ورقة بيانات مقطع ضوئي ITR20002 - حزمة جانبية - طول موجي 940 نانومتر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

ITR20002 هو وحدة مقطع ضوئي بالأشعة تحت الحمراء مدمجة ذات منظر جانبي. يدمج صمامًا ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء وترانزستورًا ضوئيًا من السيليكون من نوع NPN مثبتين جنبًا إلى جنب على محور بصري متقارب داخل غلاف من البلاستيك الحراري الأسود. تم تصميم هذا التكوين لاكتشاف الأجسام، واستشعار الموضع، وتطبيقات التبديل غير التلامسية عن طريق قطع مسار الشعاع تحت الأحمر بين الباعث والمستقبل.

1.1 الميزات الأساسية والمزايا

• وقت استجابة سريع:يمكن من الكشف والتبديل السريع، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات عالية السرعة.
• حساسية عالية:يوفر الترانزستور الضوئي من السيليكون كشفًا موثوقًا للإشارة من باعث الأشعة تحت الحمراء.
• طول موجي قطعي محدد:طول موجة الانبعاث الذروي (λp) هو 940 نانومتر، مُحسَّن لاستشعار الأشعة تحت الحمراء مع تقليل التداخل من الضوء المرئي إلى الحد الأدنى.
• الامتثال البيئي:المنتج خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع معايير RoHS، وEU REACH، والخالي من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون).
• محور بصري متقارب:يُبسِّط التصميم المتقارب جنبًا إلى جنب عملية المحاذاة لاكتشاف الأجسام في الفجوة بين المكونات.

1.2 التطبيقات المستهدفة

تم تصميم الوحدة لمجموعة متنوعة من مهام الاستشعار الكهروضوئي، بما في ذلك:

• آليات الفأرة وآلة النسخ لاكتشاف الحركة أو وجود الورق.
• محركات الأقراص المرنة لاستشعار إدخال القرص أو موضع المسار.
• التبديل غير التلامسي للأغراض العامة.
• التركيب المباشر على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs).

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

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

• الإدخال (صمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء):
  • تبديد الطاقة (Pd):100 ميلي واط عند 25°م. من الضروري تخفيض التصنيف عند درجات حرارة محيطية أعلى.
  • الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة الصمام الثنائي.
  • التيار الأمامي (IF):60 مللي أمبير مستمر.
  • تيار الذروة الأمامي (IFP):1 أمبير لنبضات ≤100 ميكروثانية عند دورة عمل 1%. هذا يسمح بنبضات قصيرة وعالية الكثافة.
• الإخراج (الترانزستور الضوئي):
  • تبديد طاقة المجمع (Pc):80 ميلي واط. هذا يحد من مزيج تيار وجهد المجمع.
  • تيار المجمع (IC):20 مللي أمبير أقصى تيار مستمر.
  • جهد المجمع-الباعث (BV_CEO):35 فولت. أقصى جهد يمكن تطبيقه عبر الترانزستور عندما تكون القاعدة مفتوحة.
  • جهد الباعث-المجمع (BV_ECO):6 فولت. أقصى جهد عكسي عبر الباعث والمجمع.
• التصنيفات الحرارية:
  • درجة حرارة التشغيل (T_opr):-25°م إلى +85°م.
  • درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°م إلى +85°م.
  • درجة حرارة لحام الأطراف (T_sol):260°م لمدة 5 ثوانٍ على بعد 1/16 بوصة (1.6 مم) من جسم الحزمة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية (درجة حرارة المحيط = 25°م)

هذه هي معلمات التشغيل النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• خصائص الإدخال (صمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء):
  • الجهد الأمامي (V_F):عادةً من 1.2 فولت إلى 1.5 فولت عند I_F=20 مللي أمبير. هذا مهم لتصميم دائرة القيادة المحددة للتيار.
  • طول موجة الذروة (λ_P):940 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يصدر فيه صمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء أكبر قدر من الطاقة الضوئية.
• خصائص الإخراج (الترانزستور الضوئي):
  • التيار المظلم (I_CEO):أقصى 100 نانو أمبير عند V_CE=20 فولت بدون إضاءة (E_e=0). هذا هو تيار التسرب الذي يحدد مستوى الضوضاء في حالة "الإيقاف".
  • جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)):أقصى 0.4 فولت عند I_C=0.04 مللي أمبير و I_F=40 مللي أمبير. من المرغوب فيه وجود V_CE(sat)منخفض عندما يُستخدم الترانزستور كمفتاح.
  • تيار المجمع (I_C(ON)):يتراوح من 0.04 مللي أمبير إلى 0.9 مللي أمبير عند V_CE=5 فولت و I_F=20 مللي أمبير. هذه المعلمة، وهي خاصية النقل، تحدد حساسية المقترن. النطاق الواسع يشير إلى أنها معلمة حرجة قد يتم فرزها.
  • وقت الصعود/الهبوط (t_r/t_f):عادةً 20 ميكروثانية و 25 ميكروثانية على التوالي، تحت ظروف اختبار محددة (V_CE=2 فولت، I_C=100 ميكرو أمبير، R_L=100 أوم). تحدد هذه القيم أقصى تردد تبديل للجهاز.

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص النموذجية لكل من باعث الأشعة تحت الحمراء والترانزستور الضوئي. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية الدقيقة هنا، يتم شرح أهميتها.

3.1 منحنيات باعث الأشعة تحت الحمراء

توضح هذه المنحنيات عادةً العلاقة بين التيار الأمامي (I_F) والجهد الأمامي (V_F) عند درجات حرارة مختلفة، مما يظهر معامل درجة الحرارة السالب لـ V_F. قد تُظهر أيضًا شدة الإشعاع النسبية مقابل التيار الأمامي ونمط الإشعاع الزاوي، وهو أمر بالغ الأهمية لفهم انتشار الشعاع في الحزمة ذات المنظر الجانبي.

3.2 منحنيات الترانزستور الضوئي

هذه المنحنيات أساسية لتصميم الدائرة. تشمل عادةً:

• تيار المجمع مقابل جهد المجمع-الباعث (I_C-V_CE):عائلة من المنحنيات لمستويات مختلفة من الإشعاع (أو تيارات مختلفة لصمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء). يوضح هذا خصائص إخراج الترانزستور ويساعد في تحديد خط الحمل.
• تيار المجمع مقابل الإشعاع (أو I_F):يقيس منحنى النقل هذا الحساسية، ويظهر مقدار تيار الإخراج الناتج لمستوى ضوئي إدخال معين.
• التيار المظلم مقابل درجة الحرارة:يظهر كيف يزداد تيار التسرب مع درجة الحرارة، مما يمكن أن يؤثر على نسبة الإشارة إلى الضوضاء في البيئات عالية الحرارة.

4. معلومات الميكانيكا والحزمة

4.1 أبعاد الحزمة

يأتي ITR20002 في حزمة قياسية ذات منظر جانبي وثقوب تمرير. يوفر الرسم البعدي في ورقة البيانات القياسات الحرجة لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة والتكامل الميكانيكي. تشمل الميزات الرئيسية تباعد الأطراف، وأبعاد جسم الحزمة، وموقع الفتحة البصرية. تحدد الملاحظة أن التسامحات هي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك على الرسم البعدي.

4.2 تحديد القطبية

لحزم الثقوب المارة، تُشير القطبية عادةً عن طريق الشكل الفيزيائي للحزمة (مسطح أو شق) أو عن طريق طول الأطراف. يجب أن يحدد رسم ورقة البيانات بوضوح الأنود والكاثود لصمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء والمجمع والباعث للترانزستور الضوئي. القطبية الصحيحة ضرورية لتشغيل الجهاز ولمنع التلف.

5. إرشادات التطبيق والتصميم

5.1 دائرة التطبيق النموذجية

يتضمن التطبيق الأساسي تشغيل صمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء بمقاوم محدد للتيار متصل بمصدر جهد. عادةً ما يتم توصيل الترانزستور الضوئي في تكوين باعث مشترك: يتم سحب المجمع إلى جهد التغذية عبر مقاوم حمل (R_L)، ويتم تأريض الباعث. تؤخذ إشارة الخرج من المجمع. تؤثر قيمة R_Lعلى تأرجح جهد الخرج، والسرعة، واستهلاك التيار. مقاوم أصغر R_Lيوفر تبديلًا أسرع ولكن تأرجح جهد أصغر؛ مقاوم أكبر R_Lيعطي تأرجحًا أكبر ولكن استجابة أبطأ.

5.2 اعتبارات التصميم

• المحاذاة:يعني تصميم المحور المتقارب جنبًا إلى جنب أن منطقة الكشف الحساسة موجودة في الفجوة بين الباعث والمستقبل. المحاذاة الميكانيكية الدقيقة لمسار الجسم ضرورية للتشغيل الموثوق.
• مناعة ضد الضوء المحيط:بينما يساعد مرشح 940 نانومتر في الغلاف، يمكن لمصادر الأشعة تحت الحمراء المحيطة القوية (ضوء الشمس، المصابيح المتوهجة) أن تشبع الترانزستور الضوئي. يمكن أن يحسِّن استخدام إشارة أشعة تحت حمراء مُعدَّلة والكشف المتزامن المناعة بشكل كبير.
• قيادة التيار:شغِّل صمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء عند أو أقل من I_Fالموصى به (مثل 20 مللي أمبير) للموثوقية طويلة المدى. يمكن أن يؤدي نبض الصمام الثنائي الباعث للضوء بتيار أعلى (ضمن حدود I_FP) إلى زيادة نطاق الاستشعار أو قوة الإشارة.
• واجهة الإخراج:يمكن تغذية إخراج الترانزستور الضوئي مباشرة إلى إدخال رقمي لوحدة تحكم دقيقة (مع سحب لأعلى مناسب) أو إلى مقارن للكشف الدقيق عن العتبة في التطبيقات التناظرية.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواصفات الملصق

يحتوي ملصق المنتج على عدة رموز:

• CPN:رقم جزء العميل.
• P/N:رقم منتج الشركة المصنعة (ITR20002).
• QTY:الكمية في العبوة.
• CAT / HUE / REF:تشير هذه على الأرجح إلى رموز فرز داخلية لمعلمات مثل شدة الإضاءة (CAT)، والطول الموجي السائد (HUE)، والجهد الأمامي (REF).
• LOT No:رقم الدفعة للتتبع.

6.2 مواصفات التغليف

التعبئة القياسية هي 150 قطعة لكل كيس، و 5 أكياس لكل صندوق، و 10 صناديق لكل كرتون. هذه المعلومات حيوية لتخطيط المخزون وتغذية خط الإنتاج.

7. المقارنة التقنية والتحديد

يمثل ITR20002 حلاً كلاسيكيًا وفعالاً من حيث التكلفة لاكتشاف الأجسام. عوامل التمييز الرئيسية له هي شكله الميكانيكي الجانبي المحدد والمحور البصري المتقارب، المصممين لاكتشاف الأجسام التي تمر عبر فتحة أو فجوة محددة. مقارنة بأجهزة الاستشعار العاكسة، فإنه يوفر موثوقية واتساقًا أعلى لأنه أقل اعتمادًا على انعكاسية الجسم المستهدف. مقارنة بأجهزة الاستشعار الناقلة ذات البواعث والمستقبلات المتقابلة، فإنه يسمح بتصميم ميكانيكي أكثر إحكاما حيث يكسر الجسم الشعاع داخل وحدة واحدة. طول موجة 940 نانومتر هو معيار شائع، يوفر توازنًا جيدًا بين توفر المكونات، والتكلفة، ورفض الضوء المحيط.

8. الأسئلة الشائعة

8.1 ما هي مسافة الاستشعار أو الفجوة النموذجية؟

تحدد ورقة البيانات حالة اختبار I_C(ON)كـ "مع عاكس على بعد 5 مم". يشير هذا إلى أن الجهاز مُحسَّن للكشف قصير المدى جدًا، على الأرجح في نطاق بضعة ملليمترات. تعتمد الفجوة القابلة للاستخدام الفعلية على تيار القيادة لصمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء، وحساسية دائرة المستقبل، وهامش الإشارة المطلوب.

8.2 كيف أحمي الجهاز من التغيرات الكهربائية العابرة؟

لصمام الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء، عادةً ما يكون المقاوم المتسلسل البسيط كافيًا. للترانزستور الضوئي الذي يعمل في بيئات صاخبة، فكر في إضافة مكثف صغير (مثل 1-10 نانو فاراد) عبر المجمع والباعث لتصفية الضوضاء عالية التردد، مع تذكر أن هذا سيبطئ وقت الاستجابة. للبيئات الصناعية القاسية، قد تكون هناك حاجة إلى صمامات ثنائية تثبيت خارجية إضافية أو صمامات ثنائية TVS على خطوط الإدخال/الإخراج.

8.3 هل يمكنني استخدام هذا لاستشعار السرعة على قرص دوار به فتحات؟

نعم، هذا تطبيق شائع. سيقتصر أقصى تردد تبديل على أوقات الصعود/الهبوط (عادةً ~20-25 ميكروثانية)، مما يسمح نظريًا بترددات تصل إلى حوالي 20 كيلو هرتز. عمليًا، سيكون التردد أقل بسبب قيود الدائرة ودورة العمل. تأكد من أن الفتحات والفجوات على القرص واسعة بما يكفي للسماح للترانزستور الضوئي بالتشغيل والإيقاف الكاملين.

9. مبدأ التشغيل

يعمل ITR20002 على مبدأ قطع الضوء المنقول. يتم تحيز الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء الداخلي (IRED) للأمام، مما يجعله يصدر ضوءًا عند طول موجة ذروة 940 نانومتر. يستقبل الترانزستور الضوئي من السيليكون من نوع NPN، الموجود على محور متقارب، هذا الإشعاع عادةً عندما لا يعترض أي شيء المسار. تضرب الفوتونات ذات الطاقة الكافية منطقة قاعدة الترانزستور الضوئي، مولدة أزواج إلكترون-فجوة. يعمل هذا التيار الضوئي كتيار قاعدة، يتم تضخيمه بعد ذلك بواسطة كسب التيار للترانزستور (بيتا)، مما يؤدي إلى تيار مجمع أكبر بكثير. عندما يتم وضع جسم معتم في الفجوة بين الباعث والمستقبل، ينقطع مسار الضوء. يتوقف التيار الضوئي، ويتم إيقاف تشغيل الترانزستور، مما يتسبب في انخفاض تيار المجمع إلى قيمة منخفضة جدًا (التيار المظلم). يوفر هذا التغيير في تيار المجمع بين التشغيل والإيقاف إشارة رقمية تشير إلى وجود أو عدم وجود جسم.

10. إخلاء المسؤولية وملاحظات الموثوقية

المعلومات المقدمة في هذه الوثيقة التقنية تستند إلى ورقة البيانات الأصلية. تشمل إخلاءات المسؤولية والملاحظات الرئيسية من الشركة المصنعة:

• المواصفات والمواد قابلة للتغيير.
• يلبي المنتج المواصفات المنشورة لمدة 12 شهرًا من تاريخ الشحن.
• الرسوم البيانية والقيم النموذجية هي للإرشاد فقط ولا يتم ضمانها.
• يمكن أن يتسبب التشغيل خارج الحدود القصوى المطلقة في تلف دائم.
• المنتج غير مخصص للتطبيقات الحرجة للسلامة، أو العسكرية، أو الطيران، أو السيارات، أو الطبية، أو دعم الحياة بدون ترخيص صريح.