ITR20001/T Opto-Unterbrecher Datenblatt - Gehäuse 4,0x4,0x2,5mm - Durchlassspannung 1,2V - Spitzenwellenlänge 940nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der ITR20001/T ist ein reflektierendes Opto-Unterbrecher-Modul für berührungslose Erfassungsanwendungen. Es integriert eine Infrarot-Leuchtdiode und einen NPN-Silizium-Fototransistor in einem kompakten, schwarzen thermoplastischen Gehäuse. Die Komponenten sind nebeneinander auf konvergierenden optischen Achsen angeordnet. Im Ruhezustand empfängt der Fototransistor keine Strahlung vom Emitter. Wenn ein reflektierendes Objekt in den Erfassungsspalt eintritt, wird Infrarotlicht vom Emitter vom Objekt reflektiert und vom Fototransistor detektiert, was eine Änderung seines Ausgangszustands bewirkt. Dieses Prinzip ermöglicht eine zuverlässige Objekterkennung und Positionserfassung.

2. Hauptmerkmale und Konformität

Das Bauteil bietet mehrere Vorteile für das elektronische Design:

• Schnelle Ansprechzeit:Ermöglicht schnelle Erkennung, geeignet für Hochgeschwindigkeitsanwendungen.
• Hohe Empfindlichkeit:Der Fototransistor liefert ein starkes Ausgangssignal im Verhältnis zur Eingangsbestrahlungsstärke.
• Infrarot-Betrieb:Besitzt eine Spitzenemissionswellenlänge (λp) von 940nm, die für das menschliche Auge unsichtbar ist und Umgebungslichtstörungen reduziert.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist bleifrei, entspricht den RoHS- und EU-REACH-Verordnungen und ist halogenfrei (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

3. Geräteauswahl und Aufbau

Das Modul ist mit spezifischen Materialien für optimale Leistung aufgebaut:

• Infrarot-Emitter (IR):Verwendet einen GaAlAs-Chip (Gallium-Aluminium-Arsenid), hinter einer wasserklaren Linse für effiziente Infrarotübertragung untergebracht.
• Fototransistor (PT):Verwendet einen Silizium-Chip, hinter einer schwarzen Linse untergebracht, um sichtbares Licht auszufiltern und das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.

Das schwarze Gehäuse minimiert interne Lichtreflexionen (Übersprechen) zwischen Emitter und Detektor, wenn kein Objekt vorhanden ist, und gewährleistet so einen zuverlässigen Aus-Zustand.

4. Absolute Maximalwerte

Ein Betrieb des Bauteils über diese Grenzen hinaus kann dauerhafte Schäden verursachen. Alle Werte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

4.1 Eingang (Infrarot-Emitter) Maximalwerte

• Verlustleistung (Pd):75 mW
• Sperrspannung (VR):5 V
• Dauer-Durchlassstrom (IF):50 mA
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):1 A (Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis=1%)

4.2 Ausgang (Fototransistor) Maximalwerte

• Kollektor-Verlustleistung (Pd):75 mW
• Kollektorstrom (IC):20 mA
• Kollektor-Emitter-Spannung (BV_CEO):30 V
• Emitter-Kollektor-Spannung (BV_ECO):5 V

4.3 Allgemeine Maximalwerte

• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +85°C
• Lötstellentemperatur (T_sol):260°C für 5 Sekunden (gemessen 1/16 Zoll vom Gehäusekörper).

5. Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die elektrische und optische Leistung unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C).

5.1 Infrarot-Emitter (Eingang) Eigenschaften

• Durchlassspannung (V_F):1,2 V (typisch) bei I_F= 20mA. Maximum ist 1,5V.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R= 5V.
• Spitzenwellenlänge (λ_P):940 nm (typisch) bei I_F= 20mA.

5.2 Fototransistor (Ausgang) Eigenschaften

• Dunkelstrom (I_CEO):Maximal 100 nA bei V_CE= 5V mit Null-Bestrahlungsstärke (E_e=0). Dies ist der Leckstrom, wenn der Sensor ausgeschaltet ist.
• Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(sat)):Maximal 0,4 V bei I_C= 2mA und einer Bestrahlungsstärke von 1 mW/cm². Ein niedriger V_CE(sat)ist für Schaltanwendungen wünschenswert.
• Kollektorstrom (Stromverstärkung):
  • I_C(ON): Mindestens 200 μA bei V_CE= 5V und I_F= 20mA. Dies ist der Strom, wenn ein Objekt erkannt wird.
  • I_C(OFF): Maximal 2 μA unter denselben Bedingungen, repräsentiert den Reststrom, wenn kein Objekt vorhanden ist.
• Schaltgeschwindigkeit:
  • Anstiegszeit (t_r): 25 μs (typisch)
  • Abfallzeit (t_f): 25 μs (typisch) Gemessen mit V_CE=5V, I_C=100μA und R_L=100Ω.

6. Kennlinienanalyse

Das Datenblatt bietet grafische Daten, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

6.1 Infrarot-Emitter-Kennlinien

• Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms bei steigender Temperatur.
• Spektrale Empfindlichkeit:Bestätigt das schmale Emissionsband um 940nm.
• Spitzenemissionswellenlänge vs. Temperatur:Veranschaulicht die leichte Verschiebung der Spitzenwellenlänge mit sich ändernder Temperatur.
• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie):Liefert die Beziehung zur Berechnung von Vorwiderstandswerten.
• Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt die optische Ausgangsleistung als Funktion des Treiberstroms.
• Relative Strahlungsstärke vs. Winkelverschiebung:Zeigt das Emissionsmuster (Strahlprofil) der IR-LED.

6.2 Fototransistor-Kennlinien

• Kollektor-Verlustleistung vs. Umgebungstemperatur:Bietet Reduzierungsrichtlinien für die Leistungsaufnahme des Fototransistors.
• Spektrale Empfindlichkeit:Zeigt die Empfindlichkeit des Fototransistors über Wellenlängen, mit einem Maximum im Infrarotbereich, um zum Emitter zu passen.
• Relativer Kollektorstrom vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie sich die Empfindlichkeit des Fototransistors mit der Temperatur ändert.
• Kollektorstrom vs. Bestrahlungsstärke:Eine wichtige Grafik, die die lineare Beziehung zwischen einfallender Lichtleistung und Ausgangsstrom zeigt und die Übertragungskennlinie des Bauteils definiert.
• Kollektor-Dunkelstrom vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie der Leckstrom mit der Temperatur ansteigt, wichtig für Hochtemperaturbetrieb.
• Kollektorstrom vs. Kollektor-Emitter-Spannung:Ausgangskennlinien, die den Fototransistor im aktiven und Sättigungsbereich unter verschiedenen Bestrahlungsstärken zeigen.

7. Mechanische und Gehäuseinformationen

Der ITR20001/T ist in einem kompakten, oberflächenmontagefähigen Gehäuse untergebracht.

7.1 Gehäuseabmessungen

Die Hauptabmessungen aus der bereitgestellten Zeichnung betragen etwa 4,0mm Länge, 4,0mm Breite und 2,5mm Höhe (ohne Anschlüsse). Der Anschlussabstand ist für Standard-Leiterplattenmontage ausgelegt. Ein wichtiger Hinweis spezifiziert einen Mindest-Aluminiumverdampfungsbereich von 10,0mm, wahrscheinlich bezogen auf eine empfohlene Freihaltezone oder Wärmeableitungsfunktion auf der Leiterplatte. Alle nicht spezifizierten Toleranzen sind ±0,25mm.

7.2 Polaritätskennzeichnung

Das Gehäuse enthält Markierungen oder eine spezifische Form, um Anode und Kathode des IR-Emitters sowie Kollektor und Emitter des Fototransistors zu identifizieren. Entwickler müssen die Maßzeichnung für genaue Pinbelegungsinformationen konsultieren, um korrekte Leiterplattenlayout und Montage sicherzustellen.

8. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für das Löten der Anschlüsse bei 260°C für 5 Sekunden ausgelegt, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) vom Gehäusekörper. Dies ist kompatibel mit Standard-Infrarot- (IR) oder Konvektions-Reflow-Lötprozessen unter Verwendung von bleifreiem (Sn-Ag-Cu) Lotpaste. Es sollte darauf geachtet werden, das empfohlene Reflow-Profil einzuhalten, um thermischen Schock oder Schäden am Kunststoffgehäuse zu vermeiden. Das Bauteil sollte vor der Verwendung in einer trockenen, kontrollierten Umgebung gelagert werden.

9. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackungsspezifikation ist wie folgt:

• 200 Stück pro Beutel.
• 6 Beutel pro Karton.
• 10 Kartons pro Versandkarton.

Das Produktetikett enthält Felder für Kunden-Teilenummer (CPN), Hersteller-Teilenummer (P/N), Menge (QTY) und verschiedene Rangiercodes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Durchlassspannung (REF). Eine Losnummer und ein Datumscode (gekennzeichnet durch 'X' für den Monat) werden ebenfalls zur Rückverfolgbarkeit bereitgestellt.

10. Anwendungsvorschläge

10.1 Typische Anwendungsszenarien

Der ITR20001/T eignet sich gut für eine Vielzahl von berührungslosen Erfassungs- und Schaltanwendungen, einschließlich:

• Maus- und Kopierermechanismen:Erkennung von Rad- oder Encoderscheibenrotation.
• Schalter- und Scannersysteme:Objekterkennung für automatische Türen, Verkaufsautomaten oder Papiererkennung in Druckern.
• Diskettenlaufwerke:Historisch verwendet zur Erkennung des Schreibschutztabs oder des Disketteneinschubs.
• Allgemeine berührungslose Schaltung:Jede Anwendung, die Objekterkennung, Zählung oder Grenzwertabfrage ohne physischen Kontakt erfordert.
• Direkte Leiterplattenmontage:Sein kompaktes SMD-Gehäuse macht es ideal für platzbeschränkte Leiterplattendesigns.

10.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzungswiderstand:Ein Vorwiderstand muss mit dem IR-Emitter verwendet werden, um den Durchlassstrom (I_F) auf einen sicheren Wert zu begrenzen, typischerweise 20mA für Normalbetrieb. Berechnung mit R = (V_CC- V_F) / I_F.
• Lastwiderstand:Ein Pull-up-Widerstand wird typischerweise zwischen den Kollektor des Fototransistors und die Versorgungsspannung (V_CC) geschaltet. Der Wert dieses Widerstands (R_L) bestimmt den Ausgangsspannungshub und die Schaltgeschwindigkeit. Ein kleinerer R_Lermöglicht schnelleres Schalten, aber eine geringere Ausgangsspannungsänderung.
• Umgebungslicht:Während die schwarze Linse und die 940nm-Filterung Störungen reduzieren, können sehr starke Umgebungsinfrarotquellen (z.B. Sonnenlicht, Glühlampen) die Leistung beeinflussen. Abschirmung oder optische Filterung können in rauen Umgebungen notwendig sein.
• Reflektierende Oberfläche:Der Erfassungsabstand und die Zuverlässigkeit hängen von der Reflektivität des Zielobjekts ab. Weiße oder metallische Oberflächen bieten die beste Reaktion; dunkle oder matte Oberflächen erfordern möglicherweise reduzierte Spaltabstände.
• Ausrichtung:Die konvergierenden optischen Achsen definieren einen spezifischen Erfassungsspalt. Das Objekt muss innerhalb dieses Spalts passieren, um zuverlässig erkannt zu werden.

11. Technischer Vergleich und Vorteile

Im Vergleich zu mechanischen Schaltern oder anderen optischen Sensoren bietet der ITR20001/T deutliche Vorteile:

• vs. Mechanische Schalter:Bietet berührungslosen Betrieb, eliminiert Verschleiß, ermöglicht höhere Schaltgeschwindigkeiten und bietet geräuschlosen Betrieb. Es ist immun gegen Kontaktprellen.
• vs. Fotodioden-basierte Sensoren:Der integrierte Fototransistor bietet Stromverstärkung, was zu einem höheren Ausgangsstrom für einen gegebenen Lichteinfall führt und oft eine zusätzliche Verstärkerstufe in einfachen Ein/Aus-Erkennungsschaltungen überflüssig macht.
• vs. Diskrete Emitter-Detektor-Paare:Das voreingestellte, untergebrachte Modul vereinfacht Design und Montage, gewährleistet konsistente optische Ausrichtung und spart Leiterplattenplatz. Das integrierte schwarze Gehäuse minimiert internes Übersprechen.

12. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der typische Erfassungsabstand?

A: Der Erfassungsabstand ist kein fester Parameter; er hängt vom Treiberstrom zum IR-Emitter, der Reflektivität des Zielobjekts und dem erforderlichen Ausgangsstrom vom Fototransistor ab. Entwickler sollten die Diagramme "Kollektorstrom vs. Bestrahlungsstärke" und "Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom" verwenden, um das erwartete Signal für einen bestimmten Spalt und Reflektivität zu berechnen.

F: Kann ich den IR-Emitter direkt mit einer Spannungsquelle betreiben?

A: Nein. Der IR-Emitter ist eine Diode und muss seinen Strom durch einen externen Vorwiderstand begrenzen, um Schäden durch Überstrom zu verhindern, wie in den absoluten Maximalwerten (I_Fmax = 50mA) spezifiziert.

F: Wie schließe ich den Ausgang an einen Mikrocontroller an?

A: Die einfachste Methode ist, den Fototransistor als Schalter zu verwenden. Schließen Sie einen Pull-up-Widerstand (z.B. 10kΩ) vom Kollektor an die Logikspannung des Mikrocontrollers (z.B. 3,3V oder 5V) an. Schließen Sie den Emitter an Masse an. Der Kollektorknoten wird hochgezogen (Logik 1), wenn kein Objekt erkannt wird (dunkel), und wird niedriggezogen (Logik 0), wenn ein Objekt Licht auf den Fototransistor reflektiert und ihn einschaltet.

F: Warum ist die Ansprechzeit mit einem 100Ω Lastwiderstand spezifiziert?

A: Die Schaltgeschwindigkeit wird von der RC-Zeitkonstante beeinflusst, die durch die Sperrschichtkapazität des Fototransistors und den Lastwiderstand (R_L) gebildet wird. Ein kleinerer R_L(wie 100Ω) ergibt eine schnellere Zeitkonstante, was die Messung der intrinsischen Geschwindigkeit des Bauteils ermöglicht. In einer realen Anwendung mit einem größeren R_Lfür höheren Spannungshub wird die Schaltgeschwindigkeit langsamer sein.

13. Funktionsprinzip

Der ITR20001/T arbeitet nach dem Prinzip der modulierten Lichtreflexion. Die interne Infrarot-LED emittiert Licht bei 940nm. Der Fototransistor, der für diese Wellenlänge empfindlich ist, ist so positioniert, dass er unter normalen Bedingungen (kein Objekt vorhanden) den Lichtstrahl der LED nicht direkt "sieht". Sein Ausgang bleibt in einem hochohmigen/niedrigstrom Zustand (Dunkelstrom). Wenn ein reflektierendes Objekt in den vordefinierten Spalt zwischen Emitter und Detektor eintritt, reflektiert es einen Teil des Infrarotlichts auf die aktive Fläche des Fototransistors. Dieses einfallende Licht erzeugt einen Basisstrom im Fototransistor, wodurch er einschaltet und einen deutlich höheren Kollektorstrom (I_C(ON)) leitet. Diese Änderung von Strom/Spannung an den Ausgangsanschlüssen wird von der externen Schaltung erkannt und signalisiert die Anwesenheit des Objekts.

14. Haftungsausschluss und Nutzungshinweise

Kritische Haftungsausschlüsse aus dem Datenblatt müssen beachtet werden:

• Der Hersteller behält sich das Recht vor, Produktmaterialien anzupassen.
• Das Produkt erfüllt die veröffentlichten Spezifikationen für 12 Monate ab dem Versanddatum.
• Grafiken und typische Werte dienen nur zur Referenz und sind nicht garantiert.
• Die absoluten Maximalwerte dürfen nicht überschritten werden. Der Hersteller übernimmt keine Verantwortung für Schäden, die durch Missbrauch entstehen.
• Das Produkt ist nicht für den Einsatz in sicherheitskritischen, militärischen, luftfahrttechnischen, automobilen, medizinischen oder lebenserhaltenden Anwendungen ohne vorherige Konsultation und Genehmigung vorgesehen.