ITR9606-F Opto-Unterbrecher Datenblatt - Gehäuse 4,0x3,2x2,5mm - Durchlassspannung 1,2V - Spitzenwellenlänge 940nm - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der ITR9606-F ist ein kompakter, nebeneinander angeordneter reflektierender Opto-Unterbrecher. Er integriert eine Infrarot-Emissionsdiode (IRED) und einen Silizium-Fototransistor in einem einzigen schwarzen thermoplastischen Gehäuse. Die Komponenten sind auf konvergierenden optischen Achsen ausgerichtet. Das grundlegende Funktionsprinzip besteht darin, dass der Fototransistor die vom IRED emittierte Strahlung detektiert. Wenn ein undurchsichtiges Objekt den Lichtweg zwischen Sender und Empfänger unterbricht, ändert sich der Ausgangszustand des Fototransistors, was berührungslose Erfassungs- und Schaltfunktionen ermöglicht.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

• Schnelle Ansprechzeit:Ermöglicht Hochgeschwindigkeitserkennung für Anwendungen wie Encoder und Drehzahlsensoren.
• Hohe Empfindlichkeit:Der Silizium-Fototransistor bietet eine zuverlässige Signaldetektion selbst bei geringer IR-Intensität.
• Spezifische Wellenlänge:Besitzt eine Spitzenemissionswellenlänge (λp) von 940nm, die im nahen Infrarotspektrum liegt und Störungen durch Umgebungslicht minimiert.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist bleifrei, entspricht der RoHS-Richtlinie und hält die EU REACH-Verordnungen ein.
• Kompaktes Design:Das integrierte nebeneinander angeordnete Gehäuse bietet eine platzsparende Lösung für die Leiterplattenmontage.

1.2 Zielanwendungen

Dieser Opto-Unterbrecher ist für eine Vielzahl von berührungslosen Erfassungs- und Positionserkennungsanwendungen konzipiert, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Positionserfassung in Computermäusen und Kopiergeräten.
• Papiererkennung und Kantenerkennung in Scannern und Druckern.
• Diskettenvorhandenseinserkennung in Diskettenlaufwerken und anderen Medienlaufwerken.
• Allgemeine berührungslose Schalter.
• Direkte Leiterplattenmontage in Unterhaltungselektronik und Industrie-Steuerungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der elektrischen und optischen Spezifikationen des Bauteils.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Eingang (IRED):
  • Verlustleistung (Pd): 75 mW (bei oder unter 25°C). Erfordert eine Entlastung bei höheren Umgebungstemperaturen.
  • Sperrspannung (VR): 5 V. Eine Überschreitung kann den LED-Übergang beschädigen.
  • Durchlassstrom (IF): 50 mA. Der kontinuierliche Gleichstrom sollte für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb typischerweise auf 20mA begrenzt werden.
• Ausgang (Fototransistor):
  • Kollektor-Verlustleistung (Pd): 75 mW.
  • Kollektorstrom (IC): 20 mA.
  • Kollektor-Emitter-Spannung (BV_CEO): 30 V.
  • Emitter-Kollektor-Spannung (BV_ECO): 5 V.
• Thermische Grenzwerte:
  • Betriebstemperatur (T_opr): -25°C bis +85°C.
  • Lagertemperatur (T_stg): -40°C bis +85°C.
  • Lötemperatur der Anschlüsse (T_sol): 260°C für maximal 5 Sekunden, gemessen 3mm vom Gehäuse entfernt.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei T_a= 25°C definieren diese Parameter die typische Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen.

• Eingang (IRED) Eigenschaften:
  • Durchlassspannung (V_F): Typisch 1,2V, maximal 1,5V bei I_F=20mA. Dies ist entscheidend für die Auslegung des strombegrenzenden Schaltkreises für die LED.
  • Sperrstrom (I_R): Maximal 10 μA bei V_R=5V.
  • Spitzenwellenlänge (λ_P): 940 nm. Diese IR-Wellenlänge ist für das menschliche Auge unsichtbar und hilft, optisches Rauschen zu reduzieren.
• Ausgang (Fototransistor) Eigenschaften:
  • Dunkelstrom (I_CEO): Maximal 100 nA bei V_CE=20V ohne Beleuchtung (E_e=0). Dies ist der Leckstrom, wenn der Sensor blockiert ist.
  • Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(sat)): Maximal 0,4V bei I_C=2mA und einer Bestrahlungsstärke von 1mW/cm². Ein niedrigerer V_CE(sat)ist besser für digitale Schaltanwendungen.
  • Kollektorstrom (I_C(ON)): Liegt zwischen einem Minimum von 0,5mA und einem Maximum von 10mA bei V_CE=5V und I_F=20mA. Diese große Bandbreite deutet auf potenzielle Einheit-zu-Einheit-Variationen in der Empfindlichkeit hin.
• Dynamisches Ansprechverhalten:
  • Anstiegszeit (t_r) & Abfallzeit (t_f): Typisch jeweils 15 μs unter spezifizierten Testbedingungen (V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ). Dies definiert die maximale Schaltfrequenzfähigkeit.

3. Analyse der Kennlinien

Grafische Daten bieten einen tieferen Einblick in das Bauteilverhalten unter verschiedenen Bedingungen.

3.1 Eigenschaften des IR-Emitters

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien für die Infrarot-Emitter-Komponente.

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I_F-V_FKennlinie):Diese exponentielle Kurve ist für eine Diode standardmäßig. Am typischen Arbeitspunkt von I_F=20mA beträgt V_Fungefähr 1,2V. Die Kurve hilft bei der Analyse des Wärmemanagements, da V_Feinen negativen Temperaturkoeffizienten hat.
• Spektrale Verteilung:Bestätigt die Spitzenemission bei 940nm mit einer typischen Halbwertsbreite (FWHM) für eine GaAlAs-LED und zeigt minimale Emission im sichtbaren Spektrum.

3.2 Eigenschaften des Fototransistors

• Spektrale Empfindlichkeit:Der Silizium-Fototransistor hat eine Spitzenempfindlichkeit im nahen Infrarotbereich, die eng mit der 940nm-Emission des gepaarten IRED übereinstimmt. Diese Abstimmung maximiert die Kopplungseffizienz und das Signal-Rausch-Verhältnis.
• Kollektor-Verlustleistung vs. Umgebungstemperatur:Eine Entlastungskurve, die zeigt, dass die maximal zulässige Verlustleistung linear abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Dies ist entscheidend für Zuverlässigkeitsberechnungen in Hochtemperaturumgebungen.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Der ITR9606-F hat ein kompaktes, rechteckiges Gehäuse.

• Gesamtabmessungen:Ungefähr 4,0mm Länge, 3,2mm Breite und 2,5mm Höhe (ohne Anschlüsse).
• Anschlussabstand:Der Standard-Anschlussabstand beträgt 2,54mm (0,1 Zoll), kompatibel mit gängigen Leiterplattenlayouts.
• Anschlussform:Die Anschlüsse sind für die Durchsteckmontage ausgelegt. Die Maßzeichnung spezifiziert die Position des Verbindungsstegs und den empfohlenen Biegepunkt.
• Toleranzen:Sofern nicht anders angegeben, betragen die Maßtoleranzen ±0,3mm.

4.2 Polaritätskennzeichnung und Montage

Das schwarze Gehäuse hilft, interne optische Übersprechungen zu verhindern. Das Bauteil ist nicht explizit symmetrisch; das Datenblattdiagramm zeigt die Positionierung der Sender- und Empfängerseiten. Die korrekte Ausrichtung ist für die Funktion der konvergierenden optischen Achse entscheidend. Der Leiterplatten-Footprint muss präzise mit den Anschlusspositionen übereinstimmen, um mechanische Belastung des Epoxidkörpers während des Lötens zu vermeiden.

5. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung ist entscheidend, um die Integrität und Leistung des Bauteils zu erhalten.

5.1 Anweisungen zum Anbiegen der Anschlüsse

• Das Biegen muss in einem Abstand von mehr als 3mm von der Unterseite des Epoxidgehäuses durchgeführt werden.
• Das Anbiegen der Anschlüsse mussvordem Lötprozess abgeschlossen sein.
• Der Anschlussrahmen muss während des Biegens sicher fixiert werden, und Belastung des Epoxidkörpers muss vermieden werden, um Risse oder interne Schäden zu verhindern.
• Das Schneiden der Anschlüsse sollte bei Raumtemperatur erfolgen.

5.2 Empfohlene Lötparameter

• Handlöten:Lötspitzentemperatur maximal 300°C (für einen 30W-Lötkolben), Lötzeit maximal 3 Sekunden pro Anschluss. Halten Sie einen Mindestabstand von 3mm von der Lötstelle zum Epoxidkörper ein.
• Wellen-/Tauchlöten:Vorwärmtemperatur maximal 100°C (bis zu 60 Sekunden). Lötbad-Temperatur maximal 260°C, mit einer Verweilzeit von maximal 5 Sekunden. Halten Sie die 3mm-Abstandsregel ein.
• Kritische Hinweise:
  • Vermeiden Sie es, Belastung auf die Anschlüsse auszuüben, während das Bauteil heiß ist.
  • Führen Sie Tauch-/Handlöten nicht mehr als einmal durch.
  • Schützen Sie das Bauteil vor mechanischen Stößen, bis es auf Raumtemperatur abgekühlt ist.
  • Verwenden Sie keine Ultraschallreinigungsmethoden.

5.3 Lagerbedingungen

• Kurzfristig (≤3 Monate):Lagern bei 10-30°C mit ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH).
• Langfristig (≥3 Monate):Lagern Sie in einem versiegelten Behälter mit Stickstoffatmosphäre bei 10-25°C und 20-60% RH.
• Nach dem Öffnen:Verwenden Sie Bauteile möglichst innerhalb von 24 Stunden. Lagern Sie Reste bei 10-25°C, 20-60% RH und verschließen Sie den Verpackungsbeutel umgehend wieder.
• Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel in feuchten Umgebungen, um Kondensation zu verhindern.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Verpackungsspezifikationen

• 90 Stück pro Tube.
• 48 Tuben pro Karton.
• 4 Kartons pro Versandkarton.

6.2 Etiketteninformationen

Das Verpackungsetikett enthält Standardfelder für die Rückverfolgbarkeit: Kunden-Teilenummer (CPN), Hersteller-Teilenummer (P/N), Menge (QTY), Kategorie (CAT), Referenz (REF) und Losnummer (LOT No.).

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Typische Schaltungskonfiguration

Eine grundlegende Anwendungsschaltung beinhaltet einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit der IRED-Anode. Der Fototransistor ist typischerweise mit einem Pull-up-Widerstand an seinem Kollektor verbunden, was eine Emitterschaltung bildet. Der Ausgang wird vom Kollektor abgenommen, der auf niedrig gezogen wird, wenn das IR-Licht erkannt wird (Objekt abwesend), und auf hoch, wenn der Lichtweg unterbrochen ist (Objekt vorhanden). Der Wert des Pull-up-Widerstands und des IRED-Stroms bestimmen den Ausgangsspannungshub und die Ansprechgeschwindigkeit.

7.2 Best Practices für Design und Layout

• Optischer Weg:Stellen Sie sicher, dass das zu erkennende Objekt sauber durch den Schlitz zwischen Sender und Empfänger hindurchgeht. Berücksichtigen Sie Größe, Reflexionsvermögen und Geschwindigkeit des Objekts.
• Immunität gegen Umgebungslicht:Während der 940nm-Filter und das Gehäuse einen gewissen Schutz bieten, kann die Auslegung des Systems zur Modulation des IRED-Stroms und die Verwendung von synchroner Detektion im Empfängerschaltkreis die Immunität gegen Umgebungslicht und elektrisches Rauschen erheblich verbessern.
• Wärmemanagement:Halten Sie sich an die Leistungsentlastungskurve. Reduzieren Sie bei hohen Umgebungstemperaturen oder Anwendungen mit hohem Tastverhältnis den Betriebsstrom (I_F) entsprechend.
• Mechanische Montage:Befestigen Sie das Bauteil fest auf der Leiterplatte, um Vibrationen zu minimieren, die die Zuverlässigkeit beeinträchtigen können. Stellen Sie sicher, dass keine Belastung über die Anschlüsse auf das Gehäuse übertragen wird.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Der ITR9606-F gehört zu einer gängigen Klasse von seitlich blickenden Opto-Unterbrechern. Seine wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind die spezifische 940nm-Wellenlängenpaarung, die typische Ansprechzeit von 15μs und ein kompaktes Durchsteckgehäuse. Im Vergleich zu transmissiven Sensoren mit einem physikalischen Spalt ermöglicht diese reflektierende nebeneinander angeordnete Konfiguration eine Null-Spalt-Objekterkennung, kann jedoch eine etwas kürzere effektive Erfassungsdistanz haben und kann empfindlicher auf das Reflexionsvermögen des Zielobjekts reagieren.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Basierend auf technischen Parametern

F: Was ist die typische Erfassungsdistanz oder der Spalt für diesen Unterbrecher?

A: Das Datenblatt spezifiziert keinen maximalen Erfassungsspalt. Dies hängt stark vom IRED-Treiberstrom, der Fototransistor-Verstärkung und dem Reflexionsvermögen/der Größe des Zielobjekts ab. Es ist für die Nahbereichserkennung oder direkte Unterbrechung des internen optischen Wegs konzipiert, nicht für die Fernerkennung.

F: Warum ist der Kollektorstrom (I_C(ON)) mit einer so großen Bandbreite (0,5mA bis 10mA) spezifiziert?

A: Diese Bandbreite berücksichtigt die natürliche Variation im Stromübertragungsverhältnis (CTR) des Optokopplers, das das Verhältnis von Fototransistor-Ausgangsstrom zu IRED-Eingangsstrom ist. Entwerfen Sie Schaltkreise, die zuverlässig mit dem minimal spezifizierten I_C(ON)arbeiten, um die Funktionalität über alle Produktionseinheiten hinweg sicherzustellen.

F: Kann ich den IRED mit einem gepulsten Strom höher als 20mA betreiben?

A: Der absolute Grenzwert für den kontinuierlichen Durchlassstrom beträgt 50mA. Während kurze Pulse über 20mA möglich sein könnten, darf die durchschnittliche Verlustleistung unter Berücksichtigung des Tastverhältnisses und der Umgebungstemperatur den spezifizierten Wert von 75mW nicht überschreiten. Eine Überschreitung der Grenzwerte riskiert eine reduzierte Lebensdauer oder sofortigen Ausfall.

10. Praktische Anwendungsbeispiele

10.1 Papiererkennung in einem Drucker

In einem Druckerpapierfach kann der ITR9606-F so montiert werden, dass der Papierstapel im optischen Weg zwischen Sender und Empfänger liegt. Wenn Papier vorhanden ist, reflektiert es das IR-Licht zum Fototransistor und zeigt "Papier geladen" an. Wenn das Fach leer ist, führt das Fehlen einer reflektierenden Oberfläche zu einer Zustandsänderung des Fototransistorausgangs und löst eine "Wenig Papier"-Warnung aus. Die schnelle Ansprechzeit ermöglicht die Erkennung auch bei schnellem Papiervorschub.

10.2 Drehgeber für Motordrehzahl

Eine an einer Motorwelle befestigte Schlitzscheibe kann durch die Erfassungszone des Sensors laufen. Wenn die Schlitze und Speichen abwechselnd vorbeilaufen, unterbrechen sie den IR-Strahl und erzeugen einen digitalen Pulszug am Fototransistorausgang. Die Frequenz dieses Signals ist direkt proportional zur Motordrehzahl. Die Ansprechzeit von 15μs setzt eine Obergrenze für die maximal auflösbare Geschwindigkeit basierend auf der Schlitzdichte.

11. Funktionsprinzip

Der ITR9606-F arbeitet nach dem Prinzip der modulierten Infrarotlichtreflexion. Der interne IRED emittiert Licht bei 940nm. In seinem Standardzustand (kein Zielobjekt) reflektiert dieses Licht an der internen Geometrie des Gehäuses oder einem Standardhintergrund und wird vom benachbarten Fototransistor detektiert, der ihn einschaltet. Wenn ein Objekt in die Erfassungszone eintritt, verändert es diesen reflektierten Lichtweg – typischerweise durch Absorption oder Streuung des IR-Lichts – und verursacht einen messbaren Abfall der vom Fototransistor empfangenen Bestrahlungsstärke und somit seines Ausgangsstroms. Diese Änderung des Ausgangs wird als digitales oder analoges Signal verwendet, das die Anwesenheit oder Position des Objekts anzeigt.

12. Technologietrends

Opto-Unterbrecher wie der ITR9606-F repräsentieren eine ausgereifte, zuverlässige Technologie. Aktuelle Trends in diesem Bereich konzentrieren sich auf mehrere Bereiche:

• Miniaturisierung:Entwicklung noch kleinerer oberflächenmontierter (SMD) Gehäuse, um Leiterplattenplatz in moderner Elektronik zu sparen.
• Integration:Einbau zusätzlicher Schaltkreise wie Schmitt-Trigger, Verstärker oder Logikausgänge in das Sensorgehäuse, um das externe Design zu vereinfachen und die Störfestigkeit zu verbessern.
• Verbesserte Leistung:Verbesserung der Ansprechzeiten für Hochgeschwindigkeitsanwendungen und Erhöhung der Empfindlichkeit für den Einsatz mit niedrigeren Treiberströmen, um Energie zu sparen.
• Spezialisierung:Entwicklung von Varianten mit unterschiedlichen Wellenlängen, Erfassungsdistanzen oder Ausgangstypen (digital, analog) für spezifische Marktsegmente wie Automobil oder Industrieautomatisierung.

Trotz dieser Trends bleibt das grundlegende reflektierende nebeneinander angeordnete Design eine kostengünstige und robuste Lösung für unzählige Näherungs- und Positionserfassungsanwendungen.