي القياسي 940 نانومتر - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة ITR9707 هي مقطع ضوئي مضغوط، يُعرف أيضًا باسم مقطع الصورة أو مستشعر الفتحة. وهي تجمع بين صمام باعث للضوء تحت الأحمر (IRED) وترانزستور ضوئي من السيليكون داخل غلاف بلاستيكي حراري أسود واحد. يتم وضع المكونات جنبًا إلى جنب على محاور بصرية متقاربة. يعتمد مبدأ التشغيل الأساسي على قطع شعاع ضوء الأشعة تحت الحمراء. في حالته الطبيعية، يستقبل الترانزستور الضوئي الإشعاع المنبعث من صمام LED تحت الأحمر المجاور. عندما يمر جسم معتم عبر الفتحة بين الباعث والمستقبل، يتم حجب مسار الضوء، مما يتسبب في تغير حالة خرج الترانزستور الضوئي. يوفر هذا طريقة موثوقة وغير تلامسية للكشف عن وجود أو غياب أو موقع جسم ما.

1.1 الميزات والمزايا الأساسية

• وقت استجابة سريع:يمكن من اكتشاف الأحداث عالية السرعة بأوقات صعود وهبوط نموذجية تبلغ 15 ميكروثانية.
• حساسية عالية:يوفر الترانزستور الضوئي من السيليكون استجابة كهربائية قوية للإضاءة تحت الحمراء.
• طول موجي محدد:يستخدم صمام LED تحت الأحمر بطول موجي ذروة انبعاث (λp) يبلغ 940 نانومتر، وهو خارج الطيف المرئي، مما يقلل من التداخل من الضوء المحيط.
• الامتثال البيئي:المنتج خالي من الرصاص، متوافق مع توجيه RoHS، ويلتزم بأنظمة الاتحاد الأوروبي REACH.

1.2 التطبيقات المستهدفة

صُمم هذا الجهاز لمجموعة متنوعة من تطبيقات الاستشعار والتبديل غير التلامسية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: استشعار الموضع في فئران الكمبيوتر وآلات النسخ، وكشف الحواف في الماسحات الضوئية ومحركات الأقراص المرنة، والتبديل غير التلامسي للأغراض العامة، والتركيب المباشر على اللوحة في مختلف التجميعات الإلكترونية.

2. المواصفات الفنية والتفسير المتعمق

2.1 الحدود القصوى المطلقة

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

• المدخل (صمام LED تحت الأحمر):أقصى تيار أمامي مستمر (IF) هو 50 مللي أمبير. أقصى جهد عكسي (VR) هو 5 فولت. تبديد الطاقة (Pd) هو 75 ميلي واط عند درجة حرارة هواء حر 25 درجة مئوية أو أقل.
• المخرج (الترانزستور الضوئي):أقصى تيار مجمع (IC) هو 20 مللي أمبير. جهد انهيار المجمع-الباعث (BVCEO) هو 30 فولت. تبديد الطاقة (Pd) هو 75 ميلي واط.
• الحراري:نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr) هو من -25 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg) هو من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• اللحام:يجب ألا تتجاوز درجة حرارة لحام الأطراف (Tsol) 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ أو أقل، مقاسة على بعد 3 مم من جسم العبوة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند Ta=25 درجة مئوية، والتي تحدد سلوك تشغيل الجهاز.

• خصائص المدخل:الجهد الأمامي (VF) لصمام LED تحت الأحمر هو عادة 1.2 فولت عند تيار تشغيل (IF) قدره 20 مللي أمبير، بحد أقصى 1.5 فولت. التيار العكسي (IR) هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند VR=5 فولت.
• خصائص المخرج:تيار المجمع المظلم (ICEO)، وهو تيار التسرب بدون إضاءة، هو بحد أقصى 100 نانو أمبير عند VCE=20 فولت. جهد تشبع المجمع-الباعث (VCE(sat)) هو بحد أقصى 0.4 فولت عندما يتم دفع الترانزستور الضوئي إلى حالة التشبع (IC=2 مللي أمبير، Ee=1 ميلي واط/سم²).
• خصائص النقل:يحدد هذا العلاقة بين المدخل والمخرج. يتم ضمان أن يكون تيار المجمع في حالة التشغيل (IC(on)) على الأقل 0.5 مللي أمبير عندما يتم تشغيل صمام LED تحت الأحمر بـ IF=20 مللي أمبير ويتم تحيز الترانزستور الضوئي بـ VCE=5 فولت. هذه المعلمة، المعروفة باسم نسبة نقل التيار (CTR)، حاسمة لتصميم دائرة الواجهة.
• الاستجابة الديناميكية:كل من وقت الصعود (tr) ووقت الهبوط (tf) هما عادة 15 ميكروثانية تحت ظروف الاختبار المحددة (VCE=5 فولت، IC=1 مللي أمبير، RL=1 كيلو أوم). وهذا يحدد أقصى تردد تبديل.

3. تحليل منحنيات الأداء

3.1 خصائص صمام LED تحت الأحمر

توفر ورقة البيانات منحنيات نموذجية لمكون باعث الأشعة تحت الحمراء. يوضح الرسم البيانيالتيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطةكيفية تقليل أقصى تيار أمامي مسموح به مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية، وهو أمر بالغ الأهمية للإدارة الحرارية. يوضح منحنىالتيار الأمامي مقابل الجهد الأماميخاصية IV للصمام الثنائي، وهي ضرورية لاختيار المقاوم المحدد للتيار. يؤكد مخططالحساسية الطيفيةعلى ذروة الانبعاث عند 940 نانومتر وعرض نطاق الانبعاث.

3.2 خصائص الترانزستور الضوئي

يظهر منحنىالحساسية الطيفيةللترانزستور الضوئي استجابيته عبر الأطوال الموجية المختلفة. يبلغ ذروته في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة، متطابقًا بشكل وثيق مع خرج 940 نانومتر لصمام LED تحت الأحمر المقترن. يزيد هذا التطابق الطيفي من الحساسية ويقلل من الاستجابة لمصادر الضوء المحيط غير المرغوب فيها.

4. المعلومات الميكانيكية وبيانات العبوة

4.1 أبعاد العبوة

يتم وضع ITR9707 في عبوة قياسية مضغوطة. تشمل الأبعاد الرئيسية عرض الجسم الكلي حوالي 7.0 مم، وارتفاع 4.0 مم، وعمق 3.0 مم. عرض فجوة الفتحة، الذي يحدد حجم الجسم الذي يمكن اكتشافه، هو بُعد حاسم. تباعد الأطراف موحد للتركيب على لوحة الدوائر المطبوعة ذات الثقوب. جميع التسامحات الأبعاد هي عادة ±0.3 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

4.2 تحديد القطبية والتركيب

يحتوي المكون على توزيع أطراف قياسي حيث يكون الأنود والكاثود لصمام LED تحت الأحمر على جانب واحد، والباعث والمجمع للترانزستور الضوئي على الجانب الآخر. يشير الغلاف الأسود وأطوال الأطراف المحددة أو علامات العبوة عادةً إلى الاتجاه. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تخطيط وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 احتياطات تشكيل الأطراف

إذا كانت هناك حاجة لثني الأطراف للتركيب، فيجب أن يتم ذلكقبلاللحام. يجب أن يحدث الثني على بعد لا يقل عن 3 مم من قاعدة جسم العبوة الإيبوكسي لتجنب نقل الإجهاد الذي قد يتسبب في تشقق الغلاف أو إتلاف الشريحة الداخلية. يجب تثبيت الأطراف أثناء الثني، ويجب تنفيذ العملية في درجة حرارة الغرفة.

5.2 معلمات اللحام الموصى بها

• اللحام اليدوي:يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 300 درجة مئوية (بحد أقصى 30 واط). يجب أن يكون وقت اللحام لكل طرف 3 ثوانٍ أو أقل. يجب أن تكون وصلة اللحام على بعد 3 مم على الأقل من لمبة الإيبوكسي.
• اللحام بالموجة/الغمس:يجب أن تكون درجة حرارة التسخين المسبق بحد أقصى 100 درجة مئوية لمدة تصل إلى 60 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة حمام اللحام 260 درجة مئوية، مع وقت بقاء في الموجة 5 ثوانٍ أو أقل. مرة أخرى، حافظ على مسافة دنيا 3 مم من العبوة.

يوصى بملف درجة حرارة اللحام، مع التركيز على تسخين متحكم فيه، وهضبة درجة حرارة ذروية، وتبريد متحكم فيه لمنع الصدمة الحرارية.

5.3 التعامل بعد اللحام

تجنب تطبيق إجهاد ميكانيكي أو اهتزاز على الجهاز وهو لا يزال ساخنًا من اللحام. اتركه ليبرد طبيعيًا إلى درجة حرارة الغرفة. لا ينبغي تكرار اللحام بالغمس أو اليدوي أكثر من مرة واحدة. لا يوصى بالتنظيف بالموجات فوق الصوتية لهذا الجهاز.

6. التخزين والتعامل

للتخزين طويل الأمد الذي يتجاوز العمر الافتراضي القياسي البالغ 3 أشهر من الشحن، يجب حفظ الأجهزة في حاوية محكمة الغلق بجو من النيتروجين عند 10 درجة مئوية ~ 25 درجة مئوية ورطوبة نسبية 20% ~ 60%. بعد فتح العبوة الحساسة للرطوبة، يجب استخدام المكونات خلال 24 ساعة أو في أسرع وقت ممكن. يجب تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات عالية الرطوبة لمنع التكثيف، مما قد يؤدي إلى التآكل أو أضرار أخرى أثناء اللحام اللاحق.

7. معلومات التعبئة والطلب

تكوين التعبئة القياسي هو 78 قطعة لكل أنبوب. يتم تعبئة اثنين وأربعين أنبوبًا في صندوق واحد، وأربعة صناديق في كرتونة رئيسية واحدة. يتضمن الملصق على العبوة حقولًا لرقم جزء العميل (CPN)، ورقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، والكمية (QTY)، ومراجع التصميم (REF)، ورقم الدفعة (LOT No) للتتبع.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 تكوين الدائرة النموذجية

تتضمن دائرة التطبيق النموذجية مقاومًا محددًا للتيار على التوالي مع أنود صمام LED تحت الأحمر. يتم حساب القيمة بناءً على جهد الإمداد (Vcc)، وجهد التشغيل الأمامي لصمام LED (VF ~1.2 فولت)، والتيار الأمامي المطلوب (IF، على سبيل المثال 20 مللي أمبير). يُستخدم الترانزستور الضوئي بشكل شائع في وضع التبديل، متصلًا كجهاز سحب للأسفل مع مجمعه إلى Vcc (عبر مقاوم سحب للأعلى إذا لزم الأمر) وباعثه إلى الأرض. سيكون الجهد عند عقدة المجمع منخفضًا عندما يكون الشعاع غير مقطوع (الترانزستور في حالة التشغيل) وعاليًا عندما يتم حجب الشعاع (الترانزستور في حالة الإيقاف).

8.2 عوامل التصميم

• كشف الأجسام:يكتشف الجهاز الأجسام المعتمة التي تقطع شعاع الأشعة تحت الحمراء بالكامل داخل الفتحة. قد لا تسبب المواد العاكسة أو الشبه شفافة تغيير حالة موثوق.
• مناعة ضد الضوء المحيط:يوفر الطول الموجي 940 نانومتر والاستجابة الطيفية المطابقة رفضًا جيدًا للضوء المحيط المرئي الشائع. ومع ذلك، يمكن لمصادر قوية للضوء تحت الأحمر (مثل ضوء الشمس، المصابيح المتوهجة) أن تسبب تداخلًا وقد تتطلب حماية بصرية أو تقنيات تضمين/فك تضمين للتطبيقات الحرجة.
• سرعة الاستجابة:يسمح وقت الاستجابة البالغ 15 ميكروثانية باكتشاف الأجسام المتحركة بسرعات عالية نسبيًا، وهو مناسب للمشفرات ومستشعرات السرعة.
• المحاذاة:تبسط البصريات المتقاربة المدمجة عملية المحاذاة، ولكن يجب تصميم لوحة الدوائر المطبوعة بحيث تدخل الأطراف بدون إجهاد، ويجب أن تبقى الفتحة غير مسدودة.

9. المقارنة الفنية والتحديد

يمثل ITR9707 حلاً قياسيًا وفعالًا من حيث التكلفة للتركيب ذو الثقوب. عوامل التمييز الرئيسية له هي طوله الموجي المحدد 940 نانومتر، وهو معيار صناعي شائع، وبنائه القوي. مقارنة بأجهزة الاستشعار العاكسة، توفر المقاطع الضوئية كشفًا أكثر موثوقية واتساقًا لأنها أقل عرضة للتغيرات في انعكاسية سطح الهدف. مقارنة بأجهزة التركيب السطحي الحديثة، توفر العبوة ذات الثقوب متانة ميكانيكية في التطبيقات المعرضة للاهتزاز أو حيث يتم استخدام التجميع اليدوي.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هي مسافة أو فجوة التشغيل النموذجية؟

ج: "فجوة" التشغيل هي الفتحة المادية داخل العبوة نفسها. يكتشف الجهاز أي جسم معتم يدخل ويحجب هذه الفتحة الداخلية. لا يُستخدم لاستشعار الأجسام على مسافة خارج العبوة.

س: هل يمكنني تشغيل صمام LED تحت الأحمر بمصدر جهد مباشرة؟

ج: لا. صمام LED هو جهاز يعمل بالتيار. مقاوم محدد للتيار على التوالي إلزامي لمنع التيار المفرط الذي قد يدمر صمام LED، حتى لو بدا جهد الإمداد منخفضًا.

س: كيف أفسر الحد الأدنى لقيمة IC(on) البالغة 0.5 مللي أمبير؟

ج: هذا هو الحد الأدنى المضمون لتيار الخرج عندما يتم تشغيل المدخل تحت ظروف الاختبار القياسية (IF=20 مللي أمبير، VCE=5 فولت). يجب أن تعمل تصميم دائرة الخاص بك بشكل صحيح حتى إذا كان الجهاز الفعلي عند هذا الحد الأدنى من المواصفات، مما يضمن المتانة على اختلافات الإنتاج.

س: هل هذا المستشعر محصن ضد ضوء الشمس؟

ج: بينما يساعد مرشح 940 نانومتر، يحتوي ضوء الشمس المباشر على كمية كبيرة من الإشعاع تحت الأحمر ويمكن أن يشبع المستشعر. للاستخدام في الهواء الطلق أو في البيئات الداخلية شديدة الإضاءة، يوصى بحماية بصرية إضافية أو ترشيح إلكتروني (مثل الضوء المضمن).

11. أمثلة تطبيقية عملية

المثال 1: كشف انحشار الورق في الطابعة.يتم تركيب المقطع الضوئي بحيث يمر علم ورقي أو الورق نفسه عبر فتحته. عندما يكون الورق موجودًا، يتم حجب الشعاع، ويكون الترانزستور الضوئي في حالة إيقاف. يتسبب انحشار الورق أو نفاد الورق (بدون حجب) في تشغيل الترانزستور، مما يشير إلى المتحكم الدقيق.

المثال 2: مشفر دوار لسرعة المحرك.يدور قرص مُشقوق متصل بعمود محرك بين ذراعي المقطع الضوئي. مع مرور كل فتحة، يتم قطع الشعاع والسماح له بالمرور بالتناوب، مما يولد قطار نبضات موجة مربعة. تردد هذه الإشارة يتناسب طرديًا مع سرعة دوران المحرك.

12. مبدأ التشغيل

يعمل ITR9707 على مبدأ قطع الضوء المنقول. يتم توليد شعاع ضوء تحت الأحمر بواسطة صمام LED من GaAlAs. يسافر هذا الشعاع عبر فجوة هوائية صغيرة داخل غلاف الجهاز ويركز على المنطقة الحساسة للترانزستور الضوئي NPN من السيليكون. يعمل الترانزستور الضوئي كمصدر تيار؛ تولد الفوتونات الساقطة أزواج إلكترون-فجوة في منطقة قاعدته، مما يثير تيار قاعدة يتم تضخيمه بعد ذلك بواسطة كسب الترانزستور، مما يؤدي إلى تيار مجمع أكبر بكثير. عندما يحجب جسم ما الشعاع، ينخفض تدفق الفوتونات إلى الصفر، ويتوقف تيار القاعدة، وينخفض تيار المجمع إلى مستوى تياره المظلم المنخفض جدًا. يستخدم هذا التغيير الحاد في تيار الخرج كإشارة رقمية تشير إلى وجود الجسم.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تظل المقاطع الضوئية مكونات أساسية في استشعار الموضع والحركة. تشمل الاتجاهات الحالية تطوير إصدارات أجهزة التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي، والتي توفر بصمات أصغر ومظهرًا أقل ارتفاعًا. هناك أيضًا اتجاه نحو دمج دوائر إضافية على الشريحة، مثل مشغلات شميت للإخراج الرقمي مع التباطؤ، ومكبرات الصوت للإخراج التناظري، أو حتى منطق المشفر الكامل. علاوة على ذلك، تهدف التطورات في مواد التغليف إلى تحسين الأداء الحراري ومقاومة عمليات غسل اللوحة. ومع ذلك، لا تزال قيمة المبدأ الأساسي للقطع الضوئي لبساطته وموثوقيته وطبيعته غير التلامسية.