ورقة بيانات مستشعر الضوء العاكس ITR8307/F43 - الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء والضوئي الترانزستور - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد ITR8307/F43 مستشعرًا ضوئيًا عاكسًا مضغوطًا للتركيب السطحي، مُصممًا لاكتشاف الأجسام قصيرة المدى. فهو يدمج صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء تحت الأحمر (IR-LED) وترانزستورًا ضوئيًا من السيليكون عالي الحساسية من نوع NPN داخل غلاف بلاستيكي واحد. الوظيفة الأساسية هي اكتشاف وجود أو غياب جسم ما عن طريق إصدار ضوء تحت الأحمر من الصمام الثنائي وقياس كمية الضوء المنعكس إلى الترانزستور الضوئي.

تشمل المزايا الأساسية لهذا الجهاز وقت استجابة سريع، وحساسية عالية للضوء تحت الأحمر، وقدرته على تصفية تداخل الضوء المرئي، مما يضمن تشغيلًا موثوقًا به. شكله الرفيع والمضغوط يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات المساحة المحدودة في الإلكترونيات الاستهلاكية والمعدات التي يتم التحكم فيها بواسطة الحواسيب الدقيقة.

يتم تصنيع الجهاز ليكون خاليًا من الرصاص (Pb-free)، ومتوافقًا مع لائحة الاتحاد الأوروبي REACH، ويلتزم بمعايير خالية من الهالوجين (Br < 900 جزء في المليون، Cl < 900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون). كما تم تصميمه للبقاء ضمن مواصفات توجيه RoHS.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 التصنيفات القصوى المطلقة

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

• تبديد طاقة الإدخال (الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء) (Pd):75 ميلي واط عند درجة حرارة هواء حر تبلغ 25 درجة مئوية أو أقل. تجاوز هذا يمكن أن يسخن تقاطع الصمام الثنائي بشكل مفرط.
• الجهد العكسي للصمام الثنائي الباعث للضوء (VR):5 فولت. تطبيق جهد عكسي أعلى يمكن أن يسبب انهيارًا.
• تيار الأمام للصمام الثنائي الباعث للضوء (IF):50 مللي أمبير مستمر. تيار الأمام الذروي (IFP) هو 1 أمبير لنبضات بعرض 100 ميكرو ثانية وفترة 10 مللي ثانية.
• تبديد طاقة المجمع للمخرج (الترانزستور الضوئي) (PC):75 ميلي واط.
• تيار المجمع (IC):50 مللي أمبير كحد أقصى.
• جهد المجمع-الباعث (V_CEO):30 فولت. هذا هو أقصى جهد يمكن تطبيقه بين المجمع والباعث مع فتح القاعدة.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -25 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. الجهاز يعمل ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• درجة حرارة التخزين (T_stg):من -30 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• درجة حرارة لحام الأطراف (T_sol):260 درجة مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند Ta=25 درجة مئوية وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• جهد الأمام للصمام الثنائي الباعث للضوء (V_F):عادة 1.2 فولت، بحد أقصى 1.6 فولت عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير. هذا مهم لتصميم دائرة القيادة المحددة للتيار.
• الطول الموجي الذروي للصمام الثنائي الباعث للضوء (λ_P):940 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يصدر فيه الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء أكبر قدر من الطاقة الضوئية، مما يتطابق مع ذروة حساسية الترانزستور الضوئي السيليكوني.
• تيار الظلام للترانزستور الضوئي (I_CEO):100 نانو أمبير كحد أقصى عند V_CE=10 فولت بدون إضاءة (E_e=0). هذا هو تيار التسرب عندما يكون المستشعر "مطفأ" ويجب تقليله للحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة.
• تيار المجمع (I_C(ON)):0.1 مللي أمبير كحد أدنى تحت شرط الاختبار V_CE=5 فولت و I_F=20 مللي أمبير. هذا هو التيار الضوئي الناتج عندما يكون الصمام الثنائي الباعث للضوء نشطًا ويكون الجسم ضمن نطاق الكشف.
• وقت الصعود/الهبوط (t_r, t_f):عادة 20 ميكرو ثانية لكل منهما. هذا يحدد سرعة تبديل الترانزستور الضوئي، وهو أمر بالغ الأهمية لاكتشاف الأجسام سريعة الحركة أو لنقل البيانات عالي السرعة في بعض التطبيقات.

3. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توفر فهمًا أعمق لسلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة هنا، يتم شرح آثارها النموذجية.

3.1 خصائص الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء

تُظهر منحنيات باعث الأشعة تحت الحمراء عادة العلاقة بين جهد الأمام والتيار الأمامي (منحنى I-V)، وهي غير خطية. كما توضح أيضًا الشدة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي، مما يوضح كيف يزداد الناتج الضوئي مع تيار القيادة، وتأثير درجة الحرارة المحيطة على هذا الناتج، والذي ينخفض عمومًا مع ارتفاع درجة الحرارة.

3.2 خصائص الترانزستور الضوئي

تصور منحنيات المستقبل عادة تيار المجمع مقابل جهد المجمع-الباعث لمستويات مختلفة من الإشعاع (قوة الإدخال الضوئية). هذه العائلة من المنحنيات تشبه خصائص الخرج لترانزستور ثنائي القطب، حيث يعمل الإشعاع مثل تيار القاعدة. قد تُظهر المنحنيات الأخرى تيار المجمع مقابل المسافة إلى سطح عاكس أو مقابل تيار قيادة الصمام الثنائي الباعث للضوء، مما يحدد دالة النقل للمستشعر.

3.3 خصائص المستشعر المدمجة

تمثل هذه المنحنيات أداء تجميع المستشعر الكامل. الرسم البياني الرئيسي هو تيار المجمع مقابل المسافة إلى سطح عاكس قياسي (غالبًا بطاقة بيضاء) لتيار صمام ثنائي باعث للضوء ثابت. يحدد هذا المنحنى نطاق الاستشعار الفعال والاستجابة غير الخطية عبر المسافة، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم اكتشاف العتبة.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

يأتي الجهاز في غلاف مضغوط للتركيب السطحي. يتم توفير الأبعاد الدقيقة في رسم التغليف الخاص بورقة البيانات. تشير الملاحظات الرئيسية من الرسم إلى أن جميع الأبعاد بالمليمترات وأن التسامح العام هو ±0.15 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تم تحسين وضع الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء والترانزستور الضوئي جنبًا إلى جنب للاستشعار العاكس. يتضمن التغليف علامات قطبية لضمان الاتجاه الصحيح أثناء تجميع لوحة الدوائر المطبوعة.

5. إرشادات اللحام والتجميع

التصنيف الأقصى المطلق لدرجة حرارة لحام الأطراف هو 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ. يجب الالتزام الصارم بهذه المعلمة أثناء عمليات اللحام بإعادة التدفق أو بالموجة لمنع تلف الغلاف البلاستيكي أو الروابط السلكية الداخلية. ملفات تعريف IPC/JEDEC J-STD-020 القياسية للحام الخالي من الرصاص قابلة للتطبيق بشكل عام، ولكن يجب التحكم في درجة الحرارة الذروية والوقت فوق السائل. يجب تجنب التعرض الطويل للرطوبة العالية قبل اللحام، ويوصى بإجراءات التعامل مع مستوى حساسية الرطوبة (MSL) القياسية، على الرغم من أن تصنيف MSL المحدد غير مذكور في المحتوى المقدم.

6. معلومات التعبئة والطلب

التعبئة القياسية كما يلي:

1. 160 قطعة لكل أنبوب.
2. 18 أنبوبًا لكل صندوق داخلي.
3. 12 صندوقًا داخليًا لكل صندوق رئيسي (خارجي).

يتضمن الملصق على العبوة حقولًا لرقم إنتاج العميل (CPN)، ورقم الإنتاج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، والرتب (CAT)، والطول الموجي الذروي (HUE)، والمرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No.)، ومكان الإنتاج.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تدرج ورقة البيانات عدة تطبيقات كلاسيكية: الكاميرات (مثل اكتشاف وجود فيلم أو شريط)، وأجهزة تسجيل الفيديو، ومشغلات الأقراص المرنة، وأجهزة تسجيل الأشرطة، ومعدات التحكم المختلفة بالحواسيب الدقيقة. تشمل التطبيقات الحديثة اكتشاف الورق في الطابعات، واكتشاف العملات المعدنية في آلات البيع، واستشعار الحواف، وعد الأشياء، واستشعار القرب في الأجهزة الاستهلاكية حيث يكون الكشف غير المتلامس مطلوبًا.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:يجب استخدام مقاوم متسلسل مع الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء لتحديد التيار الأمامي (I_F) إلى قيمة آمنة، عادة 20 مللي أمبير للتشغيل القياسي، محسوبة باستخدام جهد الإمداد وجهد الأمام للصمام الثنائي الباعث للضوء (V_F).
• مقاوم الحمل:يتطلب خرج الترانزستور الضوئي مقاوم سحب أو حمل (R_L) متصل بين المجمع والإمداد الموجب. قيمته تحدد تأرجح جهد الخرج وسرعة الاستجابة. المقاوم الأصغر يوفر استجابة أسرع ولكن حساسية أقل (تغير جهد أصغر).
• مناعة الضوء المحيط:بينما يقطع الجهاز الضوء المرئي، يمكن لمصادر الأشعة تحت الحمراء المحيطة القوية (ضوء الشمس، المصابيح المتوهجة) أن تؤثر على الأداء. يمكن أن يحسن التدريع الميكانيكي، أو المرشحات الضوئية، أو تقنيات التضمين/فك التضمين (نبض الصمام الثنائي الباعث للضوء وقراءة الخرج بشكل متزامن) الموثوقية.
• الانعكاسية:يعتمد نطاق الكشف وقوة الإشارة بشدة على الانعكاسية، واللون، وملمس سطح الجسم المستهدف. قد يكون المعايرة أو العتبات القابلة للتعديل ضرورية.

8. المقارنة التقنية

يقدم ITR8307/F43 مجموعة محددة من الميزات. مقارنة بالترانزستورات الضوئية أو الثنائيات الضوئية الأبسط، فهو يوفر حلاً متكاملاً ومحاذيًا للاستشعار العاكس. مقارنة بأجهزة الاستشعار ذات الخرج الرقمي الحديثة المدمجة مع المنطق، فهو مكون تمثيلي يتطلب دوائر خارجية لتكييف الإشارة، مما يوفر مرونة تصميم أكبر ولكن تعقيدًا أكثر. المميزات الرئيسية له هي حجمه المضغوط، ووقت استجابته السريع (20 ميكرو ثانية)، وامتثاله للوائح البيئية (RoHS، REACH، خالي من الهالوجين).

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هي مسافة الاستشعار النموذجية؟

أ: لا تحدد ورقة البيانات مسافة قصوى لأنها تعتمد بشدة على انعكاسية الهدف وتيار قيادة الصمام الثنائي الباعث للضوء. يستخدم شرط الاختبار لـ I_C(ON)فجوة 1 مم، مما يشير إلى أنه مُحسَّن لاكتشاف المدى القصير جدًا. النطاقات العملية عادة ما تكون بضعة ملليمترات إلى بضعة سنتيمترات.

س: هل يمكنني تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء بمصدر جهد مباشرة؟

أ: لا. يجب تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء بمصدر محدود التيار، يتم تنفيذه دائمًا تقريبًا بمقاوم متسلسل، لمنع الهروب الحراري والتلف من التيار الزائد.

س: كيف أقوم بتوصيل الخرج بمتحكم دقيق؟

أ: خرج مجمع الترانزستور الضوئي هو جهد تمثيلي يتغير مع الضوء المنعكس. يمكن توصيله بدبوس محول التناظري إلى الرقمي (ADC) للمتحكم الدقيق للقياس الدقيق، أو من خلال دائرة مقارن لإنشاء إشارة تشغيل/إيقاف رقمية لدبوس GPIO.

س: ما هو الغرض من ميزة "قطع الطول الموجي المرئي"؟

أ: تم تصميم الترانزستور الضوئي ليكون حساسًا بشكل أساسي للضوء تحت الأحمر 940 نانومتر من الصمام الثنائي الباعث للضوء المزدوج وأقل حساسية للضوء المرئي. هذا يقلل من التشغيل الخاطئ الناتج عن تغيرات إضاءة الغرفة المحيطة.

10. حالة استخدام عملية

الحالة: اكتشاف نهاية الورق في طابعة مكتبية

يتم تركيب المستشعر داخل الطابعة، مواجهًا لمسار الورق. يعمل علم عاكس أو الورق نفسه كهدف. عندما يكون الورق موجودًا، ينعكس الضوء تحت الأحمر إلى الترانزستور الضوئي، مما يولد تيار مجمع عالي وجهد خرج منخفض (إذا تم استخدام مقاوم سحب). عندما ينفد الورق، يتوقف الانعكاس، ويتم إيقاف تشغيل الترانزستور الضوئي، ويصبح جهد الخرج مرتفعًا. يتم اكتشاف هذا الانتقال في الجهد بواسطة منطق التحكم في الطابعة، مما يؤدي إلى تشغيل تنبيه "نفاد الورق" للمستخدم. يضمن وقت الاستجابة السريع الاكتشاف حتى عند سرعات تغذية الورق العالية.

11. مبدأ التشغيل

يعمل ITR8307/F43 على مبدأ انعكاس الضوء المعدل. يحول الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء الداخلي من GaAs التيار الكهربائي إلى ضوء تحت الأحمر (940 نانومتر). ينبعث هذا الضوء نحو منطقة هدف. إذا كان جسم ما موجودًا داخل مجال الكشف، ينعكس جزء من هذا الضوء مرة أخرى. يعمل الترانزستور الضوئي السيليكوني NPN المدمج كمستقبل. عندما تضرب الفوتونات من الضوء تحت الأحمر المنعكس تقاطع قاعدة-مجمع الترانزستور الضوئي، فإنها تولد أزواج إلكترون-ثقب. يعمل هذا التيار الضوئي المتولد كتيار قاعدة، والذي يتم تضخيمه بعد ذلك بواسطة كسب الترانزستور، مما يؤدي إلى تيار مجمع أكبر بكثير (I_C). يتناسب حجم تيار المجمع هذا مع شدة الضوء تحت الأحمر المنعكس، والذي بدوره يعتمد على مسافة الجسم وانعكاسيته. من خلال قياس تيار الخرج هذا (أو الجهد عبر مقاوم حمل)، يمكن تحديد وجود أو غياب أو حتى المسافة التقريبية لجسم ما.

12. اتجاهات التكنولوجيا

تمثل أجهزة الاستشعار الضوئية العاكسة مثل ITR8307/F43 تقنية ناضجة وموثوقة. تشمل الاتجاهات الحالية في المجال مزيدًا من التصغير في التغليف، ودمج المستشعر مع دوائر الواجهة الأمامية التمثيلية (المكبرات، محولات ADC) والمنطق الرقمي (واجهات I2C/SPI) في حلول رقاقة واحدة، مما يقلل عدد المكونات الخارجية. هناك أيضًا تركيز على استهلاك طاقة أقل للأجهزة التي تعمل بالبطارية وخوارزميات محسّنة لإلغاء ضوء الخلفية وقياس المسافة. يظل الطلب على المكونات المتوافقة بيئيًا (صديقة للبيئة)، والتي يعالجها هذا الجهاز، محركًا قويًا في صناعة الإلكترونيات.

13. إخلاء المسؤولية والملاحظات الهامة

بناءً على محتوى ورقة البيانات، فإن إخلاءات المسؤولية والملاحظات التالية بالغة الأهمية للمستخدمين:

1. يحتفظ المصنع بالحق في تعديل مزيج مواد المنتج.
2. يلبي المنتج مواصفاته المنشورة لمدة 12 شهرًا من تاريخ الشحن.
3. الرسوم البيانية والقيم النموذجية هي للإرشاد فقط ولا تمثل حدودًا دنيا أو قصوى مضمونة.
4. المستخدم مسؤول عن تشغيل الجهاز ضمن تصنيفاته القصوى المطلقة. لا يتحمل المصنع أي مسؤولية عن الضرر الناتج عن سوء الاستخدام.
5. محتوى ورقة البيانات محمي بحقوق الطبع والنشر؛ يتطلب الاستنساخ موافقة مسبقة.
6. تحذير هام:هذا المنتجغير مخصصللاستخدام في التطبيقات الحرجة للسلامة بما في ذلك المعدات العسكرية، والطائرات، والسيارات، والطبية، والمعدات التي تحافظ على الحياة أو تنقذها. لمثل هذه التطبيقات، يجب الحصول على إذن صريح.